Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Апикальный дендрит является дендритом , который выходит из верхушки пирамидальной клетки . [1] Апикальные дендриты представляют собой одну из двух основных категорий дендритов, и они отличают пирамидные клетки от звездчатых клеток с шипами в коре головного мозга. Пирамидные клетки обнаруживаются в префронтальной коре , гиппокампе , энторинальной коре , обонятельной коре и других областях. [2] Дендритные ветви, образованные апикальными дендритами, являются средством, с помощью которого интегрируются синаптические входы в клетку . [3] Апикальные дендриты в этих регионах вносят значительный вклад впамять , обучение и сенсорные ассоциации путем модуляции возбуждающих и тормозных сигналов, принимаемых пирамидными клетками.

Фон [ править ]

На пирамидных клетках присутствуют два типа дендритов - апикальные и базальные дендриты. Апикальные дендриты являются наиболее дистальными вдоль восходящего ствола и находятся в слое 1. Эти дистальные апикальные дендриты получают синаптический вход от связанных кортикальных, а также глобально модулирующих подкорковых проекций. Базальные дендриты включают более короткие радиально распределенные дендриты, которые получают входные данные от локальных пирамидных клеток и интернейронов . [4] Пирамидные нейроны разделяют свои входы с помощью проксимальных и апикальных дендритов. [5]

Апикальные дендриты изучаются по-разному. В клеточном анализе электрические свойства дендрита изучаются с помощью стимульных реакций. Единичный поверхностный шок коры головного мозга индуцирует отрицательный потенциал 10–20 мс, проявление суммированных возбуждающих постсинаптических потенциалов ( ВПСП ), вызванных в дистальных частях апикального дендрита. [6] Это было названо дендритным потенциалом (ДП). Это идентично поверхностному ответу Адриана в прямых корковых реакциях. [6] При более высокой интенсивности за DP следуют медленные положительные волны ( глубокий ответ Адриана ) или длительная отрицательная волна, длящаяся более 200 мс ( второй компонент Чанга).). [6] Самая высокая амплитуда ДП обнаруживается на поверхности коры, при этом полярность сдвинута с отрицательной на положительную в поверхностном слое. [6]

Сферы интересов [ править ]

Дополнительная информация: анатомические условия расположения , человеческого мозга и анатомии человека.

Гиппокамп [ править ]

Дополнительная информация: анатомия гиппокампа.

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 долгосрочных потенциалов в нейронах гиппокампа. [7] Известно, что нейроны всей лимбической системы обладают "взрывными" свойствами. Эти клетки подвергаются синхронной и пароксизмальной деполяризации, запуская короткие последовательности потенциалов действия, называемые всплесками. [2]

Слой ориенсов - это место между слоями, содержащими базальные дендриты. [8] слой Lucidum , радиальный слой , а слой moleculare-lacunosum являются слоями дендритов и упорядочены в меньшей мере , на расстоянии наиболее удаленных от сомы нейрона. [8]

Пирамидные клетки в CA3 [ править ]

CA3 проецирует коллатерали Шаффера на апикальные дендриты в CA1. [5] Отдельные пирамидные клетки в области CA3 обладают свойствами взрыва из-за высокой плотности кальциевых каналов в их проксимальных дендритах. [2] Деполяризация мембраны также может вызвать эти всплески. Попадание кальция в клетку вызывает более длительную деполяризацию и увеличение потенциалов действия. Обычно ограничивается гиперполяризационным локальным торможением (из-за возбуждающей коллатеральной системы), это может привести к постепенному привлечению нейронов CA3 и привести к синхронным импульсным разрядам. [2]После гиперполяризации кальций-зависимая проводимость калия также используется как метод контроля этих всплесков. [2]

Пирамидные клетки СА3 гиппокампа имеют сложные дендритные ветви, которые получают стратифицированный паттерн синаптических входных сигналов из различных источников, включая:

  1. комиссуральные / ассоциативные волокна от ипси- и контрлатеральных пирамидных нейронов CA3, которые синапсируют как базальные, так и среднеапикальные дендриты в страте ориенс и радиатум страты [4]
  2. мшистые волокна из гранулярных клеток зубчатой ​​извилины, которые синапсы находятся в самой проксимальной апикальной области, lucidum [4]
  3. волокна префорантного пути от энторинальных кортикальных пирамидных клеток, которые синапсируются в области самых дистальных апикальных дендритов, lacunosum-molculare слоя . [4]

