Признаки неисправности сайлентблоков: Как правильно заменить сайлентблоки?

Содержание

Как правильно заменить сайлентблоки?

Подвеска автомобиля играет объединяющую роль между кузовом и дорожным полотном. Это упорядоченный набор узлов и механизмов, обеспечивающих необходимую плавность хода машины во время движения.

Управляемость и манёвренность транспортного средства прежде всего зависит от исправности и надёжности подвески. Неисправные элементы подвески таят в себе опасность для водителя и пассажиров. Согласно статистике каждая 5 авария была связана с неисправной подвеской машины.

Одним из главных элементов подвески транспортного средства выступает сайлентблок. Именно он принимает все нагрузки передаваемые колёсами автомобиля на кузов транспортного средства. За счёт его обеспечивается во многом курсовая устойчивость автомобиля.

Что собой представляет сайлентблок?

Сайлентблок имеет ещё и другое название – резинометаллический шарнир. Он представляет собой 2 объединённые металлические втулки, разделённые прочной упругой полиуретановой вставкой.

Его первоочередная задача заключается в гашении колебаний соединений деталей, возникающих при движении машины. Неровности дорожного покрытия, ямы и прочие препятствия передают на подвеску автомобиля большое количество ударных нагрузок. До 90% процентов из них принимает на себя сайлентблок.

В подвеске машины используется два вида резинометаллических шарнира для передних и задних колёс. Это позволяет равномерно распределить ударную нагрузку по всей длине подвески. Дополнительно сайлентблоки устанавливаются в элементах крепления коробки передач и мотора.

Срок эксплуатации сайлентблоков

Качественные сайлентблоки при условии правильной установки могут использоваться даже при самых неблагоприятных условиях длительный промежуток времени. В среднем срок эксплуатации этого элемента подвески колеблется от 70 до 150 тысяч километров пробега.

Существенная разница в минимальном и максимальном периоде использования обусловлена качеством изделия.
Дешёвые изделия из низкокачественного материала не смогут выдержать серьёзных нагрузок и достаточно быстро перестанут правильно работать.

Зачастую активная эксплуатация машины в плохих дорожных условиях играет свою существенную роль в снижении срока использования сайлентблоков. Прежде всего это движение по грунтовым дорогом или бездорожью.

Признаки неисправности сайлентблоков

Плохое состояние автомобильных дорог при активном использовании машины создаёт дополнительную нагрузку на подвеску. Как следствие дополнительную нагрузку начинают испытывать сайлентблоки принимающие на себя первыми удар.

Наибольшая нагрузка приходится на элементы рычагов и штанг подвески. Специалисты в профилактических целях рекомендуют выполнять проверку работоспособности сайлентблоков каждые 50 тысяч километров пробега.

Это даст возможность на ранней стадии выявить возможные проблемы в работе подвески и правильно заменить сайлентблоки. Зачастую если автомобиль длительное время не подвергался профилактическому осмотру могут проявиться критические неисправности, оказывающие серьёзное влияние на безопасность управления машиной.

Сегодня можно выделить следующие признаки неисправности сайлентблоков:

Машину при движении «тянет» в одну сторону;
Боковой износ шин;
Нарушение курсовой устойчивости автомобиля при торможении;
Вибрация кузова при движении машины;
Внешние изменения целостности сайлентблоков;
Скрипы подвески при движении транспортного средства;
Увеличение «жёсткости» работы подвески.

Каждый из этих признаков или они вместе указывают на возможную проблему в работе сайлентблока. Не нужно их игнорировать и продолжать эксплуатацию машины.

Подобное наплевательское отношение к собственной безопасности может очень плохо закончиться для водителя и пассажиров.

Как правильно заменить сайлентблоки?

Если выявлена неисправность одного или группы сайлентблоков медлить нельзя. Вибрация создаваемая машиной при движении не будет гаситься резиновыми элементами подвески и передаётся на прочие детали, которые начнут разрушаться.

Игнорирование копеечной операции замены сайлентблока может вылиться в существенные материальные издержки. Наибольшая сложность связанная с заменой этих элементов заключается в запрессовке. Для выполнения операции требуется использование специального оборудования.

Конечно, если стоит задача сэкономить любой ценой можно обратиться к гаражным умельцам, выполняющим на кустарном оборудовании запрессовку сайлентблоков. Необходимо помнить, что качество работ в этом случае очень низкое. Гарантия на выполненные работы практически никогда не даётся. Все действия совершаются на собственный страх и риск.

Если нужно правильно заменить сайлентблоки лучше всего обращаться в специализированные автомобильные ремонтные центры. Специалисты смогут быстро и качественно выполнить все операции по замене резинометаллических элементов.

Стоимость замены изделия складывается из цены самого резинового элемента и его запрессовки. Как правило, на всю операцию по замене сайлентблоков не уходит много времени.

Спасибо за внимание, удачи вам на дорогах. Читайте, комментируйте и задавайте вопросы. Подписывайтесь на свежие и интересные статьи сайта.

для чего предназначен, неисправности и замена сайлентблока

Как известно, подвеска автомобиля состоит из большого количества деталей, которые соединены между собой. При этом сайлентблок – элемент подвески авто, который и необходим для соединения деталей подвески.

Также кроме самого соединения, сайлентблоки в значительной степени снижают нагрузки в местах соединений, гасят удары и колебания. Это позволяет повысить плавность хода и комфорт, улучшить управляемость и устойчивость, а также увеличить срок службы деталей подвески автомобиля.

Далее мы рассмотрим общее устройство сайлентблоков, их неисправности и признаки проблем с данной деталью, а также когда и почему их нужно менять, как выполняется замена сайлентблоков и т.д.

Содержание статьи

Назначение и устройство сайлентблоков: частые неисправности

Итак, резинометаллический шарнир или сайлентблок (в быту часто называется саленблок) является простой деталью, в основе которой лежит пара металлических втулок разного диаметра.

Втулка меньшего диаметра вставлена во втулку большего диаметра. При этом расстояние между этими втулками заполнено при помощи особой резиновой вставки.

Как уже было сказано выше, данный элемент используется для того, чтобы соединить детали подвески, смягчить удары, уменьшить колебания, которые передаются от одной детали к другой при езде.

Еще добавим, что кроме подвески, в устройстве автомобиля сайлентблоки активно используются в местах соединения ДВС и кузова, КПП, различных рычажных креплений, стабилизаторов и т.п. Размеры сайлентблоков, их форма и некоторые особенности могут быть индивидуальными, однако в целом конструкция зачастую похожа.

С учетом назначения сайлентблоки в процессе эксплуатации авто подвержены серьезным нагрузкам. Само собой, такая деталь по ряду причин в местах определенных соединений имеет достаточно ограниченный срок службы (50-60 тыс. км.). При этом в других местах соединений элемент может служить намного дольше.

Что касается подвески, в данном случае сайлентблок выходит из строя чаще всего. При этом сильнее страдает передняя подвеска. Например, сайлентблок рычага передней подвески обычно выходит из строя уже к 60-80 тыс. км, тогда как сайлентблоки задней балки могут пройти 150-200 тыс. км. без особых проблем.

В зависимости от конструкции, уже к 50 тыс. км. могут потребовать замены сайлентблоки передних рычагов (передние сайлентблоки передних рычагов, задние сайлентблоки передних рычагов и т.д.). Также достаточно нагруженным и слабым элементом считаются плавающие сайлентблоки, не слишком большой ресурс имеют сайлентблоки рычагов задней подвески и т.д.

