Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Интегральные микросхемы

По научному определению, интегральные микросхемы – это отдельные высокотехнологичные устройства (с огромным количеством электронных компонентов, заключенных в маленьком корпусе), которые выполняют какую-то функцию или действие. Этих функций может быть или одна или несколько. Вот список некоторых основных функций, которые выполняют интегральные микросхемы:

  • Преобразование сигнала (например, из аналогового в цифровой и обратно).
  • Обработка сигнала (например, усиление и очистка звука)
  • Действия вычитания, сложения, умножения и деления сигнала (логические микросхемы)

Интегральные микросхемы представляют собой изделие, выполненное в герметизированном (металлическом, пластмассовом, керамическом, металлокерамическом и так лале) корпусе. Микросхемы бывают различного исполнения (прямоугольные, треугольные, круглые) с разным количеством выводов: от трех (например, на стабилизаторе LM7805, до нескольких сотен на процессорах).

Интегральные микросхемы (и аппаратура на них) обладают неоспоримыми преимуществами:

  • Высокой технологичностью и надежностью. Ведь все микросхемы производят на специализированных заводах и фабриках с современной технологией производства. На линиях (полностью или частично) автоматизированных. При производстве микросхемы (особенно в юго-восточных странах) применяют и живую рабочую силу, так как это дешевле, чем покупать дорогостоящие линии. Интегральные компоненты позволяют снизить на два-три порядка затраты труда на производство, монтаж и сборку различной аппаратуры. При конструировании и создании такой аппаратуры уменьшается количество разных паяных соединений, которые зачастую являются причиной отказа аппаратуры. Микросхемы являются более надежными, чем дискретные элементы, так как ошибки при монтаже уменьшаются на 3-4 порядка. Легче и намного быстрее запаять интегральные компоненты (например, один логический элемент с 16 выводами), чем паять более 20 дискретных элементов (которые выполняют ту же функцию) с 60 выводами.
    Только микросхемы обеспечивают надежность систем управления в различных системах управления, в компьютерах, в околоземном пространстве на космических станциях и так далее.
  • Интегральные компоненты (и аппаратура на них) малогабаритны и имеют маленький вес.
  • Микросхемы намного сокращают процесс разработки нового изделия (аппарата), так как можно использовать готовые, уже опробованные, миниатюрные блоки и узлы. И поэтому внедрение нового изделия в производство резко сокращается.
  • Многие интегральные элементы выпускаются массово (например, микросхемы в домашних звонках, в игрушках, в клавиатурах и мышках компьютеров и т. п.). Это намного снижает себестоимость микросхемы и всего изделия в целом.
  • Интегральные элементы сокращают число комплектующих создаваемого изделия, уменьшают количество проводимых операций, что (в конечном счете) ведет к упрощению организации современного производства.

Микросхемы разделяют на два вида: 1 – полупроводниковые интегральные схемы; 2 – гибридные интегральные схемы.

Рассмотрим каждый из них по отдельности.

Полупроводниковые интегральные элементы представляют собой кристалл, в глубине которого выполняют все элементы схемы. Изоляция различных элементов осуществляют с помощью (так называемых) «p-n» переходов.

Гибридные интегральные схемы выполняются по «пленочной» технологии и представляют пластину (подложку) из диэлектрического материала. На нее нанесены (в виде пленок) плоские компоненты (резисторы, дроссели, конденсаторы и т. д.) и соединения. Причем сопротивление резисторов может быть 105 Ом, емкость конденсаторов 103 пФ, а дроссели иметь индуктивность около 10 мкГн — не более.

Транзисторы, диоды, магнитные элементы, конденсаторы более 103 пФ и электролитические выполняют с помощью навесного монтажа. Гибридные интегральные схемы имеют более высокую точность параметров (на один или два порядка выше), чем полупроводниковые аналоги. Количество элементов внутри каждого класса микросхем может достигать несколько тысяч.

Открыто первое в мире полностью бесплатное производство микросхем

, Текст: Эльяс Касми

Google и партнеры запустили первую за всю историю программу по бесплатному производству микросхем для тех, у кого нет финансовой возможности заказать их выпуск. Все расходы, берут на себя авторы проекта, а от участника требуется лишь наличие модели микросхемы, выложенной в открытом доступе, и принятие ряда ограничений, включая используемый при производстве 130-нанометровый техпроцесс.

Полностью бесплатное производство

Корпорация Google запустила проект по полностью бесплатному производству микросхем. Он направлен в первую очередь на компьютерных энтузиастов, интересующихся разработкой «железной» части ПК, но не располагающих средствами для выпуска даже пробной партии своих микросхем.

По данным фонда FOSSI (Free and Open Source Silicon Foundation), Google и ее партнеры возьмут все расходы, включая прототипирование и тестирование, на себя, а они могут исчисляться тысячами долларов. Цель, которую преследует интернет-гигант, по данным его партнера, компании Antmicro, заключается в создании полностью открытого производства полупроводниковой продукции.

Google сделает бесплатным то, что обычно измеряется суммами с большим количеством нулей

Ввиду того, что выпуск микросхем – процесс дорогостоящий, Google ввела ряд условий, которые должны выполнить все те, кто хочет бесплатно выпустить созданную им микросхему, будь то какой-нибудь контроллер или даже простенький процессор. В первую очередь это касается общего числа участников проекта – если заявок будет прислано больше 40, то Google придется отказать некоторым из них. Участвовать могут как организации, так и физлица, микросхема может быть как экспериментальной, так и готовой к использованию в устройствах.

Главные ограничения

Всем, кого заинтересовала инициатива Google, следует знать, что рассчитывать на выпуск микросхем по современным нормам не стоит – ни 7, ни 10, ни даже 22 или 28 нанометров интернет-гигант не предлагает. Производство будет проходить по 130-нанометровой технологии, которую, к примеру, компания Intel освоила еще в первой половине 2001 г. Первые процессоры Pentium III поколения Tualatin, вышедшие в тот период, были именно такими.

Следующее условие – дизайн микросхемы, предлагаемой к бесплатному производству, должен быть полностью открытым. Для этого необходимо разместить все данные в Git-репозитории и к заявке на участие в проекте нужно прикрепить URL-ссылку на контейнер.

Еще одно ограничение, которое будет невозможно обойти – это физические габариты микросхемы. Так, максимальная площадь кристалла не должна превышать 10 мм2.

Партнеры Google

Сама Google не занимается производством микросхем, и для реализации своего проекта она обзавелась рядом партнеров. В первую очередь это ИТ-компании eFabless и Antmicro, а также ряд высших учебных заведений, среди которых есть Калифорнийский университет в Санта-Крузе (США), Калифорнийский университет в Сан-Диего и Американский университет в Каире (Египет).

Список всех партнеров Google в новом проекте

Непосредственно за производство микросхем будет отвечать еще один партнер Google – американская компания SkyWater Technology, в 1991 г. поглощенная крупным производителем полупроводниковой продукции Cypress Semiconductor и в 2017 г. отделившаяся от него. SkyWater, как сообщал CNews, известна, в том числе, тем, что с 2018 г. занимается разработкой технологии создания монолитных 3D-чипов (3DSoC) с нормами техпроцесса, эквивалентными 7 мм, с использованием оборудования для производства с нормами 90 нм.

Виртуализация сетей: как глобальные тренды проявляются в российских условиях

Интеграция

Со стороны Google программу возглавляет инженер-программист Тим Анселл (Tim Ansell). В компании он работает с 2008 г.

Сроки производства

Производство первых микросхем Google и партнеры планируют запустить в ноябре 2020 г. , пока без указания объема партии. Вторая партия будет запущена в начале 2021 г., но точную дату Google не раскрывает. ИТ-гигант собирается выпускать микросхемы в рамках нового проекта и дальше, но на момент публикации материала не было известно, как долго все это продлится, поскольку пока что проект находится в стадии эксперимента.

Для наращивания темпов развития своей идеи Google и SkyWater пошли на беспрецедентный шаг и впервые за всю историю выпустили полностью открытый и бесплатный пакет правил проектирования (PDK, process development kit). PDK также включают в себя все спецификации техпроцесса и другие данные, необходимые для разработки микросхемы, и, как правило, они стоят достаточно больших денег.

Компания Antmicro, один из партнеров Google по данному проекту, подчеркивает, что это действительно первый открытый и бесплатный PDK во всем мире. Весь проект, по мнению компании, значительно снижает стоимость входа в разработку и производство микросхем.



Микросхема на высшем уровне, или Одна из бизнес-тайн Китая

Стартап за 100$

Микросхема на высшем уровне, или Одна из бизнес-тайн Китая

19 октября 2020 7 923 просмотра


Антон Бахарев

«Сверхдержавы искусственного интеллекта» — это книга о перспективах искусственного интеллекта, написанная одним из главных экспертов по теме и одним из 100 самых влиятельных людей мира по версии The Times.

Микрогерои революции

Одна из зон конкуренции в области искусственного интеллекта — это компьютерные микросхемы, также известные как полупроводниковые интегральные микросхемы.

Высокопроизводительные микросхемы — это скромные и незаметные герои любой революции в области вычислительной техники.

Они в буквальном смысле составляют основу наших настольных компьютеров, ноутбуков, смартфонов и планшетов и по этой причине остаются скрытыми от глаз конечного пользователя. Но с экономической точки зрения, впрочем, как и с точки зрения безопасности, эти детали очень важны: рынки склонны к формированию прибыльных монополий, а уязвимые в плане безопасности участки лучше всего выявляются теми, кто работает непосредственно с аппаратурой.

Эволюция микросхем

Каждый этап развития компьютеров требует новых типов микросхем. Когда на рынке воцарились десктопы, производители микросхем стремились поднять до максимума скорость вычислений и обработки графики на экране с высоким разрешением, не особенно беспокоясь об энергоэффективности (ведь настольные компьютеры работали постоянно подключенными к электрической сети). Intel особенно хорошо освоила их производство, заработав в результате миллиарды.

Но с распространением смартфонов появился запрос на более эффективное использование энергии, и вскоре на пьедестале воцарилась компания Qualcomm, чьи микросхемы были основаны на придуманной в Великобритании архитектуре ARM.

Теперь, когда на смену традиционным вычислительным программам приходит искусственный интеллект, требования снова меняются.

Для машинного обучения необходимо молниеносное выполнение сложных математических расчетов, и ни продукты Intel, ни встроенные чипы Qualcomm для этого не подходят.

В пустующую нишу шагнула Nvidia, ранее известная как ведущий производитель видеокарт. Поскольку математика, лежащая в основе графической обработки, похожа на ту, что требуется для ИИ, Nvidia смогла прийти на новый для себя рынок. В период с 2016 по начало 2018 года цена акций этой компании увеличилась в десятки раз. Ее микросхемы легли в основу всех важнейших достижений ИИ — от распознавания лиц до беспилотных автомобилей, и это послужило отправным импульсом для начала работ по созданию микросхем нового поколения.

Google и Microsoft — компании, долгие годы избегавшие делать собственные микросхемы, встали в один ряд с Intel, Qualcomm и некоторыми новыми «железными» стартапами из Кремниевой долины.

Facebook объединился с Intel для тест-драйва ее микросхем для ИИ.

Микросхема на высшем уровне

И впервые в истории можно сказать, что Китай занимает значительную часть этой ниши. Китайское правительство в течение многих лет — и даже десятилетий — пыталось организовать в стране производство микросхем. Но создание высокопроизводительной микросхемы — чрезвычайно сложный и трудоемкий процесс, и несколько проектов, которые финансировало государство, потерпели неудачу.

За последние три десятилетия лишь нескольким частным компаниям Кремниевой долины удалось сделать выпуск микросхем прибыльным для себя. Китайские политики и основатели множества стартапов, работающих в этой области, надеются, что однажды все изменится.

Китайское Министерство науки и технологий выделяет большие средства на создание микросхемы, которая по производительности и энергоэффективности должна быть в 20(!) раз лучше, чем продукция Nvidia. Китайские стартапы в области производства микросхем, такие как Horizon Robotics, Bitmain и Cambricon Technologies, привлекают достаточный объем инвестиций и работают над специализированными продуктами, предназначенными для беспилотных автомобилей или других вариантов использования ИИ.

Изобилие данных в стране обеспечит создателям оборудования бесценный материал, на котором можно проводить испытания их продуктов. В целом в разработке микросхем бесспорным лидером пока остается Кремниевая долина. Однако китайское правительство и венчурное сообщество страны изо всех сил стараются это изменить, потому что развитие ИИ грозит экономическим кризисом, который будет уже вопросом не только бизнеса, но и политики.

По материалам книги «Сверхдержавы искусственного интеллекта».

Изображения: источник.

Типы корпусов импортных микросхем

Корпус - это часть конструкции микросхемы, предназначенная для защиты от внешних воздействий и для соединения с внешними электрическими цепями посредством выводов. Корпуса стандартизованы для упрощения технологического процесса изготовления изделий из разных микросхем. Число стандартных корпусов исчисляется сотнями!

Ниже представлены наиболее распространенные серии корпусов импортных микросхем.
Для просмотра чертежей корпусов микросхем кликните ссылку с названием типа корпуса или на соответствующую типу корпуса картинку.

DIP (Dual In-line Package, также DIL) - тип корпуса микросхем, микросборок и некоторых других электронных компонентов для монтажа в отверстия печатной платы. Имеет прямоугольную форму с двумя рядами выводов по длинным сторонам. Может быть выполнен из пластика (PDIP) или керамики (CDIP). Обычно в обозначении также указывается число выводов.

SOIC или просто SO (small-outline integrated circuit), а также SOP (Small-Outline Package) корпус микросхем , предназначенный для поверхностного монтажа, занимающий на печатной плате на 30-50% меньше площади чем аналогичный корпус DIP, а также имеющий на 50-70% меньшую толщину. Обычно в обозначении также указывается число выводов.

SIP (Single In-line Package) – плоский корпус для вертикального монтажа в отверстия печатной платы, с одним рядом выводов по длинной стороне. Обычно в обозначении также указывается число выводов.

QFP (Quad Flat Package) — плоский корпус с четырьмя рядами контактов. Представляет собой квадратный корпус с расположенными по краям контактами. Существуют также другие варианты: TQFP (Thin QFP) — с малой высотой корпуса, LQFP (Low-profile QFP) и многие другие.

LCC (Leadless Chip Carrier) представляет собой низкопрофильный квадратный керамический корпус с расположенными на его нижней части контактами, предназначенный для поверхностного монтажа.

PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier) и СLCC (Ceramic Leaded Chip Carrier) представляют собой квадратный корпус с расположенными по краям контактами, предназначенный для установки в специальную панель (часто называемую «кроваткой»).

TSOP (Thin Small-Outline Package) тонкий малогабаритный корпус, разновидность SOP корпуса микросхем. Часто применяется в области DRAM, особенно для упаковки низковольтных микросхем из-за их малого объёма и большого количества штырьков.

SSOP (Shrink small-outline package) (уменьшенный малогабаритный корпус) разновидность SOP корпуса микросхем , предназначенного для поверхностного монтажа. Выводы расположены по двум длинным сторонам корпуса.

ZIP (Zigzag-In-line Package) - плоский корпус для вертикального монтажа в отверстия печатной платы со штырьковыми выводами, расположенными зигзагообразно.

 

Топологии интегральных микросхем: особенности охраны

Сегодня поговорим о третьем нетрадиционном объекте интеллектуальной собственности — топологии интегральных микросхем. На первый взгляд может показаться, что объект очень сложный, и разобраться в нем может только человек, обладающий глубокими познаниями в области науки и техники, однако в действительности это не так. Постараемся понятно объяснить, в чем сущность этого объекта, и почему он не отнесен к патентному праву.

Понятие и общая характеристика, примеры

Рассматриваемый объект будет относиться к сфере микроэлектроники. В статье 1448 Гражданского кодекса РФ дается определение как интегральной микросхемы, так и ее топологии. Перефразируем, чтобы было понятно.

Интегральная микросхема — это определенное электронное изделие, все элементы в котором соединены и выполняют общую функцию.

Топология интегральных микросхем — это расположение различных элементов на этой микросхеме и связи между ними. Закон говорит о «пространственно-герметическом» расположении этих элементов. Элементы здесь — это блоки, триггеры, формирователи, адресные стеки и все остальное, что мы видим на поверхности любой микросхемы.

Таким образом, закон охраняет не саму микросхему как электронное устройство, а ее топологию — т. е. расположение элементов на поверхности. Скорее всего, это и обусловило природу топологии интегральной микросхемы как нетрадиционного объекта, а не объекта патентного права: система расположения составных частей микросхемы не оказывает существенного влияния на научно-технический прогресс, как это происходит, к примеру, с изобретениями и полезными моделями.

В силу той же статьи 1448 ГК РФ не требуется, чтобы сами элементы были новыми, достаточно, чтобы сами связи между ними являлись оригинальными.

Проанализируем пример из реестра ФИПС — топологию интегральной микросхемы №2017630100, которая называется «Радиочастотная микросхема для водительского удостоверения и свидетельства о регистрации транспортного средства». В описании (реферате) к этому объекту обозначены особенности самой микросхемы, заложенные в ней алгоритмы и технологии — видно, что именно это и было целью творческой деятельности автора. Однако законом охраняться все равно будет пространственное расположение на этой микросхеме ее элементов, а не заложенные в ней технические идеи.

