معلومة

الاختلافات بين الوصلات المشبكية

الاختلافات بين الوصلات المشبكية


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ضع في اعتبارك الاتصالات المشبكية التالية (من هنا):

اكسوديندريتيك - مصطلح يتعلق بالوصلة المشبكية الاستثارية أو المثبطة بين المحور العصبي قبل المشبكي للخلايا العصبية الناقلة والتغصنات بعد المشبكي للخلايا العصبية المستقبلة في مسار النبضات العصبية ؛ يمكن أن تؤثر هذه الاتصالات على ما إذا كان سيتم إنشاء إمكانات متدرجة على التغصنات بعد المشبكي أم لا.

أكسوسوماتيكي - مصطلح يتعلق بالوصلة المشبكية الاستثارية أو المثبطة بين المحور العصبي قبل المشبكي للخلايا العصبية الناقلة وجسم الخلية بعد المشبكي / سوما للخلايا العصبية المستقبلة في مسار النبضات العصبية ؛ يمكن أن تؤثر هذه الاتصالات على ما إذا كان سيتم إنشاء إمكانات فعلية في منطقة الزناد بعد المشبكي في تلة المحور المحوري أم لا.

محوري - مصطلح يتعلق بالوصلة المشبكية الاستثارية أو المثبطة بين محور عصبي قبل المشبكي للخلايا العصبية الناقلة وتراب محور عصبي ما بعد المشبكي أو محور عصبون مستقبِل في مسار نبض عصبي ؛ يمكن أن تؤثر هذه الاتصالات على ما إذا كان سيتم إنشاء إمكانات فعلية في منطقة الزناد بعد المشبكي في تلة المحور العصبي أم لا.

ما هي بالضبط الاختلافات بين الاتصالات من حيث تأثيرها على العصبون؟

على فهمي:

  • axodendritic: يؤثر على التغصنات $ rightarrow $ ومن ثم يؤثر على الجهد المتدرج للخلايا العصبية
  • أكسوسوماتيكي: يؤثر على الجهد المتدرج للخلايا العصبية مباشرة
  • المحور المحوري: يؤثر على المحور العصبي فقط (بشكل مستقل عن العصبون؟)

ومن ثم ، حسب فهمي ، فإن الوصلات المحورية والإكسوسوماتية تؤدي إلى نفس النتيجة: فهي تؤثر على الإمكانات المتدرجة للخلايا العصبية (على سبيل المثال ما إذا كانت الخلايا العصبية "تطلق") ، حيث يؤثر الاتصال المحوري المحوري فقط على ما إذا كان المحور العصبي ينطلق أم لا. هل هذا صحيح؟

إذا كان الأمر كذلك ، فما هو الغرض من التشعبات؟ إذا كانت المحاوير تستطيع الاتصال بجسم الخلية مباشرة ، فلماذا تحتاج إلى التشعبات (بصرف النظر عن إنتاج سطح اتصال أكبر للخلايا العصبية)؟

ملحوظة: لقد قرأت هذه الإجابة ، والتي تشرح جزئيًا استخدام التشعبات. ومع ذلك ، فإنه ينص أيضًا على أن اضمحلال الإشارة بسبب الموقع المشبكي يتم تعويضه عن طريق التغيير المحتمل المحلي. لذلك ، IMO ، تنص الإجابة على أن الميزة الرئيسية لامتلاك التشعبات هي أن المشابك المحورية المثبطة يمكن أن تستفيد من اعتماد الموقع على المشابك العصبية المحورية. هل هذا هو الغرض الحقيقي والوحيد من المشابك العصبية؟ (من فضلك صححني إذا كان استنتاجي خاطئًا!)


تتمحور الخلايا العصبية حول الهياكل المتخصصة ذات الأدوار المتخصصة. لقد قدمت تبريرًا جيدًا للتشعبات - وهي طريقة فعالة لتناسب الكثير من التوصيلات في مساحة صغيرة. على سبيل المثال ، سيكون للخلايا العصبية الهرمية في القشرة عشرات الآلاف من نقاط الاشتباك العصبي. إذا كان لديك اتصالات أكسوسوماتية فقط ، فيجب أن تكون السوما هائلة لتناسبها جميعًا (وهذا من شأنه أن يسبب الكثير من المشكلات الأخرى).

يسمح الهيكل الشجيري أيضًا للخلية بخصائص كهربائية أكثر كفاءة (انظر نظرية الكابلات) ومعالجة المدخلات بشكل مستقل. في الواقع ، يُنظر الآن إلى أجزاء مختلفة من التغصنات على أنها مقصورات حسابية مستقلة. على سبيل المثال ، قد ترغب الخلية في تقوية المشبك المفرد أو جميع نقاط الاشتباك العصبي بشكل انتقائي في فرع شجيري واحد. من خلال عزل هذه المشابك فعليًا في بنى شجرية صغيرة ، يكون من الأسهل إجراء تلك التغييرات المستهدفة دون "الحديث المتبادل" غير المرغوب فيه على المشابك أو الأنشطة الخلوية الأخرى. علاوة على ذلك ، غالبًا ما تنفصل الوصلات الواردة من مناطق مختلفة إلى مناطق التغصنات (على سبيل المثال في CA1 العصبونات الهرمية الحُصَينية ، والوصلات القشرية إلى الجزء الأبعد من التغصنات ، وصلات الحصين الداخلية إلى جزء من التغصنات الأقرب إلى سوما).

عندما تحتوي الخلية على تغصن كبير (بعض الخلايا العصبية ليس لها تشعبات) ، فمن المفيد التفكير في المشابك العصبية المحورية كمدخلات طبيعية تساهم في الحساب الدقيق ، والمشابك المحورية والمحورية باعتبارها بوابات أكثر عالمية. تستفيد هذه الأنواع الأخيرة من موقعها لتقصير الدائرة الحسابية "العادية" في التشعبات. المشبك العصبي المثبط ، على سبيل المثال ، سيقلل من تأثير الكل مدخلات شجيري عند تفعيلها.


العواقب العصبية الحيوية للافتراس أو الرعي

Pristionchus يمكن أن تفترس الديدان الأخرى إذا ندرة البكتيريا. هنا C. ايليجانس هي الفريسة. الائتمان: MPI لعلم الأحياء التنموي

تمكن الباحثون في مجموعة رالف سومر في معهد ماكس بلانك لعلم الأحياء التنموي في توبنغن بألمانيا ، لأول مرة ، من تحديد الارتباطات العصبية للسلوك من خلال مقارنة خرائط التوصيل المتشابك ، أو "الشبكات" ، بين نوعين مختلفين. سلوك. قارنوا بين الجهاز العصبي البلعومي لاثنين من الديدان الخيطية ، التغذية البكتيرية أنواع معينة انيقة والحيوانات المفترسة / آكلة اللحوم Pristionchus pacificus ووجدوا اختلافات كبيرة في كيفية "توصيل" الخلايا العصبية معًا.

هناك سؤال طويل الأمد في علم الأعصاب وهو كيف تنعكس بعض السلوكيات في نمط الروابط بين الخلايا العصبية. تتطلب الإجابة عن هذا السؤال نهجًا مقارنًا ، والذي ثبت أنه مستحيل حتى في كائن صغير نوعًا ما مثل الديدان الخيطية بسبب القيود الفنية في إعداد وتحليل مجموعات البيانات الكبيرة للغاية. اختار دان بومبارغر وزملاؤه الجهاز العصبي البلعومي C. ايليجانس و P. باسيفيكوس، والتي تتكون من 20 خلية عصبية فقط وتظهر درجة عالية من الاستقلال عن الجهاز العصبي للجسم. تنظم هذه الخلايا العصبية العشرين تقلص عضلات البلعوم المسؤولة عن امتصاص الطعام ومعالجته قبل الهضم في الأمعاء.

قام Bumbarger بإعداد أقسام رفيعة للغاية من جزأين Pristionchus الديدان ومقارنة عدد وموقع المشابك في الجهاز العصبي البلعوم مع الموجود C. ايليجانس البيانات. على الرغم من صغر حجم الديدان الخيطية ، فقد استغرق توليد البيانات وتحليلها أكثر من ثلاث سنوات: أسفرت كل منطقة من مناطق البلعوم التي يبلغ طولها 150 ميكرومترًا عن أكثر من 3000 قسم كان يجب تصويرها وتحليلها بشكل فردي تحت المجهر الإلكتروني.

جاءت النتيجة الأولى لهذه الدراسة المكثفة بمثابة مفاجأة: "من خلال شكلها وموقعها ، كل خلية من الخلايا العصبية العشرين Pristionchus pacificus يمكن أن تكون مرتبطة بمكافئ دقيق في أنواع معينة انيقة"يشرح العالم." هذا أكثر إثارة للدهشة لأن المسافة التطورية بين نوعي الدودة تزيد عن 200 مليون سنة وتختلفان بشكل ملحوظ في سلوك التغذية وفي تشريح أجزاء الفم. " C. ايليجانس يتغذى حصريًا على البكتيريا ، P. باسيفيكوس قادر على تحويل سلوكه إلى افتراس الديدان الأخرى إذا ندرة الغذاء البكتيري.

تنعكس هذه الاختلافات في عدد وموقع المشابك العصبية. بينما في C. ايليجانس 9 فقط من أصل 20 خلية عصبية هي خلايا عصبية حركية ، والتي تنشط الخلايا العضلية بشكل أساسي ، ويصل العدد إلى 19 بوصة P. باسيفيكوس يعمل خلية عصبية واحدة حصريًا كعصبون داخلي ، مما يؤدي إلى إنشاء روابط بين الخلايا العصبية. يقول رالف سومر: "يشير هذا إلى اختلافات جوهرية في تدفق المعلومات". من الواضح أن تنظيم الحركات أكثر تعقيدًا بكثير في P. باسيفيكوس - نتيجة ترتبط تمامًا بسلوك التغذية المفترس للدودة.

من خلال طرق تحليلية مطورة جزئيًا ، قارن العلماء في توبنغن أيضًا أهمية الخلايا العصبية والمشابك الفردية للشبكة بأكملها. أصبح من الواضح أن اثنين من الخلايا العصبية في الجزء الأمامي من P. باسيفيكوس اكتسب البلعوم أهمية كبيرة: فهي الخلايا العصبية الحركية التي تنظم خلايا العضلات التي تتحكم في حركة أجزاء الفم ، وأبرزها حركة الأسنان التي لا توجد في C. ايليجانس. يوضح سومر أن "أجزاء الفم تكون نشطة بشكل خاص أثناء الهجوم المفترس ، ولكن ليس عند التغذي على البكتيريا". في C. ايليجانس، تعمل هاتان العصبيتان حصريًا كخلايا عصبية داخلية. هناك اختلافات ملحوظة في الجزء الخلفي من البلعوم أيضًا. هذا هو المكان C. ايليجانس لديها "مطحنة" عضلية متخصصة لسحق البكتيريا ، مصدر الغذاء الوحيد لها. في P. باسيفيكوس، التي لا تحتوي على طاحونة ، فقدت بعض الخلايا العضلية الروابط المشبكية مع الخلايا العصبية.

"تعكس أنماط الوصلات المشبكية تمامًا الاختلافات الأساسية في سلوكيات التغذية لدى P. باسيفيكوس و C. ايليجانس"، يستنتج رالف سومر. لم تكن النتيجة الواضحة من هذا القبيل هي ما توقعه بالضرورة. أشارت الدراسات السابقة في الدوائر العصبية الأبسط بكثير - كما هو الحال في الحلزون البحري Aplysia - إلى أن التغييرات في السلوك لا يجب أن تتزامن مع التغييرات في عدد وموقع نقاط الاشتباك العصبي: يمكن أن تكون الاختلافات في الخصائص الفسيولوجية للخلايا العصبية أو في تعديلها بواسطة الناقلات العصبية كافية لإحداث تغييرات سلوكية.


ترتبط الأنماط السلوكية الخاصة بالأنواع بالاختلافات في الاتصالات المشبكية بين الخلايا العصبية الحسية الميكانيكية المتماثلة

وصفنا الاستجابات السلوكية لنوعين من العلقات ، Hirudo verbana و Erpobdella obscura ، لتحفيز الجلد الميكانيكي وفحصنا التفاعلات بين الخلايا العصبية الحسية للضغط (الخلايا P) التي تعصب الجلد. لتقدير الاستجابات السلوكية ، قمنا بتحفيز كل من العلق السليم ومستحضرات جدار الجسم المعزولة من النوعين. استجابة للتحفيز الميكانيكي ، أظهر Hirudo سلوك الانحناء الموضعي ، حيث يتم تقصير جدار الجسم فقط في جانب التحفيز. في المقابل ، تقلص Erpobdella كلا الجانبين من الجسم استجابة للمس. لاستكشاف الأساس العصبي لهذا الاختلاف السلوكي ، درسنا التفاعلات بين الخلايا P. تحتوي كل عقدة في منتصف الجسم على أربع خلايا P كل خلية تعصب ربعًا مختلفًا من جدار الجسم. تمشيا مع الانحناء الموضعي ، أدى تنشيط أي خلية P في Hirudo إلى إحداث إمكانات مثبطة متعددة المشابك في الخلايا P. على النقيض من ذلك ، كان للخلايا P في Erpobdella وصلات استثارة متعددة المشابك ، بما يتوافق مع الانكماش على مستوى المقطع الذي لوحظ في هذا النوع. بالإضافة إلى ذلك ، تسبب تنشيط الخلايا P الفردية في تقلصات غير متناظرة لجدار الجسم في Hirudo وانقباضات متناظرة لجدار الجسم في Erpobdella. تشير هذه النتائج إلى أن الاستجابات السلوكية المختلفة في Erpobdella و Hirudo يتم توسطها جزئيًا عن طريق التفاعلات بين الخلايا الحسية الميكانيكية.

الأرقام

الاستجابات السلوكية لقطارات ...

الاستجابات السلوكية لقطارات الصدمات الكهربائية الضعيفة التي تحاكي مستويات الضوء إلى المعتدلة من ...

الاستجابات لتحفيز البشرة في ...

يستجيب لتحفيز الجلد في هيرودو و اربوبديلا . قمنا بتثبيت خمس شرائح ...

مقارنة بين الخلايا P في هيرودو إلى متماثلات الخلية P المفترضة في ...

