Structure and function of a neocortical synapse

神经科学 突触 体感系统 新皮层 神经传递 生物 锥体细胞 生物神经网络 电生理学 接线图 神经网络 受体 海马体 生物化学 电气工程 工程类
作者
Simone Holler,German Köstinger,Kevan A Martin,Gregor F. P. Schuhknecht,Ken Stratford
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:591 (7848): 111-116 被引量:253
标识
DOI:10.1038/s41586-020-03134-2
摘要

In 1986, electron microscopy was used to reconstruct by hand the entire nervous system of a roundworm, the nematode Caenorhabditis elegans1. Since this landmark study, high-throughput electron-microscopic techniques have enabled reconstructions of much larger mammalian brain circuits at synaptic resolution2,3. Nevertheless, it remains unknown how the structure of a synapse relates to its physiological transmission strength-a key limitation for inferring brain function from neuronal wiring diagrams. Here we combine slice electrophysiology of synaptically connected pyramidal neurons in the mouse somatosensory cortex with correlated light microscopy and high-resolution electron microscopy of all putative synaptic contacts between the recorded neurons. We find a linear relationship between synapse size and strength, providing the missing link in assigning physiological weights to synapses reconstructed from electron microscopy. Quantal analysis also reveals that synapses contain at least 2.7 neurotransmitter-release sites on average. This challenges existing release models and provides further evidence that neocortical synapses operate with multivesicular release4-6, suggesting that they are more complex computational devices than thought, and therefore expanding the computational power of the canonical cortical microcircuitry.
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