Личные неимущественные права

У топологии есть автор — лицо, которое создало объект своим интеллектуальным трудом. У автора возникает на топологию только право авторства — юридическая возможность считаться автором и одновременно гарантия взыскивать компенсацию морального вреда с лиц, которые могут попытаться присвоить авторство себе. Других личных неимущественных прав в законе не предусмотрено.

Исключительное право

Как обычно, первоначально оно возникает у автора, но на практике правообладателем чаще всего бывает организация. В целом исключительное право на топологии не обладает какими-то отличительными чертами. Закон упоминает следующие действия в рамках использования этого объекта:

  1. Воспроизведение топологии, например, на самой микросхеме. При этом закон разрешает воспроизводить лишь ту часть топологии, которая оригинальная.
  2. Ввоз на территорию России, а также вывоз с нее;
  3. Введение в гражданский оборот как самой топологии, так и микросхемы или другого изделия, где она воспроизведена. Чаще всего основанием будет какая-то сделка, например, купля-продажа.

Закон также упоминает ситуацию, когда другой гражданин придумал топологию, уже созданную кем-то ранее. В таком случае за этим автором будет признаваться исключительное право независимо от лиц, ранее создавших такую же топологию.

Кроме того, в законе закреплены случаи, когда допускается использовать объект без согласия правообладателя. В частности, это:

  1. Использование в личных целях, а также в рамках исследования, анализа.
  2. Распространение микросхем, на которых воспроизведена топология, если они были законно введены в гражданский оборот. Например, если состоялась покупка этой микросхемы.

Срок действия исключительного права на топологию — 10 лет без возможности его продления. При этом закон предусматривает два возможных момента, с которых может начать течь этот срок: в первом случае таковым является момент первого использования этого объекта; во втором случае — это государственная регистрация, произведенная по желанию правообладателя. Решающим будет дата: у какого события она более ранняя — с этого момента и будет течь срок действия исключительного права.

Еще раз вернемся к ситуации, когда два разных человека создали идентичные топологии. Срок в этом случае будет течь с момента использования первой из них, и второму автору придется уже «подстраиваться» под этот срок.

Государственная регистрация

Еще раз обратим внимание, что она не является обязательной. Если обратиться к статистике, то за 2016 год было зарегистрировано всего 174 топологии интегральных микросхем (из 186 заявок). Это немного, сравнивая, например, с количеством зарегистрированных селекционных достижений (их за тот же период было зарегистрировано более 500). Кратко пробежимся по особенностям регистрации.

Зарегистрировать топологию можно в течение срока ее охраны, но если объект уже используется, то подать заявку на регистрацию можно в течение двух лет. Регистрирующим органом является Роспатент, а именно — его подведомственное учреждение, ФИПС.

Заявка подается только на одну топологию. В ней обязательно должно быть:

  1. Заявление;
  2. Материалы, которые идентифицируют топологию (схемы, чертежи), а также реферат, который отражается в свидетельстве на регистрацию. Пример реферата для любой топологии легко найти, если ознакомиться с реестром (о том, как работать с реестром ФИПС — см. эту статью).

Более подробно процедуру можно посмотреть в Приказе Минэкономразвития России от 30.09.2015 N 700.

Таким образом, топология интегральной микросхемы — это важнейший объект интеллектуальной собственности в сфере микроэлектроники. Когда создается топология, автор ищет определенное решение именно касательно работы микросхемы, однако охраняться законом будет не содержание этого решения, а только форма — расположение элементов микросхемы.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

Введение в фоточувствительные интегральные микросхемы

Добавлено 22 февраля 2021 в 19:22

Сохранить или поделиться

В данной статье мы продолжаем вводное обсуждение светочувствительных компонентов, которые создают выходной ток более высокой амплитуды, чем фотодиоды.

Краткое заключение из предыдущей статьи о фототранзисторах: если в вашем приложении важными характеристиками производительности являются скорость или линейность, вы, вероятно, предпочтете использовать фотодиод вместо фототранзистора. Если скорость и линейность не особенно важны, а внутреннее усиление фототранзистора позволяет добиться значительного снижения стоимости, сложности или места на плате, вам следует подумать о фототранзисторе.

Однако оказывается, что это не решение «или-или». Есть третий вариант. Я называю эту группу компонентов «светочувствительными интегральными микросхемами». Когда я использую этот термин, я в первую очередь имею в виду устройства, которые Hamamatsu называет «photo IC diode» (фотодиод на базе микросхемы), но он также включает в себя любой другой компонент, который объединяет фотодиод и усилитель в одном корпусе.

Фотодиод плюс трансимпедансный усилитель

Об этом первом типе светочувствительных интегральных микросхем мало что можно сказать. В наш век чрезвычайно сложных ИС со смешанными сигналами неудивительно, что инженеры придумали способ объединить фотодиод и трансимпедансный усилитель (TIA, transimpedance amplifier) в один компонент.

Лучший способ узнать об этих компонентах – прочитать технические описания на те компоненты, которые вам нравятся. Например, OPT301 от Texas Instruments имеет коэффициент усиления трансимпедансного усилителя 120 дБ, полосу пропускания 4 кГц и фотодиод с режимом нулевого смещения, чувствительный к видимому, ультрафиолетовому и инфракрасному свету.

Рисунок 1 – На схеме показана внутренняя архитектура светочувствительной микросхемы OPT301

MLX75305 от Melexis, похоже, использует фотопроводящий режим и включает в себя дополнительную выходную схему.

Рисунок 2 – Внутренняя архитектура датчика свет-напряжение «SensorEyeC» MLX75305 от Melexis. По-моему, это название слишком заумное

Примером более экзотического компонента в этой категории является ADN3010-11 от Analog Devices. Он оснащен германиевым фотодиодом, в дополнение к трансимпедансному усилителю включает в себя ограничивающий усилитель и предназначен для оптической передачи данных со скоростью до 11,3 Гбит/с.

Рисунок 3 – ADN3010-11 предназначен для детектирования света «включен/выключен» и выдает дифференциальный выходной сигнал

Фотодиоды на базе микросхем (photo IC diode)

Как упоминалось выше, здесь я использую терминологию Hamamatsu. Фотодиод на базе микросхемы отличается как от усилителя на основе фототранзистора, так и от компонента, совмещающего фотодиод с трансимпедансным усилителем, тем, что он не преобразует фототок в напряжение.

Выходной сигнал фотодиода на базе микросхемы – это ток, и этот ток можно использовать практически так же, как фототок обычного фотодиода. Разница в том, что этот ток намного больше, потому что устройство включает в себя усилитель тока с большим коэффициентом усиления. Таким образом, фотодиоды избавляются от основной причины недовольства ими (то, что они создают чрезвычайно малые фототоки), не заставляя разработчика переходить на фототранзисторы.

На следующей диаграмме показана внутренняя структура и схемная реализация фотодиода на базе микросхемы от Hamamatsu.

Рисунок 4 – Обратите внимание, что фотодиод в этом устройстве имеет обратное смещение и, следовательно, работает в фотопроводящем режиме

Как вы можете видеть на диаграмме, фотодиод на базе микросхемы дает усиление 1300 А/А, а компоненты с более высоким усилением от Hamamatsu обеспечивают 30 000 А/А. Увеличение амплитуды фототока в 30 000 раз значительно упрощает работу с выходным сигналом.

Еще одним преимуществом фотодиодов на микросхемах является их способность включать в себя второй фотодиод, который может компенсировать смещения, вызванные чувствительностью к длинам волн в ближней инфракрасной области. Вычитая сигнал, генерируемый фотодиодом, который реагирует только на ближний ИК-диапазон, устройство обеспечивает спектральный отклик, который ограничен в основном видимыми длинами волн.

Рисунок 5 – На этой схеме из технического описания S10604-200CT показан второй фотодиод, который позволяет устройству автоматически компенсировать чувствительность в ближнем ИК-диапазоне

Формирование сигнала напряжения

Как показано на двух предыдущих диаграммах, для формирования сигнала напряжения из выходного тока фотодиода вам не нужен трансимпедансный усилитель. Усилитель вырабатывает токовый сигнал, который можно эффективно преобразовать в полезный сигнал напряжения с помощью не более чем простого резистора. Хотя я не против разработки трансимпедансных усилителей, трудно поспорить с простотой и удобством использования только одного резистора.

Выходной конденсатор, показанный на схемах (подключен пунктирными линиями), не важен, но рекомендуется как средство подавления нежелательных высокочастотных компонентов в выходном сигнале.

Заключение

У меня сложилось впечатление, что компоненты, совмещающие фотодиод с трансимпедансным усилителем, не очень популярны, и я признаю, что я не был бы склонен использовать их вместо дискретных фотодиодов с отдельной схемой трансимпедансного усилителя.

Фотодиоды на базе микросхем кажутся намного более привлекательными. В этой статье я сосредоточился на устройствах Hamamatsu, но должно быть, по крайней мере, несколько других компаний, которые производят подобные компоненты. Единственным другим производителем, с которым я столкнулся при написании этой статьи, был ROHM, который продает аналогичное устройство и называет его «микросхема датчика окружающей освещенности с аналоговым токовым выходом» (analog current output type ambient light sensor IC). Если у вас есть опыт работы с фотодиодами на базе микросхем, или вы можете порекомендовать других производителей, не стесняйтесь делиться своими знаниями в разделе комментариев.

Оригинал статьи:

Теги

Режим нулевого смещенияТрансимпедансный усилительФотодиодФотодиод на базе микросхемыФоточувствительная микросхема

Сохранить или поделиться

Как перепаять BGA микросхему | Практическая электроника

Что такое BGA микросхема?

BGA (Ball Grid Array) — матрица из шариков. То есть это тип микросхем, которые вместо выводов имеют припойные шарики. Этих шариков на микросхеме могут быть тысячи!

В наше время микросхемы BGA применяются в микроэлектронике. Их часто можно увидеть на платах мобильных телефонов, ноутбуков, а также в других миниатюрных и сложных устройствах.

Как перепаять BGA микросхему

В ремонтах телефонов  бывает очень много различных поломок, связанных именно с микросхемами. Эти BGA микросхемы могут отвечать за какие-либо определенные функции в телефоне. Например, одна микросхема  может отвечать за питание, другая – за блютуз, третья  – за сеть и тд. Иногда, при падении телефона, шарики микросхемы BGA отходят от платы телефона и  у нас получается, что цепь разорвана, следовательно – телефон теряет некоторые функции. Для того, чтобы поправить это дело, ремонтники или прогревают микросхему, чтобы припойный шарик расплавился и опять “схватился” с контактной площадкой на плате телефона или полностью демонтируют микросхему и “накатывают” новые шарики с помощью трафарета.  Процесс  накатывания шаров на микросхему BGA называется реболлинг. На российских просторах этот термин  не прижился и у нас это называют просто “перекаткой”.

Подопытным кроликом у нас будет плата мобильного телефона.

Для того, чтобы легче было отпаивать “вот эти черные квадратики” на плате, мы воспользуемся инфракрасным преднагревателем или в народе “нижним подогревом”. Ставим на нем температуру  200 градусов по Цельсию и идем пить чай.  После 5-7 минут приступаем парировать нашего пациента.

Остановимся на BGA микросхеме, которая попроще. 

Теперь нам надо подготовить инструменты и химию для пайки. Нам никак не обойтись без трафаретов для различных BGA микросхем. Те, кто серьезно занимается ремонтами телефонов и компьютерной техники, знают, насколько это важная вещь. На фото ниже предоставлен весь набор трафаретов для мастера по ремонту мобильных телефонов.

Трафареты используются для “накатывания” новых шаров на подготовленные BGA микросхемы. Есть универсальные трафареты, то есть под любые BGA микросхемы. А есть также и специализированные трафареты под каждую микросхему.  В самом верху на фото мы видим специализированные трафареты. Внизу слева – универсальные. Если правильно подобрать шаг на микросхеме, то можно спокойно накатать шары на любой из них.

[quads id=1]

Для того, чтобы сделать реболлинг BGA микросхемы, нам нужны также вот такие простые инструменты и расходные материалы:

Здесь всем вам знакомый Flux-off. Подробнее про него и другую химию можно прочесть в статье Химия для электронщика. Flus Plus, паяльная паста Solder Plus (серая масса в шприце с синим колпачком) считается самой лучшей паяльной пастой в отличие от других паст. Шарики с ней получаются как заводские. Цена  на такую пасту дорогая, но она того стоит.  Ну, и конечно, среди всего прочего барахла есть также ценники (покупайте, чтобы они были очень липкие) и простая зубная щетка. Все эти инструменты нам понадобятся, чтобы сделать реболлинг простой BGA микросхеме.

Для того, чтобы не спалить элементы, расположенные рядом, мы их закроем термоскотчем.

Смазываем обильно микросхему по периметру флюсом FlusPlus

И начинаем прогревать феном по всей площади нашу BGA

Вот здесь и наступает самый ответственный момент при отпаивании такой микросхемы. Старайтесь греть на воздушном потоке чуть меньше среднего значения. Температуру повышайте буквально по пару градусов. Не отпаивается? Добавьте  немного жару, и главное НЕ ТОРОПИТЕСЬ! Минута, две, три… не отпаивается… добавляем жару.

Некоторые ремонтники любят трепаться “хахаха, я отпаиваю BGАшку за считанные секунды!”. Отпаивают то они отпаивают, но при этом не понимают, какой стресс получает отпаиваемый элемент и печатная плата, не говоря уже о близлежащих элементах. Повторю еще раз, НЕ ТОРОПИТЕСЬ, ТРЕНИРУЙТЕСЬ НА ТРУПАХ. НЕ ТОРОПИТЕСЬ срывать не отпаянную микросхему, это вам выйдет боком, потому как оборвете все пятаки под микросхемой! Пользуйтесь специальными устройствами для поднятия  микросхем. Их я находил на Али по этой ссылке.

И вот мы греем феном нашу микросхему

и заодно проверяем ее с помощью экстрактора для микросхем. Про него я писал еще в этой статье.

Готовая к поднятию микросхема должна “плавать” на расплавленных шариках, ну скажем… как кусочек мяса на холодце. Притрагиваемся легонько к микросхеме. Если она двигается и опять становится на свое место, то аккуратненько ее поднимаем с помощью усиков (на фото выше), Если же у вас такого устройства нет, то можно и пинцетом. Но будьте предельно осторожны! Не прикладывайте силу!

В настоящее время существуют также вакуумные  пинцеты для микросхем такого рода. Есть ручные вакуумные пинцеты, принцип действия у которых такой же, как и у Оловоотсоса

а есть также и электрические

У меня был ручной пинцет. Честно говоря, та еще какашка. Закоренелые ремонтники используют электрический вакуумник. Стоит только приблизить такой пинцет к микросхеме BGA, которая уже “плавает” на расплавленных шариках припоя, как он тут же ее подхватывает своей липучкой.

По отзывам, электрический вакуумный пинцет очень удобен, но мне  все-таки не довелось его использовать. Короче говоря, если надумаете, то берите электрический.

Но, вернемся все-таки к нашей микросхеме. Крохотным толчком я убеждаюсь, что шарики действительно расплавились, и плавным движением вверх переворачиваю BGA микросхему. Если рядом много элементов, то идеально было бы использовать вакуумный электрический пинцет или пинцет с загнутыми губками.

Ура, мы сделали это! Теперь будем тренироваться запаивать ее обратно :-).

Вот и начинается самый сложный процесс – процесс накатывания шариков и запаивания микросхемы обратно. Если вы не забыли – это называется перекаткой. Для этого мы должны подготовить место на печатной плате. Убрать оттуда весь припой, что там остался. Смазываем все это дело флюсом:

и начинаем убирать оттуда весь припой с помощью старой доброй медной оплетки. Я бы посоветовал марку Goot wick. Эта медная оплетка себя очень хорошо зарекомендовала.

Если расстояние между шариками очень малое, то используют медную оплетку. Если расстояние большое, то некоторые ремонтники не прибегают к медной оплетке, а берут жирную каплю припоя и с помощью этой капельки собирают весь припой с пятачков. Процесс снятия припоя с пятачков BGA  – очень тонкий процесс. Лучше всего на градусов 10-15 увеличить температуру жала паяльника. Бывает и такое, что медная оплетка не успевает прогреться и вырывает за собой пятачки. Будьте очень осторожны.

[quads id=1]

Дальше прыскаем туда Flux-off, чтобы очистить от нагара и лишнего флюса наше место под микросхему

и зашкуриваем с помощью простой зубной щетки, а еще лучше ватной палочкой, смоченной в Flux-Off.

Получилось как то так:

Если присмотреться, то видно, что некоторые пятачки я все таки оборвал (внизу микросхемы черные круги, вместо оловянных) Но! Не стоит расстраиваться, они, как говорится, холостые. То есть они не никак электрически не связаны с платой телефона и делаются просто для надежности крепления микросхемы.

