Eine neue Studie zeigt, dass die Bildung von Schichten zerebralen beschleunigt die Entwicklung von neuronalen überraschenderweise auch nicht wesentlich ist für die Einrichtung von Verbindungen Funktionsspezifikationen und Zelltyp.

Die Forschung, die von der Abteilung für Neurobiologie der Entwicklung am Institut für Psychiatrie, Psychologie und Neurowissenschaften, Kings College London, unterstreicht die Rolle der Spiegel im Gehirn.



Unser Gehirn enthält Milliarden von Neuronen von Billionen von Synapsen verbunden sind. Trotz dieser enormen Komplexität des Musters der Konnektivität im Gehirn ist es sehr geordnet und zwischen Individuen der gleichen Art stereotyp.

Ein gemeinsames Merkmal Organisations Gehirn ist die Anordnung der synaptischen Verbindungen in den Schichten. Weil das Gehirn auf diese Weise organisiert ist, ist nicht bekannt.

Synapsen nicht zufällig verteilt

Ein Hinweis auf die Bedeutung der Spiegel im Gehirn ergibt sich aus der Tatsache, dass Synapsen zufällig zwischen den Schichten verteilt. Stattdessen wird eine bestimmte Schicht Synapsen zwischen speziellen neuronalen Subtypen, was zur Bildung von Schichten, die Synapsen mit ähnlichen funktionellen Eigenschaften enthalten können.

So ist die Idee, dass Rollen des sich entwickelnden Gehirns ist ein notwendiger Schritt für die Entwicklung der Synapsen zwischen speziellen neuronalen Subtypen, nämlich den Schichten, so dass Zelltyp A verbindet einzige Zelltyp B und nicht zu der Zelle C und D, zum Beispiel.

Jedoch gibt es wenige experimentelle Nachweis für die Rolle für die Schichten bei der Festlegung zelltypspezifische Verbindungen zwischen Neuronen.

Forscher an der Abteilung Neurobiologie der Entwicklung, Nikolas Nikolaou und Martin Meyer, verwendet das visuelle System der Zebrafisch als Modellsystem, um neue Informationen über die Rolle der Spiegel im Gehirn liefern. Der Hauptsichtbereich des Zebrafischgehirn, das Tectum opticum, empfängt eine Eingabe von dem Auge über die Axone der retinalen Ganglienzellen.

Zwei Zebrafischembryonen bei 3-4 Tagen der Entwicklung. Kredit Dr. Steve Wilson, Wellcome Images.

Diese Axone als Matrix laminare hohe Präzision im Tectum organisiert. Zebrafisch-Mutanten verloren, die eine Mutation in dem Gen robo2 tragen wird die Schichtanordnung von RGCs in Tectum verloren.

Schaltungen Richtung selektive

Die Autoren verwendeten das mutierte Irre zu untersuchen, wie der Verlust einer Schichtarchitektur beeinflusst die funktionelle Entwicklung von Nervenverbindungen zwischen RGC Axonen und ihren Ziel Neuronen im Tectum. Die Studie konzentriert sich auf die Entwicklung von richtungsselektiven Schaltungen, die das Tier zu sagen, dass die Gegenstände in eine Richtung bewegen kann.

Ein überraschendes Ergebnis dieser Studie ist, daß in relativ reifen abseits der Straße Larven von Zebrabärbling die funktionellen Eigenschaften der Schaltungen der richtungsselektiven identisch mit denen in normalen Zebrafisch zu sehen sind.

Was mehr ist, fanden die Autoren, dass RGC Axone konnten mit ihren Ziel Neuronen im Tectum erwarteten mutierten Irre zu verbinden.

Diese Ergebnisse zeigen, dass die Bildung der Schichten nicht erforderlich ist, um Verbindungen mit der funktionellen und Zelltyp herzustellen. Außerdem wurde festgestellt, dass die Rolle robo2 des Gens war, das Wachstum von RGC Axone nicht nur, sondern auch die Zielneuronen mit einer gemeinsamen Folie zu treiben.

Wenn die Ebenen sind letztlich nicht notwendig für die Bildung von funktionellen neuronalen Schaltkreise was sind sie dann?

Eine Idee, die Fahrt wird das Wachstum von Nervenzellen, die zu einer gemeinsamen Ebene entsprechen, Robo2 erleichtert den Kontakt zwischen den Neuronen. Ein solcher Mechanismus könnte der Prozess des Zusammenbaus der Schaltung zu beschleunigen.

Geschwindigkeitsprobleme

Um diese Idee zu testen, die Autoren durchgeführt denselben Satz von Experimenten an viel jüngeren Larven Zebrafisch. In diesen jungen Tieren hatte eine tiefgreifende Defizit in der Entwicklung der richtungsselektiven Schaltungen.

Zusammen legen diese Ergebnisse, dass eine geschichtete neuronale Architektur ist schließlich nicht notwendig, die korrekte elektrische Verbindung der Schaltungen, sondern dass die Walz ist für die schnelle Entwicklung solcher funktioneller neuronaler Netze.

"Durch die zeigen, dass die Laminierung beschleunigt die Entwicklung von Funktionsschaltungen im Gehirn haben wir experimentelle Nachweis vorgesehen, die zeigt, was die Schichten für. Für Larven Zebrafisch, die eng mit der Vision für das Überleben verbunden sind, die Geschwindigkeit ist wirklich wichtig", sagte er Erstautor Nikolas Nikolaou.

Martin Meyer, Senior-Autor der Studie, sagte,

"Unsere Studie zeigt auch, wie überraschend Kunststoff und anpassungsfähige Entwicklung des Gehirns ist. Die Tatsache, dass Neuronen kann endlich etwas, was wir nicht erwarten, sich gegenseitig zu finden und schließlich bilden Verbindungen funktionell normal, wenn Roll Cues verloren war. Vielleicht erkennen, dass Plastizität können wichtige Informationen, wie Sie beschädigte Schaltkreise durch ein Trauma oder Krankheit reparieren zu erhalten. "