การสื่อสารระหว่างเซลล์ประสาทเกิดขึ้นเป็นหลักผ่านการส่งสัญญาณประสาท ทางเคมี ที่ไซแนปส์สารสื่อประสาทถูกบรรจุอยู่ในถุงไซแนปส์เพื่อปล่อยจากเซลล์ก่อนไซแนปส์ไปยังไซแนปส์ จากนั้นจึงแพร่กระจายและสามารถจับกับตัวรับหลังไซแนปส์ได้ ในขณะที่โดยทั่วไปเชื่อกันว่าเซลล์ก่อนไซแนปส์ส่วนใหญ่จะปล่อยถุงไซแนปส์ทีละถุงต่อตำแหน่งที่ใช้งานอยู่งานวิจัยล่าสุดชี้ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ที่ถุงไซแนปส์หลายถุงจะถูกปล่อยออกมาจากตำแหน่งที่ใช้งานอยู่เดียวกัน (การปล่อยแบบหลายถุง; MVR) เพื่อตอบสนองต่อศักย์ไฟฟ้ากระตุ้น

ในระบบประสาทมีวิธีการส่งสัญญาณหลักๆ สองวิธี วิธีที่พบได้บ่อยที่สุดในการส่งสัญญาณภายในเซลล์คือศักย์การกระทำ^{[ 1 ]}เดนไดรต์ของเซลล์ประสาทมีตัวรับสารสื่อประสาทแบบไอโอโนโทรปิก (หรือที่เรียกว่าช่องไอออนที่ควบคุมด้วยลิแกนด์ ) และเมตาโบโทรปิกที่จับกับสารสื่อประสาททางเคมี ที่ตัวรับไอโอโนโทรปิก สารสื่อประสาททางเคมีเหล่านี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของการไหลของไอออนเข้าหรือออกจากเซลล์ การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าภายในที่เกิดขึ้นในเดนไดรต์จะถูกส่งต่อไปยังตัวเซลล์และแอกซอนฮิลล็อกซึ่ง โดยทั่วไปจะมี ช่องไอออนที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าอยู่เป็นจำนวนมาก หากถึงเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด ช่องโซเดียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าจะเปิดออก ทำให้ประจุโซเดียมที่สำคัญเข้ามา และกระแสบวกจะแพร่กระจายไปตามแอกซอนไปยังปลายแอกซอน ก่อนซินแนปส์ ศักย์ การกระทำนี้จะนำไปสู่การปล่อยเวสิเคิลของสารสื่อประสาทที่ปลายนี้

ในขณะที่ศักยภาพการกระทำเป็นวิธีการแพร่กระจายสัญญาณทั่วไปในระบบประสาท เซลล์ประสาทรับความรู้สึกบางชนิดใช้ศักยภาพแบบค่อยเป็นค่อยไปเพื่อกระตุ้นการปล่อยเวสิเคิล เซลล์เหล่านี้มักจะสั้นพอที่จะไม่จำเป็นต้องใช้ศักยภาพการกระทำแบบสร้างใหม่เพื่อทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าที่มากพอที่ปลายประสาทก่อนซินแนปส์ ตัวอย่างเช่น เซลล์รับแสงในดวงตาสร้างศักยภาพแบบค่อยเป็นค่อยไปเพื่อตอบสนองต่อแสง และศักยภาพแบบค่อยเป็นค่อยไปเหล่านี้สามารถนำไปสู่การปล่อยสารสื่อประสาทได้โดยตรง^{[ 2 ]}

ปลายประสาทก่อนซินแนปส์ส่วนใหญ่จะปล่อยเวสิเคิลที่มีสารสื่อประสาทจำนวนเล็กน้อยออกมา แม้ว่าจะไม่มีศักย์ไฟฟ้าแอคชั่นก็ตาม กระบวนการนี้เป็นแบบสุ่ม และความน่าจะเป็นของการปล่อย (Pr) สามารถเปลี่ยนแปลงได้ด้วยปัจจัยหลายประการ รวมถึงการมีอยู่และความเร็วของศักย์ไฟฟ้าแอคชั่น^{[ 3 ]}เวสิเคิลเหล่านี้ถูกปล่อยออกมาที่บริเวณแอคทีฟโซนของซินแนปส์ ซึ่งเป็นบริเวณของปลายแอกซอนที่มีกลไกและเงื่อนไขที่จำเป็นทั้งหมดสำหรับการหลอมรวมเวสิเคิลกับเยื่อหุ้มพลาสมาจนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ สมมติฐานที่แพร่หลายคือมีการปล่อยเวสิเคิลเพียงหนึ่งเวสิเคิลในแต่ละครั้งจากบริเวณแอคทีฟโซนเหล่านี้^{[ 4 ]}อย่างไรก็ตาม การวิจัยในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมาได้เพิ่มการสนับสนุนสำหรับกลไกเพิ่มเติมของการปล่อยเวสิเคิลสารสื่อประสาท

