被困在 ON 與 OFF 之間：解密 motoneuron 的雙穩態和plateau potential秘術
我們的脊髓運動神經元（motoneurons）並不是像開關那樣只能「有輸入才放電」。它們其實可以自己維持在兩種穩定狀態之間：
1. 安靜、不放電的下狀態（downstate）
2. 持續自己放電的上狀態（upstate / plateau firing）
這就是所謂的雙穩態（bistability）。
那麼，神經元明明是一條電線，怎麼可能自己維持在「放電模式」不掉回休眠？答案藏在一個強大的細胞內正回饋迴路。
motoneuron 雙穩態的根本秘密，是以下三個離子機制彼此合作：
① L-type Ca²⁺ 電流 ICaL
當神經元開始放電時，L 型鈣通道會開啟，鈣離子大量湧入。這些鈣本身不足以維持長時間去極化，但它是一個觸發器。(圖1)
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| 圖1 |
② CICR （Calcium-Induced Calcium Release）
細胞內的鈣離子會刺激胞內儲存庫（如 ER）再釋放鈣離子，這讓細胞內的 Ca²⁺ 在放電期間一路上升，而不會快速被泵掉。(圖2)
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| 圖2 |
③ ICAN —— 由 Ca²⁺ 啟動的「加壓器」
當 Ca²⁺ 高到一定程度，就會啟動ICAN（Ca²⁺ 活化的非選擇性陽離子電流）。這個電流通常經由TRPM5 通道流入，帶來一股持續性的去極化電流。這個去極化會讓神經元更容易再放電，再引入更多 Ca²⁺且啟動更多 ICAN，形成一個強大的正回饋 : ICaL → Ca²⁺ → CICR → ICAN → 更去極化 → 再更多 Ca²⁺ (圖3)
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| 圖3 |
而所謂plateau potential，就是神經元在沒有外加刺激時仍維持的長時間去極化的表現。可以把它想像成：神經元踩著油門不放，只靠自己就能維持高速運轉，這個 plateau 正是由上面的 ICAN–Ca²⁺ 迴路所維持的。當然，細胞也裝了煞車，IKCa（Ca²⁺ 活化的 K⁺ 電流）會在 Ca²⁺ 上升時開啟，把膜電位往負的方向拉 : 阻斷 IKCa（apamin） → plateau potential更容易啟動、雙穩態區間變大，IKCa 越強 → plateau potential越容易消失(如圖4、圖5)。
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| 圖4 : plateau 後段的 slow afterdepolarization（sADP）明顯變高、變久，讓神經元更容易維持在 depolarized 狀態，代表 IKCa 平常會把電位往下拉，抑制 plateau。 |
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| 圖5 : 雙穩態（黃色區）在較低的 gCAN 時就出現，代表高 K⁺ 讓 ICAN 的「門檻下降」，更容易造成 plateau firing。 |
原本是從BTSP（Behavioral Time-Scale Plasticity）入門，開始認識海馬迴神經元是如何靠 plateau potential 來塑造路徑記憶、在神經園裡維持一段時間的「局部興奮狀態」。原本認為 plateau 的核心就是一個強大的 Ca²⁺ 流入；但這篇研究讓我看見脊髓 motoneuron 其實使用了一種跨系統的「穩態設計原則」，神經元會用不同的離子，把短暫輸入轉成持續狀態，來達到plateau potential的效果 。
聲明:本文由ChatGPT協助撰寫及確認
撰稿人:周峻廷
原始論文：Molkov, Y. I., Krust, F., Jeter, R., Stell, T., Mohammed, M. A., Brocard, F., & Rybak, I. A. (2025). Ionic mechanisms underlying bistability in spinal motoneurons: insights from a computational model. Frontiers in cellular neuroscience, 19, 1710893.
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