Synaptic scaling
نیورو سائنس میں، سنپیٹک اسکیلنگ (یا ہومیوسٹیٹک اسکیلنگ) ہومیوسٹیٹک پلاسٹکٹی کی ایک شکل ہے، جس میں دماغ منفی فیڈ بیک کے ساتھ نیورل سرکٹ میں دائمی طور پر بلند سرگرمی کا جواب دیتا ہے، جس سے انفرادی نیوران اپنی مجموعی کارروائی کی ممکنہ فائرنگ کی شرح کو کم کر سکتے ہیں۔ جہاں ہیبیئن پلاسٹکٹی میکانزم نیورل سنپیٹک کنکشنز کو منتخب طور پر تبدیل کرتے ہیں، سنپیٹک اسکیلنگ ہر سنپیپس کی طاقت کو ایک ہی عنصر (ضرب کی تبدیلی) سے کم کرکے تمام نیورل سنپیٹک کنکشنز کو معمول بناتی ہے، تاکہ ہر سنپیپس کا رشتہ دار سنپیٹک وزن محفوظ رہے۔ سیلولر اجزاء شامل (کیمیائی) سنپیٹک کنکشن: کیمیائی سنپیپس پر، پری سنپیٹک نیوران سنپیٹک پھٹے میں نیورو ٹرانسمیٹر پر مشتمل پھپھوندی چھوڑتے ہیں۔ ایکسٹرا سیلولر نیورو ٹرانسمیٹر پھر مخصوص پوسٹ سنپیٹک ٹرانس میمبرین پروٹین ریسیپٹرز کے ساتھ تعامل کرتے ہیں تاکہ نیورو ٹرانسمیٹرز کے ایک حصے کو پوسٹ سنپیٹک نیوران میں جانے دیا جا سکے۔ پری سنپیٹک ویسیکلز: ویسیکلز کیمیائی سنپیٹک پلاسٹکٹی کے ذرائع ہیں۔ پری سنپیٹک نیوران معلومات (نیورو ٹرانسمیٹر کی شکل میں) کو نسوں کے ذریعے پوسٹ سنپیٹک نیوران تک پہنچاتے ہیں۔ پھپھوندی کے اندر موجود نیورو ٹرانسمیٹر کو سنپیٹک پھٹے میں منتقل کیا جاتا ہے جہاں وہ نیورو ٹرانسمیٹر مخصوص پوسٹ سنپیٹک پروٹین ریسیپٹرز کے ساتھ تعامل کرتے ہیں۔ گلوٹامیٹ: گلوٹامیٹ ریڑھ کی ہڈی والے جانوروں کے اندر بنیادی پرجوش نیورو ٹرانسمیٹر ہے اور سنپیٹک پلاسٹکٹی میں بڑا کردار ادا کرتا ہے۔ پری-سنپیٹک نیوران کی حوصلہ افزائی پری-سنپیٹک ویسیکل ریلیز کے ذریعے سنپیٹک پھٹے میں گلوٹامیٹ کی رہائی کو متحرک کرتی ہے۔ ایک بار سنپیٹک کلیفٹ میں، گلوٹامیٹ پوسٹ سنپیٹک گلوٹامیٹرجک پروٹین ریسیپٹرز جیسے این ایم ڈی اے اور اے ایم پی اے ریسیپٹرز کو باندھ اور چالو کر سکتا ہے۔ پوسٹ سنپیٹک اے ایم پی اے ریسیپٹر: اے ایم پی اے ریسیپٹر ٹرانس میمبرین پروٹین آئنوٹروپک ریسیپٹر ہوتے ہیں جو تیزی سے کھلتے اور بند ہوتے ہیں اور مرکزی اعصابی نظام میں تیز رفتار سنپیٹک مواصلات کے لیے ذمہ دار ہوتے ہیں۔ اے ایم پی اے ریسیپٹرز میں چار ذیلی اکائیاں ہوتی ہیں جن سے گلوٹامیٹ جڑا رہ سکتا ہے۔ اے ایم پی اے رسیپٹر سب یونٹ کمپوزیشنز پر منحصر ہے، رسیپٹر کیلشیم، سوڈیم، یا پوٹاشیم انٹرایکشنز جیسے کیٹیشنز کے لیے پارगम्य ہو سکتا ہے۔ سنپیٹک اسکیلنگ ایک پوسٹ سنپیٹک ہومیوسٹیٹک پلاسٹکٹی میکانزم ہے جو ایک پوسٹ سنپیٹک ٹرمینل (پوسٹ سنپیٹک نیوران سے تعلق رکھنے والے ڈینڈرائٹ کی نوک جو ایک نیوران کے پری سنپیٹک نیوران سے تعلق رکھنے والے ایک ایکسون کی نوک سے ملتی ہے) پر اے ایم پی اے رسیپٹرز کی مقدار میں تبدیلیوں کے ساتھ ہوتا ہے۔ یہ بند لوپ عمل ایک نیوران کو گلوٹامیٹ (سب سے عام پرجوش نیورو ٹرانسمیٹر) کے پوسٹ سنپیٹک اے ایم پی اے ریسیپٹرز کے ساتھ رابطہ کرنے کے امکان کو تبدیل کرکے اپنے تمام سنپیٹک کنکشنز کی سنپیٹک طاقت پر عالمی منفی فیڈ بیک کنٹرول رکھنے کی صلاحیت دیتا ہے۔ لہذا، ایک نیوران کی پوسٹ سنپیٹک اے ایم پی اے ریسیپٹرز کی مقدار کو تبدیل کرنے کی صلاحیت اسے ایک سیٹ ایکشن پوٹینشل فائرنگ ریٹ حاصل کرنے کی صلاحیت دیتی ہے۔ پوسٹ سنپیٹک اے ایم پی اے رسیپٹر کے ساتھ گلوٹامیٹ کے رابطے کا امکان ٹرانس میمبرین گلوٹامیٹ اور پوسٹ سنپیٹک اے ایم پی اے رسیپٹر دونوں کے ارتکاز کے متناسب ہے۔ جب گلوٹامیٹ اور پوسٹ سنپیٹک اے ایم پی اے ریسیپٹرز تعامل کرتے ہیں، تو پوسٹ سنپیٹک سیل ایک عارضی ڈی پولرائزنگ کرنٹ کا تجربہ کرتا ہے، جسے ای پی ایس پی (ایکسائٹیٹری پوسٹ سنپیٹک پوٹینشل) کہا جاتا ہے۔ سنپیٹک کے بعد کے نیوران میں ای پی ایس پیز کے مقامی اور عارضی جمع ہونے سے نیوران کے ایکشن پوٹینشل کو فائر کرنے کا امکان بڑھ جاتا ہے۔ لہذا، اضافی سیلولر گلوٹامیٹ (اور دیگر کیٹیشن) کی تعداد اور پوسٹ سنپیٹک اے ایم پی اے ریسیپٹرز کی مقدار کا براہ راست تعلق نیوران کے ایکشن پوٹینشل فائرنگ ریٹ سے ہوتا ہے۔ کچھ نظریات تجویز کرتے ہیں کہ ہر نیوران کیلشیم پر منحصر سیلولر سینسرز کا استعمال کرتا ہے تاکہ ان کی اپنی کارروائی کی ممکنہ فائرنگ کی شرح کا پتہ لگایا جا سکے۔ یہ سینسر سیل مخصوص ہومیوسٹیٹک پلاسٹکٹی ریگولیشن سسٹم کے لیے بھی ان پٹ تیار کرتے ہیں۔ سنپیٹک اسکیلنگ میں، نیوران اس معلومات کو پیمانے کے عنصر کا تعین کرنے کے لیے استعمال کرتے ہیں۔ ہر نیوران بعد میں اسکیلنگ فیکٹر کا استعمال عالمی سطح پر پیمائش کرنے کے لیے کرتا ہے (یا تو اپ ریگولیٹ یا ڈاؤن ریگولیٹ) ٹرانس میمبرین اے ایم پی اے ریسیپٹرز کی مقدار تمام پوسٹ سنپیٹک سائٹس پر۔ کچھ تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ ہومیوسٹیٹک پلاسٹکٹی کی دو میکانکی طور پر الگ الگ شکلیں ہیں جن میں سمپیٹک کنکشنز کے مطابقت پذیری کے بعد اے ایم پی اے ریسیپٹرز کی اسمگلنگ یا ترجمہ شامل ہے: اے ایم پی اے ریسیپٹرز کی مقامی ترکیب: لوکل ایریا اے ایم پی اے ریسیپٹر کی ترکیب 4 گھنٹے کے ٹائم اسکیل کے اندر ہوتی ہے۔ پوسٹ سنپیٹک نیوران کے اندر ایم آر این اے ٹرانسلیشن فریکوئنسی پیدا ہونے والے مقامی اے ایم پی اے ریسیپٹرز کی مقدار کو بدل دیتی ہے۔ یہ طریقہ کار مختصر مدت میں پوسٹ سنپیٹک اے ایم پی اے ریسیپٹرز کی مقدار کو تبدیل کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ گلوبل سنپیٹک اسکیلنگ: ہومیوسٹیٹک پلاسٹکٹی کی یہ شکل دنوں کی مدت (24-48 گھنٹے) میں ہوتی ہے اور مقامی AMPA رسیپٹر کی ترکیب کے مقابلے میں نیوران کی مجموعی فائرنگ کی شرح پر زیادہ واضح اثر ڈالتی ہے۔ مختلف انٹرا سیلولر ٹرانسپورٹ میکانزم اے ایم پی اے ریسیپٹرز کو پورے سیل سے پوسٹ سنپیٹک کلیفٹ میں منتقل ہونے میں مدد کرتے ہیں۔ میکانزم لوکل ایریا اے ایم پی اے ریسیپٹر ٹرانسلیشن اے ایم پی اے ریسیپٹر مقدار ماڈیولیشن کے ابتدائی مراحل (چار گھنٹے کی مدت کے اندر)، مقامی علاقے (مطابقت پذیری کے قریب) اے ایم پی اے ریسیپٹر کی ترکیب پر منحصر ہیں، جہاں ایم آر این اے مقامی اے ایم پی اے ریسیپٹر ٹرانسکرپشن کے لیے ترجمہ کرتے ہیں۔ یہ طریقہ کار مختصر وقت میں پوسٹ سنپیٹک اے ایم پی اے ریسیپٹرز کی تعداد بڑھانے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ Ibata اور ساتھیوں نے 4 گھنٹے کی مدت میں دواسازی کی ہیرا پھیری کا استعمال کرتے ہوئے پوسٹ سنپیٹک ٹرانس میمبرین GluR2 ذیلی اکائیوں کی امیجنگ کرکے مقامی AMPA رسیپٹر اسکیلنگ میکانزم کا مطالعہ کیا۔ نیوران کے سنپیٹک مقامات پر گلو آر 2 پروٹین کو دیکھنے کے لیے فلوروسینٹ مائکروسکوپی کا استعمال کیا گیا۔ مطالعہ سے پتہ چلتا ہے کہ مقامی علاقے میں اے ایم پی اے رسیپٹر کا ترجمہ اس وقت ہوتا ہے جب پوسٹ سنپیٹک فائرنگ اور این ایم ڈی اے ریسیپٹرز کو بیک وقت اے پی وی اور ٹی ٹی ایکس کا استعمال کرتے ہوئے دواسازی کی ہیرا پھیری کے ذریعے بلاک کیا جاتا ہے تاکہ پوسٹ سنپیٹک فائرنگ کو روکا جا سکے۔ ڈاکٹر ٹوریگانو نے قیاس کیا کہ پوسٹ سنپیٹک فائرنگ کو روکنا اے ایم پی اے ریسیپٹرز کے اپ ریگولیشن کو فروغ دے گا۔ موجودہ GluR-2 پروٹین فلوروسینس میں تبدیلیاں TTX غسل کے بعد ایک گھنٹے سے بھی کم وقت میں دیکھی گئیں۔ سنپیٹک سائٹس کی مقدار مستقل رہی-اس بات کی نشاندہی کرتی ہے کہ یہ قلیل مدتی اے ایم پی اے رسیپٹر کی ترکیب صرف موجودہ سنپیٹک کنکشن پر ہوتی ہے۔ انٹرا سیلولر الیکٹرو فزیولوجی ریکارڈنگ اس بات کی تصدیق کے لیے کی گئی کہ آیا پوسٹ سنپیٹک اے ایم پی اے ریسیپٹرز کی مقدار میں اضافہ سنپیٹک کنکشن کی طاقت کے اپ ریگولیشن کے برابر ہے یا نہیں۔ ٹی ٹی ایکس علاج کے 4 سے 5 گھنٹے بعد انٹرا سیلولر ریکارڈنگ ایم ای پی ایس سی طول و عرض (تقریبا 130% کنٹرول اقدار سے اوپر) میں زبردست اضافہ ظاہر کرتی ہے۔ طویل ٹی ٹی ایکس علاج سے ایم ای پی ایس سی طول و عرض میں زیادہ نمایاں اضافہ ہوا۔ اے ایم پی اے رسیپٹر اسمگلنگ کی اس شکل کو مقامی ایم آر این اے ٹرانسکرپشن کی طرف سے ہدایت کی جاتی ہے۔ سنپیٹک اسکیلنگ کی یہ شکل دنوں کی مدت میں ہوتی ہے اور مقامی اے ایم پی اے رسیپٹر اسمگلنگ کے مقابلے میں نیوران کی مجموعی فائرنگ کی شرح پر زیادہ واضح اثر ڈالتی ہے۔ مختلف انٹرا سیلولر ٹرانسپورٹ میکانزم اے ایم پی اے ریسیپٹرز کو پورے نیوران سے پوسٹ سنپیٹک کلیفٹ کی طرف منتقل کرنے میں مدد کرتے ہیں۔ ملٹی الیکٹروڈ صفوں پر بڑھتے ہوئے کورٹیکل چوہے ان وٹرو نیورل نیٹ ورکس (عمر> 3 ہفتوں ان وٹرو) پر کی جانے والی ایک طویل مدتی، ہم آہنگی کنفوکل مائکروسکوپی اور الیکٹرو فزیولوجی تحقیقات نے نیٹ ورک کی سرگرمی کی سطح اور انفرادی مطابقت پذیری کے سائز میں تبدیلیوں کے درمیان ارتباط کا جائزہ لیا۔ خاص طور پر، طویل مدتی فلوروسینٹ مائکروسکوپی کا استعمال کئی دنوں کے اوقات کے دوران انفرادی مطابقت پذیری پر پی ایس ڈی-95 مالیکیولز کی مقدار (فلوروسینس) میں ہونے والی تبدیلیوں کو ٹریک کرنے کے لیے کیا گیا تھا۔ چونکہ پی ایس ڈی-95 مالیکیول پوسٹ سنپیٹک اے ایم پی اے اور این ایم ڈی اے ریسیپٹرز کو لنگر انداز کرتے ہیں، اس لیے وہ پوسٹ سنپیٹک ٹرانس میمبرین گلوٹامیٹ ریسیپٹرز کے لیے قابل اعتماد مقداری مارکر کے طور پر کام کرتے ہیں۔ یہ تحقیق تجربات کے دو سیٹوں پر مشتمل تھی۔ پہلے سیٹ میں، سنپیپس-مورفولوجی اور بے ساختہ عصبی سرگرمی کی تقریبا 90 گھنٹوں تک نگرانی کی گئی (یعنی۔ نیورونل نیٹ ورک کو پریشان کرنے کے لیے کوئی بیرونی محرک یا دواسازی کی ہیرا پھیری کا استعمال نہیں کیا گیا)۔ اس عرصے کے دوران، انفرادی مطابقت پذیری کے سائز میں کافی اتار چڑھاؤ دیکھا گیا۔ پھر بھی مطابقت پذیری سائز کی تقسیم کے ساتھ ساتھ اوسط مطابقت پذیری سائز کی اقدار نمایاں طور پر مستقل رہیں۔ یہ پایا گیا کہ جاری سرگرمی نے بڑے سنپیپس کے سکڑنے کے رجحان کو بڑھا کر اور چھوٹے سنپیپس کے بڑھنے کے رجحان کو بڑھا کر سنپیٹک سائز کو محدود کرنے کا کام کیا۔ اس طرح، سرگرمی نے بعض حدود کے اندر مطابقت پذیری سائز (آبادی کی سطح پر) کی تقسیم کو برقرار رکھنے کے لیے کام کیا۔ تجربات کے دوسرے سیٹ میں تمام بے ساختہ سرگرمی کو روکنے کے لیے ٹی ٹی ایکس کے اضافے کے بعد بھی یہی تجزیہ کیا گیا۔ اس کی وجہ سے سنپیٹک سائز کی تقسیم میں توسیع ہوئی اور اوسط سنپیٹک سائز کی اقدار میں اضافہ ہوا۔ جب وقت کے ساتھ انفرادی مطابقت پذیری کی پیروی کی جاتی تھی، تب بھی ان کے سائز میں نمایاں اتار چڑھاؤ پایا جاتا تھا، تاہم اب، سائز کی تبدیلیوں کی حد یا سمت اور ابتدائی مطابقت پذیری سائز کے درمیان کوئی تعلق نہیں پایا گیا۔ خاص طور پر، اس بات کا کوئی ثبوت نہیں ملا کہ سنپیٹک سائز میں تبدیلیاں ابتدائی سنپیٹک سائز کے ساتھ پیمائش کی گئیں۔ اس سے اشارہ ملتا ہے کہ سرگرمی کو دبانے سے وابستہ اے ایم پی اے رسیپٹر مواد میں ہومیوسٹیٹک نمو آبادی کا ایک رجحان ہے، جو سرگرمی پر منحصر رکاوٹوں کے نقصان کا نتیجہ ہے، نہ کہ انفرادی مطابقت پذیری پر اے ایم پی اے رسیپٹر مواد کی اسکیلنگ سے۔ ہومیوسٹیٹک اور ہیبیئن پلاسٹکٹی سے تعلق اس بات کا ثبوت موجود ہے کہ پریسیناپٹک اور پوسٹسیناپٹک ہومیوسٹیٹک پلاسٹکٹی فائرنگ کی شرح کو منظم کرنے کے لیے یکجا کام کرتے ہیں۔ کلچر میں پوسٹسیناپٹک سرگرمی ناکہ بندی (ٹی ٹی ایکس کے ذریعے) ایم ای پی ایس سی طول و عرض اور ایم ای پی ایس سی تعدد میں اضافہ کر سکتی ہے۔ ایم ای پی ایس سی تعدد میں اضافہ اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ نیوران پری سنپیٹک گلوٹامیٹ نیورو ٹرانسمیٹر کے بعد کے سنپیٹک اے ایم پی اے رسیپٹر سے رابطہ کرنے کے امکان میں اضافے کا تجربہ کرتے ہیں۔ مزید برآں، یہ دکھایا گیا ہے کہ جب ایکشن پوٹینشل فائرنگ کو (ٹی ٹی ایکس کے ذریعے) بلاک کیا جاتا ہے تو پری سنپیٹک ویسیکلز سائز میں بدل جاتے ہیں۔ پریسیناپٹک ہومیوسٹیٹک پلاسٹکٹی میں شامل ہیں: 1) پری سیناپٹک نیورو ٹرانسمیٹر ریلیز کا سائز اور تعدد (مثال کے طور پر ایم ای پی ایس سی کا ماڈیولیشن)۔ 2) ایکشن پوٹینشل کی فائرنگ کے بعد نیورو ٹرانسمیٹر ویسیکل کے خارج ہونے کا امکان۔ کلچر میں پوسٹ سنپیٹک سرگرمی ناکہ بندی (ٹی ٹی ایکس کے ذریعے) ایم ای پی ایس سی طول و عرض اور ایم ای پی ایس سی تعدد (فریق) میں اضافہ کر سکتی ہے۔ صرف 18 دن سے زیادہ پرانی ثقافتوں میں تبدیل کیا گیا تھا)۔ ایم ای پی ایس سی تعدد میں اضافہ اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ نیوران پری سنپیٹک گلوٹامیٹ نیورو ٹرانسمیٹر کے بعد سنپیٹک اے ایم پی اے رسیپٹر سے رابطہ کرنے کے امکان میں اضافے کا تجربہ کرتے ہیں۔ ہیبیائی پلاسٹکٹی اور ہومیوسٹیٹک پلاسٹکٹی کا ہاتھ میں دستانے کا تعلق ہے۔ نیوران دیگر نیوران سے موصول ہونے والے مربوط ان پٹ کی بنیاد پر نیورل سرکٹ کے اندر اپنے مطابقت پذیر رابطوں میں ترمیم کرنے کے لیے ہیبیئن پلاسٹکٹی میکانزم کا استعمال کرتے ہیں۔ لانگ ٹرم پوٹینشیشن (ایل ٹی پی) میکانزم متعلقہ پری سنپیٹک اور پوسٹ سنپیٹک نیوران فائرنگ کے ذریعے چلائے جاتے ہیں ؛ ہومیوسٹیٹک پلاسٹکٹی کی مدد سے، ایل ٹی پیز اور ایل ٹی ڈیز نیورل نیٹ ورک میں عین مطابق سنپیٹک وزن بناتے اور برقرار رکھتے ہیں۔ ہم آہنگ اعصابی سرگرمی کو برقرار رکھنا-ہومیوسٹیٹک فیڈ بیک لوپ کے بغیر-ایل ٹی پی میکانزم کو مسلسل مطابقت پذیر کنکشن کی طاقت کو منظم کرنے کا سبب بنتا ہے۔ سنپیٹک وزن کی غیر متعینہ مضبوطی اعصابی سرگرمی کو اس حد تک غیر مستحکم ہونے کا سبب بنتی ہے کہ معمولی محرک پریشانیاں افراتفری، مطابقت پذیر نیٹ ورک وسیع فائرنگ کو متحرک کر سکتی ہیں جسے برسٹس کہا جاتا ہے۔ یہ عصبی نیٹ ورک کو کمپیوٹنگ کے قابل نہیں بناتا ہے۔ چونکہ ہومیوسٹیٹک پلاسٹکٹی نیٹ ورک میں موجود تمام نیوران کی سنپیٹک طاقت کو معمول پر لاتی ہے، اس لیے مجموعی طور پر نیورل نیٹ ورک کی سرگرمی مستحکم ہوتی ہے۔ حوالہ جات نیوروپلاسٹکٹی