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.2002年11月15日；22(22):9668-78.
doi:10.1523/JNEUROSCI.22-22-09668.2002。

成年大鼠小脑片中单一颗粒细胞——>浦肯野细胞突触的特性

菲利普·伊索普 1, 鲍里斯·巴伯
附属公司

成年大鼠小脑片中单一颗粒细胞——>浦肯野细胞突触的特性

菲利普·伊索普等人。 神经科学. .

摘要

小脑皮层在颗粒细胞和浦肯野细胞之间有大量的突触。这些突触被认为是执行协调运动所需信息的主要存储场所。为了定量描述这种联系，我们在成年大鼠小脑切片中记录了颗粒细胞和浦肯野细胞对之间的统一突触反应。我们的结果与平行纤维-->浦肯野细胞突触相一致，它们具有较高的释放概率和适度的配对脉冲促进作用。然而，观察到了广泛的响应幅度。事实上，我们检测到的平行纤维连接（筛选出的颗粒细胞的7%）比预期的（54%）要少得多，这使我们认为，多达85%的平行纤维-->浦肯野细胞突触不会产生可检测到的电反应。我们还通过记录Purkinje细胞附近的颗粒细胞来研究颗粒细胞提升轴突的可能作用。高比例（高达50%）的局部颗粒细胞产生可检测的突触反应。然而，大多数这些连接与平行纤维连接无法区分，这表明强大的上行轴突连接是罕见的。许多非常微弱的突触的存在为浦肯野细胞提供了一种机制，可以从平行纤维提供的物质中选择性地提取信息。

