Published August 19, 2022
| Version v1
Publication
Open
Dendritic Morphology Affects the Velocity and Amplitude of Back-propagating Action Potentials
- 1. Peking University
- 2. Beijing National Laboratory for Molecular Sciences
Description
Abstract The back-propagating action potential (bpAP) is crucial for neuronal signal integration and synaptic plasticity in dendritic trees. Its properties (velocity and amplitude) can be affected by dendritic morphology. Due to limited spatial resolution, it has been difficult to explore the specific propagation process of bpAPs along dendrites and examine the influence of dendritic morphology, such as the dendrite diameter and branching pattern, using patch-clamp recording. By taking advantage of Optopatch, an all-optical electrophysiological method, we made detailed recordings of the real-time propagation of bpAPs in dendritic trees. We found that the velocity of bpAPs was not uniform in a single dendrite, and the bpAP velocity differed among distinct dendrites of the same neuron. The velocity of a bpAP was positively correlated with the diameter of the dendrite on which it propagated. In addition, when bpAPs passed through a dendritic branch point, their velocity decreased significantly. Similar to velocity, the amplitude of bpAPs was also positively correlated with dendritic diameter, and the attenuation patterns of bpAPs differed among different dendrites. Simulation results from neuron models with different dendritic morphology corresponded well with the experimental results. These findings indicate that the dendritic diameter and branching pattern significantly influence the properties of bpAPs. The diversity among the bpAPs recorded in different neurons was mainly due to differences in dendritic morphology. These results may inspire the construction of neuronal models to predict the propagation of bpAPs in dendrites with enormous variation in morphology, to further illuminate the role of bpAPs in neuronal communication.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الخلاصة إن جهد الفعل التكاثري الخلفي (bpAP) أمر بالغ الأهمية لتكامل الإشارة العصبية واللدونة المتشابكة في الأشجار المتغصنة. يمكن أن تتأثر خصائصه (السرعة والسعة) بالتشكل التغصني. بسبب الدقة المكانية المحدودة، كان من الصعب استكشاف عملية الانتشار المحددة لـ BPAPs على طول التغصنات وفحص تأثير التشكل التغصني، مثل قطر التغصن ونمط التفرع، باستخدام تسجيل مشبك التصحيح. من خلال الاستفادة من Optopatch، وهي طريقة فيزيولوجية كهربائية بصرية بالكامل، قمنا بعمل تسجيلات مفصلة للانتشار في الوقت الفعلي لـ BPAPs في الأشجار المتغصنة. وجدنا أن سرعة bpAPs لم تكن موحدة في تغصن واحد، واختلفت سرعة bpAP بين التغصنات المميزة لنفس العصبون. ارتبطت سرعة bpAP ارتباطًا إيجابيًا بقطر التغصن الذي انتشر عليه. وبالإضافة إلى ذلك، عندما مرت ببابس من خلال نقطة فرع تغصني، انخفضت سرعتها بشكل ملحوظ. على غرار السرعة، ارتبطت سعة bpAPs أيضًا ارتباطًا إيجابيًا بالقطر التغصني، واختلفت أنماط توهين bpAPs بين التشعبات المختلفة. تتوافق نتائج المحاكاة من نماذج الخلايا العصبية ذات التشكل التغصني المختلف بشكل جيد مع النتائج التجريبية. تشير هذه النتائج إلى أن القطر التغصني ونمط التفرع يؤثران بشكل كبير على خصائص BPAPs. كان التنوع بين BPAPs المسجلة في الخلايا العصبية المختلفة يرجع أساسًا إلى الاختلافات في التشكل التغصني. قد تلهم هذه النتائج بناء النماذج العصبية للتنبؤ بانتشار bpAPs في التشعبات مع تباين هائل في التشكل، لإلقاء مزيد من الضوء على دور bpAPs في التواصل العصبي.Translated Description (French)
Résumé Le potentiel d'action de rétropropagation (bpAP) est crucial pour l'intégration du signal neuronal et la plasticité synaptique dans les arbres dendritiques. Ses propriétés (vitesse et amplitude) peuvent être affectées par la morphologie dendritique. En raison de la résolution spatiale limitée, il a été difficile d'explorer le processus de propagation spécifique des bpAP le long des dendrites et d'examiner l'influence de la morphologie dendritique, telle que le diamètre des dendrites et le motif de ramification, en utilisant l'enregistrement par patch-clamp. En tirant parti d'Optopatch, une méthode électrophysiologique tout optique, nous avons réalisé des enregistrements détaillés de la propagation en temps réel des bpAP dans les arbres dendritiques. Nous avons constaté que la vitesse des bpAP n'était pas uniforme dans une seule dendrite et que la vitesse des bpAP différait entre des dendrites distinctes du même neurone. La vitesse d'une bpAP était positivement corrélée au diamètre de la dendrite sur laquelle elle se propageait. De plus, lorsque les bpAP passaient par un point de ramification dendritique, leur vitesse diminuait significativement. Semblable à la vitesse, l'amplitude des bpAP était également positivement corrélée au diamètre dendritique, et les patrons d'atténuation des bpAP différaient entre les différentes dendrites. Les résultats de simulation de modèles neuronaux de morphologie dendritique différente correspondaient bien aux résultats expérimentaux. Ces résultats indiquent que le diamètre dendritique et le motif de ramification influencent de manière significative les propriétés des bpAP. La diversité parmi les bpAP enregistrées dans différents neurones était principalement due à des différences de morphologie dendritique. Ces résultats peuvent inspirer la construction de modèles neuronaux pour prédire la propagation des bpAP dans les dendrites avec d'énormes variations morphologiques, afin d'éclairer davantage le rôle des bpAP dans la communication neuronale.Translated Description (Spanish)