При этом важно понимать, что износ или повреждение сайлентблока является весомым основанием для замены детали. Дело в том, что кроме стука и ухудшения комфорта возрастает нагрузка на место соединения, изменяется геометрия, «уходит» сход-развал, управляемость машины меняется в худшую сторону, разрушаются детали подвески.

В свою очередь, это приводит к сильному износу покрышек, машина хуже держит дорогу, подвеска быстрее изнашивается.

Другими словами, поведение авто на дороге становится менее предсказуемым, а ресурс ряда деталей резко сокращается.

По этой причине проверять сайлентблоки нужно каждые 50 тыс. км. пробега. Чтобы это сделать, достаточно вывесить поочередно переднюю, а затем заднюю ось. После нужно проверить рычаги на люфт, визуально осмотреть сайлентблоки.

Максимум внимания следует уделять резиновой вкладке сайлентблока. Появление трещин, разрывов, расслоений и других дефектов указывает на необходимость замены. Кстати, в сайлентблоке металлическая часть выходит из строя редко.

Как правило, проблемы связаны именно с резиновой вставкой. Это является ответом на вопрос, почему скрипят сайлентблоки, появился стук в области соединения и установки детали и т.д.

Зачастую, основные причины выхода сайлентблоков из строя:

естественное старение резины, потеря эластичности, пересыхание, растрескивание;
ошибки при установке новых деталей, нарушения при затяжке болтов или дефекты посадочного места, куда ставится сайлентблок;

попадание жидкостей и реагентов, агрессивных к резиновым изделиям;

Если с естественным износом и попаданием химии, жидкостей или реагентов все понятно, то быстрый выход из строя новых деталей часто может быть вызван не их качеством, а рядом ошибок при установке.

Например, если затянуть болты на вывешенной оси (машина на подъемнике или поддомкрачена), тогда после того, как автомобиль опустится на колеса, происходит скручивание резины и сайлентблок рвется. Также деталь может быть неправильно установлена или запрессована. Чтобы избежать таких ошибок, нужно отдельно изучить вопрос, как поменять сайлентблоки.

Замена сайлентблоков своими руками: что нужно знать

Сразу отметим, если нет достаточных навыков и инструментов, лучше доверить все работы опытным специалистам автосервиса. Если же необходимо выполнить замену самостоятельно, давайте рассмотрим в качестве примера, как поменять передние сайлентблоки (сайлентблок переднего рычага, задний сайлентблок переднего рычага и т.п.), которые требуют замены чаще всего.

Прежде всего, нужно подготовить домкрат, а также набор гаечных ключей. Также нужно иметь под рукой устройство для запрессовки сайлентблоков, съемник шаровых опор.

Вывесив переднее колесо, его можно снять, затем снимается гайка шаровой опоры, откручивается рычаг, выпрессовывается старый сайлентблок и впрессовывается новый.
В процессе запрессовки новый сайлент нужно смазывать особой смазкой или мылом. После верхний рычаг ставится на место. С нижним рычагом процедура повторяется.

При этом гайку оси рычага в процессе обратной сборки можно наживить и слегка затянуть, однако затягивать полностью нужно после того, как колесо установлено на место и автомобиль опущен с домкрата.

Рекомендуем также прочитать статью о том, какие стойки на Приору лучше выбрать. Из этой статьи вы узнаете об особенностях выбора амортизаторов на Лада Приора, а также на что нужно обращать внимание при подборе стоек на Приору.

Также важно помнить, что после снятия рычагов углы установки колес будут нарушены, то есть по окончании процедуры замены сайлентблоков нужно сделать развал-схождение.

Сайлентблоки полиуретановые или резиновые: что лучше

Сегодня на рынке можно встретить резиновые сайленты, в основе лежит каучук. Такие элементы считаются традиционными, относительно доступны по цене. При этом среди недостатков выделяют низкий ресурс, скрипы, низкую устойчивость к деформации, агрессивным реагентам и т.д.

В свою очередь, полиуретановые сайлентблоки более прочные, служат дольше. Подвеска с такими элементами более «собранная», упругая. Такие детали не просаживаются от времени, эффективнее гасят вибрации и удары. В результате подвеска работает тише, устойчивость и управляемость авто улучшаются.

К минусам полиуретановых сайлентблоков можно отнести их высокую стоимость, наличие подходящих вариантов не для всех моделей автомобилей, а также часто владельцы жалуются на скрипы (особенно в сухую погоду), так как материал сайлентблока более плотный и менее податливый.

Что в итоге

Как видно, хотя на первый взгляд задний сайлентблок, передний сайлент, плавающий сайлентблок или другой подобный элемент может показаться простой деталью, данный элемент играет важную роль. Если просто, от него в большей или меньшей степени зависит общая работоспособность ходовой части, а не только комфорт.

Стоит помнить, что износ сайлентблока напрямую влияет на управляемость и устойчивость автомобиля, особенно при езде на средних и высоких скоростях. Также изношенные сайленты сильно скрипят, в местах их установки появляются стуки, машина начинает крениться в поворотах и хуже держит дорогу.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое опорный подшипник в устройстве автомобиля. Из этой статьи вы узнаете о назначении, функциях и частых поломках опорного подшипника, а также основных признаках, которые указывают на то, что опорный подшипник вышел из строя и требует замены.

Если проблему проигнорировать, тогда высоки риски деформации крепления рычагов. В свою очередь, это приведет к необходимости более сложного и дорогого ремонта. В любом случае, проверять сайлентблоки рекомендуется каждые 10-15 тыс. км. пробега (максимум 40-50 тыс. км. пробега в рамках плановой диагностики ходовой части).

Напоследок отметим, что при замене сайлентблоков важно не допустить ошибок, так как неправильная установка, затяжка гаек и другие ошибки станут причиной выхода из строя новой детали со всеми вытекающими последствиями.

Последствия износа сайлентблоков

Проходя диагностику в автосервисе или в какой-то частной мастерской, мы рано или поздно сталкиваемся с таким термином как сайлентблок.

Сайлентблок или по-другому резинометаллический шарнир в большинстве случаев состоит из 2 металлических втулок, разделяют которые специальная резиновая вставка.

Основным назначением этой детали является состыковка элементов подвески, таким образом, происходит гашение колебаний передаваемые от одного узла подвески к другому.

Относятся сайлентблоки к расходным материалам автомобиля, которые не подлежат ремонту и при износе, повреждении просто заменяются. В автомобиле они расположены в передней и задней части подвески, они служат для крепления рычагов, амортизаторов, реактивных тяг и т.д.

Износ сайлентблоков – симптомы

Как правило, деталь вполне способна эксплуатироваться до 80 -120 тысяч километров пробега, однако всегда стоит учитывать, что этот показатель подходит при передвижении по ровному дорожному полотну.

В условиях российских дорог, чтобы не угодить в яму, дорожный ухаб необходимо очень сильно постараться, соответственно диагностику подвески нужно проводить, как можно чаще для выявления дефектов.

Определить износ сайлентблоков можно по ощущениям при вождении транспортного средства, автомобиль хуже управляется, на скоростях мотает в стороны, а поворот руля стал реагировать на действия с задержкой.

Следует произвести визуальный осмотр чистого от грязи сайлентблока на предмет трещин и разрывов, но для большей уверенности стоит обратиться в надёжный автосервис.

Последствия несвоевременной замены сайлентблоков

При сильном износе можно заметить неравномерный износ покрышек (нарушается геометрия колёс), это самое меньшее, что может произойти.

Когда сайлентблок совсем изношен, люфт руля значительно завышен и со временем может привести к повреждениям крепёжных болтов или элементов подвески, что грозит дорогостоящим ремонтом.

Такие неисправности автомобиля могут привести к потере управления, что чревато серьезным ДТП, особенно на больших скоростях.