Дистальные апикальные дендриты отходят вверх от сомы. Более короткие проксимальные апикальные дендриты выходят наружу и ниже. Форма большей части 2-го сечения приблизительно представляет собой цилиндр с заостренным основанием для апикальной ветви. [4] Апикальные дендриты и базальные дендриты имеют радиальную структуру организации, поскольку они отходят от сомы. [4] Проксимальные апикальные дендриты и базальные дендриты имеют примерно одинаковую плотность. [4] Апикальные дендриты обладают большей средней общей дендритной длиной (6332 против 5062 микрометра) и площадью поверхности (12629 против 9404 квадратных микрометра; ни один из них не включает шипы ). [4] Однако количество терминальных ветвей как для апикальных, так и для базальных дендритов, по-видимому, одинаково. [4]Для базальных дендритов расстояния между последовательными точками ветвления короче. Однако базальный дендрит имеет примерно в 3 раза меньше окончаний на первичный дендрит. [4] Этот и более низкий максимальный порядок ветвления 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 входы стратифицированы и проходят полосами параллельно слою тела клетки. [4] Дендритное ослабление 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 височноаммонических (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 по крайней мере 20-25%, каждый синапс в этих дендритах вносит больший вклад в активацию нейронов, чем дистальные апикальные синапсы. [4] Напротив, только медленные сигналы от дистальных дендритов эффективно передаются соме, что предполагает модулирующую роль в потенциале покоя клетки. [4] В нескольких исследованиях предполагается, что это может быть достигнуто путем изменения общей частоты синаптической активности в дистальном апикальном дендрите. [4]Поскольку постоянный шквал синаптической активности будет приближаться к инъекции постоянного тока, общий уровень синаптической активности в дистальном апикальном дендрите может установить уровень деполяризации всего нейрона. [4] Когда более эффективная проксимальная синаптическая активность накладывается на подпороговую деполяризацию из-за дистальной активности, клетка имеет высокую вероятность запуска AP. [4] В CA3 проекция перфорантного пути от энторинальных кортикальных клеток обеспечивает синаптический вход в самые дистальные дендриты пирамидных клеток. Предполагая, что средняя частота составляет 7 спайков / сек, всего лишь пять случайно запускаемых энторинальных кортикальных клеток вызовут устойчивый уровень деполяризации в дистальных дендритах пирамидных клеток CA3b. [4]Амплитуда и кинетика электрического сигнала меняются в зависимости от положения в дендрите и частоты сигнала. [4]

Основным спусковым механизмом для разряда CA3 является афферентный вход от гранулярных клеток зубчатой ​​извилины , из которых концы мшистых волокон создают очень сложные синапсы в проксимальной части апикального дендрита CA3 в lucidum страте . [2] Здесь они контактируют с очень сложными дендритными шипами. Высвобождение глутамата из отдельных концов вызывает большой не- NMDA- опосредованный ВПСП . [2] Самые проксимальные области пирамидальных дендритов CA3 получают вход исключительно мшистых волокон, средние дендритные области (strata radiatum на апикальной стороне и ориенсы на базальной стороне) получают в основном ассоциативные и комиссуральные волокна.(от других клеток CA3), а дистальные апикальные дендриты ( stratum lacunosum- molculare) получают вход от темпроаммонических афферентов (от энторинальной коры). [2] Входящие в CA3 мшистые волокна демонстрируют пластичность, отличную от пластичности типичной долгосрочной потенциации, потому что они зависят от (или, по крайней мере, чувствительны к) моноаминергической (см. Моноамин ) активации системы 2-го мессенджера цАМФ . [2]

Интернейроны в CA3 [ править ]

Они похожи на зубчатые клетки. Типы интернейронных клеток демонстрируют уникальные паттерны ветвления дендритов и специфичное для региона нацеливание коллатералями аксонов. [2] Исследователи показали, что разные морфологически определенные интернейроны показывают разные электрические свойства. К ним относятся как клетки с быстрым выбросом, чьи тормозные постсинаптические потенциалы (IPSP) суммируются для создания небольших гладких IPSP в пирамидных клетках, так и клетки с медленным выбросом (они производят большие быстрорастущие IPSP в пирамидных клетках-мишенях). Дендритная область СА3 слоистая.

Для входа в собственно гиппокамп темпороаммонический путь возникает в клетках слоя III энторинальной коры, но отделяется от перфорантного пути, чтобы контактировать с наиболее дистальными ветвями пирамидных клеток в слое lacunosum-molculare CA1-CA3. [2] Возбуждающее (глутаминергическое) влияние этого пути было поставлено под сомнение, потому что трудно продемонстрировать влияние на пирамидные клетки. [2] Недавние эксперименты показали, что эта модуляция пирамидных клеток может дифференцированно активировать субпопуляцию интернейронов, расположенную в дистальных отделах апикальных дендритов. [2]

Изучение тормозной передачи ограничено пирамидными нейронами и их модуляторами, поскольку большое количество возбуждающих синапсов затмило физиологические исследования тормозных нейронов. [9] Структура тормозных синапсов на апикальных дендритах может быть не такой пластичной, как возбуждающие синапсы на этих нейронах. [9] Во многих экспериментах трудно дифференцировать возбуждающие и тормозные синапсы с помощью электрофизиологических записей. [9] Возбуждающие синапсы и их паттерны по сравнению с тормозной системой довольно однородны по типу и свойствам. [9]Тормозная система, напротив, имеет несколько (10) различных типов синапсов, происходящих из специфически дифференцированных клеток, и их гораздо труднее отследить. [9] Недостаточно информации, чтобы точно различать возбуждающие и тормозные пути, способствующие изменениям экспрессии нейротрансмиттеров и изменениям клеточной структуры. [9]