استجابات الخلايا T و P و N للتحفيز الميكانيكي للجسم ...

ص الخامس أعلى الخامس اتصالات في هيرودو و اربوبديلا . أ وكيل…

وصلات P إلى P في هيرودو و اربوبديلا العقد الوسطى. أ تتبعات الممثل ...

اتصال متشابك بين الخلايا P ...

اتصال متشابك بين الخلايا P في هيرودو و اربوبديلا . أ تسجيلات ...

حركة جدار الجسم بسبب ...

حركة جدار الجسم بسبب التحفيز داخل الخلايا لخلية P. أ قمة…


يكشف NMJ-Morph عن المكونات الرئيسية لمورفولوجيا التشابك التي تؤثر على البنية وعلاقات # x2013 الوظيفية عند التقاطع العصبي العضلي

تعد القدرة على تكوين نقاط الاشتباك العصبي إحدى الخصائص الأساسية التي يتطلبها الجهاز العصبي للثدييات لتوليد اتصال الشبكة. يعد التنوع الهيكلي والوظيفي بين المجموعات المتشابكة سمة مميزة رئيسية لتنوع الشبكة ، ومع ذلك فنحن لا نعرف سوى القليل نسبيًا عن المبادئ المورفولوجية التي تحكم التباين في حجم وشكل وقوة نقاط الاشتباك العصبي. باستخدام تقاطع الماوس العصبي العضلي (NMJ) كنموذج مشابك يمكن الوصول إليه تجريبيًا ، قمنا بالإبلاغ عن تطوير منهجية قوية وموحدة لتسهيل التحليل المورفومتري المقارن للمشابك ("NMJ-morph"). استخدمنا NMJ-morph لتوليد بيانات مرجعية مورفولوجية أساسية لـ 21 متغيرًا منفصلاً قبل وما بعد التشابك من 2160 NMJs فردية تنتمي إلى تسعة مجموعات مختلفة تشريحياً من نقاط الاشتباك العصبي ، مما يكشف عن اختلافات منهجية في مورفولوجيا NMJ بين مجموعات متشابكة محددة. كشف تحليل المكونات الرئيسية أن حجم NMJ الكلي ودرجة التجزئة المشبكية ، جنبًا إلى جنب مع قطر محور عصبي ما قبل التشابك ، كانت أهم المعلمات في تحديد مورفولوجيا التشابك. تم الحفاظ على مورفولوجيا التشابك "المتوسط" بشكل ملحوظ بين المشابك القابلة للمقارنة من الجانبين الأيسر والأيمن من الجسم. تنبأت الاختلافات المنهجية في التشكل التشابكي بالاختلافات المقابلة في الوظيفة المشبكية التي تدعمها التسجيلات الفسيولوجية ، مما يؤكد العلاقة القوية بين الحجم والقوة المتشابكة.

1. الخلفية

يعتبر إنشاء وصيانة اتصال الشبكة من خلال تكوين اتصالات متشابكة مناسبة محددًا أساسيًا لوظيفة الجهاز العصبي للثدييات [1،2]. وبالتالي ، فإن أي محاولة لفهم التركيب والوظيفة المعقدة للجهاز العصبي تتطلب رسم خرائط دقيقة ومفصلة للتوصيل المشبكي ("الوصلات العصبية") من أجل الكشف عن الخصائص الأساسية للدوائر العصبية التي لا يمكن الوصول إليها بطريقة أخرى [3،4]. تم توضيح الدور الحاسم الذي تلعبه المشابك في الحفاظ على وظيفة الشبكة من خلال ملاحظة النتائج الكارثية لخلل الوظيفة المشبكية وفقدانها في حالات التنكس العصبي مثل مرض الزهايمر ومرض باركنسون ومرض الخلايا العصبية الحركية [5-7].

يعد التنوع الهيكلي والوظيفي بين المجموعات المتشابكة إحدى السمات المميزة لتنوع الشبكة. ومع ذلك ، فنحن نعرف القليل نسبيًا عن المبادئ المورفولوجية الشاملة التي تحكم التباين في حجم وشكل وقوة نقاط الاشتباك العصبي. على سبيل المثال ، على الرغم من استكشاف تأثير العوامل الوراثية والبيئية الفردية على نقاط الاشتباك العصبي في العديد من الدراسات [8-10] ، إلا أن المدى الذي تتحد فيه هذه التأثيرات للتحكم في التشكل التشابكي يظل غير واضح ، وتظل الطبيعة الهرمية لهذه العوامل المؤثرة يتم تأسيسها. لذلك ، يلزم فهم أفضل لهذه المبادئ من أجل التقدير الكامل لهوية ودور اتصال الشبكة داخل الجهاز العصبي في الصحة والمرض.

نظرًا لتعقيد التوصيلية المشبكية الموجودة داخل الجهاز العصبي المركزي للثدييات (CNS) [2] ، فمن الصعب الحصول على قياسات مورفولوجية دقيقة ثلاثية الأبعاد من عدد كافٍ من نقاط الاشتباك العصبي المحددة لإجراء دراسات شكلية مقارنة. على النقيض من ذلك ، فإن الموصل العصبي العضلي (NMJ) ، وهو عبارة عن مشابك تشكّل بين خلية عصبية حركية منخفضة في الجهاز العصبي المحيطي وألياف عضلات الهيكل العظمي المستهدفة ، يقدم نموذجًا يمكن الوصول إليه تجريبيًا ، ومناسب تمامًا لدراسات التشكل والتوصيل التشابكي ، ومنه رؤى متعمقة تم الحصول مسبقًا على علم الأحياء المشبكي في جميع أنحاء الجهاز العصبي [11]. بالإضافة إلى ذلك ، تمامًا مثل المشابك في الجهاز العصبي المركزي ، يمثل NMJ موقعًا لعلم الأمراض الأولية في العديد من الحالات العصبية ، بما في ذلك الوهن العضلي الشديد والاضطرابات ذات الصلة [12،13] ، ومتلازمات الوهن العضلي الخلقي [14] ، وأمراض الخلايا العصبية الحركية مثل الضموري الجانبي التصلب الجانبي (ALS) وضمور العضلات الشوكي (SMA) [15].

إن البنية الخلوية الأساسية لنقاط الاشتباك العصبي في NMJs راسخة [16] ، ومن الواضح أن بنيتها تتكيف للسماح بنقل عصبي قوي وموثوق مع "عامل أمان" مرتفع [17]. تاريخيًا ، استخدمت أقدم الأوصاف المورفولوجية لـ NMJ مستحضرات الذهب والفضة لتوضيح نهايات الأعصاب التي تشبه الصفيحة (en plaque) [18] وشبيهة بالعنب (en grappe) [19] في أنواع الفقاريات المختلفة. مع ظهور تلطيخ الكولينستريز في الخمسينيات من القرن الماضي (تم تطويره بواسطة Koelle & amp Friedenwald [20]) ، أصبح تصور كل من مكونات NMJ قبل وبعد التشابك العصبي ممكنًا. استفادت الدراسات اللاحقة عن تعصيب العضلات في أنواع مختلفة من الثدييات من هذه التقنيات المركبة [21] ، مما أدى إلى مجموعة متنوعة من الأساليب النوعية لتصنيف النهايات العصبية [22] واللوحات الحركية [23]. أكد الفحص المجهري الإلكتروني أن هذا الترتيب الخلوي محفوظ عبر NMJs في أنواع متنوعة مثل الضفدع وحمار الوحشي والهامستر الصيني ، وإن كان ذلك مع وجود اختلافات جوهرية في التشكل الكلي [24]. في الآونة الأخيرة ، تم توسيع الثالوث الخلوي الأساسي لطرف العصب الحركي وألياف العضلات والهيكل العظمي وخلايا (خلايا) شوان الطرفية لتشمل نوعًا رابعًا من الخلايا المفترضة: "الخلايا القرنية" [25] (سميت بهذا الاسم بسبب علاقتها التشريحية مع NMJ ، حيث تم العثور عليها "تغطية" الهياكل المذكورة أعلاه).

مع ظهور تقنيات الفلورسنت المناعي والفحص المجهري متحد البؤر ، إلى جانب التوافر الواسع لبرامج الكمبيوتر ، تقدمت بشكل ملحوظ إمكانيات إجراء تحليل شكلي قوي وكمي لـ NMJ. ومع ذلك ، حتى الآن ، لم تظهر منهجية قياسية للتحليل المورفومتري المقارن لـ NMJ ، مما يعيق محاولات اكتشاف أو اختبار الفرضيات المتعلقة بالمبادئ المورفولوجية الأساسية التي قد تنظم أو تؤثر على العلاقات بين البنية المتشابكة والوظيفة. في هذه الدراسة ، نقدم تقريرًا عن تطوير واختبار نظام أساسي جديد قائم على J للسماح بتحليل موحد للقياسات الشكلية لـ NMJs ("NMJ-morph"). من خلال تطبيق NMJ-morph على الماوس NMJs ، قمنا بإنشاء بيانات مرجعية مورفولوجية أساسية لـ 21 متغيرًا منفصلًا قبل وما بعد التشابك من 2160 NMJs فردية تنتمي إلى تسع مجموعات متميزة تشريحياً من المشابك. على الرغم من التباين الملحوظ في NMJs ، فإننا نوضح كيف أن استخدام NMJ-morph ، بالاقتران مع التحليل الإحصائي ، يكشف عن اختلافات منهجية في مورفولوجيا NMJ بين مجموعات متشابكة محددة في العضلات الهيكلية ، وأن حساسية النهج كافية للتمييز بين الاختلاف بمهارة تجمعات NMJs وفقًا للتسجيلات الفسيولوجية المتوقعة.

2. المواد والأساليب

2.1. تشريح العضلات والكيمياء المناعية للموصل العصبي العضلي

تم اختيار اثني عشر فأرًا (ستة ذكور وستة إناث) عشوائيًا من فضلات واحدة من الفئران من النوع البري CD1 في عمر ستة أسابيع.بعد القتل الرحيم بجرعة زائدة من الأيزوفلورين المستنشق ، تم وزن كل فأر ، وتم تشريح العضلات المختارة من كل جانب ، في غضون 30 دقيقة بعد الوفاة. تم تثبيت العضلات على الفور في 4٪ بارافورمالدهيد لمدة 30 دقيقة ، ثم غسلها في محلول ملحي فوسفات بنسبة 1٪ (PBS). ثم تمت إزالة جميع الأنسجة الضامة المتبقية. تم تحضير العضلات القحفية واللمبرية المخصصة للحبل الكامل على الفور للكيمياء المناعية (انظر أدناه). تم حماية العضلة ثلاثية الرؤوس وعضلات الفخذ بالتبريد عن طريق الغمر في 30٪ سكروز طوال الليل ثم تم الحصول على 100 ميكرومتر من مشراح التجميد Thermo Scientific Microm HM 450 / KS 34.

تم تصنيف الوصلات العصبية العضلية المناعية باستخدام بروتوكول معمل معياري لتصور 2H3 / SV2 وما بعد المشبكي AChRs [26]. تم وضع مستحضرات العضلات في التسلسل التالي من المحاليل (مكونة في 1٪ من برنامج تلفزيوني ما لم تكن الأجسام المضادة المحددة بخلاف ذلك وتراكيزها مذكورة أدناه): α-bungarotoxin (BTX) لمدة 30 دقيقة لتسمية AChRs بعد التشابك 4٪ Triton X لـ 90 حد أدنى محلول مانع من 4٪ ألبومين مصل بقري (BSA) و 2٪ Triton X لمدة 30 دقيقة من الأجسام المضادة الأولية (المكونة في محلول مانع) لمدة 72 ساعة عند 4 درجات مئوية 1٪ PBS لمدة 80 دقيقة 4٪ BSA لمدة 30 دقيقة الأجسام المضادة الثانوية (المكونة في 1٪ PBS) لمدة 150 دقيقة 1٪ PBS لمدة 80 دقيقة. أخيرًا ، تم تركيب مستحضرات العضلات على شرائح زجاجية في مويول ، وتخزينها عند -20 درجة مئوية. في جميع المراحل ، كانت العينات محمية من التعرض المفرط للضوء قبل التصوير.

2.2. الأجسام المضادة

الأجسام المضادة الأولية: 1: 50 فأر مضاد لـ SV2 (حويصلات متشابكة) IgG ، 1: 50 فأر مضاد 2H3 (خيوط عصبية 165) IgG (كلاهما من بنك الورم الهجين للدراسات التنموية). الأجسام المضادة الثانوية: 1: 100 Cy3 AffiniPure حمار مضاد للفأر IgG (Jackson ImmunoResearch Labs). BTX: 1 : 500 α- سم البنجاروتوكسين CF488A (البيوتيوم).

2.3 المجهر متحد البؤر

تم الحصول على الصور على مجهر متحد البؤر زايس LSM 710. تم تحسين الإعدادات البؤرية لتحقيق أفضل حل وسط بين جودة الصورة ومعدل الاستحواذ: عمق 8 بت ، حجم إطار 512 × 512 ، تكبير × 63 ، تكبير × 2 وفاصل مكدس z 1 ميكرومتر ، مع الحصول على صورة متسلسلة لتقليل التسييل من خلال ( قناة حمراء - إثارة 543 نانومتر ، قناة خضراء للتجميع 565-615 نانومتر - إثارة 488 نانومتر ، مجموعة 500-550 نانومتر). تم إجراء جميع تحليلات الصور على إسقاطات الشدة القصوى لمكدسات z ، باستخدام برنامج I mage J والمكوِّن الإضافي BinaryConnectivity.

2.4 NMJ- مورف

سير العمل الذي تم تطويره هنا ("NMJ-morph") مستقل عن النظام الأساسي ، ويمكن استخدامه على أنظمة تشغيل Windows أو Mac. يتوفر الإصدار الأخير من I mage J والمكوِّن الإضافي BinaryConnectivity مجانًا في المجال العام ، ويمكن تنزيله على http://imagej.nih.gov/ij و http://www.mecourse.com/landinig/software/ software.html (تحت قسم "العوامل الصرفية لـ ImageJ"). تتضمن المواد الداعمة عبر الإنترنت دليل مستخدم NMJ-morph شامل (والذي يشتمل على دليل خطوة بخطوة لأداء كل قياس). يتوفر هذا الملف مع قوالب جداول البيانات ونموذج بنك الصور للاستخدام في التدريب والتوحيد مجانًا للتنزيل من http://dx.doi.org/10.7488/ds/1490.

تم تصميم NMJ-morph لتسهيل التحليل الكمي لكل من الهياكل قبل وبعد التشابك في NMJ ، بناءً على سير عمل موحد وقابل للتكرار مناسب للاستخدام في إسقاطات z-stack متحد البؤر لـ NMJs الفردية. إذا كان الفحص المجهري متحد البؤر غير ممكن (على سبيل المثال في التسجيل المتزامن للهيكل - الوظيفة من نفس NMJs) أو غير متاح لبعض العمال ، يمكن استخدام نهج موحد مماثل باستخدام مجهر مضان واسع المجال لتحليل NMJ-morph (البيانات غير معروضة) ، ولكن يوصى بإسقاطات z-stack متحد البؤر للحصول على أفضل النتائج. يوضح الجدول 1 تفاصيل المجموعة الكاملة المكونة من 21 متغيرًا صرفيًا تم تضمينها في سير عمل NMJ-morph. في أيدينا ، تمكن المستخدمون المدربون من الحصول على بيانات شكلية شاملة من أكثر من 30 NMJs في الساعة.

الجدول 1. المتغيرات المورفولوجية وبيانات خط الأساس. تم تضمين إجمالي 21 متغيرًا مورفولوجيًا في بروتوكول NMJ-morph. تتوافق القيم القصوى والدنيا لكل متغير NMJ مع القيم المتوسطة لكل عضلة (240 NMJs) للبيانات الموضحة في الشكل 4 والمواد التكميلية الإلكترونية ، الشكل S4. كان فرق الطية بين القيم القصوى والدنيا مهمًا لجميع المتغيرات باستثناء متوسط ​​عدد مدخلات المحور (****)ص & lt 0.0001 ***ص & lt 0.001 **ص & lt 0.01 ، *ص & lt 0.05).

تم الحصول على صور مجهرية متحد البؤر لفئران NMJ ذات العلامات المناعية من مستحضرات عضلية كاملة التركيب ، أو أقسام 100 ميكرومتر (للعضلات الأكبر حجمًا) ، باستخدام أساليب التقاط الصور القياسية (انظر أعلاه). لتحليل دقيق ، التقطت كل صورة NMJ أحادي الوجه بطول قصير من محورها الطرفي في وسط مجال الرؤية (الشكل 1). تم تضمين NMJs التي كانت مائلة جزئيًا لمجال الرؤية فقط إذا كان الجزء المائل يشكل أقل من تقريبًا. 10٪ من المساحة الكلية.

الشكل 1. التباين المورفولوجي للماوس NMJs. مثال NMJs من ثلاث مناطق من الجسم: الرأس والرقبة (العضلة بين الجلد ، IS) ، الطرف الأمامي (العضلة ثلاثية الرؤوس ، TRI) والطرف الخلفي (الجزء الرابع العميق ، HL4). تعرض NMJs اختلافات ملحوظة في الحجم والتشكل العام ، مع عدم وجود علاقة واضحة بمنطقة الجسم. شريط المقياس = 10 ميكرومتر.

ثم تم تحويل الصور البؤرية الخام إلى نظائرها الثنائية. لتعيين العتبة ، تم فتح نسختين من إسقاط الحد الأقصى للكثافة في وقت واحد في I mage J تم استخدام الأولى كمرجع ، أثناء تحديد عتبة الثانية. تم تضمين العديد من طرق العتبة المختلفة في I mage J في تجربتنا ،هوانغقدمت طريقة '[27] التمثيل الثنائي الأكثر دقة للصورة الأصلية في 79٪ من NMJs (في سلسلة اختبار أولية من 600 NMJs تم تحليلها بواسطة محققين مستقلين - انظر النتائج والمواد التكميلية الإلكترونية ، الشكل S1). بالنسبة إلى NMJs المتبقية ،هوانغ"لم تقدم طريقة" صور ثنائية دقيقة في هذه الحالات ، فقد تم تعيين العتبة يدويًا (لـ 18٪ من NMJs) ، أو في أقل عدد من الحالات (3٪) ، وجدنا "ين"الطريقة [28] لتكون العتبة التلقائية التالية الأكثر فائدة.

لضمان أعلى درجة من إمكانية إعادة الإنتاج بين مجموعات البيانات (أو لأولئك المستخدمين الذين لديهم خبرة أقل في NMJ-morph) ، نوصي بأن أي صور لا يمكن تحديدها بدقة باستخدام "هوانغ"طريقة" من التحليل في البداية. ومع ذلك ، بالنسبة لأولئك الأكثر دراية بـ NMJ-morph ، يمكن زيادة إنتاجية مجموعة البيانات من خلال استخدام إما العتبة اليدوية أو "ينطريقة '(على النحو الوارد أعلاه) دون المساس بجودة البيانات في سلسلة الاختبار الأولية لـ 600 NMJs ، وجدنا أن هذه الاختلافات الصغيرة المعتمدة على المستخدم في العتبة لم تؤثر بشكل كبير على التحليلات الناتجة أو استنساخ البيانات (انظر الشكل 3 و نتائج).

في الحالات التي تكون فيها نسبة الإشارة إلى الضوضاء للصور أقل من تلك المستخدمة في هذه الدراسة (على سبيل المثال في NMJs المرضية ، أثناء التطوير ، أو في المواقف التي تتم فيها دراسة بنية ووظيفة NMJ في وقت واحد ، وحيث قد لا يكون وضع العلامات المكثفة بما يتوافق مع الوظيفة العادية) ، من المحتمل أن يتم الاعتماد بشكل أكبر على العتبة اليدوية ، وسيكون التباين الأكبر بين المحققين المستقلين أمرًا لا مفر منه. تسلط هذه الظروف الأكثر صعوبة الضوء أيضًا على أهمية تحديد نسخة واحدة من الصورة بالرجوع إلى الأصل ، لضمان أن يكون النظير الثنائي تمثيلًا دقيقًا للصورة الأصلية.

هناك نقطة أخيرة نرغب في تسليط الضوء عليها فيما يتعلق باستخدام NMJ-morph تتعلق بـ مطلق دقة القياسات التي تم الحصول عليها. في حين أن سير العمل المحدد قوي وقابل للتكرار لأن يستخدم صور عتبة ثنائية (سواء تم تحديدها تلقائيًا أو يدويًا) ، وهي الأكثر دقة مطلق قياس المتغيرات الفردية (على سبيل المثال منطقة كتلة AChR) من المرجح أن يتم تحقيقه فقط من خلال القياسات اليدوية التي يتم إجراؤها على الأصل ، بلا عتبة، صور متحد البؤر ، حيث يمكن للفرد اتخاذ قرارات دقيقة حول الحدود الدقيقة لكل NMJ. حتمًا ، يعد هذا أسلوبًا مستهلكًا للوقت إلى حد كبير مقارنة بالنهج المحدد ، كما أنه يخضع للتغير بين المراقبين الذي سعينا إلى تقليله ، ولكن بالنسبة لتلك المجموعات التي تتعامل مع مجموعات بيانات أصغر ، قد يكون هذا هو الخيار المفضل إذا كان الوقت تسمح.

في المجموع ، قمنا بدمج 21 متغيرًا مورفولوجيًا فرديًا في منصة NMJ-morph ، مقسمة إلى "المتغيرات الأساسية" و "المتغيرات المشتقة" و "المتغيرات العصبية والعضلية المرتبطة" (الشكل 2 والجدول 1). تم قياس الأبعاد الأساسية التي لا تحتاج إلى شرح مثل المنطقة والمحيط باستخدام وظائف I mage J القياسية (الشكل 2) (انظر دليل مستخدم NMJ-morph عبر الإنترنت للحصول على إرشادات خطوة بخطوة ، متاح على: http: //dx.doi. غزاله / 10.7488 / دس / 1490).

الشكل 2. نظرة عامة على منصة NMJ-morph. مخطط انسيابي يوضح تسلسل التحليلات لكل NMJ. يتألف سير العمل من 21 متغيرًا شكليًا: يتم عرض 11 "متغيرًا أساسيًا" بخط أحمر ، و 7 "متغيرات مشتقة" باللون الأزرق و 3 "متغيرات عصبية وعضلية مرتبطة" باللون الأخضر. يتم عرض عمليات محددة داخل NMJ-morph بخط مائل.

فيما يتعلق بالنمط المتفرّع الأكثر تعقيدًا للمطاريف العصبية ، غالبًا ما استخدمت الدراسات السابقة مصطلحات معقدة لتعريف الفروع (على سبيل المثال ، الأجزاء القريبة والبعيدة [29] ، أوامر التفرع [30]) ، لا يمكن استخدام أي منها بسهولة أو على نطاق واسع . لقد تجنبنا مثل هذا الغموض في تحديد الفروع باستخدام وظيفة "الهيكل العظمي" في I mage J لإنتاج "هيكل عظمي" بسمك بكسل واحد من المحطات العصبية. تم حساب عدد الفروع الطرفية [31] وعدد نقاط الفروع تلقائيًا باستخدام ملحق I mage J: BinaryConnectivity [32] (مادة تكميلية إلكترونية ، الشكل S2). تم وصف هذه الطريقة لأول مرة فيما يتعلق بالنمط المتفرّع للصفيحة النهائية [33] ، ولكن لم يتم تطبيقها مسبقًا لتحليل النهايات العصبية قبل المشبكي.

تم تطوير مؤشر "التعقيد" لدمج متغيرات الفروع الفردية في فهرس ما قبل التشابك (على غرار مؤشرات "الانضغاط" و "التجزئة" بعد التشابك ، انظر الشكل 2 أدناه). اختلفت الطرق السابقة لهذا النوع من التحليل عن تلك التي تستخدم مصطلحات معقدة نسبيًا (على سبيل المثال ، متوسط ​​المسافة بين نقاط منشأ الفروع الثانوية في الفرع الأساسي [30]) إلى طرق أكثر وضوحًا (مثل طول الفروع × عدد نقاط الفرع / 100 [29]). استخدمنا الصيغة التالية مع الاشتقاق اللوغاريتمي لإنشاء فهرس رقمي أكثر ملاءمة:

تم قياس الأبعاد الأساسية للوحة النهائية للمحرك بعد التشابك مرة أخرى باستخدام وظائف I mage J القياسية (الشكل 2 انظر دليل مستخدم NMJ-morph عبر الإنترنت للحصول على إرشادات خطوة بخطوة). تم إنشاء متغيرات مورفولوجية أكثر تعقيدًا للوحة المحرك ما بعد التشابك باستخدام العديد من المتغيرات "المشتقة" (الشكل 2 والجدول 1). تم تعريف "تماسك" AChRs في اللوحة النهائية على النحو التالي:

تم تسمية هذا الفهرس بـ "التشتت" في الدراسات السابقة [33،34] ، لكننا نفضل مصطلح "الانضغاط" باعتباره واصفًا أكثر دقة لكمية من المستقبلات في منطقة معينة. علاوة على ذلك ، فإنه يساعد على رسم تمييز واضح بين هذا المتغير و "التجزئة" (انظر أدناه) ، والذي يصف خاصية فيزيائية مختلفة للصفيحة النهائية.

تم استخدام NMJ-morph أيضًا لتحديد عدد مجموعات AChR المنفصلة التي تشتمل على اللوحة النهائية للمحرك. على الرغم من أن الدراسات السابقة قد أبلغت عن إحصاء بسيط لمجموعات مستقبلات AChR [35] ، فقد اقترحت تجربتنا أن هذا قد يكون صعبًا من الناحية العملية ، حيث غالبًا ما تظهر المجموعات الموجودة على مقربة واحدة. لقد تغلبنا على هذه المشكلة من خلال استخدام وظيفة "الجزيئات المجزأة" في I mage J ، والتي حللت اللوحة النهائية إلى مجموعات منفصلة تمامًا يمكن عدها بسهولة (المواد التكميلية الإلكترونية ، الشكل S3). هذه الوظيفة هي نوع من "تجزئة مستجمعات المياه" للصور ذات التدرج الرمادي التي توفر وسيلة للفصل التلقائي للجسيمات التي تتلامس [36]. بالإضافة إلى ذلك ، تم حساب مؤشر "التجزئة" ، حيث تحتوي اللوحة النهائية الشبيهة بلوحة صلبة على مؤشر صفر (0) ، ولوحة النهاية شديدة التجزئة مؤشر يميل نحو قيمة عددية واحدة (1):

توفر المتغيرات المورفولوجية المتبقية التي تم قياسها باستخدام NMJ-morph ("التداخل" و "منطقة الاتصال المشبكي") تفاصيل تتعلق بـ "المطابقة" المورفولوجية لجهاز ما قبل وما بعد التشابك العصبي. يصف "التداخل" درجة التطابق بين عناصر ما قبل وما بعد التشابك العصبي من NMJ - إلى أي مدى تتداخل المحطة العصبية مع مجموعات AChR. تعتبر الصفائح النهائية المشغولة جزئيًا أو الشاغرة سمة مميزة لأمراض الظهر المحتضرة (مثل ALS و SMA) والتنكس الواليري [15] ، وقد خصصت الدراسات السابقة NMJs عند التفتيش إلى فئات مختلفة ، بدءًا من الشاغرة إلى المشغولة بالكامل ، بطريقة شبه كمية [37]. سمح لنا الفهرس المشتق "التداخل" بحساب "النسبة المئوية لشغل AChRs" بالضبط ، باستخدام طريقة وصفها براكاش لأول مرة وآخرون. [30]:

بطريقة مماثلة ، تمكنا من تحديد "منطقة اتصال متشابك" دقيقة لكل NMJ على النحو التالي:

تم الحصول على قياسات لقطر الألياف العضلية باستخدام مجهر أوليمبوس IX71 / كاميرا هاماماتسو C4742-95. تم تصوير مستحضرات الألياف الممزقة عند التكبير × 20. تم التقاط الصور باستخدام برنامج Openlab I mprovision وتم إجراء قياس قطر ألياف العضلات يدويًا في I mage J. تم قياس أربعين أليافًا فردية لكل عضلة (2160 ألياف عضلية في المجموع لمجموعة البيانات الكاملة).