Замена сайлентблоков?

Весьма распространённый вопрос, главное понимать, что количество сайлентблоков в автомобиле обычно больше двадцати и самостоятельная замена этих деталей подвески весьма непроста, выпрессовка и запрессовка без специального оборудования очень затруднительна.

Конечно, можно попробовать самостоятельно, с помощью кувалды, подручными инструментами, но при ненадлежащей установке вы можете не только повредить сам сайлентблок, но и нанести вред другим узлам автомобиля.

Качественная запрессовка, полная диагностика подвески и обязательно развал-схождения колёс, только после всех этих процедур можно быть уверенным, что сайлентблоки вашего автомобиля не подведут вас.

Где купить сайлентблок?

Записавшись на диагностику, замену сайлентблоков или приобретая данную деталь в интернет-магазине «Makk», вы можете быть уверены в её качестве и надлежащей, квалифицированной установке.

Автосервис «Makk» — это сплоченная команда профессионалов своего дела, наши мастера прошли все необходимое обучение и имеют большой опыт.

Ассортимент сайлентблоков представлен только качественными производителями, с которыми наша компания имеет прямые контакты, такими как: Jikiu, Lynx, CTR и т. д.

Следите за состоянием сайлентблоков своего транспортного средства, проводите диагностику, как можно чаще и берегите себя.

границ | Интегративная функция тихих синапсов на нейронах субпластинок при развитии и дисфункции коры

Введение

Кора головного мозга млекопитающих уникальна тем, что представляет собой слоистую структуру, которая, как считается, поддерживает иерархическую обработку информации. Передача информации из таламуса в кору через таламокортикальные цепи имеет центральное значение для обработки информации в головном мозге млекопитающих. У взрослых таламический вход в кору головного мозга в основном поступает в слой 4, но могут существовать входы в другие слои (Meyer et al., 2010; Бруно, 2011; Шерман, 2012, 2017; Константинополь и Бруно, 2013; Ji et al., 2016; Sun et al., 2016).

Учитывая ламинарную природу коры головного мозга, развитие корковых слоев — это длительный процесс. Любопытно, что развитие корковых слоев происходит наизнанку, так что более глубокие слои образуются раньше, чем поверхностные. Первые постмитотические нейроны из зоны желудочков и прорастающей зоны ростромедиальной стенки телэнцефалии мигрируют радиально и образуют так называемую преплату.Последующие раунды деления клеток дают начало возбуждающим нейронам кортикальной пластинки. Поскольку эти нейроны мигрируют к мягкой мозговой оболочке, они разделяют препластинку на поверхностную маргинальную зону и глубокую подпластинчатую зону (Supèr et al., 1998; Kanold and Luhmann, 2010; Pedraza et al., 2014). Несмотря на то, что субпластинчатая зона присутствует в головном мозге временно, она играет важную роль в развитии коры головного мозга.

Исследования на кошках и грызунах показали, что субпластинчатые нейроны (SPN) ответственны за функциональное созревание и сегрегацию таламокортикальных связей (Ghosh et al., 1990; Гош и Шац, 1992; МакКоннелл и др., 1994; Канольд и др., 2003; Tolner et al., 2012), а также для созревания кортикального ГАМКергического торможения (Kanold and Shatz, 2006) и пластичности критического периода (Kanold and Shatz, 2006). Считается, что эта ключевая роль SPN проистекает из того факта, что SPN являются первыми нейронами, получающими таламический вход (Friauf and Shatz, 1991; Hanganu et al., 2002; Higashi et al., 2002, 2005; Molnár et al., 2003; Zhao et al., 2009), реагируют на сенсорные стимулы (Wess et al., 2017) и передать эту информацию развивающемуся слою 4 (L4) (Kanold, 2009; Zhao et al., 2009; Butts, Kanold, 2010; Kanold and Luhmann, 2010; Deng et al., 2017; Рисунок 1A). Таким образом, субпластина может формировать функциональную протокарту будущей корковой организации (O’Leary and Borngasser, 2006; O’Leary et al., 2007; Wess et al., 2017).

Рис. 1. (A) Изменение цепей между таламусом (Th), субпластиной (SP) и кортикальными слоями 4 (L4) и 1 (L1). На вставках показано существование только «тихих» синапсов NMDA-R в раннем возрасте. (B) Мультяшная иллюстрация: отображение соединений с нейронами субпластин (SPN) с помощью лазерной фотостимуляции (LSPS). Записи с фиксацией напряжения в фиксаторах напряжения производятся из SPN, и их местоположения выборочно стимулируются. SPN регистрируют при -70 мВ и +40 мВ мембранного потенциала в каждом месте стимуляции. Кривые (a – c) указывают на три возможных результата стимуляции в соответствующих местах. (a) Стимуляция пресинаптических участков, которые были связаны с SPN с помощью AMPA и NMDAR, приводила к возбуждающим постсинаптическим токам (EPSC) как при -70 мВ, так и +40 мВ. (b) Стимуляция пресинаптических местоположений, которые были связаны с SPN только с помощью NMDAR, приводила к EPSC только при +40 мВ. (c) Стимуляция пресинаптических участков, которые не были связаны с SPN, не приводила к возникновению EPSC ни при -70 мВ, ни при +40 мВ. Внизу показано вычисление вероятности пространственного соединения по картам соединений только для NMDAR (например, сайтов, подобных сайту b ). Белый кружок указывает на расположение СПН в соме. Карты отдельных нейронов выравниваются по соме, и вероятность наблюдения EPSC рассчитывается для всех относительных пространственных положений. (C) Изменение топологии молчаливых синапсов по мере развития. Показаны карты средней вероятности подключения и среднего заряда из экспериментов LSPS (из Meng et al., 2014). Рисунок ниже суммирует эти данные. В раннем возрасте молчащие синапсы присутствуют между L4, L6 / 6, SP и SP и обладают большой синаптической силой. Тихие синапсы наиболее распространены в точках P6-P9, и в более старшем возрасте сила молчащих синапсов снижается.

Учитывая ключевое положение SPN в таламокортикальном пути и их продемонстрированную роль в развитии коры, мы здесь стремимся рассмотреть изменяющиеся цепи, связанные с SPN, и их возможную функциональную значимость.

Зона субпластин содержит разнообразную популяцию нейронов

Как глутаматергические, так и ГАМКергические нейроны обнаруживаются в зоне субпластинки. Большинство SPN, проецирующих кору головного мозга, являются глутаматергическими у хорьков, тогда как некоторые из них положительны по маркерам ГАМКергических интернейронов (Finney et al. , 1998). ГАМКергические SPN также обнаруживаются у мышей, кошек и приматов (Chun and Shatz, 1989; Antonini, Shatz, 1990; Meinecke, Rakic, 1992; Higo et al., 2007; Kanold and Luhmann, 2010). SPN имеют разнообразную дендритную и аксональную морфологию.Было идентифицировано несколько различных морфологических типов, таких как битафтинговые и монотуфтовые горизонтальные, мультиполярные, перевернутые пирамидальные, полиморфные и веретенообразные SPN (Mrzljak et al., 1988; Hanganu et al., 2002; Marx et al., 2017). Некоторые SPN имеют обширные дендритные деревья в корковой пластинке (Friauf et al., 1990; Finney et al., 1998; Clancy and Cauller, 1999; Piñon et al., 2009; Viswanathan et al., 2012), что позволяет предположить, что они интеграция синаптической информации из других источников. Такие источники могут происходить локально внутри кортикальной пластинки рядом с сомой SPN или из отдаленных источников, например.g., другие корковые или подкорковые области. Молекулярный анализ показал, что SPN экспрессируют множество молекулярных маркеров, таких как CTGF, Nurr1, Cplx3, а также другие (Hoerder-Suabedissen et al. , 2009, 2013; Viswanathan et al., 2012). Было показано, что молекулярно определенные классы SPN имеют дендритные деревья в корковой пластинке (Viswanathan et al., 2012), предполагая, что молекулярная клеточная идентичность может зависеть от морфологии (обзор в Luhmann et al., 2018).

Выходы: синаптические цели SPN

В то время как зона субпластинки содержит как глутаматергические, так и ГАМКергические нейроны, SPN, полученные из желудочковой зоны, являются глутаматергическими.SPN посылают возбуждающие проекции в развивающуюся кортикальную пластинку, а аксоны от SPN нацелены на возбуждающие и ГАМКергические клетки в L4 (Zhao et al., 2009; Deng et al., 2017; Figure 1A). Помимо L4, аксоны SP обнаруживаются как в суб-, так и в надгранулярных слоях, включая слой 1 (L1), где они потенциально могут активировать нейроны L1, а также апикальные дендриты многих других кортикальных клеток (Clancy and Cauller, 1999; Viswanathan et al., 2017). Более того, было показано, что клетки Кахаля-Ретциуса в L1 получают ГАМКергические входные сигналы от субпластины (Myakhar et al. , 2011), таким образом, SPN потенциально нацелены на клетки коркового столбца.

В молодом возрасте SPN также связаны друг с другом, а также с некоторыми нейронами кортикальной пластинки через щелевых контактов (Figure 1A; Dupont et al., 2006). В коре головного мозга взрослого человека соединение щелевого соединения в основном присутствует между ГАМКергическими нейронами (Galarreta and Hestrin, 1999, 2001, 2002; Gibson et al., 1999; Venance et al., 2000; Deans et al., 2001; Connors and Long, 2004; Бутовас и др., 2006; Фукуда и др., 2006; Ma et al., 2011), в то время как в процессе развития более распространено соединение щелевых контактов (Niculescu and Lohmann, 2014). Соединение через щелевые соединения может синхронизировать активность нейронов, вызывать колебания сети и способствовать формированию и пластичности цепей (Peinado et al., 1993a, b; Roerig and Feller, 2000; Connors and Long, 2004; Cruikshank et al., 2005; Kotak et al. al., 2007; Postma et al., 2011; Niculescu, Lohmann, 2014; Yao et al. , 2016). Таким образом, щелевые соединения между SPN могут синхронизировать локальные группы SPN и тем самым усиливать их влияние на синаптические мишени.

Считается, что

SPN являются первопроходцами кортикоталамического пути (McConnell et al., 1994), и было показано, что как таковые SPN посылают проекции в таламус (Viswanathan et al., 2017; Hoerder-Suabedissen et al., 2018). Описанные таламические проецирующие SPN нацелены на таламические ядра более высокого порядка (Viswanathan et al., 2017; Hoerder-Suabedissen et al., 2018), которые развиваются рано и также поддерживают мультисенсорный процессинг на раннем этапе развития (Henschke et al., 2018). Таким образом, SPN могут играть роль в ранней мультисенсорной интеграции или синхронизации.

Входы: нейроны субпластин интегрируют корковую информацию через , изменяющийся набор синапсов

Функциональные источники корковых входов в SPNs были идентифицированы исследованиями на срезах мозга развивающейся слуховой коры мышей (Viswanathan et al. , 2012; Meng et al., 2014). Эти исследования показали, что SPN получают возбуждающие AMPA рецепторы и ГАМКергические входы от кортикальной пластинки (Viswanathan et al., 2012). В частности, эти входы происходили из глубоких корковых слоев, но субпопуляции SPN также получали входные данные от L4.SPN, получающие вход L4, были более заметными после того, как таламокортикальные связи с L4 были установлены примерно вокруг отверстия уха на ~ P11 у мыши (рис. 1C).

Помимо глутаматергических и ГАМКергических входов, SPN также получают нейромодулирующие входы из различных источников. Например, SPN содержат как ацетилхолин (Ach; Hanganu et al., 2002, 2009; Hanganu and Luhmann, 2004), так и рецепторы серотонина (Kanold and Luhmann, 2010; Liao and Lee, 2011, 2014), холинергические, а также серотонинергические волокна присутствуют в развивающейся субпластине (Krmpotić-Nemanić et al., 1983; Войт и де Лима, 1991; Накадзава и др., 1992; Mechawar and Descarries, 2001), предполагая, что они образуют функциональные цепи с SPN.

Нейроны субпластин получают корковую информацию через тихих синапсов

Ионотропная глутаматергическая нервная передача является основной формой возбуждающей нейронной передачи в центральной нервной системе. Пресинаптическое высвобождение глутамата ощущается рецепторами AMPA (AMPAR), а также рецепторами NMDA (NMDAR) на постсинаптических сайтах.Связывания одного глутамата недостаточно для активации NMDAR. Деполяризация мембраны также необходима из-за блока NMDARs Mg ²⁺ (Nowak et al., 1984). Таким образом, когда были идентифицированы глутаматергические синапсы, проводящие токи только при деполяризованном мембранном потенциале, они были названы «молчащими синапсами» (Isaac et al., 1995, 1997; Liao et al., 1995; Durand et al., 1996; Isaac, 2003). ). Этот феномен молчания синапсов, скорее всего, связан с отсутствием AMPARs на постсинаптическом сайте, но могут существовать и другие механизмы (Kullmann and Asztely, 1998; Kullmann, 2003).

Из-за блокирования Mg ²⁺ и отсутствия AMPAR на раннем этапе развития многие глутаматергические синапсы в нескольких областях мозга опосредуются молчащими синапсами, и количество молчащих синапсов в клетках уменьшается по мере развития (Isaac et al. , 1997; Rumpel. et al., 1998, 2004; Deng et al., 2017). Тихие синапсы можно превратить в синапсы, содержащие AMPAR, с помощью протоколов долгосрочной потенциации. Вместе они поддерживают гипотезу о том, что невральная активность, приводящая к отключению молчащих синапсов, является механизмом построения зрелых нейронных цепей (Kerchner and Nicoll, 2008; Hanse et al., 2013). Действительно, глутаматергические связи слоя 2/3 (L2 / 3) с пирамидными нейронами L5 в коре головного мозга опосредуются молчащими синапсами в течение первой постнатальной недели. Эти соединения только для NMDAR можно превратить в соединения, содержащие AMPAR, за счет повышенной сетевой активности (Anastasiades and Butt, 2012).

Исследования in vitro на срезах слуховой коры новорожденных мышей с использованием фотостимуляции с лазерным сканированием (LSPS; рис. 1B) показали, что кортикальный вход в SPN опосредован безмолвными синапсами для большинства SPN с 3-го дня постнатального (P3) до P15 (Meng et al. al., 2014), который охватывает период до формирования таламокортикальных синапсов после критического периода. В этих экспериментах пресинаптические нейроны были активированы путем извлечения глутамата из каркаса последовательно в сетке над A1, в то время как ГАМКергическая передача была заблокирована. Удерживая SPN на уровне -70 мВ или +40 мВ, можно исследовать природу связи между активированным пресинаптическим нейроном в каждом месте стимула и зарегистрированным SPN. Присутствие AMPAR приводит к возникновению возбуждающих постсинаптических токов (EPSC) как при -70 мВ, так и при +40 мВ (например.g. изнутри SP на участке стимуляции a на рисунке 1B). Напротив, когда присутствуют только NMDAR, соединение «молчит» при -70 мВ, а EPSC наблюдаются только при +40 мВ (сайт стимуляции b на рисунке 1B). Последовательно стимулируя множество местоположений, чтобы покрыть протяженность среза, можно получить карты соединений только NMDAR («тихих»). Для каждого участка стимуляции определяется размер вызванных EPSC. Путем картирования нескольких нейронов можно рассчитать вероятность наличия соединений только для NMDAR из каждого пространственного местоположения (рис. 1B внизу).Сопоставление входных данных с SPN по возрасту и расчет вероятности пространственного соединения, а также средней силы такого соединения показывает, что цепи к SPN меняются по мере развития (рисунок 1C). У SPN были соединения, которые могли быть только NMDAR или AMPAR. В целом, SPN в молодом возрасте имеют молчащие связи, опосредующие входы от корковых клеток, расположенных на больших расстояниях от сомы SPN (Рисунок 1C). Многие из этих безмолвных связей в раннем возрасте зародились в L4. Сравнивая обилие молчаливых связей, временное увеличение молчащих связей от кортикальной пластинки происходило с P6 на P9, что указывает на формирование глутаматергических связей в течение этого периода времени.Популяционный анализ показал, что SPN можно разделить на четыре разные группы в зависимости от их функциональных паттернов связи и, в частности, их входных данных из L4 (Meng et al. , 2014; рисунки 2A, B). Более того, группы SPNs различались по своему количеству и степени интраламинарной интеграции вдоль ростро-каудального направления, которое в A1 является доминирующей тонотопической осью. Например, SPN в обеих группах 2 и 4 получают «тихий» вход L4, но различаются по величине ростро-каудальной интеграции и, таким образом, предположительно в их функциональной интеграции по оси частот.Эти исследования показывают, что SPN образуют разнообразную интегративную нейронную цепь и что характер интеграции меняется с возрастом. В частности, обратная связь от L4 опосредуется NMDAR в раннем возрасте, но содержит AMPAR в более старшем возрасте.

Рис. 2. (A) SPN можно разделить на четыре группы на основе их входных данных из L4 (из Meng et al., 2014; для использования этого изображения не требуется разрешения авторских прав). Некоторые классы показывают тихие или содержащие AMPAR входные данные из L4, в то время как другие в целом интегрируются в субпластину (например,г. , группа 3). (B) Карикатура иллюстрации того, как изменяющееся присутствие молчаливых синапсов на входах L4 может изменить функциональную связь между входами таламуса и входами L4. Вертикальные полосы указывают на пресинаптические спайки и мембранный потенциал SPN, указанные ниже. В молодом возрасте входы таламуса могут блокировать входы L4, так что деполяризация SPN присутствует только тогда, когда происходит и таламическая активность, и активность L4. В более старшем возрасте деполяризации SPN происходят, когда активен любой из входов и сумма входов. (C) Тихие синапсы могут разрешить условную ассоциацию входов e.g., из разных мест в одной пластине.

SPN — не единственные нейроны коры головного мозга, имеющие молчащие синапсы. Было также показано, что ГАМКергические нейроны имеют молчащие синапсы, и некоторые из этих молчаливых синапсов происходят из соединений от SPN (Deng et al., 2017). Таким образом, наличие молчащих синапсов на корковых нейронах, по-видимому, является повсеместным признаком развивающейся коры головного мозга.

Как тогда бесшумные подключения к Spns отключены?

Нейронная активность, необходимая для деполяризации SPN с целью вытеснения Mg ²⁺, может происходить из-за деполяризации сетевой активности во время развития.Есть несколько неисключительных источников деполяризационных входов: (i) восходящие сенсорные входы; (ii) деполяризующие ГАМКергические входы; и (iii) деполяризующие нейромодуляторные входы.

Восходящая сенсорная активность, опосредованная AMPAR на таламокортикальных окончаниях, может обеспечивать деполяризующую нервную активность SPN и регулировать отключение молчания синапсов на SPN. Нарушение сенсорной активности привело к продолжительному существованию молчаливых синапсов в зрительной и соматосенсорной коре головного мозга (Ashby and Isaac, 2011; Funahashi et al., 2013; Han et al., 2017). Точно так же удаление слуховых входов с помощью кохлеарной абляции в раннем возрасте изменило пространственное распределение AMPAR- и NMDAR-опосредованных соединений на ГАМКергических нейронах в слуховой коре (Deng et al. , 2017). У глухих мышей AMPAR-опосредованные соединения присутствовали для более дистальных соединений от нейронов L2 / 3, в то время как соединения L5 / 6 происходили из более проксимальных мест. Пространственный паттерн связей только NMDAR был изменен у глухих животных. Это предполагает, что созревание глутаматергических синапсов регулируется входной специфичностью, но что роль может играть как внешняя, так и внутренняя корковая активность, такая как сенсорно-вызванная активность, а также эндогенная корковая активность.

Второй источник деполяризующей активности может быть обеспечен ГАМКергическими входами. Когда молчащие синапсы постепенно заменяются синапсами, содержащими AMPAR, доминирующая форма активности корковой сети управляется деполяризацией GABA (Ben-Ari et al., 1997; Ben-Ari, 2002; Allène et al., 2008). Это указывает на то, что деполяризующая ГАМК может обеспечивать нервную активность для отключения молчания синапсов (Ben-Ari et al., 1997; Ben-Ari, 2002). Действительно, опосредованная рецептором ГАМК деполяризация необходима для отключения молчания синапсов в развивающемся неокортексе (Wang and Kriegstein, 2008) и во время развития сформированных взрослыми зубчатых гранулярных клеток (Chancey et al. , 2013), но молчащие синапсы также могут не заглушаться судорожной активностью (Zhou et al., 2011; Sun et al., 2018).

Помимо деполяризующего действия ГАМК, нейромодуляторы, которые деполяризуют SPN, также могут играть роль в отключении молчания соединений. SPN имеют как ACh (Hanganu et al., 2002; Hanganu and Luhmann, 2004), так и рецепторы серотонина (Kanold and Luhmann, 2010; Liao and Lee, 2011, 2014), которые могут действовать деполяризируя. Таким образом, действия этих нейромодуляторов могут способствовать функциональному отключению молчания соединений с SPN.

Таким образом, вкратце, существует несколько неисключительных источников деполяризационных входов, которые могут индивидуально или совместно действовать в отключении молчания подключений к SPN.

Для чего нужны тихие синапсы? Что они нам говорят?

NMDAR-опосредованные соединения присутствуют не только в развивающейся коре головного мозга млекопитающих, но и в других структурах. Таким образом, вычислительные роли таких соединений могут быть похожими. Во-первых, хорошо известно, что синаптические связи, опосредованные только NMDAR, могут функционировать как детектор совпадений.Активация NMDAR требует не только связывания глутамата, но также деполяризации мембраны для удаления Mg ²⁺ из поры канала. Одна из функций детектора совпадений — обеспечить возможность уточнения топографических связей, как показано в системе ретиногеникулята. На раннем этапе развития в сетчатке присутствует структурированная спонтанная активность (Galli and Maffei, 1988; Meister et al., 1991; Feller et al., 1996; Firth et al., 2005), и конкуренция между двумя глазами стимулирует ретиногеникуляцию. (Penn et al., 1998) и ретино-колликулярная (Shah and Crair, 2008) сегрегация. Блокада передачи сигналов NMDA изменяет сегрегацию афферентов ганглиев сетчатки как в латеральном коленчатом ядре, так и в оптическом тектуме (Hahm et al., 1991; Ruthazer et al., 2003; Ben Fredj et al., 2010).

Однако функциональный вклад молчащих синапсов в эти процессы остается неясным, возможно потому, что немногие соединения ретиногеникулята действительно «молчащие» (Hohnke et al. , 2000). Более того, кажется, что по крайней мере в ретиногеникулярной системе пик молчаливых синапсов после увеличения сенсорной активности, таким образом, может играть роль на несколько более поздних стадиях развития (Lu and Constantine-Paton, 2004).

Вторая потенциальная роль синаптических соединений, опосредованных только NMDAR, состоит в том, чтобы интегрировать несколько подпороговых EPSC с течением времени и улучшить синхронизацию между разными клетками из-за более длительного времени активации. Это согласуется с ролью NMDARs в поддержании синхронизированных колебаний в соматосенсорной коре грызунов (Dupont et al., 2006; Yang et al., 2009).

Третья роль безмолвных синапсов недавно была показана в сетчатке млекопитающих в улучшении обработки движений за счет возможности дифференциальной обработки одного источника глутамата двумя клетками (Sethuramanujam et al., 2017).

Учитывая тот факт, что активность в развивающихся сетях является медленной и адаптирующейся, кажется вероятным, что молчащие синапсы на SPN участвуют в ассоциировании активности в более длительных временных масштабах, но не улучшают обработку стимулов, активности или совпадений в быстрых временных масштабах.

Более того, поскольку молчащие синапсы могут не заглушаться коррелированной активностью, таким образом, в более широком смысле, паттерн неслышимых, AMPAR- и NMDAR-содержащих соединений фактически является считыванием прошлой величины коррелированной активности входов в конкретный нейрон.Однако, поскольку отключение молчания требует совпадения, паттерн отключенных нейронов может не обязательно отражать количество активности per se . Таким образом, присутствие AMPAR-содержащих синапсов на соединениях из глубоких слоев указывает на то, что эти слои, вероятно, были коррелированы с SPN. Появление AMPAR-содержащих синапсов от L4 к SPN после открытия уха в слуховой коре (Meng et al., 2014) указывает на то, что активность L4, вероятно, коррелировала с активностью SPN непосредственно перед открытием уха (Рисунок 1B).Такая интерпретация согласуется с повышенной вызванной коррелированной активностью между SPN и L4 на сходных стадиях развития у хорьков (Wess et al., 2017). Интересно, что непосредственно перед открытием уха коррелированная активность является наибольшей в бета-диапазоне, что, возможно, указывает на то, что такая активность может быть эффективной при отключении синапсов. Более того, пространственный паттерн незвученных синапсов кортикальной пластинки показывает столбчатый паттерн, указывающий на синхронную активность в кортикальном столбе, что согласуется с исследованиями микроэлектродов (Yang et al., 2009, 2013; Колоннес и Хазипов, 2010; Минлебаев и др., 2011).

SPN может позволить генерировать шаблоны нормальной активности в развивающейся коре головного мозга

Существование обильных молчащих синапсов, содержащих только NMDAR, в SPN и других корковых нейронах предполагает, что большая часть возбуждающей активности во время раннего развития опосредуется NMDAR. Соответственно, активность корковой сети in vitro в течение первой постнатальной недели может быть почти полностью заблокирована применением антагониста NMDAR AP5 (Allène et al., 2008). Эти результаты предполагают, что «молчащие» синапсы, содержащие только NMDAR, на самом деле не «молчаливые», а проводят текущую и регулируют активность корковой сети. Таким образом, синапсы, содержащие только NMDAR, на самом деле не «молчаливы», а представляют собой уникальный ранний способ генерации и распространения активности.

В электрической активности развивающегося мозга и особенно коры головного мозга преобладают колебания. Эти колебания могут присутствовать спонтанно, то есть без явного внешнего триггера, или они могут быть вызваны сенсорными стимулами, такими как световые вспышки, моторные подергивания или звуки (Хазипов и др., 2004; Hanganu et al., 2006; Маркано-Рейк и Блумберг, 2008 г .; Ян и др., 2009; Колоннес и Хазипов, 2010; Chipaux et al., 2013; Blumberg et al., 2015). Более того, спонтанная активность может генерироваться эндогенно в коре (Garaschuk et al., 2000; Adelsberger et al., 2005; Siegel et al., 2012) или даже в культуре кортикальных срезов (Stewart and Plenz, 2008), а также быть отражают спонтанно генерируемую активность на сенсорной периферии, например сетчатке или улитке (Galli and Maffei, 1988; Meister et al., 1991; Feller et al., 1996; Ферт и др., 2005; Tritsch et al., 2007; Siegel et al., 2012; Ван и Берглес, 2015).

Эти паттерны активности сложны и состоят из быстрых вложенных осцилляционных паттернов, так называемых «веретен», и более медленных переходных процессов, «SAT» (Vanhatalo et al. , 2002; Tolonen et al., 2007; Benders et al., 2015). Центрально и периферически генерируемая спонтанная активность демонстрирует различную степень синхронизации, волновой прогрессии и профиля развития (Siegel et al., 2012). Считается, что эти ранние паттерны активности крайне необходимы для функционального созревания корковых цепей, поскольку они обеспечивают высокую локальную синхронизацию активности (Vanhatalo and Kaila, 2006; Tolonen et al., 2007; Kilb et al., 2011; Siegel et al. , 2012; Хазипов и др., 2013; Winnubst et al., 2015; Yang et al., 2016; Luhmann, Khazipov, 2018). Многие паттерны активности могут быть воспроизведены с использованием препаратов in vitro , что указывает на то, что требуются минимальные корковые цепи и таламокортикальные входы (Sun and Luhmann, 2007; Sun et al., 2010). Происхождение ранних кортикальных колебаний неизвестно, но, вероятно, связано со сложным взаимодействием восходящих таламокортикальных и нисходящих кортикоталамических цепей (Yang et al. , 2013, 2016; Murata and Colonnese, 2016). Благодаря своему расположению в центре таламокортикального и кортикоталамического контуров, SPN могут влиять на паттерны корковой активности. Действительно, электрическая стимуляция SPN в препарате in vitro может вызывать колебания (Sun and Luhmann, 2007), а удаление SPN in vitro устраняет колебания (Dupont et al., 2006). Дальнейшие доказательства решающей роли SPN в развитии корковых колебаний были получены в исследованиях селективной абляции (Tolner et al., 2012). Эти исследования абляции in vivo и показали, что SPN необходимы как для спонтанных, так и для сенсорных колебаний (Tolner et al., 2012). Вместе эти наблюдения указывают на ключевую роль SPN в генерации или передаче корковых колебаний. Поскольку в то время, когда присутствует спонтанная активность, многие связи с SPN являются только NMDAR, это предполагает, что синапсы только NMDAR на SPN могут играть ключевую роль в контроле корковых колебаний.В самом деле, синхронизированные колебания в развивающейся соматосенсорной коре опосредуются через NMDAR (Dupont et al. , 2006; Minlebaev et al., 2009; Yang et al., 2009).

SPN могут условно интегрировать восходящую и интракортикальную активность через тихих синапсов

Приведенные выше размышления и возникающая диаграмма связности предполагают, что наличие большого количества молчаливых и немолчащих синапсов на SPN позволяет SPN играть важные ассоциативные роли во время разработки.Как упоминалось выше, SPN неоднородны и могут быть функционально классифицированы на две основные группы в зависимости от количества входящего в них L4, но которые могут быть далее подразделены на основе количества интраламинарных связей, которые в слуховой коре, вероятно, отражают интеграцию по оси частот (Meng et al. др., 2014). Одна группа SPN (рис. 2A, группы 1 и 3) не получает входы L4 и, таким образом, в основном зависит от входов с прямой связью. Вторая группа (рис. 2A, группы 2 и 4) не только интегрирует таламокортикальные входы прямой связи от MGB, но также получает значительную обратную связь от L4. Таким образом, на входы прямой и обратной связи влияет потенциал покоя. Обе группы SPN могут быть далее подразделены на основе степени латеральной интраламинарной интеграции. Учитывая неоднородность, роль молчаливых соединений, вероятно, различается между этими подгруппами SPN.

С одной стороны, SPN получают ранние спонтанные и сенсорно-вызванные сигналы через таламус , а с другой стороны, они получают ранние корковые сигналы. В то время как сенсорная стимуляция может привести к активности в соответствующей области коры (например,g., звуки в слуховой коре или прикосновение в соматосенсорной коре), также могут присутствовать другие источники внутрикортикальной активности, такие как активность, например мультисенсорная, происходящая из других областей коры, или внутренне генерируемая несенсорная вызванная активность (Garaschuk et al., 2000; Adelsberger et al., 2005; Khazipov, Luhmann, 2006; Siegel et al., 2012). Таким образом, благодаря своему положению между восходящими таламическими цепями и кортикальными цепями, SPN потенциально могут связывать восходящую и внутрикортикальную активность. Более того, присутствие NMDAR, а не AMPAR, позволяет SPN напрямую связывать корковую активность с восходящей таламической информацией (Рисунок 2B). Это связано с тем, что NMDAR не будет сигнализировать, если SPN не деполяризованы. Восходящий таламический вход может деполяризовать SPN и, таким образом, удалить блок Mg ²⁺ из NMDAR. Если в то же время присутствует достаточная корковая активность, то синапсы кортико-SP будут сигнализировать, усиливая ответ SPN. Поскольку SPN иннервируют L4 и выше, временное совпадение активности коры с восходящей активностью будет усиливать восходящий таламический сигнал.Более того, поскольку SPN также проецируются в таламус (Viswanathan et al., 2017; Hoerder-Suabedissen et al., 2018), который участвует в генерации осцилляторной активности, повышенная активность SPN может влиять на генерацию таламокортикальных колебаний. Таким образом, со временем этот сценарий, вероятно, приведет к ассоциации или синхронизации обоих источников активности.

Изменяющееся присутствие молчаливых синапсов изменяет ассоциацию между таламическими и корковыми входами. Добавление AMPAR к интракортикальным входам в более позднем возрасте трансформирует исходную условную или стробирующую ассоциацию таламических и кортикальных входов в аддитивную ассоциацию (рис. 2В).

Помимо восходящих таламических входов, другие источники активности могут активировать молчащие синапсы и изменять ассоциативные свойства SPN. Поскольку развивающиеся SPN могут иметь слегка деполяризованный потенциал покоя (Zhao et al., 2009), NMDAR-опосредованные синапсы потенциально могут быть активированы за счет небольшой деполяризации из потенциалов покоя. В частности, GABAR-опосредованные входы в SPN могут быть деполяризующими из-за высокого внутриклеточного уровня Cl ^— в раннем возрасте (Luhmann et al., 2016). Таким образом, деполяризующая ГАМК может активировать молчащие синапсы на SPN. Кроме того, поскольку развивающиеся SPN имеют тенденцию иметь более высокое сопротивление мембран (Zhao et al., 2009), что приводит к более длительным временным константам, слабые деполяризующие входы могут быть интегрированы в SPN и потенциально активировать входные данные, опосредованные только NMDAR.

Таким образом, существование молчащих синапсов из пространственно специфичных пресинаптических клеток предполагает очень интересную гипотезу о функциональной топологии развивающейся корковой цепи: меж- и внутриколоночные связи с участием SPNs могут быть динамическими (Рис. 2C).Другими словами, безмолвные синапсы могут позволить SPN интегрировать входные данные, находящиеся поблизости или дальше, в зависимости от состояния.

Поскольку критической переменной в молчащих синапсах с острым отсутствием молчания является потенциал покоя мембраны, относительно медленно действующие нейромодулирующие входы могут играть важную роль в определении степени интеграции, происходящей в SPNs. Как упоминалось выше, SPN имеют ACh, а также рецепторы серотонина (Hanganu et al., 2002, 2009; Hanganu and Luhmann, 2004; Kanold and Luhmann, 2010; Liao and Lee, 2011, 2014).Более того, нейроны слоя 6b у взрослых, подмножество которых представляет выжившие SPN (Marx et al., 2017), модулируются нейротензином, контролирующим бодрствование (Case and Broberger, 2018). Возможно, что SPN модулируются нейропептидами даже в раннем возрасте и что их функция варьируется в течение цикла сна-бодрствования из-за различного набора локальных AMPAR-опосредованных и дистальных опосредованных только NMDAR входов.

Нарушение SPN в клинических условиях и потенциальная роль тихих синапсов

Учитывая центральное положение SPN, нарушение SPN может изменить многие аспекты кортикального развития (Ghosh et al., 1990; Гош и Шац, 1992; МакКоннелл и др., 1994; Канольд и др., 2003; Канольд и Шац, 2006; Толнер и др., 2012). Из-за раннего созревания и возможности подключения SPN также подвержены травмам и, как следствие, неисправности. Например, неонатальные гипоксически-ишемические (ГИ) травмы у животных могут поражать SPN или в более легких формах вызывать гиперсвязность SPN (McQuillen et al., 2003; Михайлова и др., 2017; Sheikh et al., 2019; Рисунок 3A). Такие травмы связаны с изменением корковой функции и пластичности (Failor et al., 2010; Ranasinghe et al. , 2015), аналогичные наблюдаемым после повреждения SPN (Kanold et al., 2003; Kanold and Shatz, 2006; Tolner et al., 2012), предполагая, что повреждение SPN после повреждения HI может приводить к последующим эффектам в корковой пластинке.

Рис. 3. (A) SPN демонстрируют функциональную и морфологическую гиперконклюзию после гипоксически-ишемической болезни (HI; от Sheikh et al., 2019; разрешение на использование этого изображения не требуется). Показаны LSPS-карты вероятности соединения и реконструкций нейролуцидов. (B) Рисунок, иллюстрирующий, как деполяризация, вызванная HI, может привести к отключению синапсов на SPN (в центре). Если пресинаптические клетки активны (обозначено цепочкой спайков), совпадение между пресинаптической активностью и постсинаптической деполяризацией может привести к последующему увеличению AMPAR (справа, черный).

У людей генерация SPN начинается примерно на пятой постконцептуальной неделе и полностью формируется между 20–26-й неделей (Kanold and Luhmann, 2010). Оскорбления окружающей среды, возникающие в течение первого триместра, могут увеличить риск аутизма.Например, воздействие вальпроата (VPA) в течение первого триместра отрицательно коррелирует с речевым результатом у детей (Nadebaum et al., 2011). У мышей рождение субпластинки происходит между E11-13 и полным формированием субпластинки на E14 (Kanold and Luhmann, 2010). Хотя это происходит за пределами первого «триместра», воздействие VPA на мать в течение этого узкого временного окна приводит к аутистическим фенотипам у потомства (Mabunga et al., 2015; Nicolini and Fahnestock, 2018). Недавние исследования in vitro на грызунах показали, что такое пренатальное воздействие VPA вызывает неправильное подключение цепей к SPN (Nagode et al., 2017). Хотя эти изменения цепи были обнаружены вскоре после рождения (Nagode et al., 2017), более ранний возраст не изучался, поэтому возможно, что присутствуют даже более ранние эффекты VPA на SPN. Вместе эти исследования на животных моделях предполагают, что SPN могут формировать ключевой элемент в прогрессировании от пренатального инсульта до фенотипа болезни при множественных нарушениях нервного развития.