[quads id=1]

Далее берем нашу BGAшку и убираем все лишние припойные шарики. В результате она должны выглядеть вот  так:

И вот начинается самое интересный и сложный процесс – накатывание шаров на микросхему  BGA. Кладем подготовленную микросхему на ценник:

Находим трафарет с таким же шагом шаров и закрепляем с помощью ценника микросхему снизу трафарета. Втираем в отверстия трафарета с помощью пальца паяльную пасту Solder Plus. Должно получиться как-то вот так:

Держим с помощью пинцета одной рукой пинцет, а в другой фен и начинаем жарить на температуре примерно 320 градусов на очень маленьком потоке всю площадь, где мы втирали пасту.  У меня не получилось сразу в двух руках держать и фотоаппарат и фен и пинцет, поэтому фотографий получилось маловато.

Снимаем готовую микросхему с трафарета и смазываем чуть флюсом. Далее пригреваем феном до расплавления шаров. Это  нам нужно, чтобы шарики ровнёхонько стали на свои места.

Смотрим, что у нас получилось в результате:

Блин, чуточку коряво. Одни шарики чуть больше, другие чуть меньше. Но все равно, это нисколько не помешает при запайке этой микросхемы обратно на плату.

Чуточку смазываем пятаки флюсом и ставим микросхему на родное место. Выравниваем края микросхемы с двух сторон по меткам. На фото ниже только одна метка. Другая метка напротив нее по диагонали.

И на очень маленьком воздушном потоке фена с температурой 350-360 градусов запаиваем нашу микрушку. При правильной запайке она должна сама нормально сесть по меткам, даже если мы чуток перекосили.

Где ключ у BGA микросхемы

Давайте разберем момент, когда  мы  вдруг забыли, как ставится микросхема. Думаю, у всех ремонтников была такая проблема ;-). Рассмотрим нашу микрушку поближе через  электронный микроскоп. В красном прямоугольнике мы видим кружок. Это и есть так называемый “ключ” откуда идет счет всех шариковых выводов BGA .

Ну вот, если вы забыли, как стояла микросхема на плате телефона, то ищем  схему на телефон (в интернете их пруд пруди),  в данном случае Nokia 3110С, и смотрим расположение элементов.

Опаньки! Вот теперь мы узнали, в какую сторону должен быть расположен ключик!

Кому лень покупать паяльную пасту (стоит она очень дорого), то  проще будет приобрести готовые шарики и вставлять их в отверстия трафарета BGA.

На Али я их находил целым набором, например здесь.

Заключение

Будущее электроники за BGA микросхемами. Очень большую популярность также набирает технология microBGA, где расстояние между выводами еще меньше! Такие микросхемы перепаивать уже возьмется не каждый). В сфере ремонта будущее за модульным ремонтом. В основном  сейчас все сводится к покупке какого-либо отдельного модуля, либо целого устройства. Не зря же смартфоны делают монолитными, где и дисплей и тачскрин уже идут в одной связке. Некоторые микросхемы, да и вообще целые платы заливают компаундом, который ставит на “нет” замену радиоэлементов и микросхем.

Микросхем | MIT Press

Ведущие нейробиологи обсуждают функцию микросхем, функциональных модулей, которые действуют как элементарные процессоры, соединяющие отдельные клетки с системами и поведением.

Микросхемы, функциональные модули, которые действуют как элементарные блоки обработки, соединяющие отдельные клетки с системами и поведением, могут обеспечить связь между нейронами и глобальной функцией мозга. Микросхемы предназначены для выполнения определенных функций; Примеры этих функциональных модулей включают корковые столбы в сенсорных кортиках, клубочки в обонятельных системах насекомых и позвоночных, а также сети, генерирующие различные аспекты моторного поведения.В этом томе Dahlem Workshop ведущие нейробиологи обсуждают, как микросхемы работают для соединения уровней отдельных клеток и систем, и сравнивают внутреннюю функцию микросхем с их подтипами ионных каналов, связностью и рецепторами, чтобы понять принципы конструкции и функции микросхем. .

Главы охватывают четыре основных области исследования микросхем: двигательные системы, включая локомоцию, дыхание и саккадические движения глаз; полосатое тело, самая большая входная станция базальных ганглиев; обонятельные системы и нервная организация клубочков; и неокортекс.За каждой главой следует групповой отчет - совместное обсуждение старших ученых.

авторов Лидия Алонсо-Нанкларес, Хагай Бергман, Мария Блатоу, Дж. Поль Болам, Ансгар Бюшгес, Антонио Капути, Жан-Пьер Чангути, Хавьер ДеФелипе, Карстен Дач, Поль Файнштейн, Стюарт Файрштейн, Ив Френьяк, Райнер В. Фридрих, К. Джованни Галиция, Энн М. Грейбил, Чарльз А. Грир, Стен Грилнер, Тадаши Иса, Оле Кин, Минору Кимура, Андерс Лансер, Жиль Лоран, Пьер-Мари Льедо, Вольфганг Маасс, Генри Маркрам, Дэвид А.Маккормик, Кристоф М. Мишель, Питер Момбертс, Ханна Моньер, Ханс-Иоахим Пфлюгер, Дитмар Пленц, Дитхельм В. Рихтер, Силке Саксе, Х. Себастьян Сунг, Кейт Т. Силлар, Джеффри С. Смит, Дэвид Л. Спаркс, Д. . Джеймс Сурмайер, Эёрс Сатмари, Джеймс М. Теппер, Джефф Р. Виккенс, Рафаэль Юсте

границ | Холинергическая модуляция кортикальных микросхем зависит от слоев: данные из мозга грызунов, обезьян и человека

Введение

Нейромодуляция неокортекса ацетилхолином (ACh) не только формирует развитие нейронных цепей, но также имеет решающее значение для сенсорного и когнитивного поведения, такого как сенсорное обнаружение, внимание, обучение и память (Dalley et al. , 2004; Хассельмо и Джокомо, 2006; Sarter et al., 2009). Из-за сильного воздействия холинергической модуляции неокортекса и его роли в нервно-психических расстройствах, крайне важно, чтобы мы понимали нейрональные и синаптические механизмы, лежащие в основе роли ACh в познании и функции неокортикальной микросхемы. Несмотря на то, что мы знаем, например, что передача холинергических сигналов в префронтальной коре (ПФК) участвует во внимании, очень мало известно о задействованных механизмах нейронных цепей.Как холинергические рецепторы, экспрессируемые определенными типами нейронов, способствуют сенсорной обработке, вниманию или рабочей памяти? Многие исследования подчеркивают устойчивые эффекты ACh, при которых ACh действует как медленный нейромодулятор, увеличивая возбудимость сетей (Picciotto et al., 2012). Однако ACh не только выполняет тонические нейромодулирующие роли, изменяя корковые состояния, но также опосредует специфические когнитивные операции (Howe et al., 2013). На уровне микросхем становится ясно, что ACh является не только медленным нейромодулятором, но и недавние данные показывают, что он может мгновенно изменять информационный поток с помощью прямых, быстрых двухточечных синапсов ACh, которые нацелены на определенные пирамидные нейроны и интернейроны и воздействуют на них. миллисекундные шкалы времени (Arroyo et al., 2014). Более того, недавние захватывающие открытия показывают, что холинергическая система базального переднего мозга (BF) может иннервировать неокортекс в пространственно более тонком масштабе, чем считалось ранее, что повышает вероятность того, что существует более мелкомасштабный контроль ACh, который не только придает специфичность для в масштабе области мозга, но даже в масштабе корковой пластинки. Наконец, недавние открытия холинергической модуляции неокортикальных микросхем человека предполагают, что эти механизмы существуют также в человеческом мозгу, что может побудить нас изменить наш взгляд на холинергическую систему как на просто медленно действующую систему возбуждения, на систему, которая включает в себя быстродействующие манипуляции. коркового информационного потока, важного для субсекундных когнитивных операций.В этом обзоре освещаются недавние данные, полученные из мозга грызунов, обезьян и человека, которые показывают, что холинергическая система в мозге млекопитающих действует в пространственно-временном масштабе, который намного более детализирован, чем считалось ранее.

Специфика холинергических проекций базальной части переднего мозга в неокортекс

Все области коры головного мозга человека содержат холинергические аксоны, но более высокая плотность холинергических аксонов существует в лимбических и паралимбических областях коры, таких как гиппокамп и миндалевидное тело, чем в первичной сенсомоторной и сенсорной ассоциативной коре головного мозга (Mesulam et al., 1992а, б; Смайли и др., 1997). Региональные вариации холинергической иннервации коры головного мозга человека, по-видимому, следуют за организацией систем обработки информации, с более низкой иннервацией в первичных сенсорных областях и увеличением иннервации в областях обработки более высокого порядка (Mesulam et al., 1992a). Как в головном мозге приматов, так и грызунов основная холинергическая иннервация неокортекса берет свое начало в BF (Woolf and Butcher, 2011; Mesulam, 2013). Кроме того, по всей коре имеются редкие локальные холинергические интернейроны, но до сих пор не установлено, действительно ли происходит высвобождение ACh из этих нейронов (von Engelhardt et al., 2007). Несколько ядер BF, содержащих холинергические нейроны, проецируются на корковые и подкорковые области-мишени. В мозге человека и нечеловека приматов были идентифицированы четыре области BF с холинергическими нейронами (Mesulam et al., 1983; Zaborszky et al., 2008; Mesulam, 2013), из которых базальное ядро ​​(NB) холинергических нейронов ( субстанция innominata (SI), Ch5) иннервирует неокортекс (Mesulam and Geula, 1988). Холинергические нейроны медиального ядра перегородки (Ch2), вертикальная часть диагональной ленты (Ch3) и горизонтальная часть диагональной ленты (Ch4) проецируются в гиппокамп, гипоталамус, обонятельную луковицу и другие области мозга (Mesulam, 2013). Как у приматов, так и у грызунов иннервация неокортекса холинергической системой BF организована топографически, что указывает на то, что функциональный контроль неокортикальной обработки холинергической системой BF может быть очень специфическим. В головном мозге макака холинергические нейроны, расположенные в разных частях NB, проецируются в разные области коры. Например, переднемедиальное подразделение Ch5 является основным источником холинергических входов в медиальные области коры, такие как поясная извилина; переднелатеральное подразделение Ch5 на лобно-теменную кору, оперкулярные области и ядра миндалины; промежуточное подразделение Ch5 на латеродорсальную лобно-теменную, перистриатную и средневисочную области; и задний отдел Ch5 на верхнюю височную и височно-полярную области (Mesulam et al., 1983).

В мозге грызунов существует подробная топографическая организация холинергических нейронов BF (Bigl et al., 1982; Lamour et al., 1982; Price and Stern, 1983; Gritti et al., 2003; Bloem et al., 2014). ; Zaborszky et al., 2015; Kondo, Zaborszky, 2016). Ранние исследования показали, что в головном мозге крысы большие, но дискретные области коры иннервируются небольшими группами холинергических нейронов BF. Холинергические нейроны в диагональной полосе Брока, как правило, иннервируют поясную и затылочную коры.Холинергические нейроны SI проецируются больше на лобную кору, тогда как холинергические клетки в бледном шаре, по-видимому, нацелены на височную и теменную коры (Lamour et al., 1982; Price and Stern, 1983; Rye et al., 1984). Более поздние исследования показывают, что также в более мелком масштабе, в таких областях мозга, как ПФК и парагиппокампальная кора, существует топографическая карта между холинергическими нейронами BF и неокортикальными областями (Bloem et al., 2014; Zaborszky et al., 2015; Kondo) и Заборский, 2016).Холинергические нейроны, которые иннервируют PFC, демонстрируют фронтально-каудальный градиент в расположении клеточных тел этих нейронов в BF. Используя подход антероградного вирусного мечения в головном мозге мышей, было обнаружено, что холинергические нейроны, расположенные в ростральных местах в BF, в частности в горизонтальной конечности диагональной полосы (HDB), иннервируют преимущественно ростральные и вентральные медиальные префронтальные области коры (mPFC). , тогда как каудо-латеральные нейроны в BF, такие как SI и NB, предпочтительно иннервируют дорсальные и каудальные области mPFC (Bloem et al., 2014). Эти отдельные области BF посылают проекции в неокортекс разными путями (Bloem et al., 2014), как было также показано на крысах (Saper, 1984; Luiten et al., 1987; Eckenstein et al., 1988). В головном мозге крысы при введении ретроградных индикаторов в переднюю часть поясной извилины (ACC), mPFC и орбитофронтальную кору топографическая организация холинергических проекций BF была менее выраженной. Примерно 60% нейронов в BF нацелены на более чем одну из этих областей, а двадцать процентов нейронов иннервируют все три области (Chandler and Waterhouse, 2012; Chandler et al., 2013; Заборски и др., 2015). Очевидное несоответствие в топографической организации BF мыши и крысы, вероятно, является результатом ретроградного и антероградного методов отслеживания. Методы ретроградного отслеживания могут показать, что нейроны проецируются в определенную область мозга, но они не могут определить плотность проекции. Напротив, плотность проекции может быть определена с использованием антероградного подхода (Bloem et al., 2014). Введение антероградного индикатора в крупноклеточное преоптическое ядро ​​(MCPO) и SI у крыс (Henny and Jones, 2008) было показано, что мечение было наиболее сильным в инфралимбическом (IL) PFC.Это указывает на то, что топографическое отображение холинергических нейронов BF в PFC обнаруживается с учетом плотности иннервации (Wouterlood et al., 2014). Т.о., хотя нейроны BF в головном мозге грызунов часто проецируются на несколько регионов PFC, они предпочтительно иннервируют разные регионы в зависимости от их местоположения в BF (Bloem et al. , 2014).

Традиционно анатомия холинергической системы BF изучалась с помощью ретроградного мечения, например, инъекций пероксидазы хрена (HRP) в области-мишени неокортекса или окрашивания антителами на холинацетилтрансферазу (ChAT) или ацетилхолинэстеразу (AChE; Lamour et al., 1982; Рай и др., 1984; Месулам, 2013). С помощью этих подходов практически невозможно установить, нацелены ли отдельные холинергические нейроны BF на определенные корковые слои. Используя стратегию антероградной вирусной маркировки, основанную на cre-рекомбиназе-зависимой экспрессии GFP / YFP у трансгенных мышей ChAT-cre, можно решить эту проблему (Wouterlood et al., 2014), и мы недавно обнаружили, что разные места в BF специфически иннервируют поверхностную или глубокую пластинку ПФК (Bloem et al., 2014). В поверхностных слоях 1–3 было обнаружено заметное различие между разными участками инъекции, особенно в прелимбической (PL), IL и вентральной части PFC передней поясной извилины. Холинергические нейроны в ростральной части BF проецируют волокна как на поверхностные, так и на глубокие слои mPFC. Напротив, холинергические нейроны в каудальных частях BF преимущественно проецируются в глубокие слои mPFC и почти не иннервируют поверхностные слои (Bloem et al., 2014). Это предполагает, что две отдельные популяции нейронов BF посылают холинергические проекции в PL, IL и ACv, одна из которых иннервирует все слои, а другая выборочно воздействует на глубокие слои.

В головном мозге мышей холинергические волокна перемещаются по четырем маршрутам от BF (медиальный, перегородочный, внутренняя капсула и латеральный) к кортикальным мишеням (Bloem et al., 2014). Холинергические волокна входят в неокортекс либо через слой 1, либо через слой 6. Интересно, что волокна, выходящие из ростральных частей, демонстрируют большое количество волокон, идущих медиальным путем, и более сильную иннервацию поверхностных слоев mPFC. Каудальные холинергические нейроны не посылают проекции через медиальный путь и проникают в неокортекс через слой 6, преимущественно нацеливаясь на глубокие слои. Эти специфические профили проекций холинергических нейронов в разных местах BF могут подчеркивать функциональные различия между ростральными и каудальными регионами BF и путями, иннервирующими кору через L1 и L6.

Подобно холинергической системе от BF к PFC, топографическая организация также имеет место между BF и парагиппокампальной корой (Kondo and Zaborszky, 2016). BF посылает дополнительные проекции в периринальную, постринальную и энторинальную кору. Периринальная и постринальная кора головного мозга получают холинергические проекции преимущественно из каудальных областей BF: каудального шара и SI и HDB.Напротив, ростральная часть BF, включая медиальную перегородку и вертикальную конечность диагональной полосы, а также от энторинальной коры HDB, посылает проекции как в латеральную, так и в медиальную энторинальную кору. Холинергические нейроны, выступающие в медиальную и латеральную энторинальную кору головного мозга, демонстрируют четкую топографию HDB. Неизвестно, демонстрируют ли эти холинергические проекции какую-либо послойную специфику иннервации парагиппокампальных областей коры головного мозга, но физиологические холинергические реакции в энторинальной коре головного мозга мышей являются послойно-специфическими (Tu et al., 2009).

Новые подходы, такие как iDISCO, которые позволяют получить объемную визуализацию всей холинергической сети в очищенной ткани мозга, возможно, помогут в ближайшем будущем получить более глубокое понимание топографии холинергических проекций в коре головного мозга (Renier et al., 2014).

