האתגר האינטגרטיבי של הנוירון הקורטיקלי:

• נוירון בקליפת המוח עשוי לקבל עד כ-10,000 קלטים סינפטיים בו-זמנית.
• הוא צריך לבצע אינטגרציה ולהפיק משמעות מטווח תדירויות ירי רחב מאוד של הנוירונים הפרה-סינפטיים (החל מתדירויות נמוכות של פחות מ-1 הרץ ועד תדירויות גבוהות מאוד של 80-90 הרץ).
• הבעיה: כיצד המערכת מתמודדת עם הטווח הזה מבלי להיכנס לחוסר רגישות בתדירויות נמוכות, או לסטורציה בתדירויות גבוהות, מה שיגרום לאותות חלשים להיבלע ברעש של תדירויות גבוהות.

שיטות רישום - רישום חוץ תאי (Extracellular Recording / LFP):

• כדי לבחון את תגובת הנוירונים, השתמשו במחקר ברישום חוץ-תאי (Local Field Potential) מתוך פרוסות מוח מבודדות.
• במקום לרשום את מתח הממברנה מתוך תא בודד (Intracellular), אלקטרודה חוץ-תאית מודדת את סך הזרמים (הסיגנל החוץ-תאי) של אוכלוסיית נוירונים גדולה כתגובה לגירוי של אקסונים פרה-סינפטיים.
• האות החוץ-תאי נראה הפוך בפולריות שלו לאות התוך-תאי, אך משקף את סך הקלטים הסינפטיים באזור.

דיכוי סינפטי קצר מועד (Short Term Synaptic Depression):

• התופעה: כאשר ניתן רצף של גירויים (טטנוס) בתדירות גבוהה לנוירון הפרה-סינפטי, התגובה הפוסט-סינפטית (משרעת ה-EPSP) הולכת וקטנה מגירוי לגירוי, עד שהיא מגיעה למצב יציב.
• הקשר לתדירות: ככל שתדירות הגירוי הפרה-סינפטי גבוהה יותר, הדיכוי חזק יותר והמשרעת הסופית במצב היציב תהיה קטנה יותר.
• ההיבט הפונקציונלי: המשרעת הסופית תלויה ביחס הפוך לתדירות הירי ($A(r)\sim \frac{1}{r}$). המשמעות היא שאם נכפיל את קצב הירי במשרעת התגובה, נקבל ערך קבוע בקירוב (Steady State). כלומר, המערכת מנחיתה באופן דינמי את האות ככל שהתדירות עולה.

חוק ובר-פכנר (Weber-Fechner Law) בסינפסה:

• חוק הקובע כי השינוי המורגש הקטן ביותר בגירוי הוא יחסי לעוצמת הגירוי ההתחלתי.
• יישום סינפטי:
  • הדיכוי הסינפטי גורם לסינפסה להתנהג לפי החוק. הרגישות של המערכת לשינוי תלויה בקצב הבסיס.
  • תדר בסיס נמוך: קפיצה מ-0 ל-10 הרץ תיצור שינוי גדול במשרעת התגובה, כי הסינפסה אינה מדוכאת.
  • תדר בסיס גבוה: קפיצה מ-90 ל-100 הרץ (אותה תוספת אבסולוטית של 10 הרץ) כמעט ולא תשפיע על הפלט הפוסט-סינפטי, משום שהסינפסה נמצאת בדיכוי עמוק.
  • כדי שהנוירון "יחוש" בשינוי בתדרים גבוהים, השינוי צריך להיות יחסי וגדול (למשל הכפלה ב-50% או 100%).

בקרת הגבר קורטיקלית (Cortical Gain Control):

• בכדי לבדוק את התפקיד הפונקציונלי, יצרו מודל ממוחשב של נוירון מסוג Integrate and Fire.
• הזינו את הנוירון בשני סוגי קלטים: מחצית מהסינפסות ירו בתדר בסיס גבוה וקבוע של 100Hz, ומחציתן ירו בתדר נמוך של 10Hz אך עם תנודות קטנות של $\pm 5Hz$.
• ללא דיכוי סינפטי: הנוירון נשלט לחלוטין על ידי הקלטים המהירים (100Hz), ירה בקצב מקסימלי, והתנודות הקטנות של ה-10Hz נבלעו לחלוטין ולא הורגשו בפלט.
• עם דיכוי סינפטי: הקלטים המהירים (100Hz) עברו דיכוי סינפטי והשפעתם הונחתה. כתוצאה מכך, הנוירון לא נכנס לסטורציה, והצליח להבחין ולפעול בהתאם לשינויים הקטנים של קבוצת ה-10Hz.
• מסקנה: דיכוי סינפטי מתפקד כפילטר דינמי. הוא מאפשר לנוירון להתעלם מקלט חזק, מתמשך וקבוע (המהווה רעש רקע), ולהישאר רגיש מספיק כדי לזהות שינויים ותנודות קטנות בסיגנלים חלשים יותר.