CA1 [ править ]

Пирамидные клетки CA1 составляют гомогенную популяцию, которая вместе с родственниками в субикулюме составляет первичные выходные клетки гиппокампа. [2] Первичные возбуждающие входы осуществляются через глутаматергические коллатерали CA3 Schaffer (как ипси, так и контралатеральные), которые контактируют с дендритными шипами на апикальных и базальных дендритах в strata radiatum и oriens. [2] Дополнительный возбуждающий вход осуществляется через височноаммоническую систему, которая синапсирует на дистальных апикальных дендритах в слое lacunosum-molculare. [2]

Визуализирующие исследования после локальных изменений внутриклеточного кальция из дискретных синаптических входов показали роль этих токов в синаптической пластичности. [2] Однако существуют разногласия относительно того, как могут происходить зависимые от активности изменения синаптического торможения. [2] Исследования действительно согласны с тем, что пластичность увеличивается, когда снижается ингибирование. [2]

CA2 [ править ]

CA2 отличается от других регионов, потому что это одна из немногих областей, которые пережили височную эпилепсию . [2] Каиновая кислота, используемая для моделирования TLE и родственных склерозов, влияет в первую очередь на синапсы мшистых волокон в CA3. [2] Считается, что при введении КА высвобождается глутамат. [2] CA2 и CA3 можно различить с помощью гистологического окрашивания, поскольку проксимальные апикальные дендриты CA2 не имеют дендритных шипов . [8]

Энторинальная кора [ править ]

Энторинальная кора головной мозг (ЕС) состоит из шести слоев. [2] Поверхностный слой I состоит в основном из афферентных волокон на апикальные дендриты клеток в слоях II-VI. 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 пирамидные клетки затем проецируются в клетки поверхностного энторинального слоя II и III. Клетки EC слоя V имеют сильные повторяющиеся возбуждающие синапсы, очень похожие на слои CA3 в гиппокампе, и при спровоцировании способны к взрывной активности. Связи между медиальной и латеральной энторинальной областью редки и в основном проходят от медиальной ЭК к латеральной ЭК. Эти связи не взаимны. [2] Большинство клеток в ЭК имеют пирамидальную форму. Более 90% ячеек слоя V представляют собой регулярные всплески, и только несколько ячеек с импульсным возбуждением и быстрым всплеском. [2] ГАМКсильна в поверхностных слоях. Горизонтальные срезы тканей ЭК и тканей гиппокампа показывают, что воздействие низких концентраций ионов магния вызывает затяжные приступы. Этот ответ, вероятно, является результатом взаимосвязей пирамидных клеток слоя V. Увеличение внеклеточного калия при судорогах наблюдается в более глубоких слоях. Эти ответы являются точным отражением моделей животных in vivo . [2]

Пириформная 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 собственные афференты. Слой II плотно заполнен пирамидальными и полулунными ячейками. Слой III содержит преимущественно пирамидные клетки в своей поверхностной части. [2]

В грушевидной коре дистальные апикальные дендриты пирамидных нейронов слоя III получают внешние входы, которые 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 в обонятельной луковице . Тела митральных клеток расположены в отдельном 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] Каждый клубок в модели мышей, например, содержит примерно 25 митральных клеток, которые получают иннервацию примерно от 25000 аксонов обонятельных рецепторов. [10] Конвергенция увеличивает чувствительность митральных клеток к обнаружению запаха. [10]

Кора головного мозга [ править ]

Общие [ править ]

Самый поверхностный слой коры - это молекулярный или плексиформный слой. [1] Он имеет плотную сеть тангенциально ориентированных волокон и клеток, состоящих из аксонов клеток Мартинотти и звездчатых клеток, а также апикальных дендритов пирамидных клеток. [1] Апикальные дендриты пирамидных клеток во внешнем зернистом слое и более заметно во внешнем пирамидальном слое выступают в молекулярный слой. [1] В плексиформном слое также существуют ГАМКергические синаптические связи между апикальными дендритами зернистых клеток и базальными дендритами тафтинговых клеток и митральных клеток . [1]

Некоторые апикальные дендриты пирамидных клеток коры головного мозга могут достигать 10 мкм в диаметре. [11] Апикальный дендрит большого пирамидного нейрона в коре головного мозга может содержать тысячи шипов. [11] Шипы в коре головного мозга различаются по размеру на несколько порядков от области к области. Самые маленькие из них имеют длину 0,2 мкм и объем примерно 0,04 кубических микрометра, а самые большие - длину 6,5 мкм и объем 2 кубических микрометра. [11]

Неокортекс [ править ]

Пирамидные клетки - это основной класс клеток неокортекса . [2] У них высокая плотность дендритных шипов, выступающих апикальных дендритов и аксонов, которые выступают как из коры, так и локально внутри нее. [2] Сома для них появляется во всех слоях, кроме I. [2] Колючие звездчатые клетки здесь отличаются от пирамидных клеток отсутствием апикального дендрита и тем фактом, что их аксоны также не покидают кору. [2] Считается, что эти клетки начинаются как пирамидные нейроны, а затем оттягивают свои апикальные дендриты и аксоны. [2]

Мозжечок [ править ]

Определяющей характеристикой клеток Пуркинье в мозжечке является апикальный дендрит. [10]

Развитие [ править ]

Формирование дендритных ветвей пирамидных нейронов коры головного мозга происходит постепенно, начиная с поздних эмбриональных стадий развития и доходя до постнатального периода. [2] Многие дендриты пирамидных нейронов в глубоких слоях разветвляются и образуют связи в слое IV, в то время как некоторые простираются до более поверхностных слоев. Дендриты пирамидных 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 мириады других входов будут встречаться с дендритами в слое I. Постсинаптическая структура частично управляется сигналами от входящих афферентные волокна, и на протяжении всей жизни синапсы пластичны. [2]

Формирование этих беседок регулируется силой местных сигналов в процессе развития. [3] Несколько моделей активности контролируют развитие мозга. Изменения потенциала действия в сетчатке , гиппокампе, коре и спинном мозге обеспечивают основанные на активности сигналы как для активных нейронов, так и для их постсинаптических клеток-мишеней. Спонтанная активность, возникающая в щелевых соединениях нейронов , субпластинке коры и сенсорных входах, участвует в передаче клеточных сигналов, регулирующих рост дендритов. [3]

Полезными моделями образования дендритных ветвей являются головастики Xenopus , которые прозрачны на ранних стадиях личиночного развития и позволяют многократно визуализировать меченые красителем нейроны у интактного животного в течение нескольких недель. [3] Из этой и других моделей было замечено, что есть быстрые добавления и ретракции дендритных ветвей, которые удлиняют общий дендрит и накапливают больше ветвей. Это отражает развитие аксональных ветвей (оба имеют время жизни приблизительно 10 минут). [3] Эта активность снижается по мере созревания нейронов. Сигналы, включая глутамат от ветвей аксона, могут увеличивать количество ответвлений. [3]

В рамках модели головастика Xenopus было изучено несколько сигнальных систем. Например, в оптических тектальных нейронах рост дендритных ветвей происходит примерно в начале входа в сетчатку. [3] Многие на каудальной тектате имеют «молчащие» синапсы, которые модулируются только рецепторами N-метил-D-аспартата ( NMDA ). По мере созревания нейронов добавляются рецепторы альфа-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазола ( AMPA ), увеличивая синаптическую передачу. Развитие нейронов и дендритов зависит от NMDA . [3] Быстрорастущие ветви дендритов более динамичны, чем медленно растущие, и сами дендриты играют активную роль в собственном развитии. [3]В исследованиях было показано, что транспорт изоформ закрытого канала HCN (активируемого гиперполяризацией циклического нуклеотида) в дендритные поля пирамидных нейронов CA1 в гиппокампе происходит возрастно-зависимым образом в развивающемся гиппокампе. [12]

Среди сигналов, изучаемых в этой системе, - CaMKII, серин / треониновая киназа, регулируемая кальцием / кальмодулином, которая необходима для индукции, а не экспрессии долговременной потенциации . [3] мРНК CaMKII нацелена на дендриты, и синтез белка и активность ферментов увеличиваются за счет сильного синаптического входа. [3] Экспрессия у Xenopus указывает на то, что она связана с переходом к замедленному росту стволов. Это предполагает, что активность способствует уменьшению роста и ретракции ветвей дендритов, стабилизируя конфигурацию ветвей. [3] Для этой системы возникает следующая закономерность:

  1. Ветви с рецепторами, содержащими только NMDA, созревают и привлекают AMPAR, которые стабилизируют ветви. [3]
  2. Эти стабильные ветви затем добавляют новые ветви с синапсами только для NMDAR, которые либо стабилизируются посредством AMPAR, либо оттягиваются. Добавки AMPAR присутствуют у взрослых и определяют синаптическую пластичность . [3]
  3. Усиление сигналов CaMKII является результатом избирательного переноса GluR1 AMPAR в синапсы. При длительной депрессии (LTD) субъединицы GluR AMPAR подвергаются эндоцитозу . [3]

Временные различия в передаче сигналов в ходе созревания нейронов предполагают, что наиболее многообещающие исследования развития ветвей и синаптогенеза в будущем будут проводиться в интактных системах мозга. [3]

Другой моделью развития апикальных дендритов является крыса . Инъекция столбнячного токсина новорожденным крысам показала, что рост апикальных дендритов обычно происходит во время лишения сигнала, в то время как рост базальных дендритов ограничен. Это указывает на то, что нейронная активность имеет решающее значение для образования новых дендритов. [13]

Однако моделей на животных может быть недостаточно, чтобы прояснить сложность этих систем. Например, пирамидные клетки в СА1 у человека в 30 раз толще, чем у крыс. [14] Энторинальная кора головного мозга также подразделяется на всего от 8 до 27 секций у людей (в зависимости от используемой системы), тогда как их всего 2 у крыс и 7 у обезьян. [14] Соединения зубчатой ​​извилины и энторинальной коры также более сложны у людей. [14] У крыс и кошек существует очень большая реципрокная связь между энторинальной корой и обонятельной системой. [2]У приматов эта связь отсутствует, и существуют сильно дифференцированные связи между мультимодальной парасенсорной и паралимбической корой и ЭК, которые не столь очевидны у крыс и кошек. [2] Увеличенный размер субикулюма приматов может пропорционально усилить его влияние на энторинальную кору. [2]

Половой диморфизм [ править ]

Формирование дендритных ветвей пирамидных клеток в передней поясной коре (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, которые, как было продемонстрировано, влияют на клеточную структуру в гиппокампе. Было показано, что лечение тестостероном влияет на структуру корковых нейронов. [15]

Патология [ править ]

Стрессовая реакция и посттравматическое стрессовое расстройство [ править ]

Дендритные шипы, постсинаптические структуры, получающие в основном возбуждающий сигнал, чувствительны к переживаниям в процессе развития, включая стрессовые эпизоды или лекарства. Исследования показали, что пренатальный стресс снижает сложность, длину и частоту шипов пирамидных апикальных дендритов слоя 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 снижает сложность ветвей и общую длину дендритов апикальных дендритных деревьев пирамидных нейронов CA3 в гиппокампе. [16] [17] Хронические вызванные стрессом изменения в поведении обычно связывают с изменениями в гиппокампе, который является основной нейронной мишенью глюкокортикоидов и участвует во многих формах поведения, изменяемых приемом кортикостероидов. [5] [17] И хронический стресс, и прием кортикостероидов приводят к обширной атрофии апикальных дендритов пирамидных нейронов в области СА3 гиппокампа, и эти дендриты не атрофируются при приеме цианокетона (блокатора кортикостероидов). [5]Эта атрофия дендритов опосредуется 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 вызывают повреждения, но усиливают действие других опасных агентов, включая эксайтотоксины , гипогликемию , гипоксию и ишемию. [17] Считается, что повреждающие эффекты стресса в этих нейронах связаны с экспрессией нейротрофического фактора головного мозга ( BDNF).), выраженность которой снижается в стрессовых условиях и увеличивается при приеме антидепрессантов. [17]

Префронтальная кора также является мишенью для глюкокортикоидов при стрессе ([3H] дексаметазон связывается с рецепторами во фронтальной и префронтальной коре примерно в 75% от концентрации гиппокампа). [5] На эндогенную регуляцию рецепторов кортикостероидов 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, выполнение радиального лабиринта и пассивное избегание. [5] У приматов это нарушает подавление 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 на поверхности клетки, участвующие в регуляции аспектов стабилизации синапсов). [5] Эти изменения указывают на структурные изменения, следующие за повышением уровня гормона стресса.

Исследования морфологических изменений дендритов показывают, что повышение уровня гормонов стресса в слое II-III префронтальной коры не вызывает заметных изменений в структуре или распределении базальных дендритов. [5] Апикальные дендриты, однако, демонстрируют значительное перераспределение в мозге животных, обработанных гормоном 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] Пирамидные нейроны медиального префронтального слоя коры II-III показали значительную реорганизацию с увеличением проксимальных апикальных ветвей дендритов на 21% и уменьшением на 58% дистальных апикальных ветвей дендритов. [5]Эти результаты контрастируют с изменениями в дендритных ветвях CA3 гиппокампа, в которых наблюдались только регрессивные изменения. [5] Одно из возможных объяснений, предложенное в этих исследованиях, состоит в том, что атрофия дистальных дендритов в пирамидных нейронах II-III слоя является прямым результатом потери входного сигнала от измененных пирамидных нейронов CA3, поскольку CA1 и CA3 проецируются непосредственно в медиальную префронтальную кору. [5]

На основании электрофизиологических данных было определено, 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 предполагает, 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 в меньшей степени проявляется в медиальной префронтальной коре . Это указывает на то, что вызванные стрессом изменения апикальных дендритов увеличивают относительную направленность внутрикортикальных сигналов за счет внекортикальных сигналов. [5]

В исследованиях животных с иерархической структурой 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 [ править ]

При нейрометаболических заболеваниях растянутые накопительные нейроны заметно набухают и имеют грушевидную форму, при этом ядро ​​и тельца Ниссля смещены к апикальным дендритам. [18] Примерами болезней накопления метаболических нейронов являются болезни накопления сфинголипидов, которые обычно связаны с нарушением работы гидролаз в лизосомах, ответственных за деградацию этих липидов:

  1. болезнь Гоше 2 и 3 типа [19]
  2. Ганглиозидоз GM1 и ганглиозидоз GM2 [19]

Это набухание проявляется, например, при болезни Тея – Сакса , накоплении GM2 из-за дефектной бета- гексозаминидазы . [19] При этом заболевании видны крупные образования мега-нейритов. [19]

Эпилепсия [ править ]

Клеточные механизмы [ править ]

