Развитие нервной системы

Развитие нервной системы , или развития нервной системы или нервной системы , относится к процессам , которые генерируют, форму, и изменить нервную систему животных, начиная с самых ранних стадий эмбрионального развития до зрелого возраста. В области нервного развития используются как нейробиология, так и биология развития, чтобы описать и обеспечить понимание клеточных и молекулярных механизмов, с помощью которых развиваются сложные нервные системы, от нематод и дрозофил до млекопитающих .

Дефекты в развитии нервной системы может привести к пороки развития , такие как holoprosencephaly и широкого спектра неврологических расстройств , в том числе парезы конечностей и паралича , баланса и нарушения зрения и судороги , [1] и в организме человека других заболеваний , таких как синдром Ретта , синдром Дауна и интеллектуальная инвалидность . [2]

Схема нервной системы позвоночных.

Позвоночных центральной нервной системы (ЦНС) происходит от эктодермы -The самого внешнего зародышевого слоя эмбриона. Часть дорсальной эктодермы определяется нервной эктодермой - нейроэктодермой, которая формирует нервную пластинку вдоль дорсальной стороны эмбриона. [3] Это часть раннего формирования паттерна эмбриона (включая эмбрион беспозвоночного), которая также устанавливает передне-заднюю ось. [4] Нервная пластинка является источником большинства нейронов и глиальных клеток ЦНС. В нейронных канавках формы вдоль длинной оси нервной пластинки, и нервные складки пластины , чтобы привести к нервной трубке . [5] Когда трубка закрыта с обоих концов, она заполнена эмбриональной спинномозговой жидкостью. [6] По мере развития эмбриона, передняя часть нервной трубки расширяется и образует три первичные мозговые пузыри , которые становятся переднего мозга ( переднего мозга ), среднего мозга ( мезенцефалона ), и задний мозг ( ромбовидный ). Эти простой, ранние везикулы увеличить и далее делит на телэнцефалон (будущий кора головного мозг и базальные ганглии ), промежуточный мозг (будущий таламус и гипоталамус ), средний мозг (будущие бугры четверохолмие ), задний мозг (будущие PONS и мозжечок ) и продолговатый мозг (будущий Мозговой ). [7] АЯ заполненный центральная камера непрерывно из телэнцефалона в центральный канал в спинном мозге , и представляет собой развивающуюся желудочковую систему ЦНСА. Эмбриональная спинномозговая жидкость отличается от спинномозговой жидкости , образующейся на более поздних стадиях развития, и от спинномозговой жидкости взрослых; он влияет на поведение нейронных предшественников. [6] Поскольку нервная трубка дает начало головному и спинному мозгу, любые мутации на этой стадии развития могут привести к фатальным деформациям, таким как анэнцефалия, или пожизненным нарушениям, таким как расщелина позвоночника . В это время стенки нервной трубки содержат нервные стволовые клетки , которые стимулируют рост мозга, поскольку они многократно делятся. Постепенно некоторые клетки перестают делиться и дифференцируются на нейроны и глиальные клетки , которые являются основными клеточными компонентами ЦНС. Вновь сгенерированные нейроны мигрируют в разные части развивающегося мозга, чтобы самоорганизоваться в разные структуры мозга. Как только нейроны достигают своих региональных позиций, они расширяют аксоны и дендриты , что позволяет им общаться с другими нейронами через синапсы . Синаптическая связь между нейронами приводит к созданию функциональных нейронных цепей, которые опосредуют сенсорную и моторную обработку и лежат в основе поведения. [8]

Блок-схема развития человеческого мозга .

Некоторые вехи развития нервной системы включают в себя рождение и дифференциацию в нейроны из стволовых клеток предшественников, на миграцию незрелых нейронов из их колыбелей в зародыше к финалам, разрастание аксонов и дендритов от нейронов, руководство от подвижны конуса роста через эмбриона в отношении постсинаптических партнеров, генерации синапсов между этими аксонами и их постсинаптическими партнерами, и, наконец, пожизненные изменения в синапсах, которые, как считается, лежат в основе обучения и памяти.

Обычно эти процессы развития нервной системы можно разделить на два класса: механизмы, не зависящие от активности, и механизмы, зависящие от активности . Обычно считается, что независимые от активности механизмы происходят как зашитые процессы, определяемые генетическими программами, выполняемыми в отдельных нейронах. К ним относятся дифференциация , миграция и ведение аксонов к их начальным целевым областям. Эти процессы считаются независимыми от нейронной активности и сенсорного опыта. Как только аксоны достигают своих целевых областей, в игру вступают механизмы, зависимые от активности. Хотя образование синапсов не зависит от активности, модификация синапсов и устранение синапсов требует нейронной активности.

В нейробиологии развития используются различные модели животных, в том числе мышь Mus musculus , плодовая муха Drosophila melanogaster , рыбка данио Danio rerio , лягушка Xenopus laevis и круглый червь Caenorhabditis elegans .

Миелинизация , образование липидно-миелиновой оболочки вокруг аксонов нейронов, является процессом, который необходим для нормальной работы мозга. Миелиновая оболочка обеспечивает изоляцию нервного импульса при общении между нейронными системами. Без него импульс будет нарушен, и сигнал не достигнет своей цели, что нарушит нормальное функционирование. Поскольку так много развития мозга происходит в пренатальном периоде и в младенчестве, крайне важно, чтобы миелинизация и корковое развитие происходили должным образом. Магнитно-резонансная томография (МРТ) - это неинвазивный метод, используемый для исследования миелинизации и созревания коры (кора - это внешний слой мозга, состоящий из серого вещества ). Вместо того, чтобы показывать реальный миелин, МРТ учитывает водную фракцию миелина, меру содержания миелина. Многокомпонентная релаксометрия (MCR) позволяет визуализировать и количественно оценить содержание миелина. MCR также полезен для отслеживания созревания белого вещества, которое играет важную роль в когнитивном развитии. Было обнаружено, что в младенчестве миелинизация происходит по каудально-краниальному, задне-переднему типу. Поскольку существует мало доказательств связи между миелинизацией и толщиной коры, было обнаружено, что толщина коры не зависит от белого вещества. Это позволяет различным аспектам мозга расти одновременно, что приводит к более полноценному развитию мозга. [9]