Синаптическая и несинаптическая модуляция микросхем неокортекса

Классический взгляд на передачу холинергических сигналов в коре головного мозга состоит в том, что это медленная и неспецифическая, наиболее вероятная передача объема (Sarter et al., 2009; Коппола и др., 2016). До того, как стали доступны оптогенетические инструменты для избирательной активации холинергических волокон в неокортексе, действительно существовало очень мало примеров быстрой холинергической синаптической передачи в корковых областях. Интернейроны в гиппокампе грызунов обнаруживают холинергические быстрые синаптические ответы, опосредованные никотиновыми рецепторами ACh (Alkondon et al., 1998; Frazier et al., 1998). Эта редкость функциональных холинергических синапсов в неокортексе была неожиданной, поскольку исследования с помощью электронной микроскопии выявили множество примеров в коре головного мозга грызунов и приматов синаптических структур, которые были положительны в отношении синтезирующего АХ фермента холинацетилтрансферазы (ChAT).В поясной коре головного мозга крысы 15% холинергических варикозов аксонов образовывали идентифицируемые синапсы (Umbriaco et al., 1994). В ПФК обезьян синапсы были идентифицированы в 40% случаев варикозного расширения холинергических аксонов (Mrzijak et al., 1995). В коре головного мозга человека 67% всех варикозных заболеваний сформировали идентифицируемые синаптические специализации (Smiley et al., 1997). Это может свидетельствовать о том, что у приматов, и в частности в неокортексе человека, прямая холинергическая синаптическая передача от точки к точке более распространена, чем в коре головного мозга грызунов.

С оптогенетической активацией холинергических проекций BF в кору головного мозга теперь ясно, что передача сигналов ACh может происходить функционально через прямые, двухточечные быстрые синапсы в коре (Letzkus et al., 2011; Arroyo et al., 2012; Bennett et al., 2012; Kimura et al., 2014; Hay et al., 2016; Verhoog et al., 2016). Оптогенетическая активация проекций BF вызывает заграждения тормозных синаптических входов в пирамидные клетки 2/3 слоя (L), опосредованные никотиновыми ацетилхолиновыми рецепторами (nAChRs; Arroyo et al., 2014). Очень немногие пирамидные нейроны в L2 / 3 экспрессируют nAChR (Poorthuis et al., 2013a), а оптогенетическая активация холинергических волокон вызывает быстрые синаптические входы в небольшой части пирамидных нейронов L2 / 3 (Verhoog et al., 2016). Активация волокон BF вызывает ответы в определенных корковых интернейронах. Клетки L1 и клетки L2 / 3 FS демонстрируют смешанные ответы с быстрым и медленным компонентами (Letzkus et al., 2011; Arroyo et al., 2012; Verhoog et al., 2016). ACh генерировал деполяризующие токи, опосредованные смешанной популяцией nAChR (Arroyo et al., 2012). Медленный компонент блокировался дигидро-β-эритроидином (DHβE), блокатором не-α7 * nAChR. Быстрый компонент был чувствителен к блокатору α7 * nAChR метилликаконитину (MLA) как в L1, так и в 2/3 интернейронах. Ингибирующий барьер на пирамидных нейронах L2 / 3, скорее всего, зависел от компонента медленного тока (Arroyo et al., 2012), так как он блокировался DhβE. Большая вариабельность быстрого компонента поддерживает прямую синаптическую передачу ACh, опосредованную синаптическими α7 * -nAChR.Амплитуда и кинетика быстрого тока не чувствительны к пробою АХ (Bennett et al., 2012; Arroyo et al., 2014). Напротив, медленный компонент имел меньшую вариабельность от исследования к исследованию и изменялся при распаде ACh. Таким образом, медленный компонент включает диффузию ACh на расстояние, активируя внесинаптические α4β2 * nAChR. Быстрые nAChR EPSC возникают в результате прямой передачи через синаптические или перисинаптические α7 * AChRs (Arroyo et al., 2012, 2014). Удивительно, но оптогенетическая активация холинергических волокон BF одиночными короткими световыми импульсами запускала синаптические ответы в неокортикальных цепях, которые были опосредованы исключительно никотиновыми AChR, а не mAChR (Letzkus et al., 2011). Это контрастирует с быстрым холинергическим контролем ретикулярных нейронов в таламусе, где активация никотиновых и мускариновых ответов приводит к быстрой двухфазной модуляции мембранного потенциала (Sun et al., 2013; Beierlein, 2017). Однако при более продолжительной активации проекций BF в течение секунд мускариновые рецепторы задействованы в интернейронах L2 / 3 зрительной коры, что вместе с активацией никотиновых рецепторов интернейронов снижает потенциал действия в пирамидных нейронах, который изменяет зрительные реакции (Kimura et al. , 2014). Эти эксперименты демонстрируют, что интернейроны L1 и L2 / 3 получают как прямые, так и диффузные холинергические входы в сенсорные области коры, с помощью которых холинергическая система управляет обработкой неокортекса во временных масштабах от миллисекунд до минут (Arroyo et al., 2014). Таким образом, холинергический контроль гораздо более детерминирован, и их синаптические проекции вызывают надежные и точные постсинаптические ответы.

Прямая холинергическая синаптическая передача также обнаруживается в глубоких слоях неокортекса.Когда входы BF активируются ChR2, префронтальные кортикальные пирамидные нейроны L6 обнаруживают входящий ток, который опосредуется никотиновыми AChR (Hay et al., 2016; Verhoog et al., 2016). Как и в случае L1, блокаторы мускариновых рецепторов не влияли на этот ток. Ток не опосредуется быстрой субъединицей α7 *, содержащей nAChR, но полностью блокируется блокаторами рецепторов не-α7 * nACh (Hay et al., 2016). Медленная кинетика тока напоминала кинетику β2 * nAChRs, наблюдаемую в интернейронах L1, что может указывать на активацию внесинаптических рецепторов.Однако кинетика начала и амплитуда этих токов не были чувствительны к деградации ACh. Кроме того, в условиях низкой вероятности высвобождения кинетика ответа не изменилась. Наконец, чувствительные пирамидные нейроны L6 были тесно связаны холинергическим варикозом. Таким образом, авторы пришли к выводу, что проекции BF на пирамидные нейроны L6 создают синапсы, оснащенные β2 * nAChRs (Hay et al., 2016).

Из этих исследований вырисовывается картина, что в неокортексе существует как прямая холинергическая синаптическая передача, так и тоническая холинергическая передача, которая зависит от режимов возбуждения потенциала действия нейронов BF.При низких скоростях активации рекрутируются только никотиновые AChR, которые преимущественно расположены в синапсах. Повторяющаяся активность холинергических нейронов BF задействует внесинаптические рецепторы α4β2 * nAChR, а также мускариновые рецепторы посредством спилловера (Kimura et al. , 2014; Hay et al., 2016). Таким образом, в неокортексе никотиновая двухточечная синаптическая передача преобладает при низкой скорости возбуждения нейронов BF, в то время как тонический внесинаптический режим холинергической передачи сигналов с низкой временной точностью будет происходить при более высоких, устойчивых частотах разряда нейронов BF (Kimura et al. ., 2014; Hay et al., 2016).

Холинергическая модуляция микросхем неокортекса зависит от слоев

AChR в большом количестве экспрессируются в неокортексе приматов, а также грызунов (Metherate, 2004; Zilles et al., 2004; Poorthuis and Mansvelder, 2013; Thiele, 2013). И мускариновые, и никотиновые AChR изменяют электрическую активность клеток-мишеней и могут активировать внутриклеточные сигнальные каскады (Dajas-Bailador and Wonnacott, 2004; Gulledge and Stuart, 2005; Intskirveli and Metherate, 2012; Thiele, 2013; Yakel, 2013), несмотря на наличие разных рецепторов. механизмы.Никотиновые AChR образуют пентамерные ионотропные рецепторы и являются частью суперсемейства рецепторов cystine-loop, которые проводят натрий, калий и кальций и деполяризуют мембранные потенциалы (Gotti et al., 2006; Changeux, 2012). Мускариновые AChR представляют собой рецепторы, связанные с G-белком, которые активируют внутриклеточные сигнальные каскады, которые могут приводить к гиперполяризации, деполяризации или их комбинации (Bubser et al., 2012; Dasari et al., 2017). Из мускариновых холинергических рецепторов с M1 по M5 в основном M1, M2 и M4 экспрессируются в неокортексе (Levey et al., 1991; Bubser et al., 2012), хотя экспрессия M4 значительно ниже, чем у первых двух. В неокортексе грызунов иммунореактивное окрашивание мускариновых рецепторов показывает сильные ламинарные структуры (Levey et al., 1991). Иммунореактивность M1 присутствовала в большинстве кортикальных нейронов и была особенно высокой в ​​L2 / 3 и L6. Белок M2 был плотным в L4 и на границе L5 / 6. Иммунореактивность M4 была локализована в L2 / 3, L4 и L5. В неокортексе человека самые высокие плотности mAChR M1 и M2 наблюдались в поверхностных слоях большинства областей коры (обзор Wevers, 2011).

Мускариновые и никотиновые AChRs также обнаруживают сильную зависимость слоев в типах клеток, с помощью которых они экспрессируются (Gulledge et al., 2007; Poorthuis et al., 2013a). Пирамидные клетки человека экспрессируют mAChR M1 и M2. Белок M2 был локализован на апикальных дендритах и ​​телах больших пирамидных клеток и их дендритах в L2 / 3 и L5 (Wevers, 2011). Пирамидные клетки L5 коры грызунов демонстрируют двухфазный ответ на ACh, который опосредуется рецепторами M1 (McCormick and Prince, 1985; Xiang et al., 1998; Галледж и Стюарт, 2005; Gulledge et al., 2009; Дасари и др., 2017). У крыс передача холинергических сигналов через M1 mAChRs в неокортикальных пирамидных нейронах довольно неоднородна при сравнении префронтальной, соматосенсорной и зрительной коры (Gulledge et al., 2007). M1 mAChR ингибируют пирамидные нейроны L5 во многих областях коры через активацию апамин-чувствительной кальций-активируемой калиевой проводимости SK-типа, и это было наиболее устойчиво в нейронах PFC L5. Пирамидные нейроны в L2 / 3 меньше отвечали на ACh (Gulledge et al., 2007). После опосредованного M1 ингибирования пирамидные нейроны L5 крысы и мыши демонстрируют длительную деполяризацию, которая также блокируется антагонистами M1 (Dasari et al., 2017). Фазовое введение ACh гиперполяризует эти нейроны, тогда как тоническое присутствие ACh имеет противоположные эффекты (Gulledge et al., 2007). Устойчивая активация mAChR заставляет префронтальные кортикальные пирамидные нейроны и интернейроны к ритмической активности, которая зависит от слоя: поверхностные пирамидные нейроны L2 / 3 синхронизируют возбуждение с более высокими частотами, чем глубокие пирамидные нейроны L6 (van Aerde et al., 2009). Пирамидные нейроны L5 могут гибко синхронизировать свои потенциалы действия с активацией пирамидных нейронов L2 / 3 или L6.

Холинергическая модуляция может подавлять активацию потенциала действия пирамидных нейронов в поверхностных кортикальных слоях за счет усиления ГАМКергического ингибирования через nAChR и mAChR (Kimura and Baughman, 1997; Disney et al. , 2012; Alitto and Dan, 2013; Soma et al., 2013; Кимура и др., 2014). У грызунов нанесение ACh на интернейроны с небыстрыми пиками (non-FS) в слоях 2/3 и 5 вызывает смешанные ответы, опосредованные мускариновыми и никотиновыми AChR.Быстрые шипы (FS) интернейронов в неокортексе грызунов обычно не обнаруживают мускариновых ответов (Gulledge et al., 2007), но видовые различия здесь велики. Более 75 процентов PV-иммунореактивных нейронов зрительной коры у макак, людей и морских свинок экспрессируют mAChR M1 (Disney and Reynolds, 2014). Напротив, у крыс только 25% популяции PV зрительной коры иммунореактивны в отношении M1 mAChR. Подобно коре головного мозга грызунов, промежуточные нейроны без ЛВ в неокортексе приматов также экспрессируют mAChR M1 (Disney et al., 2014). M2 mAChR обычно экспрессируются в аксонах интернейронов неокортекса (Disney et al., 2006).

Никотиновые AChRs высоко экспрессируются во всех областях неокортекса (Metherate, 2004; Millar and Gotti, 2009). Различные типы клеток экспрессируют различные субъединицы nAChR в зависимости от коркового слоя, в котором они находятся. В дополнение к субъединицам α4, β2 и α7, которые являются наиболее распространенными субъединицами неокортикального nAChR, дополнительная субъединица α5 высоко экспрессируется в неокортексе (Millar and Gotti, 2009). ; Counotte et al., 2012; Poorthuis et al., 2013a; Тиан и др., 2014). В большинстве областей коры субъединицы α5 преимущественно экспрессируются в глубоких кортикальных слоях (Wada et al., 1990; Tian et al., 2014), а экспрессия субъединиц α5 намного ниже в поверхностных слоях (Winzer-Serhan and Leslie, 2005; Poorthuis и Mansvelder, 2013; Poorthuis et al., 2013b). Как в неокортексе мыши, так и человека пирамидные нейроны в слое 2/3 практически никогда не экспрессируют нАХР: более 90% из них лишены токов нАХР (Рисунки 1A, B; Poorthuis et al., 2013а; Verhoog et al., 2016). Пирамидные нейроны грызунов L5 демонстрируют быстрые токи nAChR при применении ACh, опосредованные α7-содержащими nAChR, тогда как пирамидные нейроны L6 экспрессируют субъединицы β2 и α5, содержащие nAChR, которые вызывают устойчивые внутренние токи, которые могут управлять возбуждением потенциала действия (Kassam et al. , 2008 ; Poorthuis et al., 2013a; Verhoog et al., 2016). Пирамидные нейроны L6 человека также экспрессируют эти nAChR и сильно ими возбуждаются (Рисунки 1B, D). Интересно, что у курильщиков амплитуда токов nAChR в пирамидных нейронах L6 была значительно больше, чем у некурящих (Verhoog et al., 2016). Возбуждающие таламокортикальные входы в пирамидные нейроны L5 сильно увеличиваются за счет активации пресинаптических, аксональных β2-содержащих nAChR, как в сенсорных областях коры (Lambe et al., 2003; Metherate, 2004; Kawai et al., 2007; Poorthuis et al., 2013а). На возбуждающие входы в пирамидные нейроны L6 не влияет активация nAChR (Kassam et al., 2008; Poorthuis and Mansvelder, 2013). Общая активация префронтальной кортикальной сети определяется β2-содержащими nAChR и специфична для слоя с наиболее выраженной активацией нейронов в L6, в то время как в поверхностных слоях nAChR специфически усиливают ингибирующую передачу сигналов (Poorthuis et al., 2013а).

Рисунок 1 . Холинергические реакции в неокортексе взрослого человека зависят от клеточного типа и пластинки. (A) Слева: пример реконструкции меченного биоцитином пирамидного нейрона L2 / 3 человека. Справа: изменения мембранного потенциала не произошло в ответ на местное нанесение (вдыхание) 1 мМ ацетилхолина (Ach; ​​зеленая полоса, 30 с). (B) Слева: пример реконструкции меченного биоцитином пирамидного нейрона L6 человека. Справа: примеры отсутствия изменения мембранного потенциала (вверху) и деполяризации (внизу) в ответ на локальное применение 1 мМ ACh (зеленая полоса, 30 с). (C) Примеры меченных биоцитином интернейронов человека с профилями возбуждения потенциала действия в ответ на введение ступенчатого тока и реакциями напряжения или тока на местное применение 1 мМ ACh (зеленая полоса, 30 с). Серые следы регистрировались в присутствии блокаторов никотиновых ацетилхолиновых рецепторов (nAChR) мекамиламина (MEC, средние следы, 1 мкМ) или дигидро-b-эритроидина гидробромида (DHβE, нижние следы, 1 мкМ). (D) Обзор функциональной экспрессии никотинового AChR в пирамидных нейронах и прогнозируемой экспрессии в интернейронах в различных пластинках височной коры головного мозга человека.Данные представляют собой отредактированные версии ранее опубликованных результатов (Alkondon et al., 2000; Verhoog et al., 2016).

Неокортикальные интернейроны мыши и человека экспрессируют функциональные никотиновые AChR (Рисунки 1C, D; Alkondon et al., 2000; Alkondon and Albuquerque, 2004; Poorthuis et al., 2013a). У мышей PFC интернейроны с быстрым выбросом не экспрессируют рецепторы β2. Однако, в отличие от клеток с быстрым выбросом в L6, парвальбумин-положительные клетки с быстрым выбросом в L2 / 3 mPFC действительно экспрессируют α7-содержащие рецепторы nAChR (Xiang et al., 1998; Gulledge et al., 2007; Poorthuis et al., 2013a). Поскольку интернейроны PV нацелены на перисоматические компартменты пирамидных нейронов, α7-содержащие nAChRs могут регулировать прямое ингибирование (Tierney et al., 2004; Rotaru et al., 2005). Экспрессирующие соматостатин клетки Мартинотти в mPFC регулируются β2 * nAChR и, следовательно, частично могут объяснять сильное ингибирование пирамидной сети, наблюдаемое во время стимуляции никотиновых рецепторов (Gulledge et al., 2007; Poorthuis et al., 2013a), что может служить для тонкой настройки обработки синаптических входов, поступающих на дистальные дендриты пирамидных нейронов.