Было указано, что существует проблема «курицы и яйца» при изучении моделей, относящихся к эпилепсии, потому что, с одной стороны, модели используются для изучения генеза эпилепсии, а с другой - для изучения изменений в длительных событиях. . [9] Таким образом, возникает вопрос, указывают ли полученные данные моделей на преувеличенный дефект, ответственный за генез припадков, или данные указывают на системные изменения в нормальной ткани после продолжительной судорожной активности. [9]

Кальциевые токи, обычно заметные в нейронах гиппокампа CA1, увеличиваются в ответ на эпилептический статус. Есть данные, что ток в кальциевых каналах Т-типа повышен именно в апикальных дендритах. Гипотеза состоит в том, что это явление создает ситуацию, в которой быстрые выбросы натрия в соме распространяются обратно в дендриты, в результате чего они взрываются. [20]

Дендритные потенциалы (ДП) также претерпевают изменения. Выявление DP во время судорожной активности показало, что они были намного меньше контрольных. [6] Однако DP, вызванные сразу после прекращения приступа, продолжались в течение более длительных периодов, что указывает на то, что подавление DP коррелирует с самой активностью приступа. [6]

Глутамат - возбуждающий нейротрансмиттер, способный вызывать метаболические повреждения нейронов. В гиппокампе ГАМКергические нейроны оказались уязвимыми к эксайтотоксическому действию глутамата на каинатный рецептор . [21] Эти рецепторы наиболее плотны в секторах CA3 и CA2 гиппокампа, где наномолярные (нМ) концентрации каиновой кислоты связаны с выраженной и стойкой деполяризацией пирамидных нейронов CA3. [21] Это включает в себя проведение возбуждающей активности вдоль выступов мшистых волокон от зубчатых гранулярных клеток к нейронам CA3. [21] Стимуляция этого типа рецепторов была связана с пароксизмальными спайками, подобными припадкам.[21]

Пластичность пирамидных клеток CA1 и интернейронов связана с ролью CA1 в эпилептогенезе. [2] CA1 гипервозбудим, когда область CA3 повреждена. Происходит уменьшение как GABAA, так и GABAB IPSP. Интернейроны ГАМК, хотя и не повреждены, становятся менее легко активируемыми. [2]

Приступ от ЭК к зубчатой ​​извилине фильтруется как для иктального, так и для нормального паттернов активности, в то время как клетки CA3 устанавливают интерриктальный 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 корковых нейронных сетей и может объяснить возникающую в результате потенциальную эпилептогенность. [2] Некоторые противоэпилептические препараты обладают противоположным эффектом снижения поверхностного негатива у нормальных людей. [2]

Височная эпилепсия [ править ]

Изменения в экспрессии калиевых каналов и калиевых токов были описаны в модели височной эпилепсии. В этой модели есть подавление канала Kv4.2 кодирования A-типа. [2] Этот канал участвует в ограничении обратного распространения потенциалов действия и в снижении передачи возбуждающих постсинаптических потенциалов (ВПСП) от апикальных дендритов в сому. [2] В той же модели было показано , что вышеупомянутая активация кальциевых каналов t-типа приводит к усилению взрывного поведения нейронов в гиппокампе. [2]

Детские припадки и связанные с ними нарушения памяти [ править ]

Смерть нейронов, по-видимому, не способствует дефициту обучения у крыс с младенческими приступами . [2] CA3 нейроны в модели столбнячного токсина с ранним началом эпилепсии , однако, демонстрируют снижение сложности ветвления базальных дендритов, а также уменьшение плотности шипов как на апикальных дендритах, так и на базальных дендритах. [2] Подобные данные были получены от пациентов с эпилепсией во время хирургических вмешательств. [2] В неокортикальных и гиппокампальных очагах наблюдалось уменьшение длины и сложности ветвления дендритных ветвей, а также уменьшение сложности ветвления остальных дендритов. [2] хронический крем глиноземаМодель эпилепсии у приматов дала аналогичные данные. [2] Поскольку дендриты и их шипы являются участками возбуждающего синаптического входа в нейроны, результаты показывают, что глутаминергическая синаптическая передача может быть снижена. [2] Поскольку это участки, активные в отношении долгосрочной потенциации (ДП) и других изменений в синаптической передаче, лежащих в основе обучения и памяти, изменения в этих участках могут объяснить дефицит обучения и памяти, связанный как с ранним началом, так и с долгосрочной эпилепсией. [2]

Шизофрения [ править ]

У лиц с шизофренией , некропсический анализ показал уменьшение клеток ГАМКергических и активность в гиппокампе. [21]

Неокортикальная гетеротопия человека [ править ]

Гетеротопия - это смещение любого органа или его компонента из его естественного положения. [2] Крысиные модели внутренней структурной гетеротопии конечного мозга используются в качестве модели неокортикальной гетеротопии человека . [2] В этих моделях апикальные дендриты пирамидных нейронов не всегда радиально ориентированы и могут даже быть инвертированы. [2] Кроме того, дендриты у края гетеротопической области часто изгибаются и повторяют контур полосы. [2]