Во время раннего эмбрионального развития позвоночного дорсальная эктодерма становится специфицированной, чтобы дать начало эпидермису и нервной системе; часть дорсальной эктодермы становится специфической для нервной эктодермы, чтобы сформировать нервную пластинку, которая дает начало нервной системе. [3] [10] Превращение недифференцированной эктодермы в нейроэктодерму требует сигналов от мезодермы . В начале гаструляции презумптивные мезодермальные клетки перемещаются через дорсальную губу бластопора и образуют слой мезодермы между энтодермой и эктодермой. Мезодермальные клетки мигрируют по дорсальной средней линии, давая начало хорде, которая развивается в позвоночный столб . Нейроэктодерма, лежащая над хордой, развивается в нервную пластинку в ответ на диффузный сигнал, производимый хордой. Остальная часть эктодермы дает начало эпидермису. Способность мезодермы преобразовывать вышележащую эктодерму в нервную ткань называется нервной индукцией .

У раннего эмбриона нервная пластинка складывается наружу, образуя нервную бороздку . Начиная с области будущей шеи, нервные складки этой бороздки закрываются, образуя нервную трубку . Образование нервной трубки из эктодермы называется нейруляцией . Вентральная часть нервной трубки называется базальной пластинкой ; дорсальная часть называется крыловидной пластинкой . Полое внутреннее пространство называется нервным каналом , а открытые концы нервной трубки, называемые нейропорами, закрываются. [11]

Пересаженная губа бластопора может превращать эктодерму в нервную ткань и, как говорят, обладает индуктивным эффектом. Нервные индукторы - это молекулы, которые могут индуцировать экспрессию нервных генов в эксплантатах эктодермы, не индуцируя также мезодермальные гены. Нервную индукцию часто изучают у эмбрионов Xenopus, поскольку они имеют простой план тела и есть хорошие маркеры, позволяющие отличить нервную ткань от не нервной. Примерами нервных индукторов являются молекулы ноггин и хордин .

Когда эмбриональные эктодермальные клетки культивируются при низкой плотности в отсутствие мезодермальных клеток, они претерпевают нейральную дифференцировку (экспрессируют нейральные гены), предполагая, что нейральная дифференцировка является судьбой эктодермальных клеток по умолчанию. В культурах эксплантатов (которые допускают прямые межклеточные взаимодействия) одни и те же клетки дифференцируются в эпидермис. Это связано с действием BMP4 ( белок семейства TGF-β ), который индуцирует дифференцировку эктодермальных культур в эпидермис. Во время нейральной индукции ноггин и хордин продуцируются дорсальной мезодермой (хордой) и диффундируют в вышележащую эктодерму, подавляя активность BMP4. Это ингибирование BMP4 заставляет клетки дифференцироваться в нервные клетки. Ингибирование передачи сигналов TGF-β и BMP (костный морфогенетический белок) может эффективно индуцировать нервную ткань из плюрипотентных стволовых клеток . [12]

На более поздней стадии развития верхняя часть нервной трубки изгибается на уровне будущего среднего мозга - среднего мозга , на уровне мезэнцефального изгиба или головного изгиба . Над мезенцефалона является передним мозгом (будущий передний мозг) и под ним есть ромбовидный (будущий задний мозг).

Крыловая пластинка переднего мозга расширяется, образуя конечный мозг, который дает начало полушариям головного мозга , в то время как его базальная пластинка становится промежуточным мозгом . Оптический везикулы (который в конечном счете станет зрительного нерва, сетчатки и радужной оболочки глаза) формы на базальной пластины переднего мозга.

У хордовых дорсальная эктодерма образует всю нервную ткань и нервную систему. Формирование паттерна происходит из-за определенных условий окружающей среды - различных концентраций сигнальных молекул.

Дорсовентральная ось

Вентральная половина нервной пластинки контролируется хордой , которая действует как «организатор». Дорсальная половина контролируется пластинкой эктодермы , которая образует обе стороны нервной пластинки. [13]

Эктодерма по умолчанию превращается в нервную ткань. Доказательства этого исходят от единичных культивируемых клеток эктодермы, которые продолжают формировать нервную ткань. Предполагается, что это связано с отсутствием BMP , которые заблокированы организатором. Организатор может производить молекулы , такие как фоллистатин , башка и Chordin , которые ингибируют ВМР.

Вентральная нервная трубка формируется звуковым ежом (Shh) из хорды, которая действует как индуцирующая ткань. Shh, производное от нотохорда, передает сигнал плите пола и вызывает выражение Shh в плите пола. Shh, происходящий из донной пластинки, впоследствии передает сигналы другим клеткам нервной трубки и важен для правильной спецификации доменов предшественников вентральных нейронов. Потеря Shh из хорды и / или пластинки дна препятствует правильной спецификации этих доменов-предшественников. Shh связывает Patched1 , снимая опосредованное Patched ингибирование Smoothened , что приводит к активации транскрипционных факторов семейства Gli ( GLI1 , GLI2 и GLI3 ).

В этом контексте Shh действует как морфоген - он индуцирует дифференцировку клеток в зависимости от его концентрации. В низких концентрациях он образует вентральные интернейроны , в более высоких концентрациях вызывает развитие мотонейронов , а в высоких концентрациях вызывает дифференцировку пластинок дна. Нарушение дифференцировки, модулируемой Shh, вызывает голопрозэнцефалию .

Паттерн дорсальной нервной трубки формируется за счет BMP из эпидермальной эктодермы, фланкирующей нервную пластинку. Они индуцируют сенсорные интернейроны, активируя киназы Sr / Thr и изменяя уровни фактора транскрипции SMAD .