В сенсорных областях коры, таких как слуховая и зрительная кора, VIP-положительные нейроны в поверхностных слоях рекрутируются холинергическими входами, которые активируют никотиновые AChR (Porter et al., 1999; Letzkus et al., 2011; Bennett et al., 2012). ; Poorthuis et al., 2014). Интернейроны, не содержащие быстрых пиков (NFS), образуют гетерогенную группу интернейронов и половина из них экспрессируют β2-содержащие nAChRs, иногда сопровождаемые α7-содержащими nAChRs (Poorthuis et al., 2013a). Экспрессия β2-содержащих nAChR этого типа клеток была обнаружена во всех кортикальных слоях, что указывает на то, что они выполняют сходные роли в этих микросхемах для точной настройки пирамидной функции. Поскольку VIP-положительные интернейроны преимущественно ингибируют соматостатин-положительные и PV-положительные интернейроны, nAChR могут усиливать как ингибирующие, так и тормозящие сигналы пирамидным нейронам неокортекса. Явления усиленного ингибирования и повышенного растормаживания за счет активации никотинового AChR наблюдались как у мышей, так и в неокортексе человека (Alkondon et al., 2000).

Холинергические рецепторы, таким образом, занимают отличные позиции для быстрой модуляции различных мотивов тормозной цепи (Tremblay et al., 2016): торможение с прямой связью, латеральное торможение и растормаживание. Таким образом, распределенный ламинарный паттерн экспрессии никотиновых и мускариновых рецепторов может способствовать специфическим и мгновенным изменениям направления информационного потока в корковых цепях (Xiang et al., 1998; Gulledge et al., 2007; Poorthuis et al., 2013a). Это будет зависеть от коркового слоя, в котором они расположены, и временного паттерна, по которому эти рецепторы активируются, но может происходить в масштабе времени от миллисекунд до минут.

Послойно-зависимая модуляция кортикальной синаптической пластичности

Холинергическая модуляция корковых цепей головного мозга не ограничивается временными изменениями клеточной и синаптической активности. Как краткосрочная, так и долгосрочная синаптическая пластичность может быть изменена активацией холинергических рецепторов входами BF. Клеточное и субклеточное расположение холинергических рецепторов не только влияет на возбудимость нейронных цепей, но также определяет, как холинергические входы влияют на пластичность глутаматергических синапсов (Verhoog et al., 2016). Напр., NAChR, содержащие субъединицы α5, экспрессируемые в пирамидных нейронах L6, регулируют кратковременную пластичность глутаматергических синапсов L6 (Hay et al., 2016). Никотиновые AChR на пресинаптических окончаниях временно увеличивают высвобождение синаптического глутамата (McGehee et al., 1995; Gray et al. , 1996), а пресинаптические α7-субъединицы nAChR с высокой проницаемостью для кальция вызывают долгосрочное усиление глутаматергических синапсов в нескольких областях мозга. (Mansvelder, McGehee, 2000; Гу, Якель, 2011).

Модуляция синаптической пластичности мускариновыми рецепторами была обнаружена в контурах гиппокампа. Низкие концентрации агонистов mAChR могут модулировать пластичность глутаматергических синапсов пирамидных нейронов гиппокампа (Shinoe et al., 2005) путем ингибирования калиевых каналов (Buchanan et al., 2010). M1 mAChR непосредственно возбуждает пирамидные нейроны CA1 и индуцирует устойчивое усиление глутаматергических синапсов в пирамидных нейронах CA1 (Dennis et al., 2016). Могут ли эти мускариновые механизмы также модулировать синаптическую пластичность в неокортексе, еще предстоит установить.Пластичность, зависящая от времени спайков, изменяется за счет рекрутирования mAChRs и пресинаптических nAChRs (Ji et al., 2001; Ge and Dani, 2005; Gu and Yakel, 2011). Активность nAChR изменяет пластичность в двух направлениях, а знак синаптического изменения зависит от времени и локализации активации nAChR. Дендритные α7 nAChR повышают краткосрочную пластичность до долговременной. Когда nAChRs на соседних интернейронах активируются, пластичность блокируется (Ji et al., 2001). В L6 энторинальной коры нАХР, отличные от α7, также могут усиливать кратковременную или долгосрочную потенциацию (Tu et al., 2009), но механизмы и расположение nAChR еще предстоит выяснить.

За последнее десятилетие мы обнаружили, что в ПФК грызунов правила индукции пластичности глутаматергических синапсов изменяются холинергическими входами от BF в зависимости от кортикальных слоев, в результате специфической для слоя и клеточного типа экспрессии nAChR. (Couey et al., 2007; Goriounova, Mansvelder, 2012; Verhoog et al., 2016). Недавно мы идентифицировали аналогичные механизмы в неокортексе человека: специфичные для кортикальной пластинки распределения nAChR вызывают противоположные манипуляции синаптической пластичностью с помощью ACh в поверхностных и глубоких слоях (Рисунок 2; Verhoog et al. , 2016).

Рисунок 2 . В неокортексе взрослого человека ACh изменяет долговременную синаптическую пластичность глутаматергических синапсов в противоположных направлениях в поверхностном и глубоком слоях. Вверху слева: пирамидные нейроны L2 / 3 неокортекса взрослого человека в контрольных условиях (незакрашенный серый квадрат) и эксперименты, в которых ACh присутствовал в ванне во время индукции долгосрочной потенциации (спаривание пре- и постсинаптической активности, пустой зеленый кружок). Вверху, в середине: верхние кривые: пример формы волны ВПСП, записанной во время базовой линии (светлый цвет) и 20–25 мин.после спаривания (темный цвет) для экспериментов с tLTP с и без ACh, присутствующего в ванне во время спаривания. Горизонтальная шкала: 30 мс; вертикальное масштабирование, как показано ниже. Нижние следы: изменение мембранного потенциала в течение периода спаривания (серое затенение) относительно базовой линии для экспериментов, в которых ACh был вымыт во время спаривания. Шкала шкалы, 3 мВ, 2 мин. Вверху справа: сводная гистограмма, показывающая изменение наклона EPSP в экспериментах с контрольными LTP и ACh LTP в нейронах L2 / 3 человека. Внизу, как на верхнем рисунке, показаны пирамидные нейроны L6 человека, несущие nAChR.Обратите внимание, что в отличие от L2 / 3, в L6 долговременная потенциация глутаматергических синапаз человека увеличивается с помощью ACh (* p ≤ 0,05). Рисунок модифицирован из Verhoog et al. (2016), разрешение не требуется.

В ПФК грызунов, несмотря на сильную модуляцию nAChR возбуждающих входов таламуса (Lambe et al., 2003; Couey et al., 2007; Poorthuis et al., 2013a), тормозная синаптическая передача увеличивается, а возбудимость L2 / 3 и пирамидный нейрон L5 восстанавливается nAChR, расположенными на ГАМКергических интернейронах.Активация этих nAChR на интернейронах входами BF подавляет долгосрочную потенциацию глутаматергических синапсов за счет снижения передачи сигналов кальция в дендритах пирамидных нейронов L2 / 3 и L5 (Couey et al. , 2007; Goriounova and Mansvelder, 2012; Verhoog et al., 2016). Эти механизмы также присутствуют в коре островков грызунов (Sato et al., 2017). В отличие от поверхностных слоев, nAChR не модулируют ингибирующую ГАМКергическую и возбуждающую глутаматергическую передачу в пирамидных нейронах L6. Вместо этого пирамидные нейроны L6 напрямую активируются постсинаптическими nAChR (Kassam et al., 2008; Bailey et al., 2012; Poorthuis et al., 2013a). Активация этих постсинаптических nAChRs на пирамидных нейронах L6 путем высвобождения ACh из входов BF увеличивает глутаматергическую синаптическую пластичность за счет увеличения притока кальция в дендриты пирамидных нейронов (Verhoog et al., 2016). Таким образом, в L6 глутаматергическая синаптическая пластичность модулируется в противоположном направлении от поверхностных слоев эндогенным ACh, который противоположно модулирует дендритные кальциевые сигналы в пирамидных нейронах поверхностного и глубокого слоев.Эти механизмы также существуют в человеческом мозге: экспрессия nAChR, специфичная для кортикальной пластинки, вызывает противоположную холинергическую модуляцию синаптической пластичности в поверхностных и глубоких слоях (Рисунок 2). Таким образом, функциональная организация модуляции кортикальной микросхемы холинергической системой, скорее всего, сходна в неокортексе грызунов и человека (Verhoog et al., 2016).

В ПФК грызунов быстрые синаптические холинергические синаптические входы, опосредованные nAChR, содержащими субъединицы β2 и α5, принимаются пирамидными нейронами L6 (Hay et al., 2016), и эти входы могут усиливать синаптическую пластичность (Verhoog et al., 2016). Поскольку отдельные ядра BF преимущественно нацелены на поверхностные или глубокие слои (Bloem et al., 2014), отдельные популяции холинергических нейронов BF могут иннервировать поверхностные интернейроны и пирамидные нейроны L6. Комбинация клеточного типа и специфического для ламины распределения кортикальных nAChR, участвующих в синаптической передаче ACh (Poorthuis et al. , 2013a; Arroyo et al., 2014; Hay et al., 2016), позволяет точно определить пространственное и временное распределение. контроль корковой сигнализации и пластичности холинергических нейронов BF.

Заключение и дальнейшие направления

Таким образом, данные представляют нам картину холинергической модуляции коры головного мозга, которая гораздо более точна, чем считалось ранее, как в пространственном, так и во временном масштабе. Из различных ретроградных и антероградных анатомических методов теперь становится ясно, что холинергическая система BF специфически воздействует на субрегионы областей мозга, как в префронтальных кортикальных субзонах, так и в ринальных корковых субзонах (Bloem et al., 2014; Кондо, Заборский, 2016). Основываясь на топографическом расположении холинергических нейронов, нацелены не только определенные части областей мозга, но также отчетливо иннервируются поверхностные и глубокие корковые слои. Как неокортикальные пирамидные, так и интернейроны могут получать быстрые холинергические синапсы точка-точка, которые используют никотиновые AChR. Внесинаптические никотиновые и мускариновые AChR преимущественно рекрутируются во время повторной активации холинергических нейронов BF. Таким образом, могут быть вызваны как конкретные быстрые изменения активности микросхемы в миллисекундном масштабе времени, так и изменения коркового состояния, которые длятся минуты или более.Поразительное наблюдение, что в неокортексе человека 67% холинергических варикозных расширений формируют синаптические специализации (Smiley et al., 1997), в отличие только от 15% в неокортексе грызунов (Umbriaco et al., 1994), может указывать на то, что прямая точка-точка Точечная холинергическая синаптическая передача широко распространена в коре головного мозга человека, но это требует дальнейших исследований. Как в неокортикальных микросхемах грызунов, так и человека, специфическое распределение никотиновых и мускариновых веществ по типу клеток поддерживает послойную модуляцию мотивов цепей и синаптическую пластичность. Хотя неокортекс человека демонстрирует структурное сходство с неокортексом грызунов, в последние годы было обнаружено множество разительных различий в клеточной и синаптической структуре и функциях (подробно представлено в таблице 1, Molnár et al., 2008; Verhoog et al., 2013; Testa-Silva et al., 2014; Mohan et al., 2015; Eyal et al., 2016). Тот факт, что специфичный для слоев паттерн экспрессии nAChR лежит в основе отчетливой холинергической модуляции глутаматергической синаптической пластичности в неокортексе человека (Verhoog et al., 2016), повышает вероятность того, что и в человеческом мозге холинергическая модуляция обработки корковой информации может действовать в очень подробном масштабе как в корковом пространстве, так и во времени. Потребуются новые подходы, чтобы проверить, превалирует ли функциональная быстрая холинергическая передача в неокортексе человека, как предполагает ультраструктурный анализ.

Таблица 1 . Межвидовое сравнение холинергической системы неокортекса.

Открытие того, что ACh может действовать как в медленном масштабе времени, так и в быстрой синаптической передаче, как в режиме объемной передачи, так и на уровне холинергических синапсов точка-точка, расширяет наши взгляды на то, как ACh может модулировать функцию микросхем в коре головного мозга.Новые оптогенетические подходы in vivo и должны проверить роль этих различных режимов передачи сигналов в поведении. Активация или подавление холинергических проекций в быстрой временной шкале должно дать нам возможность понять, как это соотносится с вниманием и производительностью памяти. Разделение вкладов быстрых и медленных режимов передачи сигналов также может дать новый взгляд на расстройства, при которых нарушается передача холинергических сигналов, таких как болезнь Альцгеймера. Связывание Aβ с α7 нАХР (Nagele et al., 2002; Lamb et al., 2005; Gu and Yakel, 2011) могут по-разному влиять на синаптические и более медленные холинергические режимы передачи сигналов.

Авторские взносы

HDM задумал сюжетную линию обзора. JO, MVB, AL и HDM внесли свой вклад в написание рукописи. JO сделал Рисунок 1, MBV сделал Рисунок 2. Все авторы прокомментировали текст и рисунки.

Финансирование

HDM получила финансирование на эту работу от Нидерландской организации научных исследований (Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek, NWO; грант VICI), Европейского исследовательского совета (ERC) StG «BrainSignals», EU h3020 (номер соглашения.604102 «Проект человеческого мозга»).

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Список литературы

Алкондон, М., и Альбукерке, Э. X. (2004). Подтипы никотиновых рецепторов ацетилхолина и их функции в гиппокампе и коре головного мозга. Прог. Brain Res. 145, 109–120. DOI: 10.1016 / s0079-6123 (03) 45007-3

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Алкондон, М., Перейра, Э. Ф., и Альбукерке, Э. Х. (1998). Чувствительные к α-бунгаротоксину и метилликаконитину никотиновые рецепторы опосредуют быструю синаптическую передачу в интернейронах срезов гиппокампа крысы. Brain Res. 810, 257–263. DOI: 10.1016 / s0006-8993 (98) 00880-4

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Алкондон, М., Перейра, Э.Ф., Айзенберг, Х. М., и Альбукерке, Э. Х. (2000). Активация никотиновых рецепторов в интернейронах коры головного мозга человека: механизм ингибирования и растормаживания нейронных сетей. J. Neurosci. 20, 66–75.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Арройо С., Беннетт К., Азиз Д., Браун С. П. и Хестрин С. (2012). Длительное дисинаптическое торможение в коре головного мозга, опосредованное медленным, не-α7 никотиновым возбуждением определенного подмножества корковых интернейронов. J. Neurosci. 32, 3859–3864. DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.0115-12.2012

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бейли, К. Д. К., Алвес, Н. К., Нашми, Р., Де Биази, М., и Ламбе, Э. К. (2012). Никотиновые α5 субъединицы управляют онтогенетическими изменениями в активации и морфологии нейронов VI слоя префронтальной коры. Biol. Психиатрия 71, 120–128. DOI: 10.1016 / j.biopsych.2011.09.011

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Беннет, К., Арройо, С., Бернс, Д., и Хестрин, С. (2012). Механизмы генерации двухкомпонентных никотиновых ЭПСК в корковых интернейронах. J. Neurosci. 32, 17287–17296. DOI: 10.1523 / jneurosci.3565-12.2012

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бигл В., Вульф Н. Дж. И Бутчер Л. Л. (1982). Холинергические проекции из базального отдела переднего мозга на лобную, теменную, височную, затылочную и поясную коры: комбинированный анализ флуоресцентных индикаторов и ацетилхолинэстеразы. Brain Res. Бык. 8, 727–749. DOI: 10.1016 / 0361-9230 (82)

-0

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Блум Б., Шоппинк Л., Ротару Д. К., Файз А., Хендрикс П., Мансвелдер Х. Д. и др. (2014). Топографическое картирование между холинергическими нейронами базального переднего мозга и медиальной префронтальной корой у мышей. J. Neurosci. 34, 16234–16246. DOI: 10.1523 / jneurosci.3011-14.2014

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бубсер, М., Бьюн, Н., Вуд, М. Р., Джонс, К. К. (2012). Фармакология мускариновых рецепторов и схемы для модуляции познания. Handb. Exp. Pharmacol. 208, 121–166. DOI: 10.1007 / 978-3-642-23274-9_7

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бьюкенен, К. А., Петрович, М. М., Чемберлен, С. Е. Л., Маррион, Н. В., и Меллор, Дж. Р. (2010). Облегчение долгосрочной потенциации мускариновыми рецепторами M (1) опосредуется ингибированием каналов SK. Нейрон 68, 948–963. DOI: 10.1016 / j.neuron.2010.11.018

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чендлер, Д. Дж., Ламперски, К. С., Уотерхаус, Б. Д. (2013). Идентификация и распределение проекций моноаминергических и холинэргических ядер на функционально дифференцированные субрегионы префронтальной коры. Brain Res. 1522, 38–58. DOI: 10.1016 / j.brainres.2013.04.057

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чендлер, Д.Дж. И Уотерхаус Б. Д. П. Д. (2012). Доказательства наличия широких и сегрегированных проекций холинергических и норадренергических ядер на функционально и анатомически дискретные субрегионы префронтальной коры. Фронт. Behav. Neurosci. 6:20. DOI: 10.3389 / fnbeh.2012.00020

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Changeux, J.-P. (2012). Никотиновый ацетилхолиновый рецептор: отец-основатель суперсемейства пентамерных лиганд-зависимых ионных каналов. J. Biol. Chem. 287, 40207–40215. DOI: 10.1074 / jbc.r112.407668