Поскольку субпластинка исчезает до появления симптомов РАС, прямой связи между субпластиной и РАС у людей не установлено.Однако одной из наиболее интригующих косвенных связей является относительно постоянное обнаружение размытой границы серого и белого вещества в мозгу людей с РАС (Avino and Hutsler, 2010; Hutsler and Casanova, 2016), возможно, из-за увеличения числа интерстициальных нейронов в поверхностном белом веществе. Считается, что интерстициальные нейроны являются остатками субпластинки плода (Chun and Shatz, 1989; Reep, 2000; Torres-Reveron and Friedlander, 2007; Suárez-Solá et al., 2009; Judaš et al., 2010), и их избыток может отражать дисфункциональные механизмы апоптоза при РАС (Courchesne and Pierce, 2005; Avino, Hutsler, 2010; Courchesne et al., 2011; Макфадден и Миншью, 2013). У аутичных пациентов также наблюдается измененная столбчатая структура в лобной коре (Buxhoeveden et al., 2006), а пятна дезорганизации наблюдаются в L4 и L5 префронтальной коры у детей с аутизмом (Stoner et al. , 2014). Учитывая предполагаемую роль субпластины в создании протокарт кортикальной организации (O’Leary and Borngasser, 2006; O’Leary et al., 2007; Wess et al., 2017; Kanold, 2019) и учитывая, что изменения присутствуют в целевые слои SPN, эти наблюдения согласуются с потенциальной ролью ранней дисфункции SPN в возникновении ASD.Однако окончательная проверка этой возможности потребует обращения вспять или предотвращения изменений в SPN, что, в свою очередь, может привести к подходам к лечению и профилактике у людей. Последствия увеличения «взрослых субпластин» или интерстициальных клеток на функцию цепи неизвестны.

Дополнительные косвенные свидетельства указывают на роль SPN в РАС. Профилирование экспрессии выявило обогащение генами субпластинки для ассоциации с ASD (Hoerder-Suabedissen et al., 2013), но есть дополнительные потенциальные связи между повреждением субпластинки и ASD.Гипоксия / ишемия преимущественно повреждает SPN у грызунов (McQuillen et al., 2003; Михайлова и др. , 2017; Sheikh et al., 2019). Родовые травмы или преждевременные роды могут привести к гипоксическим ситуациям, и оба этих фактора, как было показано, увеличивают риск РАС (обзор в Rennie et al., 2007; Agrawal et al., 2018; Rogers et al., 2018). Перинатальная аноксия у крыс также вызывает фенотипы РАС (Laviola et al., 2004). Важно отметить, что преждевременные роды также связаны с повышенным риском РАС, и это может быть связано, среди прочего, с увеличением заболеваемости преэклампсией у матери недоношенных детей (Buchmayer et al., 2009).

Таким образом, в то время как прямые доказательства нарушений SPN при РАС в настоящее время отсутствуют, многочисленные доказательства предполагают, что понимание функции и восприимчивости SPN будет важным для понимания этиологии многих нарушений развития нервной системы. Одна общая причина — уязвимость SPN к гипоксии / ишемии. Хотя острые эффекты гипоксических / ишемических повреждений на SPN неизвестны, аноксия может вызывать деполяризацию кортикальных пирамидных клеток (Luhmann et al. , 1993; Rosen and Morris, 1994; O’Reilly and Haddad, 1996; Pisani et al., 1997). Таким образом, гипоксия может быть способна «заглушать» молчащие синапсы на SPN, что приводит к повышенной совместной активации пресинаптических нейронов и постсинаптических SPN (Рисунок 3B). Ожидается, что такая совместная активация приведет к увеличению количества подключений, что экспериментально видно после HI (Sheikh et al., 2019). Действительно, исследований in vitro показали, что комбинированная депривация кислорода и глюкозы деполяризует SPNs (Albrecht et al., 2005). Более того, судороги, вызванные гипоксией, могут уменьшить молчащие синапсы в гиппокампе в соответствии с таким сценарием (Zhou et al., 2011). Таким образом, активация безмолвных синапсов на SPN гипоксией или другими нарушениями может быть ключевым шагом в связывании ранних нарушений с нарушениями функций последующих цепей.

Заключение и открытые вопросы

В то время как SPN как совокупность нейронов становятся все более очевидными, остается много неизвестного. SPN как группа являются мишенью для начальных таламических входов, но также получают обширные корковые входы. В частности, существует обширная связь SPN с кортикальной пластинкой, опосредованная только NMDAR-содержащими «молчащими» синапсами в самом раннем возрасте.Эти синапсы очень чувствительны к потенциалу покоя клетки, поэтому тонкая модуляция потенциала покоя может модулировать их активность и, следовательно, их способность интегрировать входные данные. Активация безмолвных синапсов на SPN гипоксией или другими повреждениями может быть первым ключевым шагом в каскаде событий, ведущих к проявлению нарушений нервного развития. Следовательно, вмешательства, ограничивающие степень деполяризации или передачи сигналов NMDAR, могут быть эффективными для предотвращения этой цепи событий.Действительно, было показано, что гипотермия эффективна для снижения воздействия гипоксии на нейроны коры головного мозга (Hiramatsu et al., 1993; Rosen and Morris, 1994) и улучшает клинические исходы (Gunn and Bennet, 2008; Jacobs et al. , 2013; Папиле и др., 2014).

Становится очевидным, что существует несколько классов SPN, но функциональные роли подклассов неизвестны. Более того, учитывая, что SPN присутствуют во всех областях коры, вполне вероятно, что существуют функциональные различия между SPN в разных областях коры.Это вообще не исследовалось. Наиболее важно то, что роль SPN в развитии оценивалась только в первичных сенсорных областях, поэтому важная роль SPN в других областях, например, лобных областях, которая могла бы иметь отношение к потенциальной роли SPN в нарушениях нервного развития, отсутствует. SPN присутствуют у всех видов млекопитающих, но, учитывая, что размер подплитной зоны варьируется между видами, вполне вероятно, что существуют видозависимые различия в организации и, возможно, функции SPN.Такие различия не выяснены. В частности, функция SPN у приматов не изучалась. Таким образом, в будущих исследованиях необходимо рассмотреть функциональное разнообразие SPN внутри, а также между видами. Более того, появляется все больше свидетельств дисфункции SPN при множественных нарушениях нервного развития. Чего не хватает, так это прямых функциональных доказательств нарушения SPN у пациентов-людей в соответствующем раннем возрасте развития. Более того, в то время как SPN были изучены в первичных сенсорных областях, фенотипы многих нарушений развития нервной системы были наиболее распространены в лобных областях, оставляя открытой возможность того, что дисфункции могут быть более широко распространенными или что существует избирательная уязвимость для цепей в лобных областях.Функциональная визуализация или методы ЭЭГ могут предоставить такие доказательства.

Авторские взносы

Все авторы внесли прямой интеллектуальный вклад в работу и одобрили ее к публикации. PK написал рукопись при участии XM и RD.

Финансирование

Эта работа была поддержана Национальным институтом глухоты и других коммуникативных расстройств (R01 DC009607) для PK.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы благодарим всех бывших и нынешних членов лаборатории Канольда, а также наших сотрудников за их вклад в лучшее понимание функции субпластинчатых нейронов. Мы подтверждаем, что ознакомились с позицией журнала по вопросам, связанным с этической публикацией, и подтверждаем, что данный отчет соответствует этим руководящим принципам.

Список литературы

Агравал, С., Рао, С. К., Булсара, М. К., и Патоле, С. К. (2018). Распространенность расстройств аутистического спектра у недоношенных детей: метаанализ. Педиатрия 142: e20180134. DOI: 10.1542 / педс.2018-0134