Методы изучения эффектов [ править ]

Следующий список адаптирован из Lothman, et al. [8]

Визуализация in vivo [ править ]

  1. Магнитно-резонансная томография (МРТ)
  2. Компьютерная томография (КТ)
  3. Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ)
  4. Фильм авторадиография
  5. Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ)
  6. Поверхностная, субдуральная и глубинная электроэнцефалография
  7. Магнитоэнцефалография
  8. Вызванные потенциалы
  9. Фокальная электростимуляция
  10. После разряда
  11. Психологические, психологические реакции на стимуляцию
  12. Запись одного устройства

Физиология in vitro [ править ]

  1. Ломтики
  2. Визуализация in vitro: стандартная световая и электронная микроскопия
  3. Гистохимия
  4. Иммуноцитохимия
  5. Рецепторная авторадиография
  6. Поражения
    1. Разрушительный
    2. Обратимый
    3. Криоповреждения
  7. Фармакологический

Изменения в захвате [ править ]

Два метода изучают взаимосвязь между припадками и повреждением дендритов:

  1. Приступы активируют механизмы стресса, включая возбуждающий нейропептид кортикотропин-рилизинг-гормон (CRH) из 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 связанные со стрессом изменения снижают синаптическую пластичность и вызывают дефицит обучения и памяти в более позднем возрасте. [2] Поскольку существуют антагонисты CRH, существует возможность обратить или предотвратить эти эффекты с помощью фармакологических средств. [2]
  2. Исследования рецидивирующих фебрильных припадков показали, что припадки приводят к нарушению обучения и памяти, но также к нарушению передачи сигналов, что обычно приводит к активации фактора связывания элемента ответа цАМФ ( CREB ), фактора транскрипции . [2] У крыс, испытанных в парадигме обучения ингибирующему избеганию , обычно активация CREB происходит за счет фосфорилирования по Ser133. [2] Эта активация нарушается после рецидивирующих фебрильных припадков. [2] Это позволяет предположить индуцированную судорогами модификацию сигнального каскада выше CREB. [2] Взрослым крысам с младенческими фебрильными судорогами лечилиРолипрам , специфический ингибитор фосфодиэстеразы типа IV (ингибитор PDE4 ), который приводит к активации протеинкиназы A (PKA) и, как известно, активирует CREB посредством пути митоген-активируемой протеинкиназы ( MAPK ). [2] Лечение ролипрамом обратило вспять дефицит обучения у крыс, у которых наблюдались повторяющиеся фебрильные судороги. [2]

Оптический мониторинг [ править ]

Запись активности отдельного нейрона в любой момент времени во многих местах дендритного дерева была достигнута с помощью чувствительных к напряжению красителей с оптическим контролем. [2] Сигналы бывают быстрыми, но также небольшими, и измерения отдельных ячеек требуют интенсивного освещения. [2] Поскольку красители очень фототоксичны, клетки обычно умирают уже после нескольких потенциалов действия. [2] Однако измерения соматических и дендритных участков показывают, что максимальное отклонение мембранного потенциала во время пароксизмального деполяризующего сдвига (PDS) на 10 мВ больше в апикальном стволе (надгранулярное расположение), чем в соме. [2]Это согласуется с анатомией неокортикальных сетей, потому что наиболее мощные связи реципрокных слоев находятся в супрагранулярных слоях 2 и 3. [2] Это может разрешить противоречивую информацию, предполагающую, что активность распространяется в основном на супрагранулярные слои или на большие нейроны 5 слоя. . [2]

Обычные исследования с помощью электронной микроскопии или окрашивания по Гольджи показали дендриты как стабильные структуры. [22] Однако покадровая фотография и двухфотонная микроскопия показали, что дендриты - это живые, постоянно меняющиеся ткани, подвижные в быстром масштабе времени. [22]

Электроэнцефалограмма [ править ]