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Коппола Дж. Дж., Уорд Н. Дж., Джади М. П. и Дисней А. А. (2016). Модуляторные компартменты коры и местная регуляция холинергического тонуса. J. Physiol. Париж 110, 3–9. DOI: 10.1016 / j.jphysparis.2016.08.001

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Коуи, Дж. Дж., Мередит, Р. М., Спайкер, С., Poorthuis, R. B., Smit, A. B., Brussaard, A. B., et al. (2007). Распределенные сетевые действия никотина увеличивают порог пластичности, зависящей от времени спайков, в префронтальной коре. Нейрон 54, 73–87. DOI: 10.1016 / j.neuron.2007.03.006

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кунотт, Д. С., Гориунова, Н. А., Моретти, М., Смолуч, М. Т., Ирт, Х., Клементи, Ф. и др. (2012). Воздействие никотина на подростков временно увеличивает высокоаффинные никотиновые рецепторы и модулирует ингибирующую синаптическую передачу в медиальной префронтальной коре головного мозга крыс. FASEB J. 26, 1810–1820. DOI: 10.1096 / fj.11-198994

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Даджас-Байладор, Ф. и Воннакотт, С. (2004). Никотиновые рецепторы ацетилхолина и регуляция нейрональной передачи сигналов. Trends Pharmacol. Sci. 25, 317–324. DOI: 10.1016 / j.tips.2004.04.006

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Далли, Дж. У., Теобальд, Д. Э., Бугер, П., Чудасама, Ю., Кардинал, Р.Н. и Роббинс Т. В. (2004). Кортикальная холинергическая функция и дефицит зрительного внимания у крыс после 192 IgG-сапорин-индуцированных поражений медиальной префронтальной коры. Cereb. Cortex 14, 922–932. DOI: 10.1093 / cercor / bhh052

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дасари С., Хилл К. и Галледж А. Т. (2017). Объединяющая гипотеза передачи сигналов мускаринового рецептора M1 в пирамидных нейронах. J. Physiol. 595, 1711–1723.DOI: 10.1113 / jp273627

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Деннис, С. Х., Паски, Ф., Колвин, Э. М., Сэнгер, Х., Могг, А. Дж., Фелдер, К. С. и др. (2016). Активация мускариновых рецепторов ацетилхолина M1 вызывает долгосрочную потенциацию в гиппокампе. Cereb. Cortex 26, 414–426. DOI: 10.1093 / cercor / bhv227

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дисней, А.А., Аласади, Х.А., и Рейнольдс, Дж.Х. (2014). Мускариновые рецепторы ацетилхолина экспрессируются большинством парвальбумин-иммунореактивных нейронов в области MT макака. Brain Behav. 4, 431–445. DOI: 10.1002 / brb3.225

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дисней, А., Аоки, К., Хокен, М. Дж. (2012). Холинергическое подавление зрительных ответов у приматов V1 опосредуется ГАМКергическим ингибированием. J. Neurophysiol. 108, 1907–1923. DOI: 10.1152 / jn.00188.2012

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дисней, А. А., Домаконда, К. В., и Аоки, К. (2006). Дифференциальная экспрессия мускариновых рецепторов ацетилхолина через возбуждающие и тормозящие клетки в зрительных областях коры V1 и V2 обезьяны макака. J. Comp. Neurol. 499, 49–63. DOI: 10.1002 / cne.21096

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дисней А.А., Рейнольдс Дж. Х. (2014). Экспрессия мускариновых ацетилхолиновых рецепторов m1-типа парвальбумин-иммунореактивными нейронами в первичной зрительной коре: сравнительное исследование крыс, морских свинок, хорьков, макак и людей. J. Comp. Neurol. 522, 986–1003. DOI: 10.1002 / cne.23456

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Eckenstein, F. P., Baughman, R. W., and Quinn, J. (1988). Анатомическое исследование холинергической иннервации в коре головного мозга крыс. Неврология 25, 457–474. DOI: 10.1016 / 0306-4522 (88)

-5

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эял, Г., Верхуг, М. Б., Теста-Сильва, Г., Дейтчер, Ю., Лоддер, Дж.C., Benavides-Piccione, R., et al. (2016). Уникальные мембранные свойства и улучшенная обработка сигналов в нейронах неокортекса человека. Элиф 5: e16553. DOI: 10.7554 / eLife.16553

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фрейзер, К. Дж., Бюлер, А. В., Вайнер, Дж. Л., и Данвидди, Т. В. (1998). Синаптические потенциалы, опосредованные через чувствительные к α-бунгаротоксину никотиновые ацетилхолиновые рецепторы в интернейронах гиппокампа крысы. J. Neurosci. 18, 8228–8235.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Ге, С., и Дэни, Дж. А. (2005). Никотиновые рецепторы ацетилхолина в глутаматных синапсах способствуют долговременной депрессии или потенцированию. J. Neurosci. 25, 6084–6091. DOI: 10.1523 / jneurosci.0542-05.2005

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Горюнова Н. А., Мансвельдер Х. Д. (2012). Воздействие никотина в подростковом возрасте приводит к краткосрочным и долгосрочным изменениям пластичности, зависящей от времени спайков, в префронтальной коре головного мозга крыс. J. Neurosci. 32, 10484–10493. DOI: 10.1523 / jneurosci.5502-11.2012

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Готти К., Золи М. и Клементи Ф. (2006). Никотиновые ацетилхолиновые рецепторы головного мозга: нативные подтипы и их значение. Trends Pharmacol. Sci. 27, 482–491. DOI: 10.1016 / j.tips.2006.07.004

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Грей Р., Раджан А. С., Рэдклифф К. А., Якехиро М.и Дэни, Дж. А. (1996). Синаптическая передача в гиппокампе усилена низкими концентрациями никотина. Природа 383, 713–716. DOI: 10.1038 / 383713a0

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гритти И., Маннс И. Д., Мейнвилл Л. и Джонс Б. Э. (2003). Парвальбумин, кальбиндин или кальретинин в корковых и ГАМКергических, холинергических или глутаматергических базальных нейронах переднего мозга крысы. J. Comp. Neurol. 458, 11–31. DOI: 10.1002 / cne.10505

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Галледж, А. Т., Буччи, Д. Дж., Чжан, С. С., Мацуи, М., и Йе, Х. Х. (2009). Рецепторы M1 опосредуют холинергическую модуляцию возбудимости в пирамидных нейронах неокортекса. J. Neurosci. 29, 9888–9902. DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.1366-09.2009

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Галледж, А. Т., Парк, С. Б., Кавагути, Ю., и Стюарт, Г. Дж. (2007).Неоднородность фазовой холинергической передачи сигналов в нейронах неокортекса. J. Neurophysiol. 97, 2215–2229. DOI: 10.1152 / jn.00493.2006

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хассельмо М. Э. и Джокомо Л. М. (2006). Холинергическая модуляция корковой функции. J. Mol. Neurosci. 30, 133–135. DOI: 10.1385 / JMN: 30: 1: 133

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст

Хэй, Ю.А., Ламболез, Б., и Трикуар, Л. (2016).Передача никотина на нейроны коры 6 уровня зависит от синаптической активации не-α7 рецепторов. Cereb. Cortex 26, 2549–2562. DOI: 10.1093 / cercor / bhv085

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хенни П. и Джонс Б. Э. (2008). Проекции из базального отдела переднего мозга в префронтальную кору содержат холинергические, ГАМКергические и глутаматергические входы в пирамидные клетки или интернейроны. Eur. J. Neurosci. 27, 654–670. DOI: 10.1111 / j.1460-9568.2008.06029.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хоу, В. М., Берри, А. С., Франсуа, Дж., Гилмор, Г., Карп, Дж. М., Триклебанк, М. и др. (2013). Префронтальные холинергические механизмы, провоцирующие переход от мониторинга сигналов к работе, управляемой сигналами: сходящиеся электрохимические данные и данные фМРТ, полученные от крыс и людей. J. Neurosci. 33, 8742–8752. DOI: 10.1523 / jneurosci.5809-12.2013

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Инцкирвели, И.и Метерат Р. (2012). Никотиновая нейромодуляция в слуховой коре требует активации MAPK в таламокортикальном и внутрикортикальном контурах. J. Neurophysiol. 107, 2782–2793. DOI: 10.1152 / jn.01129.2011

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джи Д., Лапе Р. и Дэни Дж. А. (2001). Время и локализация никотиновой активности усиливают или подавляют синаптическую пластичность гиппокампа. Нейрон 31, 131–141. DOI: 10.1016 / s0896-6273 (01) 00332-4

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кассам, С.М., Герман, П. М., Гудфеллоу, Н. М., Алвес, Н. К., и Ламбе, Э. К. (2008). Возбуждение во время развития кортикоталамических нейронов никотиновыми рецепторами ацетилхолина. J. Neurosci. 28, 8756–8764. DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.2645-08.2008

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кимура Ф. и Боуман Р. У. (1997). Определенные подтипы мускариновых рецепторов подавляют возбуждающие и тормозящие синаптические ответы в корковых нейронах. J. Neurophysiol. 77, 709–716.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Кимура Р., Сафари М.-С., Мирнаджафи-Заде Дж., Кимура Р., Эбина Т., Янагава Ю. и др. (2014). Уменьшение эффекта пробуждения на зрительные реакции корковых нейронов за счет холинергической активации тормозных цепей. J. Neurosci. 34, 10122–10133. DOI: 10.1523 / jneurosci.0863-14.2014

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кондо, Х., Заборский Л. (2016).Топографическая организация базальных проекций переднего мозга на периринальную, постринальную и энторинальную кору у крыс. J. Comp. Neurol. 524, 2503–2515. DOI: 10.1002 / cne.23967

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лэмб, П. В., Мелтон, М. А., и Якель, Дж. Л. (2005). Ингибирование нейрональных каналов никотиновых рецепторов ацетилхолина, экспрессируемых в ооцитах Xenopus с помощью β-амилоидного пептида 1–42 . J. Mol. Neurosci. 27, 13–21. DOI: 10.1385 / JMN: 27: 1: 013

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ламбе, Э. К., Пиччиотто, М. Р., и Агаджанян, Г. К. (2003). Никотин вызывает высвобождение глутамата из таламокортикальных окончаний в префронтальной коре. Нейропсихофармакология 28, 216–225. DOI: 10.1038 / sj.npp.1300032

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ламур Ю., Дутар П. и Джоберт А. (1982). Топографическая организация базальных нейронов переднего мозга, проецируемых в кору головного мозга крысы. Neurosci. Lett. 34, 117–122. DOI: 10.1016 / 0304-3940 (82)

-8

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Letzkus, J. J., Wolff, S. B. E., Meyer, E. M. M., Tovote, P., Courtin, J., Herry, C., et al. (2011). Растормаживающая микросхема для обучения ассоциативному страху в слуховой коре. Природа 480, 331–335. DOI: 10.1038 / nature10674

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Леви, А.И., Китт, К. А., Саймондс, В. Ф., Прайс, Д. Л., и Бранн, М. Р. (1991). Идентификация и локализация белков мускариновых рецепторов ацетилхолина в головном мозге с помощью антител, специфичных к подтипу. J. Neurosci. 11, 3218–3226.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Луитен, П. Г. М., Гайкема, Р. П. А., Трабер, Дж., И Спенсер, Д. Г. мл. (1987). Кортикальные проекционные паттерны крупноклеточных подразделений базального ядра, выявленные антероградно транспортируемым лейкоагглютинином Phaseolus vulgaris. Brain Res. 413, 229–250. DOI: 10.1016 / 0006-8993 (87) 91014-6

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мансвелдер, Х. Д., и МакГихи, Д. С. (2000). Долгосрочное усиление возбуждающих воздействий на области мозга с помощью никотина. Нейрон 27, 349–357. DOI: 10.1016 / s0896-6273 (00) 00042-8

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Маккормик, Д.А., и Принс, Д.А. (1985). Два типа мускаринового ответа на ацетилхолин в корковых нейронах млекопитающих. Proc. Natl. Акад. Sci. U S A 82, 6344–6348. DOI: 10.1073 / pnas.82.18.6344

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

МакГихи, Д., Хит, М., Гелбер, С., Девай, П., и Роль, Л. (1995). Никотиновое усиление быстрой возбуждающей синаптической передачи в ЦНС пресинаптическими рецепторами. Наука 269, 1692–1696. DOI: 10.1126 / science.7569895

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Месулам, М. М., и Геула, К. (1988). Базальное ядро ​​(Ch5) и холинергическая иннервация коры головного мозга человека: наблюдения, основанные на распределении ацетилхолинэстеразы и холинацетилтрансферазы. J. Comp. Neurol. 275, 216–240. DOI: 10.1002 / cne.

0205

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Месулам, М. М., Херш, Л. Б., Маш, Д. К., и Геула, К. (1992a). Дифференциальная холинергическая иннервация в функциональных подразделениях коры головного мозга человека: исследование холинацетилтрансферазы. J. Comp. Neurol. 318, 316–328. DOI: 10.1002 / cne.

0308

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Месулам, М. М., Маш, Д., Херш, Л., Ботвелл, М., и Геула, К. (1992b). Холинергическая иннервация полосатого тела человека, бледного шара, субталамического ядра, черной субстанции и красного ядра. J. Comp. Neurol. 323, 252–268. DOI: 10.1002 / cne.

0209

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Месулам, М.М., Муфсон, Э. Дж., Леви, А. И., и Вайнер, Б. Х. (1983). Холинергическая иннервация коры базальным передним мозгом: цитохимия и корковые связи области перегородки, ядра диагональной полосы, базальное ядро ​​(субстанция innominata) и гипоталамус у макаки-резуса. J. Comp. Neurol. 214, 170–197. DOI: 10.1002 / cne.0206

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Mohan, H., Verhoog, M. B., Doreswamy, K. K., Eyal, G., Aardse, R., Lodder, B.N., et al. (2015). Дендритная и аксональная архитектура отдельных пирамидных нейронов в слоях неокортекса взрослого человека. Cereb. Cortex 25, 4839–4853. DOI: 10.1093 / cercor / bhv188

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мольнар, Г., Ола, С., Комлози, Г., Фюле, М., Сабадич, Дж., Варга, К., и др. (2008). Сложные события, инициированные отдельными спайками в коре головного мозга человека. PLoS Biol. 6: e222. DOI: 10,1371 / журнал.pbio.0060222

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мрзияк Л., Паппи М., Лерант К. и Гольдман-Ракич П. С. (1995). Холинергические синаптические цепи в префронтальной коре макак. J. Comp. Neurol. 357, 603–617. DOI: 10.1002 / cne.0409

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нагеле Р. Дж., Д’Андреа М. Р., Андерсон В. Дж. И Ван Х. Ю. (2002). Накопление β-амилоида (1–42) в нейронах внутриклеточно обеспечивается никотиновым ацетилхолиновым рецептором α7 при болезни Альцгеймера. Неврология 110, 199–211. DOI: 10.1016 / s0306-4522 (01) 00460-2

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пиччиотто, М. Р., Хигли, М. Дж., И Минер, Ю. С. (2012). Ацетилхолин как нейромодулятор: холинергическая передача сигналов формирует функции и поведение нервной системы. Нейрон 76, 116–129. DOI: 10.1016 / j.neuron.2012.08.036

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Поортуис, Р. Б., Блум, Б., Шак Б., Вестер Дж., Де Кок К. П. Дж. И Мансвелдер Х. Д. (2013a). Слоистая модуляция префронтальной коры никотиновыми рецепторами ацетилхолина. Cereb. Cortex 23, 148–161. DOI: 10.1093 / cercor / bhr390

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Поортуис, Р. Б., Блум, Б., Верхуг, М. Б., и Мансвелдер, Х. Д. (2013b). Слоисто-специфическое вмешательство в передачу холинергических сигналов в префронтальной коре из-за концентрации никотина в курении. J. Neurosci. 33, 4843–4853. DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.5012-12.2013

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Поортуис, Р. Б., Энке, Л., и Летцкус, Дж. Дж. (2014). Модуляция холинергической цепи посредством дифференциального рекрутирования неокортикальных типов интернейронов во время поведения. J. Physiol. 592, 4155–4164. DOI: 10.1113 / jphysiol.2014.273862

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Poorthuis, R.Б., и Мансвельдер, Х. Д. (2013). Никотиновые рецепторы ацетилхолина, контролирующие внимание: поведение, схемы и чувствительность к нарушению никотином. Biochem. Pharmacol. 86, 1089–1098. DOI: 10.1016 / j.bcp.2013.07.003

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Портер, Дж. Т., Коли, Б., Цузуки, К., Ламболез, Б., Россье, Дж., И Аудинат, Э. (1999). Селективное возбуждение подтипов неокортикальных интернейронов никотиновыми рецепторами. Дж.Neurosci. 19, 5228–5235.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Прайс, Дж. Л., и Стерн, Р. (1983). Отдельные клетки в комплексе базального ядра с диагональной полосой имеют ограниченные проекции аксонов к коре головного мозга у крысы. Brain Res. 269, 352–356. DOI: 10.1016 / 0006-8993 (83)