Resumen El potencial de acción de retropropagación (bpAP) es crucial para la integración de la señal neuronal y la plasticidad sináptica en los árboles dendríticos. Sus propiedades (velocidad y amplitud) pueden verse afectadas por la morfología dendrítica. Debido a la resolución espacial limitada, ha sido difícil explorar el proceso de propagación específico de los bpAP a lo largo de las dendritas y examinar la influencia de la morfología dendrítica, como el diámetro de la dendrita y el patrón de ramificación, utilizando el registro de pinzamiento zonal. Aprovechando Optopatch, un método electrofisiológico totalmente óptico, realizamos registros detallados de la propagación en tiempo real de los bpAP en árboles dendríticos. Encontramos que la velocidad de las bpAP no era uniforme en una sola dendrita, y la velocidad de bpAP difería entre distintas dendritas de la misma neurona. La velocidad de un bpAP se correlacionó positivamente con el diámetro de la dendrita en la que se propagó. Además, cuando los bpAP pasaban por un punto de ramificación dendrítica, su velocidad disminuía significativamente. De manera similar a la velocidad, la amplitud de las bpAP también se correlacionó positivamente con el diámetro dendrítico, y los patrones de atenuación de las bpAP difirieron entre las diferentes dendritas. Los resultados de la simulación de modelos de neuronas con diferente morfología dendrítica se correspondieron bien con los resultados experimentales. Estos hallazgos indican que el diámetro dendrítico y el patrón de ramificación influyen significativamente en las propiedades de los bpAP. La diversidad entre los bpAP registrados en diferentes neuronas se debió principalmente a diferencias en la morfología dendrítica. Estos resultados pueden inspirar la construcción de modelos neuronales para predecir la propagación de bpAP en dendritas con una enorme variación en la morfología, para iluminar aún más el papel de las bpAP en la comunicación neuronal.Files
s12264-022-00931-9.pdf.pdf
Files
(6.2 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:06d6901fb2d5fbf04694015d50dd3010
|
6.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- يؤثر التشكل التغصني على سرعة وسعة إمكانات عمل الانتشار العكسي
- Translated title (French)
- La morphologie dendritique affecte la vitesse et l'amplitude des potentiels d'action de rétropropagation
- Translated title (Spanish)
- La morfología dendrítica afecta la velocidad y la amplitud de los potenciales de acción de retropropagación
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4294308883
- DOI
- 10.1007/s12264-022-00931-9
References
- https://openalex.org/W133776480
- https://openalex.org/W1535200077
- https://openalex.org/W1537267296
- https://openalex.org/W1549050411
- https://openalex.org/W1588663154
- https://openalex.org/W1716632673
- https://openalex.org/W1761768872
- https://openalex.org/W1855000541
- https://openalex.org/W1895213472
- https://openalex.org/W1969483526
- https://openalex.org/W1971977136
- https://openalex.org/W1976229146
- https://openalex.org/W1976351814
- https://openalex.org/W1987510656
- https://openalex.org/W1989123260
- https://openalex.org/W1997208576
- https://openalex.org/W2002812952
- https://openalex.org/W2004921550
- https://openalex.org/W2016999231
- https://openalex.org/W2042457404
- https://openalex.org/W2054797412
- https://openalex.org/W2055568369
- https://openalex.org/W2057426891
- https://openalex.org/W2057613746
- https://openalex.org/W2058858982
- https://openalex.org/W2061008935
- https://openalex.org/W2063027609
- https://openalex.org/W2065416066
- https://openalex.org/W2072233684
- https://openalex.org/W2073037073
- https://openalex.org/W2076148352
- https://openalex.org/W2076583332
- https://openalex.org/W2085116630
- https://openalex.org/W2091828531
- https://openalex.org/W2098595367
- https://openalex.org/W2106235427
- https://openalex.org/W2107433900
- https://openalex.org/W2122580814
- https://openalex.org/W2123350104
- https://openalex.org/W2131515526
- https://openalex.org/W2134548718
- https://openalex.org/W2144925492
- https://openalex.org/W2145909957
- https://openalex.org/W2147101007
- https://openalex.org/W2155364286
- https://openalex.org/W2159367480
- https://openalex.org/W2166138822
- https://openalex.org/W2167279371
- https://openalex.org/W2185212694
- https://openalex.org/W2409015354
- https://openalex.org/W2414649194
- https://openalex.org/W2739648918
- https://openalex.org/W2979747856
- https://openalex.org/W2993273302
- https://openalex.org/W3157185367
- https://openalex.org/W4211242143
- https://openalex.org/W4253253005
- https://openalex.org/W4322702939