Trends in Neurosci全面综述：通过抑制性突触可塑性对环路组织和功能的调节
多种多样的抑制性神经元通过突触可塑性塑造着大脑的环路连接以及动态变化。抑制性可塑性可以建立兴奋/抑制（E/I）平衡，从而控制神经元放电，影响局部钙浓度，因此在网络、单个神经元以及树突水平上调节神经元的活动。
计算机模型可以综合多个实验结果，通过发现可被数学分析的现象方法学学习规律来揭示抑制性可塑性是如何控制环路的动态平衡和塑造连接。
Julijana G教授团队针对抑制性可塑性在调节兴奋性可塑性、形成结构化网络以及执行适应性和新颖性检测中的作用，总结了近年来的研究，并将其成果Regulation of circuit organization and function through inhibitory synaptic plasticity 于2022年10月发表于Trends in Neurosciences杂志。
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抑制性可塑性在不同的时空间尺度下
对兴奋性的控制
抑制性可塑性是指抑制性突触对兴奋性神经元的调控。γ-氨基丁酸（GABA）是主要的抑制性神经递质。在发育和生命早期，抑制性GABA能突触的可塑性和兴奋性突触的相互作用对于环路组成和网络构建十分重要。在成年阶段，为了适应更复杂的环境，抑制性突触性持续塑造学习和网络动态性。
在正常环路运行或是在干预的情况下，抑制性可塑性可以在不同时空间尺度上调节抑制的数量从而维持稳定的活动水平（图1）。在网络水平，抑制通过维持健康的放电率来预防过度的或是过少的兴奋。在复杂的神经环路中，抑制和网络动态的关系也会更加复杂，例如，在强循环兴奋环路中，强反馈抑制产生以平衡其兴奋。
更广泛地说，抑制性可塑性可以作为一个内稳态过程，在扰动后控制网络活动。它通过E/I平衡来实现这种稳态调节。E/I平衡通常用E/I比率（兴奋性输入电流/抑制性输入电流）来量化。在计算机模型中，不同的抑制性可塑性规则被用来调节E/I平衡，其中研究最多的是对称Hebbian学习窗。
近年来的实验研究显示，E/I平衡甚至可以延伸到单个神经元的局部树突段，但其机制仍待阐明。此外，在单个神经元水平上，抑制性可塑性可以通过调节抑制性输入与兴奋性输入达到的相对时间来控制放电的产生。
图1.不同尺度下对兴奋的抑制性控制
兴奋性可塑性的抑制性控制
兴奋性可塑性的主要决定因素是突触前/后的放电率，放电时间以及树突的钙离子浓度，抑制可以通过影响上诉因素来影响兴奋性可塑性。
在实验和计算模型中发现和验证，降低抑制会降低长时程增强（LTP）/长时程抑制（LTD）的阈值，而增加抑制则会增加LTP/LTD的阈值，即对神经元而言，抑制输入的改变（比如通过改变抑制可塑性）可以改变LTD和LTP的阈值，使得抑制对于兴奋性可塑性具有门控的功能。同样的，这种现象在神经元的树突上也有发现（图2）。
图2.对兴奋性可塑性的抑制性控制
结构化网络的形成
及其计算中的抑制性可塑性
非随机结构是生物网络的标志。多项计算研究表明，兴奋性可塑性和抑制性可塑性之间的协同作用可以形成各种各样的网络结构。相互紧密连接的兴奋性神经元群可以形成集合，被认为是关联记忆的基础。
抑制可以通过两种方式影响这些神经元群：其一，抑制性神经元以非特异性，非偏向性的方式靶向不同的神经元集合，被称为“blanket of inhibition”（图3.A）；其二，当不同的抑制性神经元接受刺激特异性的前馈驱动或是当接受了同样刺激的抑制性和兴奋性的神经元调谐连接更紧密，从而形成了E/I集合时，抑制具有刺激特异性（图3.B）。
不管抑制具有或不具有特异性，研究显示，集合中侧抑制连接的可塑性可以确保不同集合编码的不同记忆被轻易地区分。同时，在记忆回想中，抑制也发挥着作用。
此外，由抑制性可塑性形成的E/I集合的激活被认为是对重复刺激产生适应行为反应的原因：一个刺激的出现在一开始会导致兴奋性神经元集合活性增强，随着其重复出现，后续的抑制性可塑性强度增加会抑制刺激重复后的反应，从而出现习惯化（图3.C）。
图3. 非特异性和特异性抑制性连接以及适应性和新颖性反应的产生
特异性中间神经元可塑性
及其功能影响
中间神经元的解剖、电生理以及功能具有高度多样性。在小鼠的新皮层中，表达小清蛋白（PV），生长激素抑制素（SST）以及血管活性肠肽（VIP）的中间神经元占了GABA能中间神经元的80%以上。不同的中间神经元类型靶向不同的椎体神经元区域：PV靶向锥体神经元的胞体附近，SST靶向树突部位。
近年来的研究显示，来自不同中间神经元和不同位置的输入，即特异性中间神经元的可塑性可以使接受的神经元优先考虑一个通路的输入而不是另一个通路的输入，此外即使是在同一个位置接受信息，如果来源的中间神经元不一样，产生的结果可能相反（图4）。
图4.特异性中间神经元的可塑性
结 论
抑制性可塑性对于建立和位置E/I平衡，达到放电率稳态，控制兴奋性可塑性以及塑造网络连接是十分重要的。随着近年来各种神经科学技术的发展，后续应该更加关注对抑制性可塑性的研究。
参考文献
Yue W, Christoph M, and Julijana G. Regulation of circuit organization and function through inhibitory synaptic plasticity. Trends in Neurosciences, 2022. DOI: 10.1016/j.tins.2022.10.006.
编译作者：KK（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）
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