-2

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ренье, Н., Ву, З., Саймон, Д. Дж., Янг, Дж., Ариэль, П., и Тесье-Лавин, М. (2014).iDISCO: простой и быстрый метод иммуномаркировки больших образцов тканей для получения объемных изображений. Ячейка 159, 896–910. DOI: 10.1016 / j.cell.2014.10.010

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ротару Д. К., Баррионуево Г. и Сесак С. Р. (2005). Медиодорсальные таламические афференты к слою III префронтальной коры крыс: синаптические отношения с подклассами интернейронов. J. Comp. Neurol. 490, 220–238. DOI: 10.1002 / cne.20661

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рожь, Д.Б., Вайнер, Б. Х., Месулам, М. М., Муфсон, Э. Дж., И Сапер, К. Б. (1984). Кортикальные проекции, исходящие из базального отдела переднего мозга: исследование холинергических и нехолинергических компонентов с использованием комбинированного ретроградного отслеживания и иммуногистохимической локализации холинацетилтрансферазы. Неврология 13, 627–643. DOI: 10.1016 / 0306-4522 (84) -6

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сартер М., Парих В. и Хау В. М. (2009). Фазовое высвобождение ацетилхолина и гипотеза объемной передачи: время двигаться дальше. Nat. Rev. Neurosci. 10, 383–390. DOI: 10.1038 / nrn2635

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сато, Х., Кавано, Т., Инь, Д. X., Като, Т., и Тойода, Х. (2017). Никотиновая активность подавляет синаптическую потенциацию в пирамидных нейронах слоя V коры островка мышей. Неврология 358, 13–27. DOI: 10.1016 / j.neuroscience.2017.06.031

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шиноэ, Т., Мацуи, М., Такето, М., и Манабе, Т. (2005). Модуляция синаптической пластичности путем физиологической активации мускариновых рецепторов ацетилхолина M1 в гиппокампе мыши. J. Neurosci. 25, 11194–11200. DOI: 10.1523 / jneurosci.2338-05.2005

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Смайли Дж. Ф., Моррелл Ф. и Месулам М. М. (1997). Холинергические синапсы в коре головного мозга человека: ультраструктурное исследование в серийных срезах. Exp. Neurol. 144, 361–368.DOI: 10.1006 / exnr.1997.6413

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сома, С., Шимеги, С., Суэмацу, Н., Тамура, Х., Сато, Х. (2013). Модуляционно-специфические и ламинарно-зависимые эффекты ацетилхолина на зрительные реакции в первичной зрительной коре крыс. PLoS One 8: e68430. DOI: 10.1371 / journal.pone.0068430

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сан, Ю.-Г., Пита-Альменар, Дж. Д., Ву, К.-С., Ренгер, Дж.J., Uebele, V. N., Lu, H.-C., et al. (2013). Двухфазная холинергическая синаптическая передача контролирует активность потенциала действия в нейронах ретикулярного ядра таламуса. J. Neurosci. 33, 2048–2059. DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.3177-12.2013

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Testa-Silva, G., Verhoog, M. B., Linaro, D., de Kock, C. P. J., Baayen, J. C., Meredith, R.M., et al. (2014). Синаптическая связь с высокой пропускной способностью и отслеживание частоты в неокортексе человека. PLoS Biol. 12: e1002007. DOI: 10.1371 / journal.pbio.1002007

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тиан, М. К., Бейли, К. Д. С., и Ламбе, Е. К. (2014). Холинергическое возбуждение в первичной и ассоциативной коре мышей: регионально-специфическая величина и рецепторный баланс. Eur. J. Neurosci. 40, 2608–2618. DOI: 10.1111 / ejn.12622

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тирни, П. Л., Деженетэ, Э., Тьерри, А.-М., Гловински, Дж., И Джоанни, Ю. (2004). Влияние гиппокампа на интернейроны префронтальной коры головного мозга крыс. Eur. J. Neurosci. 20, 514–524. DOI: 10.1111 / j.1460-9568.2004.03501.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ту Б., Гу З., Шен Ж.-Х., Лэмб П. У. и Якель Дж. Л. (2009). Характеристика популяции никотин-чувствительных нейронов в энторинальной коре головного мозга крыс. J. Neurosci. 29, 10436–10448. DOI: 10.1523 / jneurosci.2580-09.2009

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Умбриако, Д., Уоткинс, К. К., Декаррис, Л., Коццари, К., и Хартман, Б. К. (1994). Ультраструктурные и морфометрические особенности иннервации ацетилхолина в теменной коре взрослой крысы: электронно-микроскопическое исследование в серийных срезах. J. Comp. Neurol. 348, 351–373. DOI: 10.1002 / cne.

0304

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

ван Аэрде, К.И., Манн, Э. О., Канто, К. Б., Хейстек, Т. С., Линкенкаер-Хансен, К., Малдер, А. Б. и др. (2009). Гибкая синхронизация импульсов нейронов слоя 5 во время динамических сдвигов бета-колебаний в префронтальной коре головного мозга крысы. J. Physiol. 587, 5177–5196. DOI: 10.1113 / jphysiol.2009.178384

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Верхуг, М. Б., Гориунова, Н. А., Обермайер, Дж., Стредер, Дж., Хьорт, Дж. Дж. Дж., Теста-Силва, Г. и др. (2013). Механизмы, лежащие в основе правил ассоциативной пластичности неокортикальных синапсов взрослого человека. J. Neurosci. 33, 17197–17208. DOI: 10.1523 / jneurosci.3158-13.2013

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Verhoog, M. B., Obermayer, J., Kortleven, C. A., Wilbers, R., Wester, J., Baayen, J. C., et al. (2016). Слоисто-специфический холинергический контроль синаптической пластичности коры мозга человека и мыши. Nat. Commun. 7: 12826. DOI: 10.1038 / ncomms12826

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

фон Энгельгардт, Дж., Элиава, М., Мейер, А.Х., Розов, А., и Моньер, Х. (2007). Функциональная характеристика внутренних холинергических интернейронов в коре. J. Neurosci. 27, 5633–5642. DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.4647-06.2007

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вада, Э., Маккиннон, Д., Хайнеманн, С., Патрик, Дж., И Суонсон, Л. В. (1990). Распределение мРНК, кодируемой новым членом семейства нейрональных никотиновых рецепторов ацетилхолина (α5) в центральной нервной системе крыс. Brain Res. 526, 45–53. DOI: 10.1016 / 0006-8993 (90)

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Винцер-Серхан, У. Х., и Лесли, Ф. М. (2005). Экспрессия мРНК субъединицы никотинового ацетилхолинового рецептора α5 во время развития гиппокампа и коры. J. Comp. Neurol. 481, 19–30. DOI: 10.1002 / cne.20357

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Wouterlood, F. G., Bloem, B., Mansvelder, H.D., Luchicchi, A., и Deisseroth, K. (2014). Четвертое поколение нейроанатомических методов отслеживания: использование потомков генной инженерии. J. Neurosci. Методы 235, 331–348. DOI: 10.1016 / j.jneumeth.2014.07.021

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zaborszky, L., Csordas, A., Mosca, K., Kim, J., Gielow, M. R., Vadasz, C., et al. (2015). Нейроны в базальной части переднего мозга проецируются в кору в сложной топографической организации, которая отражает паттерны кортикокортикальных связей: экспериментальное исследование, основанное на ретроградном отслеживании и трехмерной реконструкции. Cereb. Cortex 25, 118–137. DOI: 10.1093 / cercor / bht210

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Заборски Л., Хемке Л., Мольберг Х., Шлейхер А., Амунц К. и Зиллес К. (2008). Стереотаксические вероятностные карты групп крупноклеточных клеток в базальной части переднего мозга человека. Нейроизображение 42, 1127–1141. DOI: 10.1016 / j.neuroimage.2008.05.055

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Зиллес, К., Паломеро-Галлахер, Н., Шлейхер, А. (2004). Рецепторы передатчиков и функциональная анатомия коры головного мозга. J. Anat. 205, 417–432. DOI: 10.1111 / j.0021-8782.2004.00357.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Раскрытие структуры и функции микросхем мозга: эксперименты, алгоритмы и моделирование

Мозг - одна из самых сложных систем, известных человеку, и его компоненты охватывают несколько порядков величины от нанометра до сантиметра.Чтобы понять принципы работы различных компонентов мозга, необходимо раскрыть структуру, функции и взаимодействия его строительных блоков - нейронных микросхем. Есть группы синаптически связанных клеток, которые отвечают за обработку нейронных сигналов, интеграцию и координацию. В последние десятилетия экспериментальные исследования нейронных микросхем с использованием множества различных методов, таких как парные (множественные) записи, визуализация Ca2 + in vivo и in vitro, оптогенетика, световая микроскопия сверхвысокого разрешения, очистка тканей, отслеживание вирусов, электронная микроскопия, значительно улучшили расширили наши знания о правилах связности и динамических свойствах в различных нейронных системах. Параллельно с этим компьютерное моделирование биофизически реалистичных моделей нейронных сетей, таких как Blue Brain Project и Allen Brain Modeling ToolKit, углубило наше понимание мозга и предоставило испытательную площадку для новых теорий и гипотез. Однако полное понимание обработки синаптических сигналов и вычислений нейронов на уровне нейронных микросхем все еще остается открытым и важным вопросом.

Помимо экспериментальных подходов, возникают новые проблемы и возможности при разработке сложных алгоритмов анализа и крупномасштабных нейронных симуляций, которые необходимы для раскрытия тайн микросхем мозга.В этой теме исследования мы хотели бы собрать статьи об экспериментах, алгоритмах и симуляциях для изучения структуры и функций микросхем, что является важным шагом на пути к расшифровке здорового и больного мозга.

Ключевые слова : нейрон, синапс, электрофизиология, морфология, моделирование

Важное примечание : Все материалы по данной теме исследования должны находиться в рамках того раздела и журнала, в который они были отправлены, как определено в их заявлениях о миссии.Frontiers оставляет за собой право направить рукопись, выходящую за рамки объема, в более подходящий раздел или журнал на любом этапе рецензирования.

Мозг - одна из самых сложных систем, известных человеку, и его компоненты охватывают несколько порядков величины от нанометра до сантиметра. Чтобы понять принципы работы различных компонентов мозга, необходимо раскрыть структуру, функции и взаимодействия его строительных блоков - нейронных микросхем.Есть группы синаптически связанных клеток, которые отвечают за обработку нейронных сигналов, интеграцию и координацию. В последние десятилетия экспериментальные исследования нейронных микросхем с использованием множества различных методов, таких как парные (множественные) записи, визуализация Ca2 + in vivo и in vitro, оптогенетика, световая микроскопия сверхвысокого разрешения, очистка тканей, отслеживание вирусов, электронная микроскопия, значительно улучшили расширили наши знания о правилах связности и динамических свойствах в различных нейронных системах. Параллельно с этим компьютерное моделирование биофизически реалистичных моделей нейронных сетей, таких как Blue Brain Project и Allen Brain Modeling ToolKit, углубило наше понимание мозга и предоставило испытательную площадку для новых теорий и гипотез. Однако полное понимание обработки синаптических сигналов и вычислений нейронов на уровне нейронных микросхем все еще остается открытым и важным вопросом.

Помимо экспериментальных подходов, возникают новые проблемы и возможности при разработке сложных алгоритмов анализа и крупномасштабных нейронных симуляций, которые необходимы для раскрытия тайн микросхем мозга.В этой теме исследования мы хотели бы собрать статьи об экспериментах, алгоритмах и симуляциях для изучения структуры и функций микросхем, что является важным шагом на пути к расшифровке здорового и больного мозга.

Ключевые слова : нейрон, синапс, электрофизиология, морфология, моделирование

Важное примечание : Все материалы по данной теме исследования должны находиться в рамках того раздела и журнала, в который они были отправлены, как определено в их заявлениях о миссии.Frontiers оставляет за собой право направить рукопись, выходящую за рамки объема, в более подходящий раздел или журнал на любом этапе рецензирования.

микросхем гиппокампа - Справочник разработчика компьютерного моделирования | Василис Куцуридис

Гиппокамп играет незаменимую роль в формировании новых воспоминаний в мозгу млекопитающих. Это центр интенсивных исследований, и наше понимание его физиологии, анатомии и молекулярной структуры быстро расширилось в последние годы.Тем не менее, предстоит еще многое сделать, чтобы понять, как устроены и функционируют микросхемы гиппокампа. Здесь мы представляем обзор наших текущих знаний и снимок текущих исследований этих микросхем.

Богатая деталями книга ресурсов «Микросхемы гиппокампа: разработчик компьютерных моделей» предоставляет целенаправленные и легкодоступные обзоры по различным аспектам этой темы. Это беспрецедентный источник информации, включающий как данные, так и методы, который станет бесценным помощником для всех, кто желает разработать вычислительные модели нейронов гиппокампа и нейронных сетей.

Книга разделена на две основные части. В первой части ведущие экспериментальные нейробиологи обсуждают данные об электрофизиологических, нейроанатомических и молекулярных характеристиках цепей гиппокампа. Рассмотрены различные типы возбуждающих и тормозных нейронов, а также их связность и синаптические свойства. Паттерны активности отдельных клеток и ансамбля представлены на моделях in vitro, а также на анестезированных и свободно передвигающихся животных. Во второй части компьютерные нейробиологи описывают модели микросхем гиппокампа разного уровня сложности, от отдельных нейронов до крупномасштабных сетей.Кроме того, глава посвящена средам моделирования, которые в настоящее время используются компьютерными нейробиологами при разработке своих моделей.

Помимо кратких обзоров и большого количества данных, главы также определяют основные вопросы и неизученные области, которые определят будущие исследования в области вычислительной нейробиологии.

О редакции:

Д-р Василис Куцуридис - научный сотрудник факультета вычислительной техники и математики Университета Стерлинга, Шотландия, Великобритания.Д-р Брюс П. Грэм - преподаватель компьютерных наук на факультете вычислительной техники и математики Университета Стерлинга. Доктор Стюарт Кобб и доктор Имре Вида - старшие преподаватели кафедры неврологии и молекулярной фармакологии Университета Глазго, Шотландия, Великобритания.

1964: Пик производства гибридных микросхем | Кремниевый двигатель

В конце 1950-х годов компания U. С. Армейский корпус связи. В рамках программы RCA в качестве генерального подрядчика были разработаны гибридные микросхемы в виде плотных микромодульных сборок электронных компонентов. Гибридные схемы содержат один или несколько транзисторных чипов и пассивных компонентов, установленных на керамических подложках и соединенных между собой проводами или токопроводящими дорожками. После появления монолитных ИС функции, которые требовали упаковки с высокой плотностью и не могли быть интегрированы по экономическим или техническим причинам, продолжали производиться как гибриды.Примеры включают прецизионные аналоговые устройства, автомобильные средства управления и ранние полупроводниковые запоминающие устройства.

IBM разработала технологию Solid Logic Technology (SLT) для семейства компьютеров System / 360 в 1964 году до того, как монолитные ИС смогли удовлетворить потребности больших компьютеров в стоимости и скорости. Транзисторные микросхемы и пассивные компоненты, установленные на квадратных керамических модулях 0,5 дюйма с вертикальными выводами, потребляли меньше энергии и места, обеспечивая при этом более высокую скорость и превосходную надежность по сравнению с печатными платами с транзисторами в корпусе.IBM произвела сотни миллионов модулей SLT на специально построенном заводе в Ист-Фишкилле, штат Нью-Йорк, с высокой степенью автоматизации. Bell Laboratories использовала устройства Beam Lead Sealed-Junction (BLSJ) и тонкопленочные межсоединения (Milestone 1965) для производства гибридных ИС для телефонных систем до конца 1960-х годов.

Раньше гибридные схемы ручной работы были трудоемкими и дорогими в производстве, но теперь они широко используются в приложениях, где интегрированные устройства не могут соответствовать конкретным задачам. Многокристальные модули (MCM) и корпуса (MCP) - это современные гибридные схемы машинной сборки, используемые для некоторых высокопроизводительных микропроцессоров и приложений памяти, автомобильных систем и радиочастотных трансиверов в сотовых телефонах и беспроводных локальных сетях.

  • Генри, Р. «Проект Тинкертой: система механизированного производства электроники на основе модульной конструкции», IRE Transactions on Production Techniques , Vol. 1, выпуск 1 (сентябрь 1956 г.) с. 11.
  • Даммер, Г. У. А. и Гранвилл, Дж. У. Миниатюрная и микроминиатюрная электроника (Нью-Йорк: John Wiley and Sons, 1961), стр. 241-262.
  • Дэвис, Э. М., Хардинг, У. Э., Шварц, Р. С., Корнинг, Дж. Дж. «Технология твердой логики: универсальная высокопроизводительная микроэлектроника», Журнал исследований и разработок IBM (апрель 1964), стр. 102-114.
  • Интегрированные микросистемы Fairchild . Рекламная брошюра Fairchild Semiconductor. (1969).
  • Smits, F. M. ed. История инженерии и науки в системе Bell: электроника (1925-1975) (AT&T Bell Laboratories, 1985) стр.110-113.
  • Бассетт, Росс Нокс В эпоху цифровых технологий . (Балтимор: Издательство Университета Джона Хопкинса, 2002) стр. 67

Корпорация Exar приобретает Cadeka Microcircuits

ФРЕМОНТ, Калифорния, 8 июля 2013 г. / PRNewswire / - Корпорация Exar (Nasdaq: EXAR), ведущий поставщик высокопроизводительных аналоговых продуктов для смешанных сигналов и решений для управления данными, объявила сегодня о приобретении Cadeka Microcircuits. Транзакция, закрытая в пятницу, 5 июля 2013 г., включает 29 долларов США.0 миллионов долларов в качестве первоначального вознаграждения, которое должно быть выплачено наличными и акциями, а также прибыль от чистой выручки, внесенной Cadeka.