แม้ว่าการปล่อยเวสิเคิลเดี่ยวยังคงเชื่อกันว่าเป็นส่วนประกอบสำคัญของเหตุการณ์การปล่อยสารสื่อประสาท แต่ความผันผวนขนาดใหญ่ในการวัดกระแสเซลล์หลังไซแนปส์และความเข้มข้นของสารสื่อประสาทสูงในไซแนปส์บางแห่งได้นำไปสู่สมมติฐานที่ว่าเวสิเคิลหลายอันสามารถถูกปล่อยออกมาต่อโซนแอคทีฟได้ในแต่ละศักยภาพการกระทำ เนื่องจากการปล่อยเวสิเคิลเกิดขึ้นในระดับไมโครวินาที จึงเป็นเรื่องยากที่จะบันทึกหลักฐานโดยตรงจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนของปรากฏการณ์นี้ อย่างไรก็ตาม มีข้อมูลการทำงานจำนวนมากที่สนับสนุน MVR ทั่วทั้งสมองและไซแนปส์ของเซลล์ประสาทรับความรู้สึก^{[ 5 ]}

เชื่อกันว่า MVR มีผลต่อความแรงของสัญญาณในเซลล์ประสาทหลังไซแนปส์ซึ่งโดยทั่วไปจะมีตัวรับที่ถูกครอบครองในระดับต่ำ จำนวนนี้สามารถแตกต่างกันอย่างมากทั่วทั้งระบบประสาท ซึ่งหมายความว่าไม่ว่าจะมีตัวรับจำนวนเท่าใดที่พบในเซลล์หลังไซแนปส์ในบริเวณที่มีการปล่อยเวสิเคิลจากเซลล์ก่อนไซแนปส์ โดยทั่วไปจะมีเพียงจำนวนเล็กน้อยเท่านั้นที่จะถูกครอบครองโดยสารสื่อประสาทที่ปล่อยออกมาจากเวสิเคิลหนึ่งอัน (แต่ละเวสิเคิลสามารถบรรจุสารสื่อประสาทได้มากถึงประมาณ 10,000 โมเลกุล) ^{[ 6 ]} MVR เพิ่มโอกาสที่ศักย์ไฟฟ้าในเซลล์ก่อนไซแนปส์จะส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในโอกาสของศักย์ไฟฟ้าในเซลล์หลังไซแนปส์ ซึ่งอาจเป็นศักย์ไฟฟ้ามากขึ้นหรือน้อยลง ขึ้นอยู่กับว่าสารสื่อประสาท/ตัวรับนั้นเป็นแบบกระตุ้นหรือแบบยับยั้ง^{[ 7 ]}

MVR น่าจะมีบทบาทสำคัญในการส่งสัญญาณและหน่วยความจำ ในฮิปโปแคมปัส MVR เกิดขึ้นได้ทั้งแบบใกล้ซิงโครนัส (ปล่อยเวสิเคิลหลายอันภายในไม่กี่สิบไมโครวินาที) และแบบเดซิงโครนัส (ปล่อยเวสิเคิลหลายอันในช่วงเวลาที่ยาวกว่าเล็กน้อย) MVR ประเภทต่างๆ เหล่านี้สามารถส่งผลกระทบที่แตกต่างกันต่อเซลล์ประสาทหลังไซแนปส์ได้ MVR ที่เกิดขึ้นแบบใกล้เคียงกันจะนำไปสู่การเริ่มต้นและการลดลงอย่างรวดเร็วของระดับสารสื่อประสาทในไซแนปส์ เนื่องจากโมเลกุลแพร่กระจายออกไปหรือถูกดูดซับโดยตัวขนส่งสารสื่อประสาท (เช่น ตัวขนส่งกลูตาเมตในไซแนปส์ของเซลล์ประสาทและเซลล์เกลีย) ในฮิปโปแคมปัสตัวรับ AMPAที่จับกับกลูตาเมตที่ปล่อยออกมาในลักษณะนี้จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเชิงบวกที่ค่อนข้างมากในกระแสเดนไดรต์หลังไซแนปส์ (เรียกอีกอย่างว่ากระแสหลังไซแนปส์กระตุ้น; EPSC) เมื่อตัวรับเดียวกันนี้สัมผัสกับ MVR ที่ไม่ตรงกัน ซึ่งอาจนำไปสู่ระดับสารสื่อประสาทในไซแนปส์ที่เท่ากัน แต่ในช่วงเวลาที่ยาวนานกว่ามาก ตัวรับ AMPA อาจเกิดการลดความไว ซึ่งนำไปสู่ ​​EPSC ที่เล็กลง การลดความไวนี้สามารถลดความพร้อมใช้งานของตัวรับ AMPA และมีส่วนทำให้เกิดภาวะซึมเศร้าระยะสั้นซึ่งเป็นหนึ่งในกลไกพื้นฐานของการเรียนรู้และความจำในวงจรฮิปโปแคมปัส^{[ 5 ]}

ตัวรับ NMDAเป็นหนึ่งในตัวรับกลูตาเมตหลักประเภทอื่น ๆ ในฮิปโปแคมปัส ตัวรับ NMDA อนุญาตให้แคลเซียมเข้าสู่เซลล์หลังไซแนปส์เมื่อจับกับกลูตาเมต งานวิจัยก่อนหน้านี้ในฮิปโปแคมปัสแสดงให้เห็นว่าการตอบสนองต่อการกระตุ้นแอกซอนเดี่ยวสามารถแปรผันได้สูง แตกต่างจากการศึกษาทางสรีรวิทยาไฟฟ้าก่อนหน้านี้ที่ศึกษาเกี่ยวกับกระแสหลังไซแนปส์เนื่องจากการไหลเข้าของแคลเซียมที่ไซแนปส์หลายแห่ง เทคนิคการทดลองที่ได้รับการปรับปรุงทำให้สามารถแยกและศึกษาไซแนปส์แต่ละตัวได้ การปฏิวัติในเทคนิคการทดลองนี้ช่วยตอบคำถามว่าการตอบสนองต่อการกระตุ้นที่แปรผันนั้นเกิดจาก UVR ที่จำนวนไซแนปส์ที่แตกต่างกัน หรือเกิดจาก MVR ที่ไซแนปส์เดียว การศึกษาไซแนปส์แต่ละตัวพบว่าหลังจากการกระตุ้นแอกซอนก่อนไซแนปส์ การไหลเข้าของแคลเซียมที่เกิดจาก NMDA หลังไซแนปส์นั้นแปรผันได้สูง ซึ่งสนับสนุนสมมติฐานที่ว่า MVR สามารถมีบทบาทที่ไซแนปส์เหล่านี้ได้เช่นกัน^{[ 5 ]}

ประโยชน์หลักประการหนึ่งของ MVR เชื่อกันว่าคือการรักษาความถูกต้องของข้อมูล ซินแนปส์ประสาทรับความรู้สึกจำนวนมากใช้ประโยชน์จาก MVR เพื่อควบคุมระยะเวลาและความถี่ของการยิง และเพื่อให้แน่ใจว่าการยิงหลังซินแนปส์มีความน่าเชื่อถือและต่อเนื่องที่ความถี่สูง การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในกระแสหลังซินแนปส์มีโอกาสน้อยที่จะส่งผลต่อการสร้างศักยภาพการกระทำมากกว่าการเปลี่ยนแปลงขนาดใหญ่ ดังนั้น "ข้อมูล" ที่อยู่ในกิจกรรมของเซลล์ก่อนซินแนปส์จึงมีโอกาสน้อยที่จะส่งต่อไปในวงจร เนื่องจาก MVR ส่งผลให้มีการปล่อยสารสื่อประสาทมากขึ้น การเปลี่ยนแปลงในกระแสหลังซินแนปส์จึงมีแนวโน้มที่จะมากขึ้น และข้อมูลมีแนวโน้มที่จะแพร่กระจายไปยังส่วนปลายน้ำได้อย่างน่าเชื่อถือมากขึ้น^{[ 8 ]}

นอกจากนี้ ยังเชื่อกันว่า MVR มีส่วนร่วมในการปล่อยเวสิเคิลที่ไซแนปส์แบบริบบอนซึ่งพบได้มากในระบบประสาทรับความรู้สึก^{[ 5 ]}เซลล์ก่อนไซแนปส์ที่ไซแนปส์หลักในระบบประสาทรับความรู้สึกมักจะมีขนาดเล็กกว่าเซลล์ประสาทอื่นๆ และสามารถอาศัยศักยภาพแบบค่อยเป็นค่อยไปในเซลล์เพื่อกระตุ้นการปล่อยสารสื่อประสาทที่ปลายไซแนปส์ได้อย่างน่าเชื่อถือ^{[ 9 ]}ศักยภาพแบบค่อยเป็นค่อยไปเหล่านี้สามารถคงอยู่ได้นานหลายวินาทีและส่งผลให้มีการปล่อยเวสิเคิลสารสื่อประสาทหลายพันเวสิเคิลจากเซลล์ประสาท ไซแนปส์เหล่านี้มีโครงสร้างโปรตีนคล้ายริบบอนที่เฉพาะเจาะจงซึ่งสามารถจับเวสิเคิลได้หลายพันเวสิเคิลในคราวเดียว และ MVR สามารถปรับการปล่อยเวสิเคิลในระดับสูงเพื่อส่งการเปลี่ยนแปลงที่มีความหมายในความรู้สึกไปยังเซลล์ประสาทรับความรู้สึกถัดไปที่อยู่ด้านล่าง

ความสมดุลระหว่าง UVR และ MVR ไม่จำเป็นต้องคงที่ที่ไซแนปส์ใดๆ เนื่องจากสามารถเปลี่ยนแปลงได้เมื่อเวลาผ่านไป ในระหว่างการพัฒนา ไซแนปส์จำนวนมากจะผ่าน กระบวนการ ตัดแต่งที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรม^{[ 10 ]}โดยทั่วไป ไซแนปส์ที่มีกิจกรรมน้อยกว่ามีแนวโน้มที่จะถูกกำจัดออกจากระบบประสาทมากกว่าไซแนปส์ที่มีกิจกรรมมากกว่า ปรากฏการณ์นี้ได้รับการสังเกตในหลายพื้นที่ของสมอง รวมถึงซีรีเบลลัมในโครงสร้างนี้เส้นใยปีนป่าย จำนวนมากสร้างไซแนปส์กับ เซลล์ประสาท Purkinjeแต่ละเซลล์ปลายแอกซอนของเส้นใยปีนป่ายที่มีระดับ MVR สูงที่สุดเมื่อเทียบกับ UVR มีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงมากที่สุดในการไหลเข้าของแคลเซียมในเซลล์ประสาท Purkinje และไซแนปส์เหล่านี้มักจะถูกเก็บรักษาไว้ในวงจรที่กำลังพัฒนาเมื่อเทียบกับไซแนปส์ที่มีระดับการไหลเข้าของแคลเซียมต่ำกว่า^{[ 5 ]}ในระบบการได้ยิน ที่กำลังพัฒนา MVR จะเด่นชัดน้อยลงเมื่อ ไซแนปส์ Calyx of Heldเจริญเติบโตและเปลี่ยนรูปร่าง ในตำแหน่งนี้ การเปลี่ยนแปลงรูปร่างเหล่านี้จะเพิ่มความเร็วของศักยภาพการกระทำและลด Pr การลดลงของ Pr และ MVR ช่วยลดการลดความไวของตัวรับกลูตาเมตและ AMPA ในไซแนปส์ ส่งผลให้ความถี่ของศักย์ไฟฟ้าในเซลล์ประสาทหลังไซแนปส์สูงขึ้น การเปลี่ยนแปลงของ MVR ที่เกิดจากการเจริญเติบโตนี้ น่าจะมีความเกี่ยวข้องกับตำแหน่งอื่นๆ ในระบบประสาทที่กำลังพัฒนาด้วยเช่นกัน