异源性突触可塑性

在异源性突触可塑性（Heterosynaptic plasticity）中，除了那些被特异性刺激的突触通路外，没有被特异性刺激的突触通路也会发生变化（突触可塑性）。

突触可塑性是指化学突触承受强度变化的能力。突触可塑性通常是输入特定的（即同源性突触可塑性），这意味着特定神经元中的活动会改变该神经元与其目标之间突触连接的有效性。然而，在异源性突触可塑性的情况下，一个特定神经元的活动导致输入来自其他未激活神经元的突触连接强度的非特异性变化。这些不同形式的异质突触可塑性有助于多种神经过程，包括联想学习、神经回路的发展和突触输入的稳态。

异源性突触可塑性可能通过正常化或限制正在进行的赫比（Hebbian）可塑性过程中突触输入的总变化，在神经可塑性中发挥重要的稳态作用。赫比可塑性，一种普遍存在的同源性突触结合可塑性形式，被认为是学习和记忆的基础。此外，赫氏可塑性是由神经回路中的关联性所诱导和放大的，从而产生一个正反馈回路，使神经回路不稳定。为了避免这种不稳定性，赫比的可塑性需要受到约束，例如通过保持突触输入总量来约束。这种作用被认为是通过多种稳态机制来实现的。

然而，为了有效地稳定Hebbian可塑性，这种可塑性可以在几秒到几分钟内被诱导，稳态塑性必须快速反应。然而，大多数形式的稳态塑性并不能满足这一要求，这种塑性通常作用于数小时、数天或更长的时间尺度。这种限制似乎不适用于异源性突触可塑性。

为了达到稳态效应，发挥稳态作用的异源性突触可塑性必须引起途径的非特异性突触变化，其方向与赫比可塑性相反。换言之，当同突触的长期增强在一个给定的突触被诱导时，其他未受刺激的突触应该被抑制。相反，同突触的长期抑制会导致其他突触以一种保持平均突触重量近似保守的方式增强。这些变化的范围可以是整体的，也可以是树突中的分隔。

一个研究得很好的异源性突触可塑性的例子是调节输入依赖可塑性。调节神经元执行神经调节，这是释放神经调节剂。神经调节剂不同于传统的神经递质。通常，神经调节剂不会直接在目标神经元中产生电反应。相反，神经调节剂的释放通常会改变神经传递在附近化学突触中的效果。此外，与经典的神经递质相比，神经调节剂的作用往往持续很长时间。

许多神经递质可以充当神经调节剂，特别是生物胺，如多巴胺和血清素。这些神经调节剂使用G蛋白偶联受体，调节较慢的调节作用，既不超极化也不去极化细胞。由于这些特性，gpcr可以启动长期的异质突触强度变化。

这些神经调节剂的使用是异源性突触可塑性的一个例子。神经调节剂由一种叫做神经间质的神经元释放，它能影响另一个神经元与突触后细胞的通讯效率。因此，由于神经元间蛋白不能特异性激活突触后神经元（其突触可塑性的强度受到间接影响），这种调节性输入依赖可塑性的机制是异突触。为了更好地理解这一过程及其广泛的多样性，海蜗牛的神经调节剂血清素的关键功能可以说明。

海蜗牛  

在海蜗牛中，调节性中间神经元释放血清素，触发运动神经元的突触可塑性。典型的例子表明调节输入依赖可塑性涉及海洋软体动物，海蜗牛。20世纪60年代后期的研究为海兔化学突触的可塑性提供了第一个证据。这些研究表明，几种类型的调节神经元在海兔的感觉和运动神经元回路中被激活。在海兔中，虹吸感觉神经元末端的刺激导致调节神经元间的EPSP增强。调节性中间神经元释放5-羟色胺，它在运动神经元中触发突触可塑性。此外，当对头部或尾部施加有害刺激，并与虹吸轻微接触时，它产生一种强烈的运动反应，称为鳃退出反射。几天后观察到了长期塑性变化的证据，当时由于一种称为敏化的现象，只有轻微接触虹吸管才会引起同样强烈的反应。这些研究显示了海兔运动回路中感觉神经元和运动神经元之间的异突触增强的证据。

多巴胺能突触  

异源性突触可塑性不仅限于血清素。多巴胺也被证明以神经调节方式起作用。就像海兔的血清素受体一样，多巴胺受体是激活cAMP产生的G蛋白偶联受体。然而，这一过程对于哺乳动物记忆的储存很重要，而血清素则存在于无脊椎动物中。通常，这种可塑性导致长期抑郁症，由多巴胺D1类受体介导。这些受体的激活需要LTD，并调节其大小。关于多巴胺在神经调节中的作用的进一步研究也在进行中。匹兹堡大学的实验观察了从腹侧被盖区到伏隔核核心（nacco）的多巴胺能和GABA能终末的平行项目。在这些平行的预测中，科学家们发现多巴胺的释放会在这些突触处引起LTD的突触。结论是，多巴胺不仅是一种神经调节剂，而且可以独立地触发神经元中的突触可塑性。因此，哺乳动物中的异源性突触多巴胺信号可以最好地表现为多巴胺在调节和独立地触发突触可塑性变化方面的生物学功能。

在发育早期，突触连接不是特定于输入的，很可能是因为Ca2+溢出（即Ca2+不局限于特定激活的树突）。这种溢出代表了另一种可塑性异突触变化的机制。随后，通过输入特异性可塑性来完善网络，从而消除不受特定刺激的连接。随着神经元回路成熟，很可能Ca2+结合蛋白的浓度增加，从而阻止Ca2+扩散到其他部位。局部Ca2+的增加导致Ampars插入膜中。突触后膜中AMPA密度的增加使NMDAR具有功能性，使更多的Ca2+进入细胞。随着神经元成熟，NMDAR亚单位也发生变化，增加了受体的电导性质。这些机制促进了Ca2+位置的限制，因此随着有机体的发展，特异性也随之增强。

在突触之间经历塑性变化的神经网络必须启动正常化机制，以对抗无约束的增强或抑制。有一种机制可以确保这些神经元的平均放电率通过突触比例保持在一个合理的速率。在这个过程中，单元中的输入电平会发生变化，以保持平均发射率。例如，抑制性突触被增强或兴奋性突触被削弱，以使神经网络正常化，并允许单个神经元调节它们的放电速率。这种机制通过引入突触之间的竞争来保护整个细胞的突触总重量。因此，在可塑性后使单个神经元正常化。在发育过程中，当一些突触被保留，而另一些则被丢弃以使总的突触重量正常化时，细胞可以被精炼。这样，在经历可塑性的细胞中，体内平衡得以保持，学习网络的正常运行也得以保持，从而可以学习新的信息。