自身突触

自身突触（Autapse）是指一个神经元的轴突分支返回到自身，并与自己的胞体或树突形成的化学性或电突触连接，从而构成一种特殊的自身反馈回路。这是神经回路中一种相对罕见但功能重要的非典型连接模式，首次在解剖学上被明确描述于1972年。自身突触打破了神经元之间单向传递信息的传统范式，允许神经元直接调节自身的兴奋性、放电模式和信号整合，为单细胞层面的计算和调控提供了独特机制。

1. 结构与类型

• 解剖结构：通常由神经元的轴突在离开胞体附近发出返回性侧支，折返并终止于自身的胞体（形成自身-胞体突触）或树突（形成自身-树突突触）。

• 功能类型：

  • 抑制性自身突触：最常见和研究最深入的类型。神经元通过其轴突末梢释放抑制性神经递质（通常是GABA），作用于自身膜上的相应受体（如GABA_A或GABA_B受体），产生自我抑制。这本质上是自身负反馈调节。

  • 兴奋性自身突触：较为罕见，神经元释放兴奋性递质（如谷氨酸）作用于自身，产生自我兴奋。在某些情况下，电突触（缝隙连接）形式的自身连接也可能存在。

2. 功能与作用机制
自身突触作为单细胞水平的反馈调节器，其核心功能在于调控神经元的输入-输出特性和放电模式。

• 抑制性自身突触的作用：

  • 调节放电频率与模式：在动作电位发放后，激活的自身突触产生一个抑制性突触后电位（IPSP），延迟下一个动作电位的产生，从而降低放电频率，防止过度兴奋。这能使放电模式从快速连续放电转变为更规律的间隙性放电，提高信息编码的保真度。

  • 产生后超极化：GABA_A受体介导的快自身突触能产生短暂而强大的后超极化。

  • 同步化振荡：在神经网络中，具有相似自身突触电导的神经元群体可能表现出更同步的节律性活动。

  • 增益控制：作为一种非线性负反馈，可以压缩神经元的动态响应范围，使其在较宽的输入强度范围内保持稳定的输出。

• 兴奋性自身突触的作用：

  • 增强兴奋性与促进爆发：可能使神经元对阈下输入更敏感，或促发动作电位簇状发放（爆发）。

  • 信号放大与持续活动：在某些模型中，可能有助于维持持续的放电活动或产生膜电位振荡。

3. 研究方法
由于自身突触的结构和功能具有独特性，其研究需要特殊的技术手段：

• 单细胞膜片钳记录：全细胞记录是最核心的技术。通过向记录的神经元（视为突触后细胞）施加刺激，同时激活其轴突（即突触前末梢）。关键证据包括：1) 在电压钳下可记录到由动作电位诱发的、具有突触延迟的突触后电流；2) 该电流能被相应的递质受体拮抗剂阻断；3) 使用TTX阻断电压门控钠通道后，直接对轴突终末进行局部谷氨酸解笼锁仍能诱发出突触后电流。

• 药理学：使用GABA受体拮抗剂（如荷包牡丹碱、gabazine）或谷氨酸受体拮抗剂，确定递质类型。

• 免疫组织化学与电镜：通过高分辨率成像（如共聚焦显微镜、电子显微镜）直接观察到轴突分支与自身胞体/树突形成突触联系的形态学证据。

• 计算建模：构建包含自身突触的生物物理模型，模拟其对神经元放电动力学和网络行为的影响。

4. 分布与生理意义

• 分布：已在多种动物的多个脑区中被发现，包括新皮层、海马、小脑（浦肯野细胞）、基底神经节和视网膜的无长突细胞等。

• 生理意义：

  • 单细胞计算单元：赋予单个神经元更复杂的信息处理能力，使其能在无其他神经元参与的情况下执行一定的计算任务。

  • 神经元兴奋性的本征调节器：为神经元提供了一种快速、内在的机制来稳定其输出，类似于电路中的“负反馈电阻”。

  • 疾病模型的意义：在简化网络中研究神经元兴奋性和网络动力学时，自身突触的影响不可忽视。

5. 病理关联
自身突触功能的异常可能与神经系统疾病相关：

• 癫痫：抑制性自身突触功能减弱或兴奋性自身突触功能异常增强，可能导致神经元过度兴奋，并扰乱正常网络节律。

• 精神分裂症：皮层抑制性中间神经元（如表达小白蛋白的神经元）的功能障碍是核心假说之一，这些神经元常形成丰富的自身突触，其功能异常可能影响皮层微环路的信息处理。

• 计算模型中的病理性节律：在帕金森病的基底神经节模型中，异常的自身兴奋性反馈被提出可能参与病理性振荡（如β波振荡）的产生。

关键词（Keywords）

• 自身突触 Autapse

• 自身反馈 Self-Feedback

• 抑制性自身突触 Inhibitory Autapse

• 自我抑制 Self-Inhibition

• 单细胞计算 Single-Cell Computation

• 神经元兴奋性 Neuronal Excitability

• 返回性侧支 Recurrent Collateral

参考文献

1. van der Loos, H., & Glaser, E. M. (1972). Autapses in neocortical cerebri: synapses between a pyramidal cell's axon and its own dendrites. Brain Research, *48*, 355–360.（首次明确描述）

2. Bacci, A., & Huguenard, J. R. (2006). Enhancement of spike-timing precision by autaptic transmission in neocortical inhibitory interneurons. Neuron, *49*(1), 119–130.（经典功能研究）

3. Bekkers, J. M. (2003). Synaptic transmission: functional autapses in the cortex. Current Biology, *13*(11), R433–R435.

4. Herrmann, C. S., & Klaus, A. (2004). Autapse turns neuron into oscillator. International Journal of Bifurcation and Chaos, *14*(02), 623–633.

5. Saada, R., Miller, N., Hurwitz, I., & Susswein, A. J. (2009). Autaptic muscarinic excitation modulates action potential burst generation in neurons of the buccal ganglion of Aplysia. Journal of Neurophysiology, *101*(2), 784–796.

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