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Communication Between Neurons.docx

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Ayesha Khan

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February 11 , 2014 Psych 2NF3: Basic and Clinical Neuroscience Communication Between Neurons The Concept of Synapse ­ Neurons communicate by transmitting chemicals at junctions, called synapses ­ In 1906, Charles Scott Sherrington (1857­1952) coined the term synapse to  describe the specialized gap that existed between neurons • Sherrington’s discovery was a major feat of scientific reasoning • Looking at the leg flexion reflex • Measuring the distance Properties of Synapses ­ Sherrington investigated how neurons communicate with each other by studying  reflexes (automatic muscular responses to stimuli) ­ The speed of conduction along an axon increases in longer axons as there is less  need for chemical release: important in afferent neurons ­ Sherrington observed that repeated stimuli over a short period of time produced a  stronger response: there had to be multiple contact between the stimuli and neuron ­ Concept of time based summation ­ This led to the idea of temporal summation: repeated stimuli can have a  cumulative effect and can produce a nerve impulse when a single stimuli is too  weak (graded potential) ­ Presynaptic neuron: neuron that delivers the synaptic transmission ­ Postsynaptic neuron: neuron that receives the message ­ Excitatory postsynaptic potential (EPSP): graded potential that decays over time  and space ­ Produces minor changes in the voltage: you need enough repeated binding over  time and across the various receptors of a neuron ­ The cumulative effect of EPSPs are the basis for temporal and spatial summation ­ What is the cumulative effect that occurs: based on time and space (multiple  receptors distributed  ­ Sherrington also notices that several small stimuli on a similar location produced  a reflex when a single stimuli did not ­ This led to the idea of spatial summation or that synaptic input from several  locations can have a cumulative effect and trigger a nerve impulse ­ Adding up over time leads to the summation  ­ Multiple simulation occurs over time ad space ­ Inhibitory postsynaptic potential (IPSP) or the temporary hyperpolarization of a  membrane • An IPSP occurs when synaptic input selectively opens the gates for  positively charged potassium ions to leave the cell or negatively charged  chloride ions to enter the cells • Serves as an active brake that suppresses excitation • Needs both excitation and inhibition for proper functioning Relationship Among EPSP, IPSP, and Action Potentials ­ Neurotransmitters that lead to an excitatory graded potential or inhibitory one ­ Depending on the sequence binding: it is the combination that will eventually lead  to the decision of whether that action potential will take place ­ Inhibitory neurotransmitter such as GABA increases the efflux of potassium  channels from outside the cell ­ Glutamate is excitatory: glutamate opens the sodium channels The Discovery of Chemical Transmission at Synapses ­ German physiologist Otto Loewi (1873­1961) was the first to convincingly  demonstrate that communication across the synapse occurs via chemical means ­ Neurotransmitters are chemicals that travel across the synapse and allow  communication between neurons ­ Chemical transmission predominates throughout the nervous system ­ Stimulation of the 10  cranial nerve (vagus nerve) ­ Two hearts connected by a fluid filled tube ­ Stimulating an electrode in the vagus nerve: series of electrical changes occurring  in both hearts ­ When the heart in one jar was stimulated: the among of action potentials slowed  down ­ Change producing electrical conductance in the other jar ­ So what is happening at the level of the synapse? ­ Neurotransmitters can be built in the cell body or the axon terminal ­ Built in cell body: neurotransmitters are more complex, usually larger in size ­ Different kinds of proteins that exist in the axon terminal: enzymes which  breakdown other chemicals ­ Acetocholine is made in the axon terminal and is packaged here as well ­ Has to be a mechanism to detach the neurotransmitter ­ In the synaptic cleft: separation from receptors ­ Mechanism of reuptake: presynaptic neuron or glial cell ­ Glial cell will breakdown and release the products back into the synapse to be  reabsorbed from the original cell ­ Excitotoxicity: abnormal increase in action potentials results in the neurons dying  in that area ­ Release of excitatory neurotransmitters in the area where a stroke occurs: results  in those excitatory post­synaptic potentials but because there is an abundance, this  leads to an abnormal increase in action potentials ­ Perhaps glial cells can decrease the damage by helping, particularly in excitatory  processes, by reuptake ­ Postsynaptic cell releases retrograde transmitters that slow further release from  presynaptic cell ­ You cant have to much excitation: you need some sort of a mechanism that slows  down excitation that occurs ­ Retrograde transmitters: nitric oxide (gas) and anandamide ­ Presynaptic cell engages in negative feedback: restores the release of  neurotransmitters back to balance, back to equilibrium and back to the way things  were before ­ Response to retrograde neurotransmitters bring us back to resting potential Types of Synapses ­ Axodendritic: axon­dendrite ­ Axomuscular: axon­muscle (acetocholine) ­ Axosomatic: axon – cell body ­ Axosynaptic: axon­terminal ­ Axoaxonic: axon­axon ­ Axoextracellular: axon­extracellular fluid ­ Axosecretory: axon­capillary ­ Dendrodentritic: dendrite­dendrite Excitatory and Inhibitory Messages ­ Where is the axon synapsing ­ In excitatory synapses (Type I): typically located on dendrites • Typically round synaptic vesicles • Denser: increased in quantity • Synaptic cleft is wider ­ Type II – inhibitory • Located at the soma or cell body • Flattened synaptic vesicles • Cleft is narrower ­ Depends on where the excitation and inhibition is occur ­ There are examples where you do see excitation at the level of the cell body but it  is much less ­ Brain functions in combination of excitation and inhibition ­ Renshaw loop involves a motor neuron exiting the rat’s spinal cord ­ Y
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