Erregende und hemmende synaptische Potenziale und Integration

Ein Neuron feuert selten aufgrund eines einzelnen Inputs; stattdessen wägt es kontinuierlich viele synaptische Signale ab. Erregende Inputs depolarisieren die Membran in Richtung des Schwellenwerts und erzeugen erregende postsynaptische Potenziale (EPSPs), während hemmende Inputs sie hyperpolarisieren oder nahe am Ruhepotenzial halten und hemmende postsynaptische Potenziale (IPSPs) erzeugen. Synaptische Integration ist der Prozess, bei dem diese entgegengesetzten Signale räumlich und zeitlich summiert werden, um zu entscheiden, ob das Neuron feuert.

Definition

Synaptische Integration ist die räumliche und zeitliche Summation von erregenden postsynaptischen Potenzialen (depolarisierend) und hemmenden postsynaptischen Potenzialen (hyperpolarisierend oder shuntierend) durch ein postsynaptisches Neuron, dessen Netto-Membranpotenzial an der Triggerzone bestimmt, ob ein Aktionspotenzial generiert wird.

Scope

Dieses Thema behandelt EPSPs und IPSPs, die ionische Basis von Erregung und Hemmung, räumliche und zeitliche Summation sowie die Rolle des Gleichgewichts zwischen Erregung und Hemmung bei der Gestaltung der neuronalen Ausgabe. Es wird als Physiologie dargestellt und bietet keine klinische Managementanleitung.

Core questions

• Welche ionischen Ereignisse erzeugen ein EPSP im Vergleich zu einem IPSP?
• Wie summiert ein Neuron Inputs über seine Dendriten und über die Zeit?
• Was ist der Unterschied zwischen hyperpolarisierender und shuntierender Hemmung?
• Warum ist das Gleichgewicht von Erregung und Hemmung für die Ausgabe wichtig?

Key concepts

• Erregendes postsynaptisches Potenzial (EPSP)
• Hemmendes postsynaptisches Potenzial (IPSP)
• Umkehrpotenzial und treibende Kraft
• Räumliche Summation
• Zeitliche Summation
• Shuntierende Hemmung
• Phasische und tonische Hemmung
• Triggerzone und Entladungsschwelle

Key theories

Räumliche und zeitliche Summation

Postsynaptische Potenziale addieren sich, wenn sie sich räumlich (Inputs an verschiedenen Stellen) oder zeitlich (Inputs in schneller Abfolge) überlappen; ob das Neuron den Schwellenwert erreicht, hängt von der summierten Depolarisation an der Triggerzone ab.

Erregungs-Hemmungs-Gleichgewicht

Die neuronale Entladung spiegelt das relative Gewicht des erregenden und hemmenden Antriebs wider, wobei phasische und tonische Hemmung die Verstärkung und das Timing der Antwort bestimmen.

Mechanisms

Erregende Transmitter öffnen Kationen-permeable Kanäle, die die Membran depolarisieren und ein EPSP erzeugen, während hemmende Transmitter wie GABA und Glycin Chlorid- oder Kalium-permeable Kanäle öffnen, die die Membran nahe oder unterhalb des Ruhepotenzials halten und ein IPSP erzeugen; Hemmung kann auch durch Shunting wirken, indem sie den Membranwiderstand senkt, sodass erregende Ströme weniger Depolarisation hervorrufen. Einzelne Potenziale sind graduiert und dekrementell, sodass das Neuron sie räumlich über seinen dendritischen Baum und zeitlich summiert, wenn sie eng beieinander ankommen. Das summierte Potenzial wird an der Triggerzone ausgelesen, und ein Aktionspotenzial wird nur generiert, wenn die Netto-Depolarisation den Schwellenwert erreicht; das momentane Gleichgewicht von Erregung und Hemmung bestimmt daher die Ausgabe der Zelle.

Clinical relevance

Ein gestörtes Gleichgewicht zwischen Erregung und Hemmung ist ein wiederkehrendes Thema bei neurologischen Erkrankungen wie Anfällen, bei denen übermäßige Erregung oder unzureichende Hemmung abnormale Entladungen hervorrufen kann, und viele Medikamente wirken, indem sie die hemmende Übertragung verstärken oder reduzieren. Dieser Eintrag beschreibt die normale integrative Physiologie und ist als Hintergrundinformation und nicht als diagnostische oder Behandlungsanleitung gedacht.

History

Intrazelluläre Ableitungen von Motoneuronen durch John Eccles und Kollegen in den 1950er Jahren enthüllten das EPSP und IPSP sowie die ionische Basis der synaptischen Erregung und Hemmung, eine Arbeit, die mit einem Nobelpreis gewürdigt wurde. Spätere Arbeiten charakterisierten unterschiedliche phasische und tonische Hemmungsmodi und verfeinerten das Verständnis, wie die Summation die neuronale Ausgabe steuert.

Key figures

• John Eccles
• Mark Farrant
• Zoltan Nusser

Seminal works

• eccles-1964
• farrant-nusser-2005

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen einem EPSP und einem IPSP?

Ein EPSP ist ein depolarisierendes Potenzial, das die Membran in Richtung der Entladungsschwelle bewegt, während ein IPSP ein hyperpolarisierendes oder stabilisierendes Potenzial ist, das sie von der Schwelle wegbewegt; die Ausgabe des Neurons hängt von der Summe beider ab.

Was ist shuntierende Hemmung?

Es ist eine Hemmung, die durch das Öffnen von Kanälen wirkt, die die Leitfähigkeit der Membran erhöhen, sodass eingehende erregende Ströme eine kleinere Spannungsänderung hervorrufen und die Erregung reduzieren, selbst ohne die Zelle stark zu hyperpolarisieren.