2.5 الفيزيولوجيا الكهربية

تم إجراء التسجيلات داخل الخلايا من خلال 100 ميكرومتر من NMJs على ألياف العضلات في محضرات IS و LAL المعزولة للعضلات العصبية المغموسة في محلول ملحي فسيولوجي للثدييات المخزن في HEPES (MPS ، يحتوي على 2 مم Ca 2+ و 1 ملي M Mg 2+) في درجة حرارة الغرفة ( 22-25 درجة مئوية) ، باستخدام أقطاب كهربائية زجاجية مملوءة بخلات البوتاسيوم 4 أمتار ، مقاومة 20-40 متر مكعب ، كما هو موضح سابقًا [38-40]. تم حظر إمكانات عمل العضلات بواسطة عضلات ما قبل الحضانة في-conotoxin GIIIB (Alomone ، 2.5 ميكرومتر في MPS المهواة) لمدة 20-30 دقيقة قبل نقل وتثبيت المستحضرات إلى غرفة تسجيل مبطنة بـ Sylgard مثبتة على مرحلة مركب منتصب مجهر (Zeiss Axioscop2 FS Plus) مزود بأهداف غمس في الماء × 10 - × 40. تم إنتاج استجابات العضلات التي تثيرها الأعصاب عبر قطب شفط متصل بمحفز Digitimer DS2 ، مع تطبيق نبضات موقوتة بسعة 1-10 فولت ومدة 0.1-0.2 مللي ثانية. تم تسجيل MEPPs العفوية و EPPs التي تثير الأعصاب باستخدام مضخم Axoclamp 2B وتم رقمنتها عبر واجهة Digidata 1322A وتحليلها باستخدام برنامج p C lamp 9.0 (جميع أدوات Axon / الأجهزة الجزيئية) أو W في WCP (برنامج Strathclyde Electrophysiological Software) يعمل على معيار الكمبيوتر. للمقارنات بين العضلات والألياف ، تم تصحيح اتساع EPP و MEPP إلى إمكانات الراحة القياسية −80 mV. للتحليل الكمي ، تم تصحيح سعة EPP للتجميع غير الخطي باستخدام الصيغة [41] ، الخامس′ = الخامس/(1 − ص/ه) تطبيق "Fعامل 0.8 وافتراض احتمال انعكاس لـ AChRs من 0 mV. ثم تم حساب المحتوى الكمي باستخدام الطريقة المباشرة ، وقسمة سعة EPP المصححة على متوسط ​​سعة MEPP المصححة إلى جهد راحة EPP.

2.6. جمع البيانات والتحليل الإحصائي

تم تصدير جميع البيانات من I mage J وتم تجميعها في جدول بيانات واحد مصمم في Microsoft E xcel (جداول بيانات قالب NMJ-morph متاحة للتنزيل مجانًا من http://dx.doi.org/10.7488/ds/1490). تم فحص جداول البيانات يدويًا بحثًا عن الأخطاء العددية بعد استيراد البيانات من I mage J. تم إجراء التحليلات الإحصائية باستخدام برنامج GraphPad P rism و SPSS. يتم تفصيل الأساليب الإحصائية الفردية في قسم النتائج والأشكال التوضيحية.

3. النتائج

لتوليد مستحضرات تجريبية من NMJs مناسبة لإجراء تحليل شكلي مقارن ، استخدمنا مستحضرات عضلية ذات علامات مناعية مناعية من فئران من النوع البري البالغة (حوالي شهرين من العمر). تم تصنيف NMJs باستخدام الأجسام المضادة ضد الخيوط العصبية (2H3) وبروتينات الحويصلة المشبكية (SV2) للكشف عن بنية الخلايا العصبية قبل التشابك ، و α-bungarotoxin للكشف عن اللوحات النهائية الحركية بعد المشبكي [26،42-45] (الشكل 1). كشفت المقارنات النوعية الأولية لـ NMJs من ثلاث عضلات مختلفة من نفس الفأر - interscutularis (IS) ثلاثية الرؤوس brachii (TRI) 4th lumbrical من hindlimb (HL4) - أشكال متشابكة مختلفة بشكل لافت للنظر بين مجموعات المشابك الثلاثة ، مع اختلافات ملحوظة في حجم ومظهر وتعقيد كل من الهياكل قبل وبعد المشابك (الشكل 1).

3.1. تطوير NMJ-morph كمنصة معيارية للحصول على البيانات المورفولوجية

لمزيد من استكشاف هذه الاختلافات في مورفولوجيا NMJ ، وتسهيل المقارنات الكمية والتحليلات الإحصائية اللاحقة ، قمنا بتطوير NMJ-morph كسير عمل موحد يمكننا من خلاله الحصول على بيانات مرجعية مورفولوجية لـ 21 متغيرًا منفصلًا قبل وما بعد التشابك (انظر المواد والأساليب ).

في البداية ، لتحديد موثوقية NMJ-morph وتحديد درجة أي تقلب بين المستخدمين ، تم تحليل سلسلة من 600 NMJ من قبل محققين مستقلين يجرون قياسات على محطتي عمل مختلفتين (الشكل 3). في هذا التمرين ، اختار المحقق 1 ملف هوانغ عتبة 83٪ من الصور (14٪ يدوي ، 3٪ ين) ، بينما تم اختيار المحقق 2 هوانغ لـ 74٪ (22٪ يدوي ، 4٪ ين) بشكل عام ، اختار المحققان نفس العتبة (إما هوانغ ، ين أو يدوي) لـ 77٪ من الصور. على الرغم من هذه الاختلافات في اختيار العتبة ، جنبًا إلى جنب مع الطبيعة اليدوية لبعض القياسات داخل NMJ-morph ، كان التوافق بين المحققين قوياً عبر جميع متغيرات NMJ: معاملات الارتباط (ص) من 0.844 (قطر محور عصبي) إلى 0.997 (منطقة AChR) ، مع ص & lt 0.0001 لجميع المتغيرات. نظرًا لأن تأثير التباين بين المراقبين المنسوب إلى هذا المزيج من العتبة والقياس اليدوي صغير بشكل واضح ، فقد خلصنا إلى أن سير العمل المحدد كان قويًا بما يكفي لاستخدامه في بقية الدراسة (ويوصى باستخدامه بشكل عام). تم استخدام هذا التحليل الأولي أيضًا لتحديد أحجام العينات المناسبة المطلوبة لإجراء تقييم دقيق لمورفولوجيا التشابك في NMJ-morph ، مع ضرورة وجود حجم عينة يزيد عن 30 NMJs لكل عضلة للحصول على بيانات قوية (الشكل 3).بناءً على هذه الملاحظة ، تم إجراء جميع التحليلات اللاحقة على حجم عينة يبلغ 40 NMJs لكل عضلة.

الشكل 3. موثوقية NMJ- مورف. استخدم اثنان من المحققين المستقلين NMJ-morph لتحليل سلسلة من 600 NMJs من 1 lumbrical العميق للطرف الخلفي (6 فئران: 3 ذكور ، 3 إناث 50 NMJs من lumbrical من كل جانب). (أ) تم إثبات التوافق القوي بين المحققين لجميع المتغيرات. توضح مخططات التشتت مدى الارتباط ، من الأضعف (قطر المحور العصبي) إلى الأقوى (منطقة AChR). بالنسبة لجميع المتغيرات ، كان الارتباط بين المراقبين مرتفعًا (ص ≥ 0.844) وذات دلالة إحصائية (ص & lt 0.0001). (ب) أهمية أخذ العينات المناسب عند الإبلاغ عن القيم المتوسطة لمتغيرات NMJ. المؤامرات تتوافق مع المتغيرات الموضحة في (أ) ، وتظهر البيانات التي تم الحصول عليها من عضلة واحدة (50 NMJs). تؤدي زيادة حجم العينة إلى استقرار تدريجي للمتوسط ​​على هذا الأساس ، نوصي بعينة من 40 NMJs لكل عضلة لضمان دقة القيم المتوسطة المبلغ عنها.

أثناء التطوير والاختبار الأوليين لـ NMJ-morph ، والتي استخدمت فئران ذكور وإناث من القمامة ، لم يلاحظ أي فروق علنية تُعزى إلى ازدواج الشكل الجنسي (البيانات غير معروضة). لذلك تم إجراء جميع التحليلات اللاحقة على جنس واحد (اختيار تعسفي للإناث) ، من أجل اتساق النهج وتبسيط المشكلات (مع ذلك كبيرة) التي تطرحها معالجة البيانات ذات الحجم الكبير.

3.2 البيانات المورفولوجية الأساسية للموصل العصبي العضلي للماوس

بعد أن أثبتنا أنه يمكن استخدام NMJ-morph لإنشاء بيانات مورفولوجية قوية ، استخدمنا بعد ذلك هذا النهج للحصول على بيانات مرجعية أساسية لـ NMJs من مجموعة من العضلات التي تم الحصول عليها من فئران متعددة مشتقة من فضلات واحدة. تم اختيار العضلات لتشمل مجموعة واسعة من المعايير ، وتوقع أن أي اختلافات في مورفولوجيا NMJ قد تتعلق مباشرة بهذه العوامل. تضمنت هذه المعايير تغطية جميع مناطق الجسم ، والوضع القريب / البعيد والتماثل الوظيفي داخل الأطراف ، وإمدادات الأعصاب المختلفة ، والعمارة والوظيفة الإجمالية. يجب أن تكون العضلات أيضًا في الاستخدام البيولوجي الروتيني. لأغراض هذه الدراسة ، تم التعامل مع الجزء الأكبر من العضلة الرباعية الرؤوس / ثلاثية الرؤوس (كل منها مزود بعصب واحد) على أنها "عضلة" منفصلة واحدة ، في حين تم اختيار الأجزاء الأمامية والخلفية الفردية التي تم اختيارها (لكل منها عصب مختلف العرض) على أنها "عضلات" منفصلة. وهكذا ، فإن التحديدات من الأطراف شكلت ستة عضلات منفصلة (مع ستة إمدادات عصبية مختلفة) ، بدلاً من مجموعتين متشابهتين وظيفيًا (عضلات الفخذ / ثلاثية الرؤوس و lumbricals). في المجموع ، تم اختيار تسع عضلات مميزة تشريحيًا من ثلاث مناطق مختلفة من الجسم (الجمجمة والأطراف الأمامية والأطراف الخلفية) (الشكل 4).

الشكل 4. البيانات المورفولوجية الأساسية للماوس NMJ. مخططات شريطية توضح التباين في مورفولوجيا NMJ بين العضلات المختلفة ، مع عدم وجود علاقة واضحة بمنطقة الجسم. (أ) قبل و (ب) يتم عرض أمثلة ما بعد التشابك العصبي. تصور الأعمدة المتوسط ​​والخطأ المعياري للمتوسط ​​(sem) ، محسوبًا من البيانات المجمعة لثلاثة أزواج من العضلات اليسرى / اليمنى (240 NMJ). يتم ترتيب العضلات وفقًا للحجم ولونًا مميزًا لمنطقة الجسم (الرأس والعنق باللون الأحمر ، والطرف الأمامي باللون الأصفر ، والطرف الخلفي باللون الأزرق). يوفر المثال NMJs تمثيلًا مرئيًا دقيقًا للقيم المتوسطة الموضحة على المخطط الشريطي (بحدود ± 5٪ من المتوسط) ، ويتوافق مع القيم القصوى والوسيطة والصغرى. شريط المقياس = 10 ميكرومتر. الاختصارات: IS، interscutularis LAL-R، levator auris longus (شريط منقاري) LAL-C، ll-C، levator auris longus (الفرقة الذيلية) TRI، ثلاثية الرؤوس العضدية FL2، 2nd lumbrical (forelimb) FL4، 4th lumbrical (forelimb) الرباعي، رباعي الرؤوس femoris HL1 ، العمق الأول (hindlimb) HL4 ، العمق الرابع lumbrical (hindlimb).

تمشيا مع ملاحظاتنا النوعية الأولية (الشكل 1) ، أكدت التحليلات الكمية عدم التجانس الملحوظ في مورفولوجيا NMJ بين العضلات المختلفة (الجدول 1). لوحظت فروق ذات دلالة إحصائية في القيم المتوسطة عبر مجموعة من المتغيرات السابقة واللاحقة للعضلات المختلفة (الشكل 4 والجدول 1 المواد التكميلية الإلكترونية ، الشكل S4). القيم القصوى والدنيا ، بالإضافة إلى اختلافات تغيير الطيات بين العضلات ذات الترتيب الأعلى والأدنى لكل متغير ، موضحة في الجدول 1. المتغير المورفولوجي مع أكبر فرق بين العضلات كان متوسط ​​مساحة مجموعات AChR ، مع وجود a. تغيير أضعاف 3.17 بين العضلة ذات الترتيب الأعلى والأدنى (الجدول 1). على النقيض من ذلك ، كانت المتغيرات التي تظهر أصغر اختلافات في الطيات هي `` عدد المدخلات المحورية '' (ليس من المستغرب ، حيث أن جميع NMJs التي تم فحصها كانت من فئران بالغة سليمة ، حيث من المتوقع حدوث تعصيب أحادي للوحات النهاية) و `` التداخل '' (الجدول 1 إلكتروني المواد التكميلية ، الشكل S4B). يشير هذا الاختلاف الصغير في "التداخل" عبر NMJs للعضلات المختلفة إلى أن التطابق المادي بين مكونات ما قبل وما بعد التشابك العصبي في NMJ يتم الحفاظ عليه بشكل كبير عبر جميع نقاط الاشتباك العصبي ، بغض النظر عن موقعها الفردي أو "هويتها" التشريحية. بالنظر إلى هذه الدرجة العالية من التطابق الجسدي بين الهياكل السابقة واللاحقة للتشابك ، والتضمين ذلك الكل يجب أن تكون متغيرات NMJ الأخرى "مطابقة للحجم" عبر المشبك ، كان هناك ملفت للنظر قلة المطابقة المطلقة ولا أي تجميع واضح لمتغيرات NMJ حسب منطقة الجسم أو نوع الألياف العضلية (لاحظ الطلبات المختلفة للعضلات في الشكل 4 ، بشكل عام وفيما يتعلق بمتغيرات ما قبل وما بعد التشابك العصبي). على سبيل المثال ، يمكن العثور على NMJs التي تعصب عضلات نشل سريع في الغالب مع المتغيرات المورفولوجية في أي من طرفي الطيف (على سبيل المثال قارن FL2 و LAL-R في الشكل 4). وبالمثل ، يمكن العثور على العضلات العصبية NMJs في الطرف الأمامي (الأشرطة الصفراء في الشكل 4) مع المتغيرات المورفولوجية في أي من طرفي النطاق.

بالإضافة إلى الاختلافات في المتغيرات المورفولوجية NMJ بين العضلات ، تكشف مجموعة البيانات الحالية أيضًا عن عدم التجانس داخل مجموعات NMJs من عينة عضلية واحدة (أي من جانب واحد من حيوان واحد). لكل مجموعة من 40 NMJs ، قمنا بحساب معامل الاختلاف (CV) لكل من 11 متغيرًا مورفولوجيًا أساسيًا: كان متوسط ​​السيرة الذاتية 0.3 ، مع 90 ٪ المركزية من السير الذاتية لها قيم بين 0.16 و 0.67.

3.3 تحديد المبادئ المورفولوجية التي تحكم عدم التجانس المشبكي عند التقاطع العصبي العضلي

نظرًا للنقص الواضح في المنبئات الواضحة لمورفولوجيا NMJ استنادًا إلى موضع الجسم أو نوع ألياف العضلات ، قمنا بتطبيق تحليلات إحصائية أكثر تقدمًا في محاولة للكشف عن المبادئ المورفولوجية التي تحكم عدم التجانس المشبكي ، والتي لم تكن واضحة بسهولة من خلال الملاحظة البسيطة. تحقيقًا لهذه الغاية ، أجرينا تحليلًا للمكونات الرئيسية (PCA) على مجموعة البيانات الكاملة متعددة المتغيرات ، والتي تشتمل على قيم 11 متغيرًا مورفولوجيًا "أساسيًا" تم تقييمه في كل من 2160 NMJs الفردية. من خلال التقييم المنهجي للارتباطات بين المتغيرات ، تحدد PCA أصغر عدد من العوامل ("المكونات الرئيسية") التي تمثل أكبر درجة من التباين داخل مجموعة البيانات في مجموعة بيانات عالية الأبعاد ظاهريًا ، وهذا النهج يمكننا من تصور "الترتيب" في بعدين أو ثلاثة أبعاد فقط.

أظهر PCA أن غالبية التباين (81 ٪) داخل مجموعة البيانات يمكن التقاطه في مخطط ثنائي الأبعاد (الشكل 5) ، حيث يمثل المكون الرئيسي الأول (PC1) حوالي 72 ٪ من التباين ، والمكون الرئيسي الثاني المكون (PC2) يمثل ما يقرب من 9 ٪ من التباين. من الناحية المادية ، من الأفضل اعتبار PC1 انعكاسًا لـ "الحجم الكلي" لـ NMJ ، على أساس الارتباطات الإيجابية بشكل ملحوظ بين المتغيرات المورفولوجية المتعلقة بالحجم (المواد التكميلية الإلكترونية ، الشكل S5) وتجميعها مع ارتفاع x تنسيق القيم في مخطط تحميل PCA (المواد التكميلية الإلكترونية ، الشكل S6). بطريقة مماثلة ، يمكن تفسير PC2 على أنه يعكس درجة `` تجزئة '' اللوحة النهائية ، بناءً على ارتباط أضعف بكثير لوحظ بين المتغيرات المتعلقة بالحجم وعدد مجموعات AChR (المواد التكميلية الإلكترونية ، الشكل S5) و عالية بشكل مميز ذ تنسيق عدد نقاط بيانات مجموعات AChR على مخطط تحميل PCA (المواد التكميلية الإلكترونية ، الشكل S6). هناك طريقة بسيطة لتوضيح كيفية ارتباط هذه المكونات الرئيسية بالمتغيرات المقاسة وهي اعتبار المكونات بمثابة "ملخص" للمتغيرات. تشبيه بسيط هو النظر في التباين الطبيعي في الهياكل العظمية للحيوانات - يمكن قياس أي عدد من المتغيرات الفردية (مثل أبعاد الجمجمة: الطول ، والطول ، والعرض ، والمحيط ، والوزن ، وما إلى ذلك) ، ولكن العديد من هذه ستكون مرتبطة ونسبة كبيرة من التباين الكلي يمكن العثور عليه على عدد أقل بكثير من المكونات الرئيسية ("حجم الجمجمة" ، "شكل الجمجمة" ، إلخ.) [46].

الشكل 5. تحليل المكونات الرئيسية لل NMJs. تمثيلات PCA ثنائية الأبعاد لـ NMJs على النحو المحدد بواسطة المتغيرات المورفولوجية "الأساسية" 11. (أ) خريطة PCA لمجموعة كاملة من 2160 NMJs ، مشفرة بالألوان حسب نوع العضلات. ال xيمثل المحور المكون الرئيسي الأول (3 إلى +5) ، وهو ذ-محور المكون الرئيسي الثاني (5 إلى +5). يُظهر الشكل الداخلي نفس الخريطة ، ولكنه يقتصر على NMJs فقط من عضلات TRI و FL2 ، مما يوضح قدرة PCA على فصل NMJs المتميزة شكليًا. (ب) خريطة PCA مشتقة من تلك الموجودة في اللوحة (أ) ، وتجميعها على NMJs من كل حيوان. تمثل كل نقطة بيانات النقطه الوسطى لمواقع الخريطة لـ 40 NMJs لعضلة معينة من جانب واحد من حيوان فردي ، وترتبط نقاط البيانات اليمنى واليسرى لكل حيوان بخطوط. العضلات ملونة كما في اللوحة (أ). تم وضع علامة على سطر واحد لكل نوع عضلي للمساعدة في التفسير البصري. تعمل إحداثيات PC1 و PC2 من -1.5 إلى +1.5. تم إجراء PCA باستخدام برنامج SPSS.

الاستنتاج الذي يمكن استخلاصه من PCA هو أن عدم التجانس المورفولوجي يتم تحديده بشكل أساسي من خلال "الحجم الكلي" لـ NMJ (على عكس أي متغير فردي) ، مع "تجزئة" اللوحة النهائية أيضًا مساهمة صغيرة ولكنها مهمة في هذا الاختلاف. بالتساوي ، لا يمكن استخدام متغير شكلي واحد للتنبؤ بمورفولوجيا NMJ الشاملة في عضلة معينة. يمكن تقدير هذين المكونين الرئيسيين ("الحجم الكلي" و "التجزئة") بوضوح في NMJs المختلفة الموضحة في الشكل 1.

3.4. تأثير الخلايا قبل وبعد التشابك العصبي على مورفولوجيا الوصل العصبي العضلي

أردنا بعد ذلك تقييم المساهمة النسبية للخلايا قبل وبعد التشابك العصبي (ممثلة بقطر محور عصبي وقطر ألياف العضلات ، على التوالي) في تنظيم مورفولوجيا NMJ. على وجه الخصوص ، أردنا معالجة الافتراض الضمني بأن الحجم الكلي NMJ (الذي تم تحديده كمحدد رئيسي لمورفولوجيا التشابك انظر أعلاه) كان ببساطة نتيجة لحجم ألياف العضلات الهيكلية التي يتكون عليها NMJ (بناءً على الروابط السابقة بين حجم الصفيحة النهائية وقطر الألياف العضلية [23،40،47]). قمنا برسم كل متغير من متغيرات NMJ مقابل كل من قطر ألياف العضلات والمحور بشكل فردي ، وحصلنا على معامل الارتباط والمرتبط به. ص-قيمة لكل اقتران (الشكل 6 والجدول 2). كانت معاملات الارتباط ذات حجم أكبر لقطر محور عصبي من قطر ألياف العضلات لمعظم المتغيرات (13 من 18) ، مع ارتباطات أقوى لـ "المتغيرات الأساسية" (تم العثور على نتائج مماثلة باستخدام بيانات ارتباط سبيرمان غير معروضة). تشير هذه النتائج إلى أن الخصائص المورفولوجية لخلية ما قبل التشابك (العصبون الحركي) هي عامل محدد أقوى للتشكل الكلي للتشابك من تلك الخاصة بالخلية ما بعد التشابك (الألياف العضلية).

الشكل 6. تأثير الخلايا قبل وبعد المشبكي على مورفولوجيا NMJ. مخططات مبعثرة توضح الارتباط بين قطر محور عصبي (أو قطر ألياف العضلات) ومتغيرات NMJ الفردية. (أ) قبل و (ب) يتم عرض أمثلة ما بعد التشابك العصبي. للمساعدة في التفسير المرئي ، تصور كل نقطة بيانات القيمة المتوسطة على مجموعة من 40 NMJs تم تحليلها لعضلة معينة من جانب واحد من حيوان معين ، ولكن تم الحصول على معاملات الارتباط باستخدام المجموعة الكاملة من NMJs الفردية. أظهر قطر المحور العصبي ارتباطًا أقوى مع غالبية متغيرات NMJ. أظهر قطر الألياف العضلية علاقة غير خطية بمتغيرات NMJ ، مع تجميع العضلات في مجموعتين فرعيتين (انظر النتائج). انظر الشكل 4 لمعرفة مفتاح الاختصارات والترميز اللوني.

الجدول 2. تأثير الخلايا قبل وبعد المشبكي على مورفولوجيا NMJ. معاملات ارتباط PCA (ص) تم الحصول عليها من تحليل مجموعة البيانات الكاملة (2160 NMJs) ، مما يدل على تأثير قطر المحوار وألياف العضلات على كل من متغيرات NMJ. تشير المعاملات بالخط العريض إلى ارتباط أقوى بين قطر المحور العصبي والمتغيرات ذات الصلة. مستويات الأهمية: **ص & lt 0.01 ، *ص & lt 0.05.

ومن المثير للاهتمام ، في حين أن العلاقة بين قطر محور عصبي ومورفولوجيا NMJ كانت خطية عبر النطاق الكامل لأقطار محور عصبي التي لوحظت ، كانت العلاقة بين قطر ألياف العضلات ومورفولوجيا NMJ مختلفة تمامًا: العلاقة الخطية القوية في البداية التي لوحظت للألياف العضلية ذات القطر الصغير لم تصمد الألياف العضلية ذات القطر الأكبر للعضلات ثلاثية الرؤوس وعضلات الفخذ (الشكل 6). وبالتالي ، كانت NMJs من العضلة ثلاثية الرؤوس وعضلة الفخذ أصغر (بناءً على كل من منطقة العصب الطرفية وقياسات منطقة AChR) بالنسبة إلى أقطار ألياف العضلات مما يمكن توقعه من خلال استقراء العلاقة التي لوحظت في عضلات الجمجمة والعضلات. تتحدى هذه الملاحظات فكرة أن حجم NMJ هو وظيفة بسيطة لقطر ألياف العضلات. ما إذا كان الارتباط الوثيق بقطر المحور العصبي يعني أم لا وجود تأثير أكبر للخلية ما قبل المشبكي على مورفولوجيا NMJ أم لا. على سبيل المثال ، قد لا تزال الإشارة إلى الوراء من الألياف العضلية تؤثر على مورفولوجيا NMJ ، على الرغم من الارتباط الأضعف بالحجم. يمكن تفسير التناقض بين الأحجام المتوقعة والملاحظة من NMJs على ألياف العضلات الأكبر (في العضلة ثلاثية الرؤوس ورباعية الرؤوس) من خلال تقييد حجم السيتوبلازم العصبي قبل المشبكي.

وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن العلاقة الملحوظة بين قطر ألياف العضلات و "حجم" NMJ (كما هو موضح أعلاه) لم تتأثر بحجم الحيوانات الفردية ، ولم يتم العثور على أي ارتباط بين حجم الحيوان (الوزن) وحجم NMJ. "، ولا بين" حجم "الحيوان (الوزن) وقطر الألياف العضلية.

3.5 التنظيم الفردي للمورفولوجيا التشابكية

قادنا عدم التجانس الملحوظ في مورفولوجيا NMJ الذي لاحظناه بين العضلات المختلفة إلى التساؤل عن مدى التحكم في التشكل التشابكي ضمن مجموعة واحدة من نقاط الاشتباك العصبي (على سبيل المثال ، جميع NMJs داخل عضلة محددة تشريحيًا) ، بين جانبي نفس الفرد ( على سبيل المثال مقارنة NMJs في نفس العضلة على الجانب الأيسر والأيمن من الجسم) ، وبين أفراد مختلفين (على سبيل المثال مقارنة NMJs في نفس العضلة بين فئران مختلفة من فضلات واحدة).

يوضح الشكل 7 نهجًا منهجيًا للمقارنة الزوجية لهذه العوامل (العضلات والجانب والماوس) من خلال عرض قياسات متغير NMJ "أساسي" واحد (منطقة AChR) للأزواج اليسرى / اليمنى من عضلتين مختلفتين في الأطراف الأمامية (TRI و FL2) في اثنين من الفئران. في هذا المثال ، من الواضح على الفور أن أكبر الاختلافات في منطقة AChR لوحظت في المقارنة الزوجية بين TRI مقابل FL2 في كل فأر ، تليها المقارنات بين الماوس (أي M1 ضد M2 لكل عضلة ، إما TRI أو FL2) ، مع المقارنة بين العضلات المتكافئة على الجانب الأيسر / الأيمن من الجسم تظهر أصغر الاختلافات.

الشكل 7. تأثير الجانب والعضلات والفرد على مورفولوجيا NMJ. مقارنة بين أزواج يسار / يمين لعضلتين (TRI و FL2) من اثنين من الفئران (M1 و M2) ، فيما يتعلق بمتوسط ​​منطقة AChR في NMJ. تمثل كل نقطة بيانات باللون الأصفر (عضلة فردية ، يسارًا أو يمينًا) متوسط ​​40 NMJ يُشار إلى متوسط ​​الزوج الأيسر / الأيمن بواسطة الخط. يتم عرض أزواج تمثيلية من NMJs جنبًا إلى جنب. شريط المقياس = 20 ميكرومتر.

لتقدير تأثير كل من هذه العوامل على جميع العضلات عبر القمامة بأكملها ، أجرينا تحليلًا ثلاثي الاتجاهات للتباين (ANOVA) على مجموعة بيانات كاملة من 2160 NMJs فردية (الجدول 3). أكد هذا أن التأثير الأكبر على مورفولوجيا NMJ جاء من "هوية" العضلات (أي لوحظت أكبر الاختلافات عند مقارنة مورفولوجيا NMJs بين العضلات الفردية المختلفة ، بغض النظر عن "هوية" الحيوان الجانبية أو الفردية).

الجدول 3. تأثير الجانب والعضلات والفرد على مورفولوجيا NMJ. تم الحصول على مستويات الأهمية من تحليل التباين ثلاثي الاتجاهات (ANOVA) ، مما يدل على تأثير كل عامل على التباين الطبيعي لمورفولوجيا NMJ. هوية العضلات لها التأثير الأكبر ليس لها أي تأثير. مستويات الأهمية: ***ص & lt 0.001 **ص & lt 0.01 ، *ص & لتر 0.05. تم إجراء ANOVA باستخدام SPSS.

من المتصور أن عدم وجود اختلافات يسار / يمين في تحليلاتنا الواردة في الجدول 3 كان نتيجة تجميع البيانات من العضلات والحيوانات الفردية ، مع احتمال أن يكون هذا التجميع مقنعًا للاختلافات الحقيقية بين اليسار واليمين داخل الحيوانات الفردية. اختبرنا هذا الاحتمال من خلال إجراء سلسلة من ر-اختبارات تقارن القيم المتوسطة لمتغير معين (منطقة AChR) لـ NMJ لكل زوج عضلي يسار / يمين في كل فأر فردي. في هذه المجموعة المكونة من 27 (= 3 × 9) مقارنات يسار / يمين ، أظهر واحد فقط دلالة إحصائية (ص & lt 0.05) فرق (بعد تصحيح Bonferroni). سلسلة مكافئة من المقارنات اليسرى / اليمنى للمتغير المشتق "التجزئة" فشلت أيضًا في إظهار أي فروق ذات دلالة إحصائية (بعد تصحيح Bonferroni ، المواد التكميلية الإلكترونية ، الشكل S7). أكدت هذه التحليلات تكرارًا متسقًا لمتوسط ​​مورفولوجيا NMJ عبر الأزواج اليسرى / اليمنى من كل عضلة في الحيوان ، وهو ما ينطبق على كل فرد في القمامة درس هذا الحفاظ على التشكل بين الجانبين (الجدول 3) لحسابات أشرطة الخطأ الصغيرة التي لوحظت لـ كل عضلة فردية موضحة في الشكل 4 (مادة تكميلية إلكترونية ، الشكل S4).

3.6 تأثير المتغيرات المورفولوجية على الوظيفة المشبكية عند التقاطع العصبي العضلي

أخيرًا ، سألنا إلى أي مدى كان لنطاق التشكلات قبل وبعد التشابك الذي لوحظ في تجاربنا تأثير على القدرة الوظيفية لـ NMJs.تعتبر العلاقة بين البنية والوظيفة أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على "عامل الأمان" المرتفع في NMJ [17] - القدرة على إطلاق ناقل عصبي كافٍ لاستنباط جهد فعل في الألياف العضلية [48 ، 49]. بالنسبة لهذه التجارب ، أجرينا تحليلات الكهربية للعضلات NMJ في عضلات IS و LAL ، تم اختيارها على أساس المواضع المجاورة لها في الجسم (تلقي إمداد عصبي من نفس العصب المحيطي الرئيسي) ولكن مع أشكال NMJ المنهجية والمختلفة بشكل كبير (الأشكال 4 و 8 والجداول 1 و 4 المواد التكميلية الإلكترونية ، الشكل S4).

الشكل 8. تحليل الكهربية من NMJs في IS و LAL. دعمت هذه النتائج الاختلافات المورفولوجية الملحوظة (الشكل 4) وكانت متوافقة مع النتائج السابقة فيما يتعلق بالعلاقة بين حجم العصب الطرفي والقوة المشبكية. (أ,ب) EPPs (آثار علوية) و MEPPs العفوية (آثار أقل كسب أعلى ، وقاعدة زمنية أبطأ) مسجلة من ممثل (أ) هو و (ب) ألياف العضلات LAL. (ج) لم يكن هناك فرق كبير في سعة EPP مقارنة بين العضلتين. (دF) كان تردد MEPP التلقائي أقل بنحو أربع مرات في ألياف العضلات IS مقارنة بـ LAL (د). على العكس من ذلك ، كانت سعة MEPP (الحجم الكمي) أكبر بنحو 45 ٪ في IS من ألياف LAL ​​(ه). كان المحتوى الكمي أعلى بنسبة 87٪ في LAL مقارنةً بـ IS (F) ، لتعويض الاختلاف في الحجم الكمي وبالتالي استيعاب الجمع غير الخطي ومنح سعة EPP وعامل الأمان للإرسال عند مستويات مكافئة. البيانات تعني ± SEM ن = 33-58 ألياف عضلية مسجلة في ن = 2 IS و ن = 3 عضلات LAL **ص & lt 0.01 ****ص & lt 0.0001 غير مقيد ر-الاختبارات).

الجدول 4. الخصائص الكهربية لل IS و LAL. ملخص الخصائص الكهربية للعضلات IS و LAL. القيم هي المتوسط ​​والخطأ المعياري للمتوسط ​​(sem) لكل متغير ، وفرق الطية بين الوسائل لكل عضلة. تم تسجيل البيانات من 33-58 ألياف عضلية في عضلتين من عضلات IS وثلاث عضلات LAL. مستويات الأهمية: ****ص & lt 0.0001 **ص & lt 0.01 ، *ص & لتر 0.05.

يستريح إمكانات الغشاء في IS (−64 ± 1 mV ، يعني ± sem ، ن = 40 ألياف ، ن = عضلتان) كانت سلبية بشكل طفيف (بحوالي 2-6 مللي فولت) منها في LAL (60 ± 1 مللي فولت ، ص & lt 0.03 ، ر-اختبار). سعات EPP (مصححة لإمكانية الراحة 80 mV) في IS (25.0 ± 2.0 mV ، ن = 40 ألياف ، ن = عضلتان) و LAL (28.7 ± 2.3 مللي فولت ، ن = 56 ألياف ، ن = 3 عضلات) لم تكن مختلفة بشكل كبير (ص = 0.24). كانت أوقات ارتفاع وانحلال EPP أطول بشكل ملحوظ في IS (1.12 ± 0.06 مللي ثانية ، 2.05 ± 0.08 مللي ثانية ، على التوالي ، ن = 50 ألياف ، ن = عضلتان) مقارنة بـ LAL (0.82 ± 0.05 مللي ثانية ، 1.36 ± 0.05 مللي ثانية ، ن = 58 ألياف ، ن = 3 عضلات ، ص & lt 0.0001). تتنبأ هذه البيانات بمقاومة غشاء أقل وثابت وقت غشاء أقصر في LAL مقارنة بألياف عضلية IS.

كان تردد MEPP في NMJ أقل بأربع مرات في عضلات IS (0.77 ± 0.07 ثانية -1 ، ن = 34 أليافًا ، ن = عضلتان) مقارنة بـ LAL (3.54 ± 0.46 ثانية -1 ، ن = 46 ألياف ، ن = 3 عضلات ، ص & lt 0.0001). تتوافق هذه البيانات مع ملاحظات ترددات MEPP الأعلى في لوحات نهائية أكبر تم إجراؤها مسبقًا [23]. وبالمثل ، كانت سعة MEPP (الحجم الكمي) ، المصححة إلى إمكانات غشاء الراحة القياسية −80 mV ، أكبر بنحو 45 ٪ في IS (1.12 ± 0.13 mV ، ن = 33 ألياف ، ن = عضلتان) مقارنة بـ LAL (0.76 مللي فولت ± 0.06 مللي فولت ، ن = 47 ألياف ، ن = 3 عضلات ، ص & lt 0.01) ، بما يتوافق مع التقارير السابقة [23]. كان متوسط ​​المحتوى الكمي لـ EPPs الأولية ، المحسوبة بعد تصحيح سعة EPP للتجميع غير الخطي وإمكانات الراحة ، أكبر بحوالي 85 ٪ في LAL (67.7 ± 6.2 كمات ، ن = 45 ألياف ، ن = 3 عضلات) مما هو عليه في IS (37.3 ± 2.4 كوانتا ، ن = 33 ألياف ، ن = عضلتان ، ص & lt 0.0001) ، بما يتفق مع العلاقة الراسخة بين المحتوى الكمي ومنطقة العصب الطرفية في NMJs [23،38-40،49،50].

مجتمعة ، تتوافق قياساتنا الفسيولوجية مع النتائج السابقة [23،38-40،49،50] فيما يتعلق بالعلاقة بين الحجم المشبكي والقوة المشبكية والتحقق من صحة الاختلافات الشكلية بين العضلات المحددة تشريحيًا التي أبلغنا عنها هنا.

4. مناقشة

هنا ، نقدم تقريرًا عن التطوير والتنفيذ الناجح لمنصة / سير عمل I mage-based على أساس J لتسهيل التحليلات المورفومترية المقارنة لـ NMJ (NMJ-morph). باستخدام NMJ-morph ، قمنا بإنشاء بيانات مرجعية أساسية لـ 21 متغيرًا مورفولوجيًا فرديًا قبل وبعد التشابك العصبي في NMJ ، مما يكشف عن الاختلافات المنهجية في مورفولوجيا NMJ بين مجموعات متشابكة محددة. كشف الاستجواب الإحصائي الأكثر تفصيلاً لهذه البيانات باستخدام PCA عن الحجم الكلي لـ NMJ ودرجة التجزئة المشبكية لتكون أكثر المعلمات أهمية في تحديد التشكل التشابكي. نوضح أيضًا أن التشكل التشابكي "المتوسط" محفوظ بدرجة كبيرة بين NMJs الموجودة في نفس العضلات المنفصلة تشريحيًا على الجانبين الأيسر والأيمن من الجسم ، علاوة على ذلك نؤكد أن الاختلافات المنهجية في التشكل التشابكي تتنبأ بالاختلافات المقابلة في الوظيفة المشبكية.

إن إظهار فائدة NMJ-morph كمنهجية قوية وقابلة للتكرار للتحليل المورفومتري المقارن لـ NMJs يشير إلى أنه سيكون من الممكن الآن تطبيق هذا النهج على مجموعة متنوعة من الإعدادات التجريبية (بما في ذلك دراسة التغيرات المرضية التي تحدث في NMJ خلال مجموعة من الظروف التنكسية العصبية). تشمل فوائد اعتماد مثل هذا النهج المعياري القدرة على مقارنة مجموعات البيانات بسرعة وسهولة والجمع بينها من دراسات متعددة تم إنشاؤها بواسطة مختبرات مختلفة (والتي لا تزال صعبة للغاية في الوقت الحالي ، عندما تكون الممارسة الحالية للمختبرات الفردية هي استخدام أساليب متميزة وغالبًا ما تكون مختلفة بمهارة إلى مقاييس الشكل NMJ). من خلال توفير الوصول المجاني إلى دليل مستخدم NMJ-morph الشامل (الذي يصف طريقة خطوة بخطوة لأداء كل قياس) ، جنبًا إلى جنب مع قوالب جداول البيانات وبنك الصور النموذجي للاستخدام في التدريب والتوحيد القياسي ، نتوقع أن يكون هذا النهج جذابًا لمختبرات أخرى. علاوة على ذلك ، يجب أن يساعد توفير البيانات المرجعية المورفولوجية الأساسية من العديد من مجموعات العضلات المختلفة في هذه الدراسة في تصميم وتفسير الدراسات المستقبلية لـ NMJ في الصحة والمرض.

في هذه الدراسة ، ركزنا على تحليل شامل لمورفولوجيا NMJ في مجموعة واحدة من الفئران CD1. بالنظر إلى الدرجة غير المتوقعة من عدم تجانس NMJ التي لوحظت بين العضلات والحيوانات الفردية ، يبقى أن نرى ما إذا كان هذا الاختلاف يمتد أيضًا إلى مقارنات "بين القمامة" و "بين السلالة" ، تتطلب هذه التحليلات مزيدًا من الاستكشاف في البحث المستقبلي ، ونحن سوف يحذر من اعتبار القيم المذكورة هنا على أنها "طبيعية" أو "نموذجية" لجميع الفئران. إذا كانت مستويات عالية من عدم تجانس NMJ موجودة بالفعل عبر سلالات مختلفة من الفئران ، فقد يكون لهذا آثار مهمة على البحث المترجم في علم الأمراض المشبكي في مرض التنكس العصبي.

علاوة على ذلك ، فإن ملاحظتنا لمورفولوجيا التشابك `` المتوسط ​​'' المحفوظة / المنظمة بدرجة عالية في الفئران NMJs الموجودة في نفس العضلة ولكن على جوانب مختلفة من الجسم تتناقض مع الاختلافات الملحوظة في التشكل التشابكي عند مقارنة NMJs في نفس العضلة مرة أخرى ، ولكن بين شخصين تتناقض هذه الملاحظات مع النتائج السابقة من أنظمة نماذج اللافقاريات. في ذبابة الفاكهة على سبيل المثال ، كشف التحليل الكمي لمورفولوجيا NMJ على العضلات 4 عبر 20 نوعًا فرعيًا مختلفًا اختلافًا مورفولوجيًا بسيطًا عند مقارنة الحيوانات الفردية داخل كل نوع ، مع تباين واسع في حجم وتعقيد NMJ يحدث فقط بين الأنواع [10]. تشير هذه النتائج إلى أن التحكم في التشكل التشابكي ، والذي يبدو أنه منظم بإحكام في ذبابة الفاكهة (على الأرجح وراثيًا) ، ليس محفوظًا بدرجة عالية في الجهاز العصبي الأكثر تعقيدًا في الثدييات. وبالتالي ، هناك مستوى من عدم التجانس في التشكل التشابكي يمكن العثور عليه في الفئران والذي قد لا يكون واضحًا في أنظمة اللافقاريات المدروسة جيدًا. لذلك قد لا يكون من الممكن ببساطة ترجمة النتائج المتعلقة بالتحكم الجيني أو البيئي للبنية والوظيفة المشبكية التي تم الحصول عليها من أنظمة نموذجية مثل ذبابة الفاكهة مباشرة عبر الجهاز العصبي للثدييات. ومع ذلك ، فإن توفر NMJ-morph سيسهل الآن إعادة الفحص المباشر للثبات الواضح في الأنواع الأخرى ، بينما في الماوس ، تدعو البيانات المرجعية التي أنشأناها من أجل NMJs الصحية عبر مجموعة من العضلات إلى مقارنات مستقبلية مع NMJs في الحالة المريضة.

بالنظر إلى الاختلافات التي لوحظت في NMJ في الفئران ، لا يزال يتعين تحديد ما إذا كانت المبادئ المورفولوجية المحددة في هذه الدراسة مناسبة للاستقراء لأنواع الثدييات الأخرى ، بما في ذلك البشر. قد يكون لهذا أهمية كبيرة فيما يتعلق بدراسات الحالات التنكسية العصبية التي تؤثر على المشابك العصبية والعضلية ، حيث تعتمد غالبية الأبحاث قبل السريرية على نماذج القوارض للأمراض. هناك ما يبرر الدراسات التي تتناول حفظ (أو غير ذلك) التحكم التنظيمي في التشكل التشابكي بين الثدييات الدنيا (مثل الفئران) والبشر ، وإن كان ذلك يمثل تحديًا تقنيًا ، لأن الدراسات السابقة للـ NMJs البشرية اعتمدت عادةً على خزعة النقطة الحركية [51] ، إجراء تشخيصي مشار إليه بشكل شائع ونادرًا ما يتم إجراؤه في الممارسة السريرية الحديثة.

تتوافق البيانات الفيزيولوجية الكهربية التي حصلنا عليها مع النتائج التي توصلنا إليها عن ألياف عضلية أصغر وأجزاء NMJ أصغر في IS مقارنة بـ LAL ، حيث من المعروف أن المحتوى الكمي في ألياف عضلات الثدييات يتناسب مع حجم العصب الحركي [23،38-40،49،50) ]. نتيجة لذلك ، تتمتع الألياف العضلية الصغيرة نسبيًا بمقاومة أعلى للمدخلات ، وثابت زمن الغشاء الأطول ، وتظهر NMJs أكبر MEPPs (الحجم الكمي) ومحتويات كمية أقل من الألياف الأكبر [23 ، 40]. المحتوى الكمي الأعلى الذي لاحظناه في LAL (بما يتوافق مع النهايات العصبية الكبيرة) والحجم الكمي المنخفض (بما يتوافق مع الألياف العضلية الأكبر) يقابلان بعضهما البعض تقريبًا ، بحيث كانت سعة EPP هي نفسها تقريبًا كما في IS ، وبالتالي دعم فكرة التماثل الساكن آلية تحفظ عامل الأمان للانتقال العصبي العضلي [40،50،52]. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أننا أخذنا عينات من EPPs بشكل أعمى ، باستخدام أقطاب ميكروية مفردة يمكن الحصول على مزيد من الأفكار من خلال التصوير المتزامن لمورفولوجيا NMJ جنبًا إلى جنب مع التسجيلات الفيزيولوجية الكهربية من ألياف العضلات نفسها (على سبيل المثال ، السماح بالحصول على التحليلات الكمية مباشرة من تسجيلات التيارات النهائية التي تم الحصول عليها باستخدام مشبك جهد ثنائي القطب [41]). قام Wood & amp Slater [53،54] بقياس عامل الأمان بهذه الطريقة من خلال مقارنة تيار الصفيحة النهائية المرصود مع التيار المطلوب لإزالة استقطاب ألياف العضلات بشكل حاسم مع عتبة إطلاق النار المحتملة. وخلصوا إلى أنه بمجرد أخذ الاختلافات في مساهمة الطي الوصلي بعد التشابك في الاعتبار ، فإن عامل الأمان في نعل الجرذ (عضلة بطيئة النتوء) يتوافق مع حوالي 3.5 مرة من الناقل العصبي الذي تم إطلاقه في NMJ أكثر من متطلبات الزناد. إمكانات عمل العضلات ولكن هذه كانت أقل بكثير مما كانت عليه في NMJs في العضلة الباسطة لأصابع طويلة (عضلة سريعة النتوء) ، حيث كان عامل الأمان حوالي 5. وبالتالي يبقى من غير الواضح بالضبط أي خاصية من NMJ يتم تنظيمها بشكل متجانس [52،55] ، وما إذا كانت NMJs في عضلات IS و LAL تختلف بشكل طبيعي في هذا الصدد. قد يؤدي التحليل الإضافي للتيارات النهائية في هاتين العضلتين ، جنبًا إلى جنب مع الملاحظات الحالية ، إلى رؤى جديدة حول العوامل التي تنظم نزع الاستقطاب التشابكي. تم استخدام هذه الطريقة للتسجيل المتزامن للهيكل والوظيفة من نفس NMJs مؤخرًا بواسطة Willadt وآخرون. [56] ، مما يضيف بشكل كبير إلى نطاق الأسئلة التي يمكن معالجتها في البحث المستقبلي.

باختصار ، لقد نجحنا في تطوير سير عمل جديد مبني على أساس J (NMJ-morph) لتسهيل التحليلات الشكلية المقارنة لـ NMJ. نقدم بيانات مرجعية أساسية لـ 21 متغيرًا مورفولوجيًا فرديًا قبل وبعد التشابك في NMJ والتي كشفت عن اختلافات منهجية بين مجموعات متشابكة محددة. نستنتج أن الحجم الكلي لـ NMJ ودرجة التجزئة المشبكية هي أهم المعلمات لتحديد مورفولوجيا التشابك في الجسم الحي.

أخلاق مهنية

تم إجراء جميع تجارب الماوس بموجب مشروع مناسب والتراخيص الشخصية الممنوحة من وزارة الداخلية في المملكة المتحدة.


ما الفرق بين المشبك والتقاطع العصبي العضلي؟

الاثنان متشابهان جدا! أ تشابك عصبى هو تقاطع بين خلية عصبية والخلية التالية. أ مفرق عصبي عضلي هو نوع من المشابك يحدث بين الخلايا العصبية الحركية و خلايا العضلات. تنتقل جهود العمل من الخلايا العصبية إلى الخلايا العضلية ، مما يحفز حركة الخلايا العضلية. تعمل الوصلات العصبية العضلية بنفس طريقة عمل المشبك ، مع بعض الاختلافات المهمة: - تحتوي الوصلات العصبية العضلية على مستقبلات أكثر على الغشاء ما بعد المشبكي أكثر من المشابك الأخرى. - عندما تطلق إحدى الخلايا العصبية الحركية إمكانات فعلية ، فإنها دائما يؤدي إلى استجابة في الخلية العضلية. (هذا ليس هو الحال دائمًا في المشابك بين اثنين من الخلايا العصبية).


الاختلافات بين نقاط الاشتباك العصبي والتقاطعات العصبية العضلية

لذلك بالنسبة لأحد الاختلافات ، تقول "NMJ دائمًا مثير ، ويمكن أن تكون نقاط الاشتباك العصبي مثبطة أو مثيرة" ، لكنني لا أفهم بالضبط ما يعنيه هذا؟

شكرا

ليس هذا ما تبحث عنه؟ جرب & hellip

(المنشور الأصلي بواسطة أبيض)
لذلك بالنسبة لأحد الاختلافات ، تقول "NMJ دائمًا مثير ، ويمكن أن تكون نقاط الاشتباك العصبي مثبطة أو مثيرة" ، لكنني لا أفهم بالضبط ماذا يعني هذا؟

شكرا

حسنًا ، في الأساس ، لا يمكن للموصل العصبي العضلي أن يمنع عضلات الهيكل العظمي لأن الحالة الطبيعية للعضلات الهيكلية هي الاسترخاء. لذا إذا كان لديك تقاطع عصبي عضلي مثبط ، فلن تفعل شيئًا لأن كل ما ستفعله هو تثبيط شيء لا يفعل شيئًا بالفعل. لذلك يمكن أن تكون الوصلات العصبية العضلية مثيرة فقط لأن تنشيط NMJ يحفز العضلات على الانقباض.

من ناحية أخرى ، يمكن أن تكون نقاط الاشتباك العصبي محفزة أو مثبطة. هذا مهم لأن معظم الخلايا العصبية نشطة طوال الوقت ، على سبيل المثال ، يتم تنشيط بعض الخلايا العصبية في الجهاز العصبي الودي باستمرار لتحفيز بعض الأوعية الدموية على الانقباض ، ولكن إذا احتاج الجسم لسبب ما إلى توسيع تلك الأوعية الدموية ، فأنت بحاجة إلى تثبيط الخلايا العصبية السمبثاوية التي تتسبب في انقباضها. يتم ذلك عن طريق المشابك المثبطة في الدماغ ، والتي تمنع العصب السمبثاوي من إطلاق النار بشكل متكرر.

^ تم شرح هذا بشكل سيئ للغاية ، فقد يكون شخص آخر قادرًا على اختراقه بشكل أفضل

المشابك العصبية بين اثنين من الخلايا العصبية. بإطلاق النواقل العصبية ، يخبر العصب ما قبل المشبكي (الذي ينطلق أولاً) العصبون ما بعد المشبكي ما إذا كان بحاجة إلى التشغيل أو الإيقاف. لذلك اعتمادًا على نوع المشبك ، يمكن أن يثبط أو يثير الخلايا العصبية بعد التشابك التي تأتي بعد ذلك.

عند التقاطع العصبي العضلي ، لديك اتصال بين العصبون والعضلة المستجيبة. بالنسبة للعضلات الهيكلية ، فقد تم إطلاق الأسيتيل كولين ، وهذا دائمًا ما يثير خلية العضلات. لذلك إذا قمت بإثارة العصبون عند التقاطع العصبي العضلي ، فستكون النتيجة دائمًا انقباض العضلات. نفس الشيء في عضلة القلب والعضلات الملساء ، على الرغم من أن الناقل العصبي لا يوجد أدرينالين على ما أعتقد.

(المنشور الأصلي بواسطة أبيض)
لذلك بالنسبة لأحد الاختلافات ، تقول "NMJ دائمًا مثير ، ويمكن أن تكون نقاط الاشتباك العصبي مثبطة أو مثيرة" ، لكنني لا أفهم بالضبط ما يعنيه هذا؟

شكرا

حسنا. أولاً اسمحوا لي أن أشرح الفرق في المعنى بين المشبك العصبي و NMJ. نقاط الاشتباك العصبي هي وصلات بين الخلايا العصبية ، في حين أن NMJ هو شبه مدخل لخلية عضلية. لنقل منبه في شكل جهد فعل من خلية عصبية إلى أخرى وإلى خلية عضلية بعد ذلك ، يجب فتح مستقبلات الناقل العصبي على NMJ بواسطة acethylcholine. يحدث هذا عندما يصل محفز في شكل جهد عمل إلى المشبك.

يكون التحفيز مثيرًا عندما يتم تجاوز عتبة التحفيز. هذا يؤدي إلى انتقال المنبه من خلية عصبية إلى خلية أخرى وبالتالي إلى خلية عضلية معينة. يكون المنبه مثبطًا عندما تكون عتبة التحفيز تحت السيطرة ، أي أن المنبه يكون ضعيفًا جدًا بالنسبة للانتقال من الخلية العصبية إلى الخلية العصبية.

بناءً على هذا التفسير ، يجب أن يكون NMJ دائمًا مثيرًا ، وإلا فلن تتمكن المحفزات من الوصول إلى خلايا العضلات وبالتالي استخدام أجزاء الجسم التي تتصل بخلايا العضلات هذه. بصرف النظر عن الوظيفة الرئيسية للمشابك ، وهي نقل المحفزات من الخلية العصبية إلى الخلية العصبية ، فإن بعضها مثبط لمنع حدوث فرط في التحفيز. تخيل أن لديك 100 فكرة في دماغك في نفس الوقت ، لأن 100 منبه تنتقل في العديد من الخلايا العصبية المختلفة! سوف تصاب بالجنون ، أليس كذلك؟ هذا هو السبب في أن المشابك العصبية هي أيضًا مثبطة لضمان أن المحفزات المهمة فقط هي التي تنتقل لإدراكنا.


التقاطعات الناشئة بين علم الأعصاب وبيولوجيا الورم الدبقي

يعتمد إنشاء الشبكات العصبية والدبقية في الدماغ على أنشطة الأسلاف العصبية ، التي تتأثر بالآليات الجوهرية للخلية ، والتفاعلات مع البيئة المكروية المحلية والإشارات بعيدة المدى. ساعد التقدم في علم الأعصاب في تحديد العوامل الرئيسية في تطور الجهاز العصبي المركزي. في موازاة ذلك ، زادت الدراسات في السنوات الأخيرة من فهمنا للعوامل الجزيئية والخلوية في تطور ونمو أورام الدماغ الأولية. للنمو ، تستغل خلايا الورم الدبقي المسارات النشطة في الخلايا السلفية للجهاز العصبي المركزي ، وكذلك في إشارات الناقل العصبي الطبيعي. علاوة على ذلك ، تتكامل الخلايا السرطانية للأورام الدبقية غير القابلة للشفاء في شبكات الاتصال متعددة الخلايا ، حيث تكون مترابطة من خلال نتوءات خلوية تشبه النوريت. في هذه المراجعة ، نناقش الدليل على أن تطور الجهاز العصبي المركزي وتنظيمه ووظيفته تشترك في عدد من السمات المشتركة مع تطور الورم الدبقي والورم الخبيث. وتشمل هذه الآليات التي تستخدمها الخلايا للتكاثر والهجرة ، والتفاعل مع بيئتها المكروية والاندماج في شبكات متعددة الخلايا. تشير التقاطعات الناشئة بين مجالات علم الأعصاب وعلم الأورام العصبية التي تم النظر فيها في هذه المراجعة إلى اتجاهات بحثية جديدة وفرص علاجية جديدة.

على الرغم من أنها لا تمثل سوى 1 إلى 2 في المائة من جميع الأورام 1 ، إلا أن الأورام الدبقية الخبيثة تعد أمراضًا مُسببة للإعاقة وقاتلة بشكل خاص 2. نموها التسلسلي ومقاومة الخلايا السرطانية العالية ضد العلاجات ، إلى جانب ضعف الجهاز العصبي المركزي ، يعيقان العلاجات الفعالة المضادة للأورام. يعكس اسم "الورم الدبقي" التشابه النسيجي الشكل للخلايا السرطانية مع خلايا الأنساب الدبقية في الدماغ الطبيعي ، مثل الخلايا النجمية وخلايا سلالة الدبقية قليلة التغصن ، والتي ظلت لفترة طويلة تعتبر الخلايا الوحيدة المتكاثرة في الدماغ الناضج 3. وبناءً على ذلك ، تم تقسيم الأورام بناءً على السمات المجهرية الواضحة وعلى نوع الخلية المفترض الأصل إلى الأورام النجمية والأورام الدبقية قليلة التغصن 4 ، وهو التصنيف الذي يتم إعادة النظر فيه اليوم. اليوم نميز بين ثلاثة أنواع رئيسية من الورم الدبقي:نازعة هيدروجين الأيزوسترات (IDH) - مطوي و 1 p / 19q حذف مشترك) IDHالأورام النجمية المطفرة و IDH الأورام النجمية البرية ، والتي تشمل أكثر أنواع الورم الخبيث ، الورم الأرومي الدبقي.


2 إجابات 2

عادةً ما يتم استخدام "قبل المشبكي" و "ما بعد المشبكي" للإشارة إلى خليتين عصبيتين متصلتين ، كما تشير بشكل صحيح في المثال الثاني. يتدفق تدفق المعلومات في الجهاز العصبي بشكل أساسي باتجاه واحد. إذا اشتعلت إحدى الخلايا العصبية (خلية ما قبل المشبكي) ، فيمكنها تنشيط خلية أخرى كيميائيًا تتشابك عليها (الخلية ما بعد المشبكية) ، كما هو موضح في الشكل التالي 1.

كمثال توضيحي ضع في اعتبارك النظام السمعي (الشكل 2).

الخلايا التي ترسل محاورها من الأذن الداخلية إلى نواة القوقعة (أول بنية سمعية مركزية في المسار السمعي) تسمى خلايا العقدة الحلزونية. المحاور من الخلايا العصبية السمعية تشكيل العصب السمعي. تطلق الخلايا العصبية السمعية الغلوتامات من طرف المحوار الخاص بها إلى المشبك ، والذي بدوره ينشط خلايا نواة القوقعة. في هذا المخطط ، تكون الخلايا العصبية السمعية قبل المشبكي، وخلايا نواة القوقعة هي بعد المشبكي.

ترجمة هذا المثال إلى الشكل 1 ، سيكون المحور العصبي في الأعلى هو الخلية العصبية السمعية والخلايا العصبية بعد المشبكية نواة القوقعة التي تتلقى مدخلات من العصب السمعي.

ومع ذلك ، للاستمرار في النظام السمعي المحيطي كمثال ، تتلقى الخلايا العصبية السمعية مدخلاتها محيطيًا من خلايا الشعر في الأذن الداخلية ، بينما ترسل خلايا نواة القوقعة ناتجها مركزيًا إلى مجمع الزيتون. وبالتالي ، يمكن أيضًا تصنيف الخلايا العصبية السمعية على أنها خلايا ما بعد المشبكي ، في حين أن خلايا نواة القوقعة تكون أيضًا قبل المشبكي. مرة أخرى ، كما يتضح من هذا المثال القائم على النظام السمعي ، كل هذا يتوقف على سياق الكلام والنظام المحدد قيد التحقيق.

ومع ذلك ، يمكن للمصطلحات أن تشير إلى خلية واحدة أيضًا. في السيناريو الافتراضي ، سترسل الخلية العصبية محوارًا جانبيًا إلى جسم الخلية الخاص بها ، وستكون الخلية قبل المشبكية وكذلك الخلية بعد المشبكية. في الشكل ، سيأتي المحور العصبي الموجود أعلى الصورة (لا يزال يُسمى بشكل صحيح على أنه قبل المشبكي) من الخلايا العصبية الموضحة في الجزء السفلي من الصورة (لا يزال يُسمى بشكل صحيح على أنه ما بعد المشبكي).

من شهادتي الجامعية في علم الأحياء ، أنا على دراية فقط بـ ثانيا استخدام المصطلحات التي تصفها.

هذا هو، تصف المصطلحات قبل المشبكي وما بعد المشبكي العلاقة المكانية إلى المشبك ، الذي له اتجاه ، كما تعلم. إذا تم استخدام المصطلحات لوصف خلايا كاملة ، كما يغطي AliceD ، وكما يفعل الناس غالبًا عند وصف المسار العصبي ، فمن أجل التوضيح ، يجب تسمية المشبك ذي الصلة. هذا لأن العديد من الخلايا العصبية تتلقى مدخلات وتعطي مخرجات في نقاط تشابك مختلفة.

الاستخدام الأول الذي تقترحه غير مألوف بالنسبة لي ، لم أسمع هذا الاستخدام. ربما يمكن فهم هذا المعنى بشكل أفضل من المصطلحين "قبل أو بعد الإرسال" أو "حدث ما قبل أو بعد التشابك العصبي" ، لكنني لست متأكدًا من مدى فائدة هذه المصطلحات (سأشرح لماذا :)

هناك بعض هياكل المشبك التي قد يكون من المفيد لها التفكير في الحالات قبل وبعد حدث متشابك واحد: القنوات الأيونية ومجموعة حويصلات الناقل العصبي للنهاية المحورية ، والقنوات الأيونية للمصباح ما بعد المشبكي.

ومع ذلك ، فإن النظام بأكمله الموجود في المشبك ديناميكي ، وأعتقد أن إمكانات الفعل الجديدة يمكن أن تصل إلى المشبك بشكل متكرر أكثر من الوقت الذي يستغرقه التعافي من المشبك - وبالتالي هناك حقًا مجموعة غير متجانسة من الحالات مع الوقت بدلاً من اثنين منها واضحة. يمكن استخدام حدث إرسال منفرد كتجربة فكرية لفهم البيولوجيا الجزيئية ، وهذا هو السبب في أن الكتب المدرسية تعلم سلسلة أحداث الانتقال المتشابك.

يمكنني أن أزعم أن الإرسال التشابكي يشير إلى الحدث بأكمله بما في ذلك الاسترداد - وبالتالي لا يوجد فرق ذو مغزى بين نقاط الاشتباك العصبي قبل الإرسال وبعده. قد تكون الاستثناءات من ذلك هي التقوية / الاكتئاب على المدى الطويل ، لكنها مشروطة بنشاط أكثر من مجرد إمكانية فعل واحدة.

بقدر ما أعرف ، "قبل / بعد التشابك العصبي" لا تستخدم للإشارة إلى حالات المشبكفي الوقت المناسب. وجهة نظري هي أنه لا يوجد مثل هذا التمييز المفيد بين المشبك قبل الحدث وبعده.

المشبك في علم الأعصاب هو بنية ، لها اتجاه - وبالتالي لها معنى مكاني قبل وبعد. لا ينبغي أن يسمى حدث الإرسال "المشبك" ، أشعر أن هذا يسبب الارتباك.


جمع الإشارة

الشكل 8. يمكن أن تتلقى خلية عصبية واحدة مدخلات مثيرة ومثبطة من خلايا عصبية متعددة ، مما يؤدي إلى إزالة الاستقطاب من الغشاء المحلي (إدخال EPSP) وفرط الاستقطاب (إدخال IPSP). تتم إضافة كل هذه المدخلات معًا عند نقطة المحور المحوري. إذا كانت EPSPs قوية بما يكفي للتغلب على IPSPs والوصول إلى عتبة الإثارة ، فإن العصبون سوف ينطلق.

في بعض الأحيان ، يكون EPSP واحدًا قويًا بما يكفي للحث على إمكانية عمل في الخلايا العصبية بعد المشبكية ، ولكن غالبًا ما يجب أن تخلق مدخلات متعددة قبل المشبك EPSPs في نفس الوقت تقريبًا حتى يتم إزالة الاستقطاب بشكل كافٍ للخلايا العصبية بعد المشبكية لإطلاق إمكانات فعلية. هذه العملية تسمى خلاصة ويحدث عند التل المحوري ، كما هو موضح في الشكل 8. بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما تحتوي خلية عصبية واحدة على مدخلات من العديد من الخلايا العصبية قبل المشبكية - بعضها مثير وبعضها مثبط - لذلك يمكن لـ IPSPs إلغاء EPSPs والعكس صحيح. إن التغيير الصافي في جهد الغشاء بعد المشبكي هو الذي يحدد ما إذا كانت الخلية بعد المشبكية قد وصلت إلى عتبة الإثارة اللازمة لإطلاق جهد فعل. يعمل الجمع المتشابك معًا وعتبة الإثارة كمرشح بحيث لا يتم نقل "الضوضاء" العشوائية في النظام كمعلومات مهمة.

اتصال فني

واجهة الدماغ والحاسوب

التصلب الجانبي الضموري (ALS ، ويسمى أيضًا مرض Lou Gehrig’s) هو مرض عصبي يتميز بتنكس الخلايا العصبية الحركية التي تتحكم في الحركات الإرادية. يبدأ المرض بضعف العضلات وقلة التنسيق وفي النهاية يدمر الخلايا العصبية التي تتحكم في الكلام والتنفس والبلع في النهاية ، يمكن أن يؤدي المرض إلى الشلل. في هذه المرحلة ، يحتاج المرضى إلى مساعدة من الآلات حتى يتمكنوا من التنفس والتواصل. تم تطوير العديد من التقنيات الخاصة للسماح للمرضى "المحبوسين" بالتواصل مع بقية العالم. إحدى التقنيات ، على سبيل المثال ، تسمح للمرضى بكتابة الجمل عن طريق نفض الخد. يمكن بعد ذلك قراءة هذه الجمل بصوت عالٍ بواسطة الكمبيوتر.

هناك خط بحث جديد نسبيًا لمساعدة المرضى المصابين بالشلل ، بما في ذلك المصابين بمرض التصلب الجانبي الضموري ، على التواصل والاحتفاظ بدرجة من الاكتفاء الذاتي يسمى تقنية واجهة الدماغ والحاسوب (BCI) وهو موضح في الشكل 9. خيال علمي: يسمح للمصابين بالشلل بالتحكم في جهاز الكمبيوتر باستخدام أفكارهم فقط. هناك عدة أشكال من BCI. تستخدم بعض الأشكال تسجيلات مخطط كهربية الدماغ من أقطاب كهربائية مثبتة على الجمجمة. تحتوي هذه التسجيلات على معلومات من مجموعات كبيرة من الخلايا العصبية التي يمكن فك تشفيرها بواسطة الكمبيوتر. تتطلب الأشكال الأخرى من BCI زرع مجموعة من الأقطاب الكهربائية أصغر من طابع بريدي في منطقة الذراع واليد في القشرة الحركية. هذا الشكل من BCI ، على الرغم من أنه أكثر توغلًا ، إلا أنه قوي جدًا حيث يمكن لكل قطب كهربائي تسجيل جهود فعل فعلية من خلية عصبية واحدة أو أكثر. ثم يتم إرسال هذه الإشارات إلى جهاز كمبيوتر تم تدريبه على فك تشفير الإشارة وتزويدها بأداة - مثل مؤشر على شاشة الكمبيوتر. هذا يعني أن المريض المصاب بمرض التصلب الجانبي الضموري يمكنه استخدام البريد الإلكتروني وقراءة الإنترنت والتواصل مع الآخرين من خلال التفكير في تحريك يده أو ذراعه (على الرغم من أن المريض المصاب بالشلل لا يستطيع القيام بهذه الحركة الجسدية). سمحت التطورات الحديثة لمريض مشلول محبوس بالشلل أصيب بجلطة دماغية منذ 15 عامًا بالتحكم في ذراع آلية وحتى لإطعام نفسه بالقهوة باستخدام تقنية BCI.

على الرغم من التطورات المذهلة في تقنية BCI ، إلا أن لها أيضًا قيودًا. يمكن أن تتطلب التكنولوجيا ساعات عديدة من التدريب وفترات طويلة من التركيز المكثف للمريض ، كما يمكن أن تتطلب جراحة في الدماغ لزرع الأجهزة.

الشكل 9. باستخدام تقنية واجهة الكمبيوتر والدماغ ، يتم جمع الإشارات العصبية من مريض مشلول وفك تشفيرها ثم إدخالها إلى أداة ، مثل جهاز كمبيوتر أو كرسي متحرك أو ذراع آلية.

ارتباط بالتعلم

شاهد هذا الفيديو الذي تستخدم فيه امرأة مشلولة ذراعًا آليًا يتحكم فيه دماغها لإحضار مشروب إلى فمها ، من بين صور أخرى لتكنولوجيا واجهة الكمبيوتر والدماغ أثناء العمل.


الإشارات المباشرة عبر تقاطعات الفجوة

تقاطعات الفجوات في الحيوانات و plasmodesmata في النباتات هي وصلات بين أغشية البلازما للخلايا المجاورة. تسمح هذه القنوات المليئة بالماء لجزيئات الإشارات الصغيرة ، التي تسمى الوسطاء داخل الخلايا ، بالانتشار بين الخليتين. الجزيئات الصغيرة ، مثل أيونات الكالسيوم (Ca 2+) ، قادرة على التحرك بين الخلايا ، ولكن الجزيئات الكبيرة ، مثل البروتينات والحمض النووي ، لا يمكن أن تتناسب مع القنوات. تضمن خصوصية القنوات أن تظل الخلايا مستقلة ، ولكن يمكنها نقل الإشارات بسرعة وسهولة. يعمل نقل جزيئات الإشارة على توصيل الحالة الحالية للخلية المجاورة مباشرة للخلية المستهدفة ، مما يسمح لمجموعة من الخلايا بتنسيق استجابتها للإشارة التي ربما تلقت إحداها فقط. في النباتات ، تنتشر plasmodesmata في كل مكان ، مما يجعل النبات بأكمله في شبكة اتصالات عملاقة.


شاهد الفيديو: فيديوا توضيحي في انتقال السيالة العصبية على مستوى المشابك (قد 2022).


تعليقات:

  1. Varden

    إنها رائعة ، فكرة مفيدة

  2. Tormey

    حسنا ، جدا ...

  3. Abhaya

    I'll see what it is and what they eat with it

  4. Brarisar

    حق تماما! ومن المستحسن. أنا أدعمك.



اكتب رسالة