(Логотип: http://photos.prnewswire.com/prnh/20120716/SF41155LOGO)

Компания Cadeka, расположенная в г. Лавленд, Колорадо, а также в Шэньчжэне и Уси, Китай, проектирует, разрабатывает и продает прецизионные аналоговые интегральные схемы для использования в промышленных приложениях с высокой надежностью. Cadeka поставляет прецизионные операционные усилители, инструментальные усилители, компараторы, фильтры и преобразователи данных для широкого круга производителей электронного оборудования на рынках медицинской электроники, авиакосмической промышленности, тестирования и измерения, наблюдения и промышленного управления.

«Команда Cadeka проработала вместе в различных формациях на протяжении большей части 25 лет и привнесла в Exar глубокий опыт в области продуктов и проектирования в области высокопроизводительных и точных аналоговых схем проектирования и разработки продуктов», - прокомментировал президент и генеральный директор Exar Луис. ДиНардо. «Продукты Cadeka обеспечивают лучшую в своем классе производительность и во многих случаях являются прямой или косвенной заменой решений от компаний Analog Devices, Linear Technology и National Semiconductor, которые были приобретены Texas Instruments.Мы ожидаем, что приобретение будет нейтральным или незначительно повысит нашу прибыльность. Когда мы объединим предложение продуктов Cadeka с нашим глобальным присутствием и охватом, мы сможем быстро увеличить выручку и обеспечить значительный операционный рычаг », - заключил г-н ДиНардо.

Гэри Росс, президент и главный исполнительный директор Cadeka, присоединится к Exar и будет напрямую подчиняться г-ну ДиНардо в качестве вице-президента и генерального менеджера по высокопроизводительным аналоговым продуктам. Г-н Росс прокомментировал: «Команда Cadeka возникла с момента основания Comlinear Corporation в начале 1980-х годов.Ни одна из команд не нуждается в обучении, поскольку у нас одна и та же богатая история и стремление к совершенству в области проектирования и разработки высокопроизводительных и точных аналоговых продуктов. Объединенная компания продолжит успех Cadeka в Азии и проникнет на большой рынок высокоточных аналоговых компонентов в Северной Америке и Европе ».

О компании Cadeka

Cadeka Microcircuits - глобальный поставщик более 400 высокопроизводительных полупроводниковых приборов для аналоговых и смешанных сигналов для клиентов, которым требуются рентабельные и передовые характеристики. Опыт и страсть Cadeka заключаются в том, чтобы «усилить человеческий опыт» ™, предоставляя полупроводниковые продукты на основе решений для конкретных приложений, которые обеспечивают развитие коммуникационных, промышленных, контрольно-измерительных, потребительских и медицинских продуктов нового поколения. Для получения дополнительной информации о Cadeka посетите http://www.cadeka.com.

Об Exar

Exar Corporation проектирует, разрабатывает и продает высокопроизводительные аналоговые интегральные схемы со смешанными сигналами и передовые подсистемные решения для рынков сетей и хранилищ, промышленных и встраиваемых систем и инфраструктуры связи.Портфель продуктов Exar включает компоненты управления питанием и подключением, высокопроизводительные аналоговые и смешанные продукты, коммуникационные продукты, а также решения для сетевой безопасности и оптимизации хранения. У Exar есть представительства по всему миру, обеспечивающие поддержку клиентов в режиме реального времени. Для получения дополнительной информации об Exar посетите http://www.exar.com.

Заявления прогнозного характера

Этот пресс-релиз содержит заявления прогнозного характера в значении «безопасной гавани» Закона о реформе судебных разбирательств по частным ценным бумагам 1995 года.Эти заявления основаны на текущих ожиданиях и убеждениях руководства и зависят от ряда факторов и неопределенностей, которые могут привести к тому, что фактические результаты будут существенно отличаться от тех, которые описаны в прогнозных заявлениях. Заявления о перспективах, содержащиеся в этом пресс-релизе и в соответствующих комментариях нашего руководства, использование нами слов «ожидать», «ожидать», «возможно», «потенциал», «цель», «полагать», «совершить», «намереваться», «продолжить», «может», «был бы», «мог бы», «должен», «спроектировать», «спроектировать», «позиционировать» или аналогичные выражения предназначены для обозначения прогнозных заявлений, которые представляют наши текущее суждение о возможных будущих событиях. Эти заявления не являются гарантиями каких-либо событий или будущих результатов, связаны с рисками, неопределенностями и предположениями, которые трудно предсказать, и основаны на предположениях относительно будущих событий, которые могут оказаться неточными. Таким образом, фактические результаты и результаты могут существенно отличаться от того, что выражено в данном документе. В любом прогнозном заявлении, в котором Компания выражает ожидание или убеждение в отношении будущих результатов, такое ожидание или убеждение выражается добросовестно и считается имеющим разумное основание на момент выражения, но не может быть никакой гарантии, что это заявление или ожидания или убеждения будут результатом, или будут достигнуты, или осуществятся, и Компания отказывается от любых обязательств по обновлению таких заявлений.Компания призывает инвесторов подробно изучить риски и неопределенности в документации Компании по ценным бумагам и биржам, включая, помимо прочего, Годовой отчет по форме 10-K за финансовый год, закончившийся 31 марта 2013 г.

ИСТОЧНИК Exar Corporation

Рынок гибридных микросхем

- отраслевой анализ, размер, доля, рост, прогноз на 2025 год

Гибридные микросхемы, также известные как гибридные интегральные схемы, представляют собой миниатюрные версии электронных схем.Он состоит из пассивных компонентов, таких как конденсаторы и резисторы, а также полупроводников. Компоненты обычно прикрепляются к печатной плате (PCB) или к подложке. Гибридные микросхемы похожи на монолитные интегральные схемы и могут просто служить компонентом печатной платы. Однако такие компоненты, как конденсаторы, катушки индуктивности и резисторы не могут быть размещены в монолитной интегральной схеме, тогда как эти компоненты являются неотъемлемой частью гибридных микросхем. Межблочные соединения гибридных микросхем часто выполняются методом трафаретной печати на толстых пленках.Толстопленочная технология межсоединений предлагает большую гибкость по сравнению с тонкопленочной технологией, например, выбор номинала резистора, который будет использоваться для интеграции в гибридную микросхему, и использование, среди прочего, планарных резисторов. Однако толстопленочные межсоединения также часто приводят к увеличению размеров гибридных микросхем. Изоляционные диэлектрики, разработанные с помощью трафаретной печати, используются для многослойной толстопленочной техники изготовления гибридных схем. Такой метод использования изолирующих диэлектриков гарантирует, что соединения между слоями выполняются только в необходимых местах.Гибридные микросхемы часто покрываются эпоксидной смолой для защиты. Современные технологии, такие как низкотемпературная керамика с совместным обжигом (LTCC), позволяют разрабатывать частичные трехмерные гибридные микросхемы. С помощью этой техники компоненты прикрепляются между несколькими слоями подложек в дополнение к прикреплению компонентов поверх подложек.

Рынок гибридных микросхем

стабильно растет благодаря их высокому уровню проникновения на рынок. Рынок гибридных микросхем в первую очередь обусловлен растущим спросом на эти схемы в различных применениях во взрывоопасных зонах.Современные гибридные микросхемы спроектированы так, чтобы иметь высокую устойчивость к суровым условиям окружающей среды, а также могут работать при высоких температурах в течение длительных периодов времени. Такой широкий диапазон температурных допусков и длительный срок службы привели к увеличению числа применений в системах контроля безопасности на море, датчиках контроля давления, высотомерах самолетов и системах звуковой навигации и дальности (SONAR) для тральщиков. Кроме того, высокие темпы роста различных промышленных секторов в Азиатско-Тихоокеанском регионе также положительно влияют на рост рынка гибридных микросхем.Гибридные микросхемы используются в промышленных приложениях, таких как преобразователи постоянного тока в постоянный, твердотельные реле и средства управления лифтами. Следовательно, рост промышленного сектора стимулировал рост рынка гибридных схем. Однако снижение темпов промышленного роста в Китае, Северной Америке и Европе сдерживает рост рынка гибридных схем. Ожидается, что относительно новые применения гибридных микросхем, такие как применение в электролюминесцентных дисплеях и преобразователях, среди прочего, откроют уникальные возможности роста для рынка гибридных микросхем в течение прогнозируемого периода.

Рынок гибридных микросхем в зависимости от типа упаковки разделен на герметичную и негерметичную. На основе подложки межсоединений высокой плотности (HDI) рынок сегментирован на печатные платы из стекловолокна, толстопленочные печатные платы, керамические печатные платы и другие. По отраслям конечного использования рынок был разделен на аэрокосмическую и оборонную, автомобильную, промышленную, бытовую электронику, производство электроэнергии для здравоохранения, нефть и газ и другие. В зависимости от региона глобальный рынок гибридных микросхем был разделен на Северную Америку, Европу, Азиатско-Тихоокеанский регион (APAC), Южную Америку и Ближний Восток и Африку (MEA).С точки зрения выручки Азиатско-Тихоокеанский регион был крупнейшим регионом в 2016 году, за ним следовали Северная Америка и Европа. Высокую долю доходов в Азиатско-Тихоокеанском регионе можно объяснить растущей производственной базой электронных компонентов в регионе в сочетании с высокими темпами роста различных промышленных вертикалей.

Крупнейшими компаниями на мировом рынке гибридных микросхем являются API Technologies Corporation (США), TT Electronics Plc (Великобритания), Genus Power Infrastructures, Ltd. (Индия), Hybrid-Tek. LLC (The U.S.) и Esterline CMC Electronics, Inc. (Канада) среди других компаний.

Отчет предлагает всестороннюю оценку рынка. Это достигается за счет глубокого качественного анализа, исторических данных и проверяемых прогнозов размера рынка. Прогнозы, представленные в отчете, основаны на проверенных исследовательских методологиях и предположениях. Таким образом, отчет об исследовании служит хранилищем анализа и информации по каждому аспекту рынка, включая, но не ограничиваясь: региональные рынки, технологии, типы и приложения.

Исследование является источником достоверных данных по:

  • Сегменты и подсегменты рынка
  • Тенденции и динамика рынка
  • Спрос и предложение
  • Размер рынка
  • Современные тенденции / возможности / проблемы
  • Конкурентный ландшафт
  • Технологический прорыв
  • Анализ цепочки создания стоимости и заинтересованных сторон

Региональный анализ охватывает:

  • Северная Америка (U. С. и Канада)
  • Латинская Америка (Мексика, Бразилия, Перу, Чили и др.)
  • Западная Европа (Германия, Великобритания, Франция, Испания, Италия, страны Северной Европы, Бельгия, Нидерланды и Люксембург)
  • Восточная Европа (Польша и Россия)
  • Азиатско-Тихоокеанский регион (Китай, Индия, Япония, АСЕАН, Австралия и Новая Зеландия)
  • Ближний Восток и Африка (GCC, Южная Африка и Северная Африка)

Отчет был составлен на основе обширных первичных исследований (посредством интервью, опросов и наблюдений опытных аналитиков) и вторичных исследований (которые предполагают использование авторитетных платных источников, отраслевых журналов и баз данных отраслевых органов).Отчет также содержит полную качественную и количественную оценку путем анализа данных, собранных отраслевыми аналитиками и участниками рынка по ключевым точкам производственно-сбытовой цепочки отрасли.

Отдельный анализ преобладающих тенденций на материнском рынке, макро- и микроэкономических показателей, нормативных требований и предписаний включен в сферу исследования. Таким образом, отчет прогнозирует привлекательность каждого основного сегмента на прогнозный период.

Основные моменты отчета:

  • Полный анализ фона, который включает оценку материнского рынка
  • Важные изменения в динамике рынка
  • Сегментация рынка до второго или третьего уровня
  • Исторический, текущий и прогнозируемый размер рынка с точки зрения как стоимости, так и объема
  • Отчетность и оценка последних событий в отрасли
  • Доли рынка и стратегии ключевых игроков
  • Новые нишевые сегменты и региональные рынки
  • Объективная оценка траектории рынка
  • Рекомендации компаниям по укреплению позиций на рынке

Примечание: Несмотря на то, что были приняты меры для поддержания наивысшего уровня точности отчетов TMR, недавним изменениям, связанным с рынком / поставщиком, может потребоваться время, чтобы отразить их в анализе.

Это исследование TMR представляет собой всеобъемлющую структуру динамики рынка. В основном он включает критическую оценку пути потребителей или клиентов, текущих и новых направлений деятельности, а также стратегическую основу, позволяющую руководителям по управлению бизнесом принимать эффективные решения.

Нашей ключевой основой является 4-квадрантная структура EIRS, которая предлагает подробную визуализацию четырех элементов:

  • Клиент E Карты опыта
  • I Наблюдения и инструменты, основанные на исследованиях на основе данных
  • Практичность R соответствует всем бизнес-приоритетам
  • S Трагические рамки для ускорения пути роста

В исследовании предпринята попытка оценить текущие и будущие перспективы роста, неиспользованные возможности, факторы, определяющие их потенциал дохода, а также структуру спроса и потребления на мировом рынке, разбив его на региональную оценку.

Исчерпывающе охвачены следующие региональные сегменты:

  • Северная Америка
  • Азиатско-Тихоокеанский регион
  • Европа
  • Латинская Америка
  • Ближний Восток и Африка

Структура квадранта EIRS в отчете суммирует наш широкий спектр основанных на данных исследований и рекомендаций для CXO, чтобы помочь им принимать более обоснованные решения для своего бизнеса и оставаться лидерами.

Ниже приведен снимок этих квадрантов.

1. Карта впечатлений клиентов

Исследование предлагает всестороннюю оценку различных путешествий клиентов, имеющих отношение к рынку и его сегментам. Он предлагает различные впечатления клиентов о продуктах и ​​использовании услуг. Анализ позволяет более внимательно изучить их болевые точки и опасения в различных точках контакта с клиентами. Решения для консультаций и бизнес-аналитики помогут заинтересованным сторонам, включая CXO, составить карты клиентского опыта, соответствующие их потребностям.Это поможет им нацелиться на повышение взаимодействия клиентов с их брендами.

2. Анализ и инструменты

Различные идеи в исследовании основаны на тщательно продуманных циклах первичных и вторичных исследований, с которыми аналитики участвуют в ходе исследования. Аналитики и советники TMR применяют отраслевые инструменты количественного анализа клиентов и методологии прогнозирования рынка для получения результатов, что делает их надежными.В исследовании предлагаются не только оценки и прогнозы, но и лаконичная оценка этих цифр в динамике рынка. Эти идеи объединяют основанные на данных исследовательские рамки с качественными консультациями для владельцев бизнеса, CXO, политиков и инвесторов. Эти идеи также помогут их клиентам преодолеть свои страхи.

3. Практические результаты

Выводы, представленные в этом исследовании TMR, являются незаменимым руководством для выполнения всех бизнес-приоритетов, в том числе критически важных.Результаты при внедрении показали ощутимые преимущества для заинтересованных сторон и предприятий отрасли в повышении их производительности. Результаты адаптируются к индивидуальной стратегической структуре. Исследование также иллюстрирует некоторые из недавних тематических исследований по решению различных проблем компаниями, с которыми они столкнулись на пути к консолидации.

4. Стратегические рамки

Исследование дает предприятиям и всем, кто интересуется рынком, возможность сформировать широкие стратегические рамки.Это стало более важным, чем когда-либо, учитывая нынешнюю неопределенность из-за COVID-19. В исследовании обсуждаются консультации по преодолению различных подобных прошлых сбоев и предвидятся новые, чтобы повысить готовность. Эти рамки помогают предприятиям планировать свои стратегические согласования для восстановления после таких разрушительных тенденций. Кроме того, аналитики TMR помогут вам разобраться в сложном сценарии и обеспечить отказоустойчивость в неопределенные времена.

Отчет проливает свет на различные аспекты и дает ответы на актуальные вопросы рынка.Вот некоторые из важных:

1. Какие варианты инвестиций могут быть наилучшими при освоении новых продуктов и услуг?

2. К каким ценностным предложениям следует стремиться предприятиям при финансировании новых исследований и разработок?

3. Какие нормативные акты будут наиболее полезны для заинтересованных сторон в расширении их сети цепочки поставок?

4. В каких регионах в ближайшем будущем может наблюдаться рост спроса в определенных сегментах?

5.Каковы одни из лучших стратегий оптимизации затрат с поставщиками, с которыми некоторые хорошо зарекомендовавшие себя игроки добились успеха?

6. Какие ключевые перспективы использует топ-менеджер, чтобы вывести бизнес на новую траекторию роста?

7. Какие правительственные постановления могут поставить под сомнение статус ключевых региональных рынков?

8. Как новые политические и экономические сценарии повлияют на возможности в ключевых областях роста?

9.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *