Апикальный дендрит
Апикальный дендрит — это дендрит , который выходит из вершины пирамидальной клетки . [1] Апикальные дендриты являются одной из двух основных категорий дендритов, и они отличают пирамидальные клетки от шиповатых звездчатых клеток в коре. Пирамидные клетки обнаруживаются в префронтальной коре , гиппокампе , энторинальной коре , обонятельной коре и других областях. [2] Дендритные ветви, образованные апикальными дендритами, являются средством интеграции синаптических входов в клетку. [3] Апикальные дендриты в этих областях вносят значительный вклад в память , обучение и сенсорные ассоциации, модулируя возбуждающие и тормозные сигналы, получаемые пирамидными клетками.
Предыстория [ править ]
На пирамидальных клетках присутствуют два типа дендритов: апикальные и базальные дендриты. Апикальные дендриты расположены наиболее дистально на восходящем стволе и располагаются в слое 1 . Эти дистальные апикальные дендриты получают синаптические сигналы от связанных корковых, а также глобально модулирующих подкорковых проекций. Базальные дендриты включают более короткие радиально распределенные дендриты, которые получают сигналы от локальных пирамидных клеток и интернейронов . [4] Пирамидные нейроны разделяют свои входы с помощью проксимальных и апикальных дендритов. [5]
Апикальные дендриты изучаются по-разному. При клеточном анализе электрические свойства дендрита изучаются с использованием реакций на стимулы. Одиночный поверхностный шок коры головного мозга вызывает отрицательный потенциал длительностью 10–20 мс, являющийся проявлением суммированных возбуждающих постсинаптических потенциалов. ( ВПСП ) возникают в дистальных частях апикального дендрита. [6] Это явление получило название дендритного потенциала (ДП). Это идентично поверхностному ответу Адриана в прямых корковых реакциях. [6] При более высоких интенсивностях за ДП следуют медленные положительные волны ( глубокий ответ Адриана ) или длительная отрицательная волна длительностью более 200 мс ( второй компонент Чанга ). [6] Наибольшая амплитуда ДП обнаруживается на поверхности коры со смещением полярности от отрицательной к положительной в пределах поверхностного слоя. [6]
Области интересов [ править ]
Гиппокамп [ править ]
Гиппокамп содержит пирамидные нейроны в трех областях: CA1, CA2 и CA3. [2] Пирамидные нейроны каждой области обладают разными свойствами. Однако во всех областях дендритный синтез белков необходим для поздних долговременных потенциалов в нейронах гиппокампа. [7] нейроны лимбической системы Известно, что обладают свойством «взрыва». Эти клетки подвергаются синхронной и пароксизмальной деполяризации, запуская короткие последовательности потенциалов действия , называемые всплесками. [2]
stratum oriens — это место между слоями, содержащими базальные дендриты. [8] , Светлый слой лучистый слой и молекулярный лакунозный слой представляют собой слои апикальных дендритов и расположены в порядке от наименее удаленного к наиболее удаленному от сомы нейрона. [8]
CA3 клетки Пирамидные
CA3 проецирует коллатерали Шаффера на апикальные дендриты в CA1. [5] Отдельные пирамидные клетки в области CA3 обладают взрывными свойствами из-за высокой плотности кальциевых каналов в их проксимальных дендритах. [2] Деполяризация мембраны также может вызвать эти всплески. Поступление кальция в клетку вызывает более длительную деполяризацию и увеличение потенциалов действия. Обычно сдерживаемый гиперполяризующим локальным торможением (из-за возбуждающей коллатеральной системы), это может привести к постепенному рекрутированию нейронов СА3 и привести к синхронизированным взрывным разрядам. [2] После гиперполяризации кальций-зависимая калиевая проводимость также используется как метод управления этими всплесками. [2]
Пирамидальные клетки CA3 гиппокампа имеют сложные дендритные ветви, которые получают стратифицированный образец синаптической информации из различных источников, в том числе:
- комиссуральные/ассоциативные волокна от ипси- и контрлатеральных пирамидных нейронов CA3, которые образуют синапсы как на базальных, так и на среднеапикальных дендритах в восточном и лучистом слоях. [4]
- мшистые волокна из гранулярных клеток зубчатой извилины , которые образуют синапсы в самой проксимальной апикальной области, блестящем слое . [4]
- волокна префорантного пути от энторинальных кортикальных пирамидных клеток, которые образуют синапсы в области наиболее дистальных апикальных дендритов, stratum lacunosum-moleculare . [4]
Дистальные апикальные дендриты отходят вверх от сомы. Более короткие проксимальные апикальные дендриты простираются наружу и вниз. Форма большей части 2-го сечения примерно цилиндр с заостренным основанием верхушечной ветки. [4] Апикальные и базальные дендриты имеют радиальную структуру организации, поскольку они простираются от сомы. [4] Проксимальные апикальные и базальные дендриты имеют примерно одинаковую плотность. [4] Апикальные дендриты обладают большей средней общей длиной дендритов (6332 против 5062 микрометров) и площадью поверхности (12629 против 9404 квадратных микрометров; ни один из них не включает шипы ). [4] Однако количество концевых ветвей как апикальных, так и базальных дендритов, по-видимому, одинаково. [4] Расстояния между последовательными точками ветвления для базальных дендритов короче. Однако базальный дендрит имеет примерно в 3 раза меньше окончаний на первичный дендрит. [4] Это, а также более низкий максимальный порядок ветвей предполагают меньшую сложность, чем апикальные дендритные деревья. [4] Базальные дендриты имеют более короткое расстояние до кончиков и более ограниченный диапазон, чем апикальные дендриты. Данные свидетельствуют о том, что проксимальные апикальные и базальные дендриты более сжаты, но обладают более широким локальным диапазоном активности, чем дистальные апикальные дендриты. [4]
В нейронах CA3 входные сигналы стратифицированы и располагаются полосами, параллельными слою тела клетки. [4] Дендритное затухание синаптического тока описывается экспоненциальной зависимостью. Чем ближе к телу дендрит, тем выше амплитуда ВПСП . [4] Электрические измерения и прогнозы подтверждают модель поперечного сечения цилиндра. [4] В CA3 афференты височно-аммонических (TA), комиссуральных (COM), ассоциативных (ASSOC) и мшистых волокон (MF) образуют возбуждающие глутаматергические (Glu) синапсы на дендритах пирамидных клеток (как апикальных, так и базальных). [2]
Поскольку быстрые сигналы, возникающие в базилярных и проксимальных апикальных дендритах, передаются в сому с эффективностью не менее 20–25%, каждый из синапсов в этих дендритах вносит больший вклад в активацию нейронов, чем дистальные апикальные синапсы. [4] Напротив, только медленные сигналы от дистальных дендритов эффективно передаются в сому, что указывает на модулирующую роль потенциала покоя клетки. [4] В нескольких исследованиях выдвигается гипотеза, что этого можно достичь путем изменения общей частоты синаптической активности в дистальном апикальном дендрите. [4] Поскольку постоянный поток синаптической активности будет похож на постоянную подачу тока, общий уровень синаптической активности в дистальном апикальном дендрите может определять уровень деполяризации всего нейрона. [4] Когда более эффективная проксимальная синаптическая активность накладывается на подпороговую деполяризацию вследствие дистальной активности, клетка имеет высокую вероятность запуска ПД. [4] В CA3 именно проекция перфорантного пути от энторинальных кортикальных клеток обеспечивает синаптический вход к наиболее дистальным дендритам пирамидных клеток. Если предположить, что средняя частота составляет 7 спайков в секунду, то всего лишь пять случайно активирующихся энторинальных кортикальных клеток вызовут устойчивый уровень деполяризации в дистальных дендритах пирамидных клеток CA3b. [4] Амплитуда и кинетика электрического сигнала изменяются в зависимости от положения внутри дендрита и частоты сигнала. [4]
Основным триггером разряда СА3 является афферентный вход от зубчатой извилины гранулярных клеток , из которых окончания мшистых волокон создают очень сложные синапсы на проксимальной части апикального дендрита СА3 в блестящем слое . [2] Здесь они контактируют с очень сложными дендритными шипами. Высвобождение глутамата из отдельных терминалей вызывает большой, не NMDA -опосредованный ВПСП . [2] Наиболее проксимальные области пирамидальных дендритов СА3 получают исключительно мшистые волокна, средние дендритные области (лучистые слои на апикальной стороне и ориентация на базальной стороне) получают в основном ассоциативные и комиссуральные волокна (от других клеток СА3), а дистальные апикальные волокна дендриты ( stratum lacunosum-moleculare ) получают сигнал от височно-аммонических афферентов (из энторинальной коры). [2] Вход мшистых волокон в CA3 демонстрирует пластичность, отличную от пластичности типичного долговременного потенциирования , поскольку он зависит (или, по крайней мере, чувствителен к) моноаминергической (см. моноамины ) активации системы 2-го мессенджера цАМФ . [2]
Интернейроны CA3 в
Они похожи на зубчатые клетки. Типы интернейронных клеток демонстрируют уникальные паттерны дендритного разветвления и специфическое нацеливание на регионы с помощью коллатералей аксонов. [2] Исследователи показали, что разные морфологически определенные интернейроны обладают разными электрическими свойствами. К ним относятся как клетки с быстрым спайком, чьи тормозные постсинаптические потенциалы (ТПСП) в сумме создают маленькие, гладкие ТПСП в пирамидальных клетках, так и клетки с медленным спайком (они производят большие, быстрорастущие ТПСП в пирамидальных клетках-мишенях). Дендритная область СА3 ламинированная.
Для входа в собственно гиппокамп височно-аммонный путь возникает в клетках слоя III энторинальной коры, но отделяется от перфорантного пути, чтобы связаться с наиболее дистальными ветвями пирамидных клеток в лакуносум-молекулярном слое СА1-СА3. [2] Возбуждающее (глутаминергическое) влияние этого пути было поставлено под сомнение, поскольку влияние на пирамидные клетки было трудно продемонстрировать. [2] Недавние эксперименты показывают, что эта модуляция пирамидных клеток может дифференциально активировать субпопуляцию интернейронов, расположенную в дистальных отделах апикальных дендритов. [2]
Изучение тормозной передачи в пирамидных нейронах и их модуляторах ограничено, поскольку большое количество возбуждающих синапсов затмило физиологические исследования тормозных нейронов. [9] Строение тормозных синапсов на апикальных дендритах может быть не столь пластичным, как возбуждающих синапсов на этих нейронах. [9] Во многих экспериментах трудно дифференцировать возбуждающие и тормозные синапсы с использованием электрофизиологических записей. [9] Возбуждающие синапсы и их структура по сравнению с тормозной системой довольно однородны по типу и свойствам. [9] Тормозная система, напротив, обладает несколькими (10) различными типами синапсов, происходящими из специфически дифференцированных клеток, и ее гораздо труднее отследить. [9] Недостаточно информации, чтобы точно различить возбуждающие и тормозные пути, способствующие изменениям экспрессии нейромедиаторов и изменениям клеточной структуры. [9]
СА1 [ править ]
Пирамидные клетки СА1 составляют гомогенную популяцию, которая вместе с сородичами в субикулюме составляет первичные выходные клетки гиппокампальной формации. [2] Первичные возбуждающие импульсы осуществляются через глутаматергические коллатерали CA3 Шаффера (как ипси-, так и контралатеральные), которые контактируют с дендритными шипами на апикальных и базальных дендритах в слоях radiatum и oriens. [2] Дополнительный возбуждающий вход осуществляется через височно-аммонную систему, которая образует синапсы на дистальных апикальных дендритах лакуносум-молекулярного слоя. [2]
Визуализирующие исследования после локализованных изменений внутриклеточного кальция в результате дискретных синаптических входов показали роль этих токов в синаптической пластичности. [2] Однако существуют разногласия относительно того, как могут происходить зависящие от активности изменения синаптического торможения. [2] Исследования сходятся во мнении, что пластичность повышается при уменьшении ингибирования. [2]
СА2 [ править ]
CA2 отличается от других регионов, потому что это одна из немногих областей, выживающих при височной эпилепсии . [2] Каиновая кислота, используемая для моделирования TLE и связанных с ней склерозов, влияет в первую очередь на синапсы мшистых волокон в CA3. [2] Считается, что при введении КА они выделяют глутамат. [2] СА2 и СА3 можно отличить с помощью гистологического окрашивания, поскольку проксимальные апикальные дендриты СА2 не имеют дендритных шипов . [8]
Энторинальная кора [ править ]
Энторинальная кора (ЭК) состоит из шести слоев. [2] Поверхностный слой I состоит в основном из афферентных волокон, идущих к апикальным дендритам клеток II-VI слоев. Каудальные уровни сильно выступают на ростральные уровни. Внутри каждой области ЭК более глубокие слои иннервируют поверхностные слои, а поверхностные слои иннервируют соседние поверхностные слои. Энторинальные пирамидные клетки слоя V получают сильный сигнал от периринальной коры и сенсорной коры. [2] Эти пирамидальные клетки затем проецируются в поверхностные клетки энторинального слоя II и III. Клетки EC слоя V имеют сильные повторяющиеся возбуждающие синапсы, очень похожие на слои CA3 в гиппокампе, и при их провокации способны к взрывной активности. Связи между медиальной и латеральной энторинальными областями редки и в основном выступают от медиального ЭК к латеральному ЭК. Эти связи не взаимны. [2] Большинство клеток ЭК имеют пирамидальную форму. Более 90% клеток слоя V представляют собой регулярные импульсы, и лишь несколько клеток имеют импульсную и быструю импульсацию. [2] ГАМК сильна в поверхностных слоях. Горизонтальные срезы тканей ЭК и гиппокампа показывают, что воздействие низких концентраций ионов магния приводит к длительным приступам. Этот ответ, вероятно, является результатом взаимосвязей пирамидных клеток V слоя. Увеличение внеклеточного калия при судорогах наблюдается в более глубоких слоях. Эти ответы являются точным отражением моделей животных in vivo . [2]
Грушевидная кора [ править ]
В грушевидной коре слой I состоит в основном из афферентных входов к апикальным дендритам более глубоких клеток. Слой I подразделяется на слои Ia и Ib, каждый из которых имеет свои афференты. Второй слой плотно упакован пирамидальными и полулунными клетками. Слой III содержит преимущественно пирамидальные клетки в своей поверхностной части. [2]
В грушевидной коре дистальные апикальные дендриты пирамидных нейронов слоя III получают внешние входы, а соответствующие проксимальные дендриты получают внутренние входы. [5]
Обонятельная луковица [ править ]
В каждом клубочке аксоны рецепторных нейронов контактируют с апикальными дендритами митральных клеток, которые являются основными проекционными нейронами обонятельной луковицы . Клеточные тела митральных клеток располагаются в отчетливом слое глубоко в обонятельных клубочках . [10] Каждая митральная клетка расширяет первичный дендрит до одного клубочка, где дендрит дает начало сложному пучку ветвей, на котором синапс первичных обонятельных аксонов. [10] Например, каждый клубочек в мышиной модели содержит примерно 25 митральных клеток, которые получают иннервацию примерно от 25 000 аксонов обонятельных рецепторов. [10] Конвергенция увеличивает чувствительность митральных клеток к обнаружению запаха. [10]
Кора головного мозга [ править ]
Общие [ править ]
Самый поверхностный слой коры — молекулярный или плексиформный слой. [1] Он имеет густую сеть тангенциально ориентированных волокон и клеток, состоящих из аксонов клеток Мартинотти и звездчатых клеток, а также апикальных дендритов пирамидных клеток. [1] Апикальные дендриты пирамидальных клеток внешнего зернистого слоя и, что более заметно, внешнего пирамидного слоя, выступают в молекулярный слой. [1] В плексиформном слое имеются также ГАМКергические синаптические связи между апикальными дендритами зернистых клеток и базальными дендритами тафтинговых клеток и митральных клеток . [1]
Некоторые из апикальных дендритов пирамидных клеток коры головного мозга могут достигать 10 мкм в диаметре. [11] Апикальный дендрит большого пирамидного нейрона коры головного мозга может содержать тысячи шипов. [11] Шипы в коре головного мозга различаются по размеру на несколько порядков от одной области к другой. Самые маленькие имеют длину 0,2 мкм и объем около 0,04 кубических микрометров, а самые крупные — длину 6,5 мкм и объем 2 кубических микрометра. [11]
Неокортекс [ править ]
Пирамидные клетки представляют собой основной класс клеток неокортекса . [2] Они имеют высокую плотность дендритных шипов, выступающие апикальные дендриты и аксоны, выступающие из коры, а также локально внутри нее. [2] Сома для них появляется во всех слоях, кроме I. [2] Шишковидные звездчатые клетки здесь отличаются от пирамидальных отсутствием апикального дендрита и тем, что их аксоны также не покидают кору. [2] Считается, что эти клетки начинаются с пирамидальных нейронов, а затем втягивают свои апикальные дендриты и аксоны. [2]
Cerebellum[editмозжечок
Определяющей характеристикой клеток Пуркинье в мозжечке является апикальный дендрит. [10]
Развитие [ править ]
Формирование дендритных ветвей пирамидных нейронов в коре происходит постепенно, начиная с поздних эмбриональных стадий развития и продолжаясь и в постнатальный период. [2] Многие дендриты пирамидных нейронов в глубоких слоях ветвятся и образуют связи в слое IV, а некоторые распространяются и на более поверхностные слои. Дендриты пирамидальных клеток в слое III разветвляются, образуя ветви в слое I. Таламокортикальные афференты будут вступать в синаптический контакт с дендритами в слое IV, в то время как множество других входных сигналов встретятся с дендритами в слое I. Постсинаптическая структура частично управляется сигналами от входящих афферентных волокнах и в течение жизни в синапсах сохраняется пластичность. [2]
Формирование этих беседок регулируется силой местных сигналов во время развития. [3] Несколько моделей активности контролируют развитие мозга. Изменения потенциала действия в сетчатке , гиппокампе, коре головного мозга и спинном мозге обеспечивают сигналы, основанные на активности, как активным нейронам, так и их постсинаптическим клеткам-мишеням. Спонтанная активность, возникающая в щелевых соединениях нейронов , подпластинке коры и сенсорных входах, участвует в передаче сигналов клетками, которые регулируют рост дендритов. [3]
Полезными моделями формирования дендритных деревьев являются головастики Xenopus , которые прозрачны на ранних стадиях развития личинок и позволяют многократно визуализировать меченные красителем нейроны у интактного животного в течение нескольких недель. [3] На основе этой и других моделей было замечено, что происходят быстрые добавления и сокращения дендритных ветвей, которые удлиняют весь дендрит и накапливают больше ветвей. Это отражает развитие аксональных ветвей (время жизни обеих составляет около 10 минут). [3] Эта активность снижается по мере взросления нейронов. Сигналы, включающие глутамат от ветвей аксона, могут увеличивать количество ветвей. [3]
В рамках модели головастика Xenopus было изучено несколько сигнальных систем. Например, в оптических тектальных нейронах рост дендритов происходит примерно в начале поступления сетчатки. [3] Многие из каудальных тектатов имеют «тихие» синапсы, которые модулируются только рецепторами N-метил-D-аспартата ( NMDA ). альфа-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазола ( АМРА По мере взросления нейронов добавляются рецепторы ), увеличивая синаптическую передачу. Развитие нейронов и дендритов зависит от NMDA . [3] Быстрорастущие дендритные ветви более динамичны, чем медленнорастущие, и сами дендриты играют активную роль в собственном развитии. [3] В исследованиях было показано, что транспорт изоформ HCN (активируемых гиперполяризацией циклических нуклеотидов) каналов к дендритным полям пирамидных нейронов CA1 в гиппокампе происходит возрастным образом в развивающемся гиппокампе. [12]
Среди сигналов, изученных в этой системе, есть CaMKII, серин/треониновая киназа, регулируемая кальцием/кальмодулином, которая необходима для индукции путем невыражения долговременного потенциирования . [3] мРНК CaMKII нацелена на дендриты, и синтез белка и активность ферментов усиливаются за счет сильного синаптического воздействия. [3] Экспрессия у Xenopus указывает на то, что она связана с переходом к замедленному росту деревьев. Это говорит о том, что активность способствует уменьшению роста и ретракции ветвей дендритов, стабилизируя конфигурацию ветвей. [3] Для этой системы вырисовывается следующая закономерность:
- Ветви с рецепторами, содержащими только NMDA, созревают и рекрутируют AMPAR, которые стабилизируют ветви. [3]
- Эти стабильные ветви затем добавляют новые ветви с синапсами, содержащими только NMDAR, которые либо стабилизируются посредством AMPAR, либо втягиваются. Добавки AMPAR присутствуют у взрослых и отвечают за синаптическую пластичность . [3]
- Усиление сигналов CaMKII является результатом избирательного перемещения GluR1 AMPAR в синапсы. При длительной депрессии (LTD) субъединицы GluR AMPAR подвергаются эндоцитозу . [3]
Временные различия в передаче сигналов в ходе созревания нейронов позволяют предположить, что наиболее многообещающие исследования развития ветвей и синаптогенеза в будущем будут происходить в интактных системах мозга. [3]
Другой моделью, изучаемой в развитии апикальных дендритов, является крыса . Введение столбнячного токсина новорожденным крысам показало, что рост апикальных дендритов происходит нормально во время депривации сигнала, тогда как рост базальных дендритов ограничен. Это указывает на то, что нейронная активность имеет решающее значение для образования новых дендритов. [13]
Однако животных моделей может быть недостаточно для выяснения сложности этих систем. Например, пирамидальные клетки CA1 у человека в 30 раз толще, чем у крыс. [14] Энторинальная кора также подразделяется у человека на 8 и на 27 отделов (в зависимости от используемой системы), тогда как у крыс их всего 2, а у обезьян — 7. [14] Связи зубчатой извилины и энторинальной коры у человека также более сложны. [14] У крыс и кошек существует очень большая реципрокная связь между энторинальной корой и обонятельной системой. [2] У приматов эта связь отсутствует и существуют высокодифференцированные связи между мультимодальной парасенсорной и паралимбической корой и ЭК, которые не столь выражены у крыс и кошек. [2] Увеличенный размер субикулюма приматов может пропорционально усиливать его воздействие на энторинальную кору. [2]
Половой диморфизм [ править ]
Формирование дендритных ветвей пирамидальных клеток в передней поясной извилине (слои 2/3) более сложное у мужчин и, в отличие от орбитальных префронтальных областей, дендритное ветвление больше у женщин, что указывает на фундаментальные различия в префронтальной организации у мужчин и женщин. [15] У крыс, например, воздействие эстрогена экзогенно или эндогенно во время проэструса приводит к увеличению плотности позвоночника CA1. [10] [15] Эти различия могут быть связаны с наличием гонадных гормонов, влияние которых, как было показано, влияет на структуру клеток в гиппокампе. Было показано, что лечение тестостероном влияет на структуру корковых нейронов. [15]
Патология [ править ]
Реакция на стресс посттравматическое расстройство стрессовое и
Дендритные шипики, постсинаптические структуры, получающие в основном возбуждающую информацию, чувствительны к событиям в процессе развития, включая эпизоды стресса или лекарства. Исследования показали, что пренатальный стресс снижает сложность, длину и частоту шипов пирамидальных апикальных дендритов слоев II/III на моделях крыс и приматов. Дендритная атрофия была описана в гиппокампе и префронтальной коре в обеих моделях. [15]
Было показано, что хронический стресс уменьшает сложность ствола и общую длину дендритов апикальных дендритных деревьев пирамидных нейронов CA3 в гиппокампе. [16] [17] Изменения в поведении, вызванные хроническим стрессом, обычно связывают с изменениями в гиппокампе, который является основной нейронной мишенью глюкокортикоидов и участвует во многих поведенческих проявлениях, изменяемых введением кортикостероидов. [5] [17] И хронический стресс, и прием кортикостероидов приводят к обширной атрофии апикальных дендритов пирамидных нейронов в области CA3 гиппокампа, и эти дендриты не атрофируются при введении цианокетона (блокатора кортикостероидов). [5] Эта атрофия дендритов опосредована как глутаминергической, так и серотонинергической системами (введение либо антагониста рецептора NMDA CGP 43487, либо ингибитора захвата серотонина тианептина предотвращает атрофию). [5] Сообщалось о гибели клеток при длительном лечении. [17] Гормоны стресса в малых дозах сами по себе не наносят вреда, но усиливают действие других опасных агентов, включая эксайтотоксины , гипогликемию , гипоксию и ишемию. [17] Считается, что повреждающее воздействие стресса на эти нейроны связано с экспрессией нейротрофического фактора головного мозга ( BDNF ), экспрессия которого снижается в условиях стресса и увеличивается при приеме антидепрессантов. [17]
Префронтальная кора также является мишенью для глюкокортикоидов при стрессе ([3H]дексаметазон связывается с рецепторами лобной и префронтальной коры примерно в 75% концентрации гиппокампа). [5] На эндогенную регуляцию кортикостероидных рецепторов указывает изменение связывания ранее упомянутого соединения в префронтальной коре при введении кортикостероидов. [5] Кроме того, в регуляции стрессовой деятельности участвует префронтальная кора. Поражения префронтальной коры крыс нарушают спонтанное чередование, работу в радиальном лабиринте и пассивное избегание. [5] У приматов они ухудшают торможение реакции прямой видимости. [5] Хроническое введение кортикостероидов снижает связывание рецептора 5-HT1A, связывание рецептора 5-HT2, уровни серотонина и экспрессию молекулы адгезии нервных клеток (макромолекулы клеточной поверхности, участвующей в регуляции аспектов стабилизации синапсов). [5] Эти изменения указывают на структурные изменения, которые следуют за повышением уровня гормона стресса.
Исследования морфологических изменений дендритов показывают, что повышение уровня гормонов стресса во II-III слоях префронтальной коры не вызывает заметных изменений в структуре или распределении базальных дендритов. [5] Однако апикальные дендриты демонстрируют значительное перераспределение в мозге животных, обработанных гормонами стресса, что измеряется с помощью анализа Шолля. [5] Анализ Шолля оценивает количество и распределение дендритного материала путем подсчета количества пересечений дендритов с наложением концентрических колец с центром в соме. [5] Медиальные пирамидные нейроны слоев II-III префронтальной коры показали значительную реорганизацию с увеличением на 21% проксимальных апикальных ветвей дендритов и уменьшением на 58% дистальных апикальных ветвей дендритов. [5] Эти результаты контрастируют с изменениями в дендритных деревьях CA3 гиппокампа, в которых наблюдались только регрессивные изменения. [5] Одно из возможных объяснений, предложенное в этих исследованиях, заключается в том, что атрофия дистальных дендритов пирамидных нейронов II-III слоев возникает непосредственно из-за потери входных сигналов от измененных пирамидных нейронов СА3, поскольку и СА1, и СА3 проецируются непосредственно в медиальную префронтальную кору. [5]
На основе электрофизиологических данных установлено, что возбуждающие синапсы на проксимальных апикальных дендритах пирамидных нейронов префронтальной коры служат для усиления сигналов возбуждающего постсинаптического потенциала (ВПСП), генерируемых в дистальных апикальных дендритах. [5] Это указывает на то, что уменьшение массы дистальных дендритов из-за повышения уровня гормона стресса может привести к увеличению сложности проксимальных апикальных дендритов, поскольку проксимальные апикальные дендриты пытаются компенсировать снижение сигналов дистальных апикальных дендритов. [5]
Серотонинергические изменения и изменения высвобождения глутамата в префронтальной коре указывают на то, что нейрохимические механизмы, изменяющие структуру как в гиппокампе, так и в префронтальной коре, схожи. [5]
Разделение управления между внешними и внутренними входами в дендриты грушевидной коры (упомянутое выше) также наблюдается в меньшей степени в медиальной префронтальной коре . Это указывает на то, что вызванные стрессом изменения апикальных дендритов увеличивают относительную значимость внутрикорковых сигналов за счет экстракортикальных сигналов. [5]
При исследованиях иерархических животных было замечено, что доминирующие и подчиненные животные демонстрируют одинаковую степень дендритной реорганизации, что указывает на то, что атрофия дендритов при стрессе не зависит от степени. [16]
Метаболические заболевания
При нейрометаболических заболеваниях растянутые запасающие нейроны заметно набухают и приобретают грушевидную форму, при этом ядро и тельца Ниссля смещаются к апикальным дендритам. [18] Примерами метаболических болезней накопления нейронов являются болезни накопления сфинголипидов , которые обычно связаны с нарушением работы гидролаз в лизосомах , ответственных за деградацию этих липидов:
- 2 и 3 типа болезнь Гоше [19]
- GM1 Ганглиозидоз и ганглиозидоз GM2 [19]
Такое набухание проявляется, например, при болезни Тея-Сакса , накоплении GM2 из-за дефектной бета- гексозаминидазы . [19] При этом заболевании видны крупные образования меганевритов. [19]
Эпилепсия [ править ]
Клеточные механизмы [ править ]
Было указано, что при изучении моделей эпилепсии существует проблема «курицы и яйца», поскольку , с одной стороны, модели используются для изучения генеза эпилепсии, а с другой - для изучения изменений при длительных событиях. . [9] Поэтому возникает вопрос о том, указывают ли полученные данные моделей на преувеличенный дефект, ответственный за генезис судорог, или же данные указывают на системные изменения в нормальной ткани после длительной судорожной активности. [9]
Токи кальция, обычно выраженные в нейронах гиппокампа CA1, увеличиваются в ответ на эпилептический статус. Имеются данные о том, что ток в кальциевых каналах Т-типа увеличивается, особенно в апикальных дендритах. Гипотеза состоит в том, что это явление создает ситуацию, при которой быстрые выбросы натрия в соме распространяются обратно в дендриты, в результате чего они взрываются. [20]
Дендритные потенциалы (ДП) также претерпевают изменения. Выявление ДП во время судорожной активности показало, что они были намного меньше, чем в контрольной группе. [6] Однако ДП, возникшие сразу после прекращения приступа, длились более длительные периоды, что указывает на то, что подавление ДП коррелирует с самой судорожной активностью. [6]
Глутамат — возбуждающий нейромедиатор, способный вызвать метаболическое повреждение нейронов. , что в гиппокампе ГАМКергические Было обнаружено нейроны уязвимы к эксайтотоксическому действию глутамата на каинатный рецептор . [21] Эти рецепторы наиболее плотны в секторах СА3 и СА2 гиппокампа, где наномолярные (нМ) концентрации каиновой кислоты связаны с выраженной и стойкой деполяризацией пирамидных нейронов СА3. [21] Это предполагает проведение возбуждающей активности по отросткам мшистых волокон от области зубчатых гранулярных клеток к нейронам СА3. [21] Стимуляция этого типа рецепторов связана с пароксизмальными спайками, похожими на судороги. [21]
Пластичность пирамидных клеток и интернейронов CA1 связана с ролью CA1 в эпилептогенезе. [2] CA1 становится гипервозбудимым при повреждении региона CA3. Происходит снижение как GABAA, так и GABAB IPSP. Интернейроны ГАМК, хотя и неповрежденные, активируются с меньшей легкостью. [2]
Входной сигнал от ЭК в зубчатую извилину фильтруется как для иктального , так и для нормального паттерна активности, в то время как клетки CA3 создают интериктальный профиль, усиливая аномальную активность. [2]
Гипервентиляция приводит к заметному поверхностному отрицательному сдвигу постоянного тока из-за деполяризации апикальных дендритных деревьев кортикальных пирамидных клеток. [2] Этот сдвиг, вероятно, отражает повышенную возбудимость кортикальных нейрональных сетей и может объяснить возникающую в результате потенциальную эпилептогенность. [2] Некоторые противоэпилептические препараты обладают противоположным эффектом, снижая поверхностный негатив в нормальных контрольных группах. [2]
Височная эпилепсия
Изменения экспрессии калиевых каналов и калиевых токов описаны на модели височной эпилепсии. В этой модели происходит подавление канала кодирования A-типа Kv4.2. [2] Этот канал участвует в ограничении обратного распространения потенциалов действия и уменьшении передачи возбуждающих постсинаптических потенциалов (ВПСП) от апикальных дендритов в сому. [2] , что вышеупомянутая активация кальциевых каналов t-типа приводит к усилению взрывного поведения в нейронах гиппокампа. В той же модели было показано [2]
Инфантильные судороги и связанные с памяти нарушения ними
Гибель нейронов, по-видимому, не способствует дефициту обучения у крыс с эпилептическими судорогами . [2] Однако нейроны CA3 в , использующей столбнячный токсин модели эпилепсии с ранним началом , демонстрируют снижение сложности ветвления базальных дендритов, а также уменьшение плотности шипов как на апикальных, так и на базальных дендритах. [2] Аналогичные данные были получены у пациентов с эпилепсией во время хирургических процедур. [2] В неокортикальных и гиппокампальных очагах наблюдалось уменьшение длины и сложности ветвления дендритных ветвей, а также снижение сложности ветвления остальных дендритов. [2] Модель хронической эпилепсии с кремом из оксида алюминия у приматов дала аналогичные данные. [2] Поскольку дендриты и их шипики являются местами возбуждающего синаптического ввода в нейроны, результаты показывают, что глутаминергическая синаптическая передача может быть снижена. [2] Поскольку это участки, активные в долгосрочной потенциации (LTP) и других изменениях в синаптической передаче, которые лежат в основе обучения и памяти, изменения в этих участках могут объяснить дефицит обучения и памяти, связанный как с ранним, так и с длительным течением эпилепсии. [2]
Шизофрения [ править ]
У людей с посмертный шизофренией анализ показал снижение количества ГАМКергических клеток и активности в гиппокампе. [21]
Неокортикальная гетеротопия человека
Гетеротопия – это смещение какого-либо органа или его компонента из естественного положения. [2] Крысиные модели внутренней структурной гетеротопии телэнцефала используются в качестве модели неокортикальной гетеротопии человека . [2] В этих моделях апикальные дендриты пирамидных нейронов не всегда ориентированы радиально и могут даже быть инвертированы. [2] Кроме того, дендриты вблизи края гетеротопной области часто изгибаются и повторяют контур полосы. [2]
Методы изучения эффектов [ править ]
Следующий список адаптирован из Lothman, et al. [8]
Визуализация in-vivo [ править ]
- Магнитно-резонансная томография (МРТ)
- Компьютерная томография (КТ)
- Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ)
- Киноавторадиография
- Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ)
- Поверхностная, субдуральная и глубинная электроэнцефалография.
- Магнитоэнцефалография
- Вызванные потенциалы
- Фокальная электростимуляция
- Послеразряды
- Физиологические и психологические реакции на стимуляцию
- Запись одного устройства
Физиология in vitro [ править ]
- Ломтики
- Визуализация in vitro: стандартная световая и электронная микроскопия
- Гистохимия
- Иммуноцитохимия
- Рецепторная авторадиография
- Поражения
- Разрушительный
- Двусторонний
- Криопоражения
- Фармакологический
Изменения в захвате [ править ]
Два метода изучают связь между судорогами и дендритными нарушениями:
- Судороги активируют механизмы стресса, включая возбуждающий нейропептид кортикотропин-рилизинг-гормон (CRH) нейронов гиппокампа. [2] Было показано, что CRH препятствует росту и дифференцировке дендритов. [2] Мыши, лишенные этого рецептора, обладают обильными дендритными деревьями. [2] Однако пирамидные клетки, подвергшиеся воздействию CRH в течение первой недели жизни, имели атрофированные дендриты. Эти изменения, связанные со стрессом, снизили синаптическую пластичность и вызвали дефицит обучения и памяти в более позднем возрасте. [2] Поскольку существуют антагонисты КРГ, существует возможность обратить вспять или предотвратить эти эффекты фармакологическими средствами. [2]
- Исследования повторяющихся фебрильных судорог показали, что судороги приводят к нарушению обучения и памяти, а также к нарушению передачи сигналов, которая обычно приводит к активации фактора связывания элемента ответа цАМФ ( CREB ), фактора транскрипции . [2] У крыс, протестированных в рамках парадигмы обучения тормозному избеганию , обычно активация CREB происходит путем фосфорилирования Ser133. [2] Эта активация нарушается после повторяющихся фебрильных судорог. [2] Это предполагает индуцированную судорогами модификацию сигнального каскада выше CREB. [2] Взрослых крыс с детскими фебрильными судорогами лечили ролипрамом , специфическим ингибитором фосфодиэстеразы IV типа ( ингибитор PDE4 ), который приводит к активации протеинкиназы А (PKA) и, как известно, активирует CREB с помощью митоген-активируемой протеинкиназы ( MAPK ). путь. [2] Лечение ролипрамом обратило вспять дефицит обучения у крыс, у которых наблюдались периодические фебрильные судороги. [2]
Оптический мониторинг [ править ]
Запись активности одного нейрона в любой момент времени во многих местах дендритного дерева была достигнута с использованием чувствительных к напряжению красителей с оптическим мониторингом. [2] Сигналы быстрые, но при этом слабые, а измерения отдельных ячеек требуют интенсивного освещения. [2] Поскольку красители очень фототоксичны, клетки обычно умирают после нескольких потенциалов действия. [2] Однако измерения как соматических, так и дендритных записей патчей показывают, что пиковое отклонение мембранного потенциала во время пароксизмального деполяризующего сдвига (ПДС) на 10 мВ больше в апикальном стволе (супрагранулярное расположение), чем в соме. [2] Это согласуется с анатомией неокортикальных сетей, поскольку наиболее мощные связи реципрокных слоев находятся в супрагранулярных слоях 2 и 3. [2] Это может разрешить противоречивую информацию, предполагающую, что активность распространяется в первую очередь на супрагранулярные слои или на нейроны большого слоя 5. [2]
Традиционные исследования с помощью электронной микроскопии или окраски по Гольджи показали, что дендриты представляют собой стабильные структуры. [22] Однако замедленная фотография и двухфотонная микроскопия показали, что дендриты представляют собой живые, постоянно меняющиеся ткани, подвижные в быстром масштабе времени. [22]
Электроэнцефалограмма [ править ]
Сигналы электроэнцефалограммы (ЭЭГ) кожи головы представляют собой сумму ВПСП и ТПСП нервных клеток. [23] ЭЭГ может измерять потенциалы только тех клеток, которые расположены организованными слоями и апикальные дендриты которых ориентированы перпендикулярно поверхности коры (как и в пирамидных клетках). [23] Потенциал, измеряемый с помощью ЭЭГ, представляет собой разницу между базальной и апикальной частями активных нейронов, ориентированных таким образом. [23] ВПСП, сходящиеся к пирамидным нейронам через прямые афферентные волокна, заканчивающиеся в верхней части апикальных дендритов, вызывают поток заряженных ионов (ток) между точками с разными потенциалами внутри и снаружи нейронов. [23] Положительные ионы затем попадают в клетку в соответствии с градиентом концентрации и электрического заряда и распространяются на остальную часть нейрона. [23] ВПСП из дистальных апикальных дендритов создают ток, начинающийся от апикальной части, ближайшей к синапсу (где величина больше), к телу клетки, поскольку сопротивление этому потоку меньше. [23] Ток, перпендикулярный (или радиальный) апикальному дендриту, сопровождается магнитным полем, которое распространяется ортогонально (или тангенциально) току вдоль внеклеточной стороны клеточной мембраны. [23] Таким образом, этот набор ионных и электрических функциональных изменений генерирует поля электромагнитных потенциалов или электромагнитные диполи. [23] Их также можно определить как одиночные эквивалентные диполи. [23]
Ссылки [ править ]
- ^ Перейти обратно: а б с д Это Гринштейн БГаА. Цветной атлас нейронаук: нейроанатомия и нейрофизиология . Штутгарт, Нью-Йорк: Тиме; 2000 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Это ж г час я дж к л м н О п д р с т в v В Икс и С аа аб и объявление но из в ах есть также и аль являюсь а к ап ак С как в В из хорошо топор является тот нет бб До нашей эры др. быть парень бг чб с минет БК с бм млрд быть б.п. БК бр бс БТ этот бв б бх к Джером Энгель TAP, изд. Эпилепсия: Комплексный учебник в трех томах . Филадельфия, Пенсильвания: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс; 2008 год
- ^ Перейти обратно: а б с д Это ж г час я дж к л м н О п Клайн ХТ. Развитие дендритного дерева и синаптогенез. Текущее мнение в области нейробиологии, 2001 г.; 11: 118–126
- ^ Перейти обратно: а б с д Это ж г час я дж к л м н О п д р с т в v Хенце Д.А. К.В., Баррионево Г. Дендритная морфология и ее влияние на амплитуду и время нарастания синаптических сигналов в пирамидных клетках гиппокампа CA3. Журнал сравнительной неврологии . 1996;369:331–344.
- ^ Перейти обратно: а б с д Это ж г час я дж к л м н О п д р с т в CL W. Дендритная реорганизация пирамидных нейронов медиальной префронтальной коры после хронического введения кортикостерона. Журнал нейробиологии . 2001;49:245–253.
- ^ Перейти обратно: а б с д Это ж Джибики И.К., Отани Т. и др. Дендритный потенциал в прямых корковых реакциях и судорожной активности. Folia Psychiatrica et Neurologica . 1978;32(3):329–337
- ^ Брэдшоу К.Д. EN, Bliss TVP. КРАТКОЕ СООБЩЕНИЕ: Роль синтеза дендритного белка в поздней LTP гиппокампа. Европейский журнал неврологии . 2003;18:3150–3152
- ^ Перейти обратно: а б с д Лотман EW BE и Стрингер JL. Функциональная анатомия судорог гиппокампа. Прогресс нейробиологии . 1991;37:1–82.
- ^ Перейти обратно: а б с д Это ж г час Мэтьюз, Грегори. Телефонное интервью.19.11.08.
- ^ Перейти обратно: а б с д Это ж Дейл Первс GJA, Дэвид Фицпатрик, Уильям С. Холл, Энтони-Сэмюэл ЛаМантиа, Джеймс О. Макнамара и С. Марк Уильямс, ред. Нейронаука: Третье издание . Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates, Inc.; 2004 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Смит КУМ. Элементы молекулярной нейробиологии . 3-е изд. Чичестер, Западный Суссекс, Англия: John Wiley & Sons Ltd; 2002.
- ^ Бендер Р.А. Б.А., Барам Т.З. Нейрональная активность Влияет на внутриклеточное распределение активируемых гиперполяризацией катионных каналов в нейронах гиппокампа. Эпилепсия . 2005;46(приложение 8):92
- ^ Грок Л. П. З., Густафссон Б. и др. Блокада нейронной активности in vivo изменяет развитие дендритов неонатальных пирамидных клеток CA1. Европейский журнал неврологии . 2002;16:1931–1938.
- ^ Перейти обратно: а б с Андерсон П. М.Р., Амарал Д., Блисс Т. и О'Киф Дж., изд. Книга о гиппокампе : Издательство Оксфордского университета.
- ^ Перейти обратно: а б с д Мурму М.С. СС, Бяла Й. и др. Изменения плотности позвоночника и сложности дендритов в префронтальной коре у потомков матерей, подвергшихся стрессу во время беременности. Европейский журнал неврологии . 2006;24:1477–1487.
- ^ Перейти обратно: а б МакКиттрик Ч.Р., Массачусетс, Бланшар, округ Колумбия, и др. Хронический социальный стресс уменьшает количество дендритных ветвей в CA3 гиппокампа и уменьшает связывание с сайтами переносчиков серотонина. Синапс . 2000;36:85-942006;24:1477-1487.
- ^ Перейти обратно: а б с д Это Рейт МЭА, изд. Церебральная передача сигналов: от первого к четвертому мессенджеру . Тотова, Нью-Джерси: Humana Press, Inc.; 2000.
- ^ Хаберланд К. Клиническая невропатология: текстовый и цветной атлас . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Demos Medical Publishing, LLC; 2007.
- ^ Перейти обратно: а б с д Буккольеро А.Б.Дж. и Футерман А.Х. Роль сфинголипидов в развитии нейронов: уроки моделей болезней накопления сфинголипидов. Нейрохимические исследования. 2002;27(7/8):565-574
- ^ Дудек FE RM. Современные мнения в клинической науке: токи кальция возвращаются: возможная роль дендритов в элиптогенезе. Течения эпилепсии . 2007;7(5):140–141.
- ^ Перейти обратно: а б с д Это Бенеш Ф.М. ТМ и Костулакос П. Иммунореактивность субъединиц GluR5,6,7 на дендритах апикальных пирамидальных клеток в гиппокампе больных шизофренией и маниакально-депрессивными расстройствами. Гиппокамп . 2001;11:482–491.
- ^ Перейти обратно: а б Вонг М. Модуляция дендритных шипов при эпилепсии: клеточные механизмы и функциональные последствия. Эпилепсия и поведение . 2005;7:569–577.
- ^ Перейти обратно: а б с д Это ж г час я Зани А. П., изд. Когнитивная электрофизиология разума и мозга ; 2002 г.