Сигналы электроэнцефалограммы (ЭЭГ) кожи головы складываются из ВПСП и ВПСП нервных клеток. [23] ЭЭГ может измерять только потенциалы клеток, расположенных в организованных слоях и чьи апикальные дендриты ориентированы перпендикулярно поверхности коры (как в пирамидных клетках). [23] Потенциал, измеряемый ЭЭГ, представляет собой разницу между базальной и апикальной частями активных нейронов, которые ориентированы таким образом. [23] ВПСП, которые сходятся 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]Затем положительные ионы попадают в клетку, следуя градиенту концентрации и электрического заряда, и распространяются к остальной части нейрона. [23] ВПСП от дистальных апикальных дендритов создают ток, начинающийся от апикальной части, ближайшей к синапсу (где величина больше), к телу клетки, потому что 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] Этот набор ионных и электрических функциональных изменений, таким образом, генерирует поля электромагнитных потенциалов или электромагнитных диполей. [23]Их также можно определить как одиночные эквивалентные диполи. [23]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e Гринштейн BGaA. Цветовой атлас нейробиологии: нейроанатомия и нейрофизиология . Штутгарт, Нью-Йорк: Тиме; 2000 г.
  2. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z aa ab ac ad ae af ag ah ai aj ak al am an ao ap aq ar as at au av aw топор ay az ba bb bc bd be bf BG ЬН би Ь Б.К. бл Ьт млрд Ьо п.н. Бк уш бс Б.Т. бушель б.в. м.т. Ьх от Jerome Engel TAP,ред. Эпилепсия: Полный учебник в трех томах. Филадельфия, Пенсильвания: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс; 2008 г.
  3. ^ Б с д е е г ч я J к л м п о р Клайн НТ. Развитие дендритных ветвей и синаптогенез. Текущее мнение по нейробиологии 2001; 11: 118–126
  4. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v Henze DA CW, Barrioneuvo G. Морфология дендритов и ее влияние на амплитуду и время нарастания синаптических сигналов в пирамидных клетках CA3 гиппокампа . Журнал сравнительной неврологии . 1996; 369: 331–344.
  5. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u CL W. Дендритная реорганизация пирамидных нейронов медиальной префронтальной коры после хронического введения кортикостерона. Журнал нейробиологии . 2001; 49: 245–253.
  6. ^ a b c d e f Jibiki I MK, Ohtani T. и др. Дендритный потенциал в прямых ответах коры головного мозга и судорожной активности. Folia Psychiatrica et Neurologica . 1978; 32 (3): 329–337.
  7. ^ Брэдшоу К. Д. EN, Bliss TVP. КРАТКАЯ СВЯЗЬ: Роль дендритного синтеза белка в позднем LTP в гиппокампе. Европейский журнал нейробиологии . 2003; 18: 3150–3152.
  8. ^ a b c d Lothman EW BE и Стрингер JL. Функциональная анатомия припадков гиппокампа. Прогресс нейробиологии . 1991; 37: 1–82.
  9. ^ a b c d e f g h Мэтьюз, Грегори. Телефонное интервью 19.11.08.
  10. ^ Б с д е е Dale Первс GJA, Дэвид Фицпатрик, Уильям С. Холл, Энтони-Самуэль LaMantia, Джеймс О. Макнамара, С. Марк Уильямс, ред. Неврология: третье издание . Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates, Inc .; 2004 г.
  11. ^ a b c Смит КОНЧИЛ. Элементы молекулярной нейробиологии . 3-е изд. Чичестер, Западный Суссекс, Англия: John Wiley & Sons Ltd; 2002 г.
  12. Перейти ↑ Bender RA BA, and Baram TZ. Нейрональная активность Влияет на субклеточное распределение катионных каналов, активируемых гиперполяризацией, в нейронах гиппокампа. Эпилепсия . 2005; 46 (приложение 8): 92
  13. ^ Groc L PZ, Gustafsson B, et al. Блокада нервной активности in vivo изменяет дендритное развитие неонатальных пирамидных клеток CA1. Европейский журнал нейробиологии . 2002; 16: 1931–1938.
  14. ^ a b c Андерсон П. М., Амарал Д., Блисс Т. и О'Киф Дж., изд. Книга Гиппокампа : Издательство Оксфордского университета.
  15. ^ a b c d Murmu MS SS, Biala Y, et al. Изменения плотности позвоночника и сложности дендритов в префронтальной коре у потомков матерей, подвергшихся стрессу во время беременности. Европейский журнал нейробиологии . 2006; 24: 1477–1487.
  16. ^ a b McKittrick CR MA, Blanchard DC, et al. Хронический социальный стресс уменьшает дендритные разветвления в CA3 гиппокампа и снижает связывание с сайтами переносчиков серотонина. Синапс . 2000; 36: 85-942006; 24: 1477-1487.
  17. ^ a b c d e Reith MEA, изд. Церебральная передача сигналов: от первого к четвертому посланникам . Тотова, штат Нью-Джерси: Humana Press, Inc .; 2000 г.
  18. ^ Хаберланд К. Клиническая невропатология: Атлас текста и цвета . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Демос Медикал Паблишинг, ООО; 2007 г.
  19. ^ a b c d Букольеро А. Б. Дж. и Футерман А. Х. Роль сфинголипидов в развитии нейронов: уроки моделей заболеваний накопления сфинголипидов. Нейрохимические исследования. 2002; 27 (7/8): 565-574.
  20. ^ Дудек FE RM. Текущие мнения в клинической науке: потоки кальция вспыхнули: возможная роль дендритов в элиптогенезе. Течение эпилепсии . 2007. 7 (5): 140–141.
  21. ^ a b c d e Benes FM TM и Костулакос П. Субъединичная иммунореактивность GluR5,6,7 на дендритах апикальных пирамидных клеток в гиппокампе шизофреников и маниакально-депрессивных людей. Гиппокамп . 2001; 11: 482–491.
  22. ^ а б Вонг М. Модуляция дендритных шипов при эпилепсии: клеточные механизмы и функциональные последствия. Эпилепсия и поведение . 2005; 7: 569–577.
  23. ^ Б с д е е г ч я Зани A PA, под ред. Когнитивная электрофизиология разума и мозга ; 2002 г.