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数字

图1。
图1。
切片方向。该图显示了本研究中记录的细胞对的典型方向。体部靠近表面且树突下降到伪横切面的浦肯野细胞被全细胞夹住。连接束内的颗粒细胞以松散细胞附着模式记录。我们切片的厚度（450μm）超过了分子层和颗粒细胞层的总深度（220+180μm；Harvey和Napper，1988），确保了平行纤维(PF公司)记录的颗粒细胞之间(总承包商)和浦肯野细胞(个人计算机)没有在切片的底面处切割。
图2。
图2。
单元并联光纤→Purkinje细胞连接。A类，颗粒细胞动作电位以松散细胞贴附模式诱发和记录。刺激时间由三角形。已减去刺激伪影（请参见材料和方法）。B类，在浦肯野细胞中记录的几个EPSC(细线)加上平均EPSC(粗线条；n个= 116). 请注意较慢的时基。C，所有检测到的EPSC的平均振幅直方图(n个=34/477）粒细胞300–500μm，来自记录的Purkinje细胞。结果中报告了分布参数。
图3。
图3。
估计突触重量。A类、由颗粒细胞层相同细胞外刺激诱发的阈下复合EPSCs和EPSP。这两种突触反应平均为20次扫描。二者均采用双指数函数拟合（叠加）。对于所示的EPSP，τ在=0.93毫秒和τ远离的=62毫秒；对于EPSC，τ在=0.72毫秒和τ远离的=15毫秒。B类，数据类似于A类（10个细胞中28次测定）绘制图，以获得从EPSC到EPSP峰值振幅的近似转换系数。限制通过原点的直线斜率为8.3μV/pA。
图4。
图4。
单个EPSC的振幅测量方法。A类，使用最小二乘准则将平均EPSC的双指数拟合的截断版本缩放到每个单独的EPSC，从而生成每个扫描的自动振幅估计。基线和缩放模板叠加在EPSC上。B类，振幅分布(浅色阴影直方图)对于相同的连接，根据振幅测量值构建，如A类。对颗粒细胞未受刺激（或未激活）的轨迹段进行相同数量的相同测量，以估计传输故障的预期振幅分布。此噪声分布按比例缩放(重开放直方图)拟合振幅大于零（向右）的响应分布(阴影范围). 标度提供了失效概率的估计值，在这种情况下为0.36。
图5。
图5。
平行纤维突触的失效概率估计分布。A类，将失效概率估计值绘制为平均振幅及其自举SE估计值的函数。平滑的曲线(固体线)是通过使用中所示的模型获得的关系B类每个理论关系都是针对一个固定的潜在失效概率（标记）。B类，中用于计算理论曲线的模型图解A类高斯噪声分布（SD为5.8 pA；噪音，显示为实线)卷积为高斯成功振幅分布[概率为0.9，振幅为11.11 pA，SD为4.44 pA；因此，变异系数（CV）为0.4]和故障（概率为0.1，振幅为0）。生成的分布组件被标记成功和失败(虚线曲线); 他们的总和是响应概率密度函数(实线)模拟实验确定的振幅分布。图中还显示了噪声分布的最佳缩放版本(估计的故障，由显示虚线). 它高估了真实失效概率的系数～2。成功CV的变化对估计振幅的整体形状几乎没有影响P（P）获得的关系。这个星罗棋布的和虚线曲线在里面A类获得的CV分别为0.15和0.5。
图6。
图6。
平行纤维和Purkinje细胞树突树典型交叉点的形态。图示为颗粒细胞(GC公司)和Purkinje细胞(个人计算机)在全细胞记录过程中，用生物细胞素填充一对（没有可检测的连接），然后进行标记。A类，躯体层面。Purkinje细胞树突树的平面向下延伸到左下角到右上角飞机。B类，靠近十字路口。平行光纤(PF公司)在它穿过树突树靠近其中部后不久就可以看到。平行纤维是两个图像的增强蒙太奇，垂直间隔10μm。只有上升轴突的一小部分(AA公司)虽然连续调整焦距时可以很容易地跟踪，但仍会在图像中捕获。比例尺，50μm。
图7。
图7。
动作电位沿平行光纤的传播不会受到影响。A类，分子层刺激期间颗粒细胞体的松散细胞贴附记录。该细胞中刺激与逆行动作电位（主要是传导）到达之间的潜伏期为5.3毫秒(顶部跟踪，来自左三角形到星号标记逆行作用潜力）。成对刺激显示不应期为～1毫秒。两个刺激之间的间隔为0.9毫秒(顶部跟踪，一个动作电位）和1.0毫秒(底部轨迹，两个动作电位）。B类成对脉冲躯体刺激同样显示出0.9毫秒的正向不应期。两个刺激之间的间隔为0.8毫秒(顶部跟踪，一个动作电位）和0.9毫秒(底部轨迹，两个动作电位）。C，因此，为了避免与顺向动作电位（躯体刺激）发生碰撞而导致的湮灭，必须在>6.3msec后诱发逆行动作电位（分子层刺激）。面板中两个刺激之间的间隔为6.3毫秒(顶部轨迹，不存在抗变色动作电位）和6.4毫秒(底部轨迹，存在逆行动作电位）。这一间隔表明，正向动作电位传导至逆行刺激部位，超出了Purkinje细胞的记录点。松散细胞附着动作电位信号的惊人形式（例如A类)对应于细胞内的动作电位，在上升期出现拐点。这是因为松散细胞附着信号本质上是一种电容电流，与膜电位的一阶导数成比例（Barbour和Isope，2000）；因此，它对动作电位形状的变化非常敏感。这种拐点可能反映了轴突逆行动作电位的到达和体细胞侵袭之间的延迟。在体细胞中诱发的大多数正向动作电位部分被刺激伪影所掩盖（这些伪影没有被减去）。根据已知的励磁故障确定所有动作电位。
图8。
图8。
全细胞配对记录显示，没有强并行光纤连接，释放概率很低。在每个面板中顶部踪迹代表平均值(黑线)颗粒细胞中>100次高频动作电位爆发(灰色线条). 这个底部痕迹显示Purkinje细胞中记录的平均反应。A类，一对没有检测到的响应。平均值是在对列车第五动作电位进行校准后得出的(n个= 191).B类，检测到响应的另一对。在面板中，对列车的第一动作电位进行校准后计算平均值(n个= 137).A类和B类共享校准。C，平均值的详细信息（扩展时间和当前刻度）B类表明明显的反应开始(箭头)可以在第一次动作电位后约2毫秒观察到（时间由虚线垂直线).
图9。
图9。
局部颗粒细胞构成一种特权输入，但强大的上行轴突连接是罕见的。A类，两个图像平面(顶部、切片表面；底部，表面下10μm），显示标记的浦肯野细胞。树状树的最佳拟合平面和图像平面的交点由虚线。连接的颗粒细胞的重建位置由实心圆和不相连的颗粒细胞交叉.比例尺，50μm。B类，表观连接率（可检测反应的数量/测试的颗粒细胞总数）是颗粒细胞体与Purkinje细胞树突平面距离的函数。除第一个和最后一个外，每个箱子代表30个被测颗粒细胞。第一个(最左边的)bin包含15个颗粒细胞，最后一个颗粒细胞（对于300–500μm的颗粒细胞）包含477个。Purkinje单元附近的视在连接概率与平行光纤的视在联系概率之间的差异的重要性通过以下公式表示：星号(**第页< 10−5; *第页< 0.05; 费希尔精确测试）。这个虚线水平线表示存在解剖定义的突触的预期概率（0.54）（见结果）。C，Purkinje细胞树突平面35μm内颗粒细胞连接的平均振幅直方图(灯线、阴影条). 注意两个假定的上行轴突连接的大反应。分布参数平均值=12.4 pA和SD=15.7 pA(n个=第28页，共166页）。未进行重建但颗粒细胞靠近Purkinje细胞的一系列连接的类似直方图被叠加(粗线条，开放式酒吧). 在这个样本中也很少有大的反应。分布参数平均值=12.4 pA和SD=14.1 pA(n个= 40).
图10。
图10。
近端连接的连接特性类似于平行光纤连接。所示为连接振幅图(A类)，估计失效概率(B类)、和成对脉冲比(C)作为与Purkinje细胞树突平面距离的函数。虚线表示并行光纤连接的平均值实线是最合适的线条。两个大振幅连接(开放的圆圈)从振幅的回归计算中排除。请注意，平均值P（P）（失败）估计(B类)由虚线用于图5所示的并行光纤连接A类.
图11。
图11。
全颗粒细胞的动力学特性→浦肯野细胞对。A类，双指数上升相位时间常数直方图适合振幅>5 pA的平均EPSC填充钢筋表示并行光纤连接。B类，衰减时间常数的类似直方图。C双指数拟合用于估计每个连接的平均突触电荷转移（振幅>5 pA）。
图12。
图12。
EPSC振幅与突触电荷相关，但与动力学无关。A类，平均EPSC振幅与EPSC双指数拟合的衰减时间常数倒数的关系图。小型和大型EPSC(开放的圆圈低于和高于虚线）不包括在回归计算中（见结果）。最佳拟合回归(实线)显示了95%的置信限(虚线曲线).B类类似分析表明，EPSC电荷与振幅之间存在显著相关性。
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    1. Albus JS公司。小脑功能理论。数学生物学。1971;10:26–51.
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