成对脉冲

1. 定义与概念

成对脉冲（Paired-Pulse）是指在神经生理学实验中，利用两个间隔较短的脉冲（刺激）对神经元进行连续刺激，以研究突触传递和突触可塑性的一种技术。通过比较两个脉冲引起的突触后电流（或电位），可以获得有关突触前释放概率和突触后响应的有价值信息。

2. 实验方法

成对脉冲实验的基本步骤包括：

1. 刺激设置：通过电极或光遗传学工具对突触前神经元施加两个时间间隔固定的脉冲刺激。

2. 记录突触后响应：使用膜片钳记录技术或其他电生理记录方法记录突触后神经元的响应。

3. 分析数据：比较两个脉冲引起的突触后电流（EPSC或IPSC）或突触后电位（EPSP或IPSP），计算成对脉冲比率（Paired-Pulse Ratio, PPR）。

3. 成对脉冲比率（PPR）

成对脉冲比率是指第二个脉冲（P2）引起的突触后响应与第一个脉冲（P1）引起的突触后响应的比值，公式如下：

$\text{PPR} = \frac{\text{P2}}{\text{P1}}$

PPR值可以提供以下信息：

1. 突触前释放概率：PPR反映突触前释放概率的变化。如果PPR > 1，表示第二个脉冲的响应增强，通常称为成对脉冲增强（Paired-Pulse Facilitation, PPF）；如果PPR < 1，表示第二个脉冲的响应减弱，通常称为成对脉冲抑制（Paired-Pulse Depression, PPD）。

2. 突触后效应：PPR也受突触后神经元反应的影响，提供突触后可塑性的信息。

4. 影响因素

成对脉冲实验结果受到多个因素的影响，包括：

1. 脉冲间隔：脉冲间隔（Inter-Pulse Interval, IPI）的长短对PPR有显著影响。短间隔（几十毫秒）通常用于研究突触前释放概率的变化。

2. 神经递质类型：不同类型的神经递质（如谷氨酸和GABA）在成对脉冲实验中的表现可能不同。

3. 实验条件：温度、离子浓度和药物处理等实验条件也会影响成对脉冲的结果。

5. 应用

成对脉冲实验在研究神经生理学和突触可塑性方面具有广泛应用：

1. 突触传递机制：通过成对脉冲实验，可以研究突触前释放概率和突触后响应的机制。

2. 突触可塑性：成对脉冲实验用于研究突触可塑性，如长时程增强（LTP）和长时程抑制（LTD）的形成和维持机制。

3. 疾病研究：成对脉冲实验可以用于研究神经系统疾病（如癫痫、抑郁症和神经退行性疾病）中的突触功能变化。

6. 示例

以下是一个成对脉冲实验的示例：

1. 实验设置：在海马CA1区的脑片中，使用电刺激器对突触前神经元施加两个间隔50毫秒的脉冲刺激。

2. 记录响应：通过膜片钳记录CA1区突触后神经元的EPSCs。

3. 数据分析：计算第一个脉冲和第二个脉冲引起的EPSCs振幅，并计算PPR。

假设第一个脉冲引起的EPSC振幅为50 pA，第二个脉冲引起的EPSC振幅为75 pA，则PPR为：

$\text{PPR} = \frac{75 \text{ pA}}{50 \text{ pA}} = 1.5$

这一结果表明，第二个脉冲引起的响应增强，突触前释放概率增加，存在成对脉冲增强（PPF）。

参考文献

1. Zucker, R. S., & Regehr, W. G. (2002). Short-term synaptic plasticity. Annual Review of Physiology, 64(1), 355-405.

2. Thomson, A. M. (2000). Facilitation, augmentation and potentiation at central synapses. Trends in Neurosciences, 23(7), 305-312.

3. Debanne, D., Guerineau, N. C., Gähwiler, B. H., & Thompson, S. M. (1996). Paired-pulse facilitation and depression at unitary synapses in rat hippocampus: quantal fluctuation effects. Journal of Physiology, 491(Pt 1), 163-176.

4. Dobrunz, L. E., & Stevens, C. F. (1997). Heterogeneity of release probability, facilitation, and depletion at central synapses. Neuron, 18(6), 995-1008.

5. Dittman, J. S., Kreitzer, A. C., & Regehr, W. G. (2000). Interplay between facilitation, depression, and residual calcium at three presynaptic terminals. Journal of Neuroscience, 20(4), 1374-1385.