ドーパミンとパーキンソン病の病態生理におけるその役割によって媒介されるスパイクタイミング依存の可塑性

パーキンソン病（PD）は、多体神経変性脳障害です。PDの運動症状は、重大なnigra pars compacta（SNC）に続いて、大脳基底核（BG）回路機能障害の重大なドーパミン（DA）損失に関連しています。実験的および計算的証拠の増加は、（シナプス）可塑性がDA喪失後のPD関連の病理学的変化の出現に重要な役割を果たすことを示しています。DAによって媒介されるスパイクタイミング依存の可塑性（STDP）は、ニューロン活動に従ってBG内のシナプス接続を変更するためのシナプス可塑性の機械的モデルを提供します。DAを介したSTDPがPD条件でのニューロン活性とシナプス接続性をどのように形成できるかを明らかにするために、STDPに対するDAの調節効果に対処する実験的および計算上の調査結果をレビューし、PD病理学およびPD病態生理学およびPDの潜在的な役割を議論しました。関連するネットワークのダイナミクスと接続。特に、DA損失後の他の可塑性を介したプロセスとSTDPプロファイルの再形成は、BGの競合経路のシナプス接続を異常に変更する可能性があります。可塑性によって誘発される不適応または代償の変化のカスケードは、BG出力核に対する励起阻害バランスを損なう可能性があり、PDの病理学的活動接続性パターンの出現につながります。ここでレビューされた臨床的、臨床臨床的および計算研究は、PDの病態生理学、特にDAの損失後のPD関連のネットワーク活動と接続性に対するシナプス可塑性およびその他の可塑性メカニズムの影響を理解することを提供します。このレビューは、PDの病理学的状態の出現に寄与するBG内の異常な構造機能関係に関するさらなる洞察を提供する可能性があります。具体的には、このレビューは、PDの計算ネットワークモデルの開発に関する詳細情報を提供することを目的としており、侵襲的および非侵襲的脳刺激技術の開発と最適化のテストベッドとして機能します。計算由来の仮説は、治療刺激技術の開発を加速し、関連する動物実験の数を潜在的に減らすことができます。

Parkinson's disease (PD) is a multi-systemic neurodegenerative brain disorder. Motor symptoms of PD are linked to the significant dopamine (DA) loss in substantia nigra pars compacta (SNc) followed by basal ganglia (BG) circuit dysfunction. Increasing experimental and computational evidence indicates that (synaptic) plasticity plays a key role in the emergence of PD-related pathological changes following DA loss. Spike-timing-dependent plasticity (STDP) mediated by DA provides a mechanistic model for synaptic plasticity to modify synaptic connections within the BG according to the neuronal activity. To shed light on how DA-mediated STDP can shape neuronal activity and synaptic connectivity in the PD condition, we reviewed experimental and computational findings addressing the modulatory effect of DA on STDP as well as other plasticity mechanisms and discussed their potential role in PD pathophysiology and related network dynamics and connectivity. In particular, reshaping of STDP profiles together with other plasticity-mediated processes following DA loss may abnormally modify synaptic connections in competing pathways of the BG. The cascade of plasticity-induced maladaptive or compensatory changes can impair the excitation-inhibition balance towards the BG output nuclei, leading to the emergence of pathological activity-connectivity patterns in PD. Pre-clinical, clinical as well as computational studies reviewed here provide an understanding of the impact of synaptic plasticity and other plasticity mechanisms on PD pathophysiology, especially PD-related network activity and connectivity, after DA loss. This review may provide further insights into the abnormal structure-function relationship within the BG contributing to the emergence of pathological states in PD. Specifically, this review is intended to provide detailed information for the development of computational network models for PD, serving as testbeds for the development and optimization of invasive and non-invasive brain stimulation techniques. Computationally derived hypotheses may accelerate the development of therapeutic stimulation techniques and potentially reduce the number of related animal experiments.