非线性间隙连接使星形胶质细胞网络中的脉动钙波能够长距离传播

最近在脑科学中出现了一种新范式，即胶质细胞之间的通讯以及神经元-胶质细胞相互作用应与神经元及其网络一起考虑，以理解更高的大脑功能。特别是，星形胶质细胞（皮层中主要的胶质细胞类型）已被证明与神经元以及彼此之间进行通讯。它们被认为形成了一个由间隙连接耦合的合胞体，通过传播Ca$^{2+}$波支持细胞间通讯。一种已确定的传播模式基于通过间隙连接的肌醇三磷酸（IP3）的胞质到胞质运输，该运输通过IP3依赖的Ca$^{2+}$诱导的Ca$^{2+}$释放局部触发Ca$^{2+}$脉冲。然而，目前尚不清楚这种细胞内途径是否能够支持长距离再生Ca$^{2+}$波的传播，还是仅限于短距离信号传导。此外，细胞内信号动力学对细胞间传播的影响仍有待理解。在这项工作中，我们提出了一个星形胶质细胞中Ca$^{2+}$波传播的间隙连接途径模型，表明：（1）长距离再生信号需要间隙连接中的非线性耦合，以及（2）即使存在非线性间隙连接，当内部Ca$^{2+}$动力学实现具有脉动动力学的频率调制编码振荡时，长距离再生信号更受青睐，而振幅调制编码动力学则倾向于限制传播范围。因此，空间异质的分子性质和/或弱耦合被证明会产生丰富的时空动力学，支持复杂的传播行为。这些结果为Ca$^{2+}$波在星形胶质细胞间传播所涉及的机制提供了新的见解，并明确了胶质细胞可能参与大脑信息处理的条件。