Рострокаудальная (переднезадняя) ось

Сигналы, которые контролируют переднезаднее нервное развитие, включают FGF и ретиноевую кислоту , которые действуют в заднем и спинном мозге. [14] Задний мозг, например, формируется генами Hox , которые экспрессируются в перекрывающихся доменах вдоль переднезадней оси под контролем ретиноевой кислоты. В 3 ' (3 простого конца) генов в кластере Нох индуцируются ретиноевой кислоты в мозге, в то время как 5' (5 простого конца) гены Нох не индуцируется ретиноевой кислоты и выражены более кзади в спинном мозге. Hoxb-1 экспрессируется в ромбомере 4 и дает начало лицевому нерву . Без этой экспрессии Hoxb-1 возникает нерв, подобный тройничному нерву .

Нейрогенез - это процесс, при котором нейроны генерируются из нервных стволовых клеток и клеток-предшественников . Нейроны являются «постмитотическими», что означает, что они никогда больше не будут делиться на протяжении всей жизни организма. [8]

Эпигенетические модификации играют ключевую роль в регуляции экспрессии генов в дифференцирующихся нервных стволовых клетках и имеют решающее значение для определения судьбы клеток в мозге развивающихся и взрослых млекопитающих. Эпигенетические модификации включают метилирование цитозина ДНК с образованием 5-метилцитозина и деметилирование 5-метилцитозина . [15] [16] Метилирование цитозина ДНК катализируется метилтрансферазами ДНК (DNMT) . Деметилирование метилцитозина катализируется в несколько последовательных стадий ферментами TET, которые осуществляют окислительные реакции (например, 5-метилцитозин до 5-гидроксиметилцитозина ), и ферментами пути эксцизионной репарации оснований ДНК (BER). [15]

Кортикогенез : молодые нейроны мигрируют мимо более старых, используя радиальную глию в качестве основы. Клетки Кахаля-Ретциуса (красные) выделяют катушку (оранжевый).

Нейронная миграция является методом , с помощью которого нейроны путешествуют из их происхождения или мест рождения до конечной позиции в головном мозге. Есть несколько способов сделать это, например, радиальная миграция или тангенциальная миграция. Последовательности радиальной миграции (также известной как глиальный ориентир) и транслокации сомов были зафиксированы с помощью покадровой микроскопии . [17]

Тангенциальная миграция интернейронов от ганглиозного возвышения .

Радиальная миграция

Клетки-предшественники нейронов пролиферируют в желудочковой зоне развивающегося неокортекса , где основной нервной стволовой клеткой является радиальная глиальная клетка . Первые постмитотические клетки должны покинуть нишу стволовых клеток и мигрировать наружу, чтобы сформировать препланшет, которому суждено стать клетками Кахаля-Ретциуса и субпластинчатыми нейронами. Эти клетки делают это путем транслокации сомов. Нейроны, мигрирующие с этим способом передвижения, биполярны и прикрепляют передний край отростка к мягкой мозговой оболочке . Затем сома транспортируется к поверхности пиальной оболочки посредством нуклеокинеза , процесса, при котором «клетка» микротрубочек вокруг ядра удлиняется и сжимается вместе с центросомой, чтобы направлять ядро ​​к его конечному месту назначения. [18] Радиальные глиальные клетки , волокна которых служат каркасом для мигрирующих клеток и средством радиальной коммуникации, опосредованной динамической активностью кальция [19] [20], действуют как основные возбуждающие нейрональные стволовые клетки коры головного мозга [21] [ 22] или перемещаются в кортикальную пластинку и дифференцируются либо в астроциты, либо в нейроны . [23] Сомальная транслокация может происходить в любое время в процессе развития. [17]

Последующие волны нейронов расщепляют предварительную пластинку, мигрируя вдоль радиальных глиальных волокон, чтобы сформировать кортикальную пластинку. Каждая волна мигрирующих клеток проходит мимо своих предшественников, образуя слои наизнанку, а это означает, что самые молодые нейроны находятся ближе всего к поверхности. [24] [25] Подсчитано, что глиальная управляемая миграция составляет 90% мигрирующих нейронов у человека и около 75% у грызунов. [26]

Тангенциальная миграция

Большинство интернейронов перемещаются по касательной через несколько способов миграции, чтобы достичь своего соответствующего местоположения в коре головного мозга. Примером тангенциальной миграции является перемещение интернейронов от ганглиозного возвышения в кору головного мозга. Одним из примеров продолжающейся тангенциальной миграции в зрелом организме, наблюдаемой у некоторых животных, является ростральный миграционный поток, соединяющий субвентрикулярную зону и обонятельную луковицу .

Аксофильная миграция

Многие нейроны, мигрирующие вдоль передне-задней оси тела, используют существующие тракты аксонов для миграции вдоль; это называется аксофильной миграцией. Примером этого способа миграции являются нейроны , экспрессирующие гонадолиберин , которые совершают долгий путь от места своего рождения в носу, через передний мозг и в гипоталамус. [27] Многие механизмы этой миграции были разработаны, начиная с внеклеточных ориентиров [28], которые запускают внутриклеточную передачу сигналов. Эти внутриклеточные сигналы, такие как передача сигналов кальция , приводят к динамике цитоскелета актина [29] и микротрубочек [30] , которые производят клеточные силы, которые взаимодействуют с внеклеточной средой через белки клеточной адгезии [31], вызывая движение этих клеток.

Многополярная миграция

Существует также метод миграции нейронов, называемый мультиполярной миграцией . [32] [33] Это наблюдается в мультиполярных клетках, которые у человека в изобилии присутствуют в промежуточной зоне коры . Они не похожи на клетки, мигрирующие путем локомоции или сомальной транслокации. Вместо этого эти мультиполярные клетки экспрессируют нейрональные маркеры и распространяют множество тонких отростков в различных направлениях независимо от радиальных глиальных волокон. [32]

Выживание нейронов регулируется факторами выживания, называемыми трофическими факторами. Нейротрофическая гипотеза была сформулирована Виктором Гамбургером и Ритой Леви Монтальчини на основе исследований развивающейся нервной системы. Виктор Гамбургер обнаружил, что имплантация дополнительной конечности развивающемуся цыпленку приводит к увеличению количества спинномозговых мотонейронов. Первоначально он думал, что дополнительная конечность вызывает пролиферацию двигательных нейронов, но позже он и его коллеги показали, что во время нормального развития происходит значительная гибель двигательных нейронов, а дополнительная конечность предотвращает гибель этих клеток. Согласно нейротрофической гипотезе, растущие аксоны конкурируют за ограниченное количество трофических факторов, производных от мишени, и аксоны, не получившие достаточной трофической поддержки, погибают в результате апоптоза. Теперь ясно, что факторы, производимые рядом источников, способствуют выживанию нейронов.

  • Фактор роста нервов (NGF): Рита Леви Монтальчини и Стэнли Коэн очистили первый трофический фактор, фактор роста нервов (NGF), за что получили Нобелевскую премию. Существует три связанных с NGF трофических фактора: BDNF, NT3 и NT4, которые регулируют выживание различных популяций нейронов. Белки Trk действуют как рецепторы для NGF и родственных факторов. Trk - рецепторная тирозинкиназа. Димеризация и фосфорилирование Trk приводит к активации различных внутриклеточных сигнальных путей, включая пути киназы MAP, Akt и PKC.
  • CNTF: Цилиарный нейротрофический фактор - это еще один белок, который действует как фактор выживания мотонейронов. CNTF действует через рецепторный комплекс, который включает CNTFRα, GP130 и LIFRβ. Активация рецептора приводит к фосфорилированию и привлечению киназы JAK, которая, в свою очередь, фосфорилирует LIFR β. LIFRβ действует как стыковочный сайт для факторов транскрипции STAT. Киназа JAK фосфорилирует белки STAT, которые отделяются от рецептора и перемещаются в ядро ​​для регулирования экспрессии генов.
  • GDNF: нейротрофический фактор глиального происхождения является членом семейства белков TGFb и является мощным трофическим фактором для нейронов полосатого тела. Функциональный рецептор представляет собой гетеродимер, состоящий из рецепторов типа 1 и типа 2. Активация рецептора типа 1 приводит к фосфорилированию белков Smad, которые перемещаются в ядро ​​для активации экспрессии генов.

Нервно-мышечное соединение

Многие наши представления о формировании синапсов основаны на исследованиях нервно-мышечного соединения. Передатчик в этом синапсе - ацетилхолин. Рецептор ацетилхолина (AchR) присутствует на поверхности мышечных клеток до образования синапсов. Прибытие нерва вызывает кластеризацию рецепторов в синапсе. McMahan и Sanes показали, что синаптогенный сигнал сконцентрирован в базальной пластинке . Они также показали, что синаптогенный сигнал вырабатывается нервом, и определили этот фактор как агрин . Агрин индуцирует кластеризацию AchR на поверхности мышц, и образование синапсов нарушается у мышей с нокаутом агрина. Агрин преобразует сигнал через рецептор MuSK в рапсин . Фишбах и его коллеги показали, что субъединицы рецептора избирательно транскрибируются из ядер, расположенных рядом с синаптическим сайтом. Это опосредуется нейрегулином.

В зрелом синапсе каждое мышечное волокно иннервируется одним двигательным нейроном. Однако во время развития многие волокна иннервируются множеством аксонов. Лихтман и его коллеги изучали процесс удаления синапсов. [34] Это событие зависит от активности. Частичная блокада рецептора приводит к втягиванию соответствующих пресинаптических окончаний.

Синапсы ЦНС

Агрин, по-видимому, не является центральным медиатором образования синапсов ЦНС, и существует активный интерес к идентификации сигналов, которые опосредуют синаптогенез ЦНС. Нейроны в культуре развивают синапсы, подобные тем, которые образуются in vivo, что позволяет предположить, что синаптогенные сигналы могут правильно функционировать in vitro. Исследования синаптогенеза ЦНС были сосредоточены в основном на глутаматергических синапсах. Эксперименты по визуализации показывают, что дендриты очень динамичны во время развития и часто инициируют контакт с аксонами. За этим следует привлечение постсинаптических белков к месту контакта. Стивен Смит и его коллеги показали, что контакт, инициированный дендритными филоподиями, может развиваться в синапсы.

Индукция образования синапсов глиальными факторами: Баррес и его коллеги сделали наблюдение, что факторы в глиальных кондиционированных средах вызывают образование синапсов в культурах ганглиозных клеток сетчатки. Образование синапсов в ЦНС коррелирует с дифференцировкой астроцитов, предполагая, что астроциты могут обеспечивать синаптогенный фактор. Идентичность астроцитарных факторов пока не известна.

Нейролигины и SynCAM как синаптогенные сигналы: Sudhof, Serafini, Scheiffele и др. Показали, что нейролигины и SynCAM могут действовать как факторы, вызывающие пресинаптическую дифференцировку. Нейролигины концентрируются в постсинаптическом участке и действуют через нейрексины, сконцентрированные в пресинаптических аксонах. SynCAM - это молекула клеточной адгезии, которая присутствует как в пре-, так и в постсинаптических мембранах.

Механизмы, зависящие от активности в сборке нейронных цепей

Обычно считается, что процессы миграции , дифференцировки и управления аксонами нейронов являются независимыми от активности механизмами и зависят от жестко запрограммированных генетических программ в самих нейронах. Результаты исследований, однако, указывают на роль зависимых от активности механизмов в опосредовании некоторых аспектов этих процессов, таких как скорость миграции нейронов [35], аспекты дифференцировки нейронов [36] и поиск пути аксонов. [37] Зависимые от активности механизмы влияют на развитие нейронных цепей и имеют решающее значение для построения ранних карт связности и постоянного уточнения синапсов, которое происходит во время развития. [38] Существует два различных типа нейронной активности, которые мы наблюдаем в развивающихся цепях - ранняя спонтанная активность и сенсорно-вызванная активность. Спонтанная активность возникает на ранней стадии развития нервной цепи, даже когда сенсорный ввод отсутствует, и наблюдается во многих системах, таких как развивающаяся зрительная система , [39] [40] слуховая система , [41] [42] двигательная система , [43] гиппокамп , [44] мозжечок [45] и неокортекс . [46]

Экспериментальные методы, такие как прямая электрофизиологическая запись, флуоресцентная визуализация с использованием индикаторов кальция и оптогенетические методы, пролили свет на природу и функцию этих ранних всплесков активности. [47] [48] У них есть отчетливые пространственные и временные паттерны во время развития [49], и их устранение во время развития, как известно, приводит к дефициту в уточнении сети в зрительной системе. [50] В незрелой сетчатке волны потенциалов спонтанного действия возникают из ганглиозных клеток сетчатки и распространяются по поверхности сетчатки в первые несколько постнатальных недель. [51] Эти волны опосредуются нейромедиатором ацетилхолином в начальной фазе, а затем глутаматом . [52] Считается, что они определяют формирование двух сенсорных карт - ретинотопной карты и специфической для глаза сегрегации. [53] Retinotopic карта уточнение происходит в последующих зрительных мишенях в головном мозге-за двухолмия (SC) и спинной боковой коленчатое ядро (LGN). [54] Фармакологические нарушения и мышиные модели, лишенные β2-субъединицы никотинового ацетилхолинового рецептора , показали, что отсутствие спонтанной активности приводит к заметным дефектам ретинотопии и специфической для глаза сегрегации. [53]

В развивающейся слуховой системе развивающаяся улитка генерирует всплески активности, которая распространяется по внутренним волосковым клеткам и нейронам спиральных ганглиев, которые передают слуховую информацию в мозг. [55] Высвобождение АТФ из поддерживающих клеток запускает потенциалы действия во внутренних волосковых клетках . [56] В слуховой системе, как полагают, спонтанная активность участвует в формировании тонотопической карты путем разделения аксонов кохлеарных нейронов, настроенных на высокие и низкие частоты. [55] В двигательной системе периодические всплески спонтанной активности вызываются возбуждающей ГАМК и глутаматом на ранних стадиях и ацетилхолином и глутаматом на более поздних стадиях. [57] В развивающемся спинном мозге рыбок данио ранняя спонтанная активность необходима для формирования все более синхронных чередующихся всплесков между ипсилатеральными и контралатеральными областями спинного мозга и для интеграции новых клеток в цепь. [58] В коре первые волны активности наблюдались в мозжечке и срезах коры. [59] Как только сенсорный стимул становится доступным, окончательная тонкая настройка карт сенсорного кодирования и уточнение схемы начинает все больше и больше полагаться на сенсорно-вызванную активность, что продемонстрировано классическими экспериментами о влиянии сенсорной депривации в критические периоды . [59]

Современные методы диффузионно-взвешенной МРТ также могут раскрыть макроскопический процесс развития аксонов. Коннект может быть построен из диффузионной МРТ данных: вершины графа соответствует анатомическому меченой серым областям материи, и две таких вершин, например U и V , которые соединены ребром , если трактография фаза обработки данных находит аксоны волокна который соединяет две области, соответствующие u и v .

"> Воспроизвести медиа
Консенсус Connectome Dynamics

Многочисленные брайнграфы, вычисленные в рамках проекта Human Connectome Project, можно загрузить с сайта http://braingraph.org . Consensus Connectome Dynamics (CCD) - замечательное явление, которое было обнаружено путем постоянного уменьшения минимального параметра достоверности в графическом интерфейсе Будапештского эталонного сервера Connectome . [60] [61] Будапештский эталонный сервер коннектома ( http://connectome.pitgroup.org ) отображает церебральные связи n = 418 субъектов с частотным параметром k: для любого k = 1,2, ..., n можно просмотреть граф ребер, которые присутствуют как минимум в k коннектомах. Если параметр k уменьшается один за другим с k = n до k = 1, то в графе появляется все больше и больше ребер, поскольку условие включения ослабляется. Удивительное наблюдение заключается в том, что появление краев далеко не случайно: они напоминают растущую сложную структуру, такую ​​как дерево или куст (визуализировано на анимации слева).

В [62] выдвинута гипотеза, что растущая структура копирует развитие аксонов человеческого мозга : самые ранние развивающиеся связи (аксональные волокна) являются общими у большинства испытуемых, а развивающиеся впоследствии связи имеют все большую и большую дисперсию, поскольку их вариации накапливаются в процессе развития аксонов.

За каждое нервно-мышечное соединение соревнуются несколько мотонейронов, но доживает только один. [34] Было показано, что конкуренция in vitro включает ограниченное количество выделяемого нейротрофического вещества или что нервная активность дает преимущество сильным постсинаптическим связям, давая устойчивость к токсину, также высвобождающемуся при нервной стимуляции. In vivo предполагается, что мышечные волокна отбирают самый сильный нейрон посредством ретроградного сигнала.

Нейрогенез также происходит в определенных частях мозга взрослого человека.

  • Аксонное руководство
  • KCC2
  • Пионер нейрон
  • Нейронный дарвинизм
  • График развития мозга
  • Податливый интеллект
  • Роль клеточных адгезий в нервном развитии

  1. ^ «Неврологические признаки и заболевания» . 2 ноября 2016 года Архивировано из оригинала на 2016-11-02 . Дата обращения 1 мая 2020 .
  2. ^ «Дефекты нервной трубки» . Проверено 6 декабря 2011 года .
  3. ^ а б Гилберт, Скотт (2006). Биология развития (8-е изд.). Издательство Sinauer Associates. С.  373 –379. ISBN 9780878932504.
  4. ^ Вольперт, Льюис (2015). Принципы развития (Пятое изд.). С. 522–526. ISBN 9780199678143.
  5. ^ Саладин, Кеннет (2011). Анатомия и физиология Единство формы и функции . Нью-Йорк: Макгроу Хилл. п. 514. ISBN 9780073378251.
  6. ^ а б Гато, А; Алонсо, Мичиган; Martín, C .; и другие. (28 августа 2014 г.). «Эмбриональная спинномозговая жидкость в развитии головного мозга: контроль нервных предшественников» . Хорватский медицинский журнал . 55 (4): 299–305. DOI : 10,3325 / cmj.2014.55.299 . PMC  4157377 . PMID  25165044 .
  7. ^ Гилберт, Скотт (2013). Биология развития (десятое изд.). ISBN Sinauer Associates Inc. 978-1605351926.[ требуется страница ]
  8. ^ а б Кандел, Эрик Р. (2006). Принципы неврологии (5-е изд.). Эпплтон и Ланге: Макгроу Хилл. ISBN 978-0071390118.[ требуется страница ]
  9. ^ Croteau-Chonka, Elise C .; Дин, Дуглас К., III; Ремер, Джастин; Диркс, Холли; О'Мюрчартей, Джонатан; Деони, Шон CL (15 октября 2015 г.). «Изучение взаимосвязи между созреванием коры и миелинизацией белого вещества в раннем детстве» . NeuroImage . 125 : 413–421. DOI : 10.1016 / j.neuroimage.2015.10.038 . PMC  4691410 . PMID  26499814 .
  10. ^ Вольперт, Льюис (2015). Принципы развития (Пятое изд.). п. 163. ISBN. 9780199678143.
  11. ^ Estomih Mtui; Грегори Грюнер (2006). Клиническая нейроанатомия и неврология . Филадельфия: Сондерс. п. 1. ISBN 978-1-4160-3445-2.
  12. ^ Chambers, SM; Фазано, Калифорния; Папапетру, EP; Tomishima, M .; Sadelain, M .; Студер, Л. (2009). «Высокоэффективное нейронное преобразование человеческих ES- и iPS-клеток путем двойного ингибирования передачи сигналов SMAD» . Природа Биотехнологии . 27 (3): 275–280. DOI : 10.1038 / nbt.1529 . PMC  2756723 . PMID  19252484 .
  13. ^ Джессел, Томас М .; Кандел, Эрик Р .; Шварц, Джеймс Х. (2000). «Глава 55». Принципы неврологии (4-е изд.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN 978-0838577011.
  14. ^ Дестер, Г. (сентябрь 2008 г.). «Синтез ретиноевой кислоты и передача сигналов во время раннего органогенеза» . Cell . 134 (6): 921–31. DOI : 10.1016 / j.cell.2008.09.002 . PMC  2632951 . PMID  18805086 .
  15. ^ а б Ван, Чжицинь; Тан, Бейша; Он, Юйцюань; Цзинь, Пэн (март 2016 г.). «Динамика метилирования ДНК в нейрогенезе» . Эпигеномика . 8 (3): 401–414. DOI : 10.2217 / epi.15.119 . PMC  4864063 . PMID  26950681 .
  16. ^ Ноак, Флориан; Патаскар, Абхиджит; Шнайдер, Мартин; Бухгольц, Франк; Тивари, Виджай К.; Калегари, Федерико (27 февраля 2019 г.). «Оценка и сайт-специфические манипуляции (гидрокси-) метилирования ДНК во время кортикогенеза мышей» . Альянс наук о жизни . 2 (2): e201900331. DOI : 10,26508 / lsa.201900331 . PMC  6394126 . PMID  30814272 .
  17. ^ а б Надараджа Б., Брюнстрем Дж., Груцендлер Дж., Вонг Р., Перлман А. (2001). «Два режима радиальной миграции в раннем развитии коры головного мозга». Nat Neurosci . 4 (2): 143–50. DOI : 10.1038 / 83967 . PMID  11175874 .
  18. ^ Самуэльс Б., Цай Л. (2004). «Нуклеокинез освещенный». Nat Neurosci . 7 (11): 1169–70. DOI : 10.1038 / nn1104-1169 . PMID  15508010 .
  19. ^ Ракич, П. (май 1972 г.). «Способ миграции клеток в поверхностные слои неокортекса эмбриона обезьяны». Журнал сравнительной неврологии . 145 (1): 61–83. DOI : 10.1002 / cne.901450105 . PMID  4624784 .
  20. ^ Сыпь, БГ; Акман, JB; Ракич, П. (февраль 2016 г.). «Двунаправленная радиальная активность Са (2+) регулирует нейрогенез и миграцию во время формирования раннего кортикального столба» . Наука продвигается . 2 (2): e1501733. Bibcode : 2016SciA .... 2E1733R . DOI : 10.1126 / sciadv.1501733 . PMC  4771444 . PMID  26933693 .
  21. ^ Ноктор, Южная Каролина; Флинт, AC; Weissman, TA; Даммерман, RS; Кригштейн, АР (8 февраля 2001 г.). «Нейроны, происходящие из радиальных глиальных клеток, устанавливают радиальные единицы в неокортексе». Природа . 409 (6821): 714–20. Bibcode : 2001Natur.409..714N . DOI : 10.1038 / 35055553 . PMID  11217860 .
  22. ^ Тамамаки Н., Накамура К., Окамото К., Канеко Т. (сентябрь 2001 г.). «Радиальная глия является предшественником нейронов неокортекса в развивающейся коре головного мозга». Neurosci. Res. 41 (1): 51–60. DOI : 10.1016 / S0168-0102 (01) 00259-0 . PMID  11535293 .
  23. ^ Мията Т., Кавагути А., Окано Х., Огава М. (сентябрь 2001 г.). «Асимметричное наследование лучевых глиальных волокон корковыми нейронами». Нейрон . 31 (5): 727–41. DOI : 10.1016 / S0896-6273 (01) 00420-2 . PMID  11567613 .
  24. ^ Надараджа Б., Парнавелас Дж. (2002). «Способы миграции нейронов в развивающейся коре головного мозга». Обзоры природы Неврология . 3 (6): 423–32. DOI : 10.1038 / nrn845 . PMID  12042877 .
  25. ^ Ракич П. (1972). «Способ миграции клеток в поверхностные слои неокортекса эмбриона обезьяны». Журнал сравнительной неврологии . 145 (1): 61–83. DOI : 10.1002 / cne.901450105 . PMID  4624784 .
  26. ^ Летинич К., Зонджу Р., Ракич П. (июнь 2002 г.). «Происхождение ГАМКергических нейронов в неокортексе человека». Природа . 417 (6889): 645–9. Bibcode : 2002Natur.417..645L . DOI : 10,1038 / природа00779 . PMID  12050665 .
  27. ^ Рэй S (2010). «Из носа в мозг: развитие нейронов гонадотропин-рилизинг-гормона-1» . Журнал нейроэндокринологии . 22 (7): 743–753. DOI : 10.1111 / j.1365-2826.2010.02034.x . PMC  2919238 . PMID  20646175 .
  28. ^ Джакобини П., Мессина А., Рэй С., Джампьетро С., Крепальди Т., Кармелье П., Фасоло А. (2007). «Фактор роста гепатоцитов действует как мотор и направляющий сигнал для миграции нейронов гонадотропинового гормона-рилизинг-гормона-1» (PDF) . Журнал неврологии . 27 (2): 431–445. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.4979-06.2007 . PMC  6672060 . PMID  17215404 .
  29. ^ Хатчинс Б.И., Кленке Ю., Рэй С. (2013). «Зависимый от высвобождения кальция поток актина в ведущем процессе опосредует миграцию аксофилов» . Журнал неврологии . 33 (28): 11361–71. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.3758-12.2013 . PMC  3724331 . PMID  23843509 .
  30. ^ Хатчинс, Б. Ян; Рэй, Сьюзен (2014). «Захват плюсовых концов микротрубочек в актиновой коре способствует миграции аксофильных нейронов за счет увеличения натяжения микротрубочек в ведущем процессе» . Границы клеточной неврологии . 8 : 400 DOI : 10,3389 / fncel.2014.00400 . PMC  4245908 . PMID  25505874 .
  31. ^ Паркаш Дж, Чимино I, Феррарис Н, Касони Ф, Рэй С, Кэппи Х, Превот В, Джакобини П (2012). «Подавление β1-интегрина в клетках гонадотропин-рилизинг-гормона нарушает миграцию и удлинение аксонов, что приводит к серьезным репродуктивным изменениям» . Журнал неврологии . 32 (47): 16992–7002. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.3057-12.2012 . PMC  5238668 . PMID  23175850 .
  32. ^ а б Табата Х., Накадзима К. (5 ноября 2003 г.). «Мультиполярная миграция: третий способ миграции радиальных нейронов в развивающейся коре головного мозга» . Журнал неврологии . 23 (31): 9996–10001. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.23-31-09996.2003 . PMC  6740853 . PMID  14602813 .
  33. ^ Надараджа Б., Алифрагис П., Вонг Р., Парнавелас Дж. (2003). «Миграция нейронов в развивающейся коре головного мозга: наблюдения на основе изображений в реальном времени» . Cereb Cortex . 13 (6): 607–11. DOI : 10.1093 / cercor / 13.6.607 . PMID  12764035 .
  34. ^ а б Терни, Стивен Дж .; Lichtman, Jeff W .; Харрис, Уильям А. (26 июня 2012 г.). «Изменение результатов ликвидации синапсов при развитии нервно-мышечных соединений in vivo: доказательства синаптической конкуренции и ее механизма» . PLOS Биология . 10 (6): e1001352. DOI : 10.1371 / journal.pbio.1001352 . PMC  3383738 . PMID  22745601 .
  35. ^ Комуро, Хитоши; Ракич, Пасько (август 1996 г.). «Внутриклеточные колебания Ca2 + модулируют скорость миграции нейронов». Нейрон . 17 (2): 275–285. DOI : 10.1016 / s0896-6273 (00) 80159-2 . PMID  8780651 .
  36. ^ Гу, Х; Олсон, ЕС; Спитцер, Северная Каролина (1994). «Спонтанные нейрональные всплески и волны кальция во время ранней дифференцировки» . Журнал неврологии . 14 (11): 6325–35. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.14-11-06325.1994 .
  37. ^ Hanson, MG; Милнер, ЛД; Ландмессер, LT (2008). «Спонтанная ранняя активность в спинном мозге цыплят влияет на решения о поиске пути моторных аксонов» . Brain Res. Ред . 57 (1): 77–85. DOI : 10.1016 / j.brainresrev.2007.06.021 . PMC  2233604 . PMID  17920131 .
  38. ^ Киркби, Луизиана; Мешок, GS; Фирл, А; Феллер, МБ (4 декабря 2013 г.). «Роль коррелированной спонтанной активности в сборке нейронных цепей» . Нейрон . 80 (5): 1129–44. DOI : 10.1016 / j.neuron.2013.10.030 . PMC  4560201 . PMID  24314725 .
  39. ^ Хуберман, AD (2007). «Механизмы развития глазных зрительных цепей». Текущее мнение в нейробиологии . 17 (1): 73–80. DOI : 10.1016 / j.conb.2007.01.005 . PMID  17254766 .
  40. ^ Мейстер, М; Вонг, РОЛ; Бейлор, Д.А.; Шац, CJ (1991). «Синхронные всплески потенциалов действия в ганглиозных клетках развивающейся сетчатки». Наука . 252 (5008): 939–43. Bibcode : 1991Sci ... 252..939M . DOI : 10.1126 / science.2035024 . PMID  2035024 .
  41. ^ Липпе, WR (1994). «Ритмическая спонтанная активность в развивающейся слуховой системе птиц» . Журнал неврологии . 14 (3): 1486–95. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.14-03-01486.1994 . PMC  6577532 . PMID  8126550 .
  42. ^ Джонс, TA; Джонс, С. М.; Паггетт, KC (15 октября 2001 г.). «Первичный ритмический взрыв в эмбриональных ганглиозных клетках улитки» . Журнал неврологии . 21 (20): 8129–35. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.21-20-08129.2001 . PMC  6763868 . PMID  11588185 .
  43. ^ О'Донован, MJ (1999). «Происхождение спонтанной активности в развивающихся сетях нервной системы позвоночных». Текущее мнение в нейробиологии . 9 (1): 94–104. DOI : 10.1016 / s0959-4388 (99) 80012-9 . PMID  10072366 .
  44. ^ Крепель, V; Аронов Д; Хоркера, я; Represa, A; Бен-Ари, Й; Коссарт, Р. (2007). «Связанный с родами несинаптический когерентный паттерн активности в развивающемся гиппокампе». Нейрон . 54 (1): 105–120. DOI : 10.1016 / j.neuron.2007.03.007 . PMID  17408581 .
  45. ^ Ватт, AJ; Cuntz, H; Мори, М; Нуссер, Z; Sjostrom, PJ; Хауссер, М (2009). «Бегущие волны в развивающейся коре мозжечка, опосредованные асимметричным соединением клеток Пуркинье» . Природа Неврологии . 12 (4): 463–73. DOI : 10.1038 / nn.2285 . PMC  2912499 . PMID  19287389 .
  46. ^ Корлью, Ревекка; Bosma, Martha M .; Муди, Уильям Дж. (Октябрь 2004 г.). «Спонтанная, синхронная электрическая активность в корковых нейронах новорожденных мышей» . Журнал физиологии . 560 (2): 377–390. DOI : 10.1113 / jphysiol.2004.071621 . PMC  1665264 . PMID  15297578 .
  47. ^ Феллер, Марла Б. (апрель 1999 г.). «Спонтанная коррелированная активность в развивающихся нервных цепях». Нейрон . 22 (4): 653–656. DOI : 10.1016 / s0896-6273 (00) 80724-2 . PMID  10230785 .
  48. ^ О'Донован, Майкл Дж .; Чуб Николай; Веннер, Питер (октябрь 1998 г.). «Механизмы спонтанной активности в развитии спинномозговых сетей». Журнал нейробиологии . 37 (1): 131–145. DOI : 10.1002 / (sici) 1097-4695 (199810) 37: 1 <131 :: aid-neu10> 3.0.co; 2-ч . PMID  9777737 .
  49. ^ Стаффорд, Бен К .; Шер, Александр; Литке, Алан М .; Фельдхейм, Дэвид А. (октябрь 2009 г.). «Пространственно-временные паттерны волн сетчатки, лежащие в основе зависимого от активности уточнения ретинофугальных проекций» . Нейрон . 64 (2): 200–212. DOI : 10.1016 / j.neuron.2009.09.021 . PMC  2771121 . PMID  19874788 .
  50. ^ Торборг, Кристина Л .; Феллер, Марла Б. (июль 2005 г.). «Спонтанная узорчатая активность сетчатки и уточнение проекций сетчатки». Прогресс нейробиологии . 76 (4): 213–235. DOI : 10.1016 / j.pneurobio.2005.09.002 . PMID  16280194 .
  51. ^ Галли, L; Маффеи, Л. (7 октября 1988 г.). «Спонтанная импульсная активность ганглиозных клеток сетчатки крыс в пренатальной жизни». Наука . 242 (4875): 90–91. Bibcode : 1988Sci ... 242 ... 90G . DOI : 10.1126 / science.3175637 . PMID  3175637 .
  52. ^ Форд, Кевин Дж .; Феллер, Марла Б. (26 июля 2011 г.). «Сборка и разборка холинергической сети сетчатки» . Визуальная неврология . 29 (1): 61–71. DOI : 10.1017 / S0952523811000216 . PMC  3982217 . PMID  21787461 .
  53. ^ а б Киркби, Лоури А .; Sack, Georgeann S .; Фирл, Алана; Феллер, Марла Б. (декабрь 2013 г.). «Роль коррелированной спонтанной активности в сборке нейронных цепей» . Нейрон . 80 (5): 1129–1144. DOI : 10.1016 / j.neuron.2013.10.030 . PMC  4560201 . PMID  24314725 .
  54. ^ Акман, Джеймс Б.; Бербридж, Тимоти Дж .; Крейр, Майкл С. (10 октября 2012 г.). «Волны сетчатки координируют структурированную активность всей развивающейся зрительной системы» . Природа . 490 (7419): 219–225. Bibcode : 2012Natur.490..219A . DOI : 10.1038 / nature11529 . PMC  3962269 . PMID  23060192 .
  55. ^ а б Кандлер, Карл; Клаус, Аманда; Но, Джихён (10 мая 2009 г.). «Тонотопическая реорганизация развивающихся слуховых контуров ствола мозга» . Природа Неврологии . 12 (6): 711–717. DOI : 10.1038 / nn.2332 . PMC  2780022 . PMID  19471270 .
  56. ^ Трич, Николас X; Родригес-Контрерас, Адриан; Кринс, Том TH; Ван, Хан Чин; Борст, Дж. Джерард Дж. Берглес, Дуайт Э. (1 августа 2010 г.). «Потенциалы действия кальция в волосковых клетках определяют активность слуховых нейронов до появления слуха» . Природа Неврологии . 13 (9): 1050–1052. DOI : 10.1038 / nn.2604 . PMC  2928883 . PMID  20676105 .
  57. ^ Момосе-Сато, Йоко; Сато, Кацусигэ (2013). «Масштабная синхронизированная деятельность в стволе мозга и спинном мозге эмбриона» . Границы клеточной неврологии . 7 : 36. DOI : 10,3389 / fncel.2013.00036 . PMC  3625830 . PMID  23596392 .
  58. ^ Деформация, Эрика; Агарвал, Гаутам; Вайарт, Клэр; Фридман, Дрю; Oldfield, Claire S .; Коннер, Олден; Дель Бене, Филиппо; Arrenberg, Aristides B .; Байер, Хервиг; Исакофф, Эхуд Ю. (январь 2012 г.). «Возникновение паттерновой активности в развивающемся спинном мозге рыбок данио» . Текущая биология . 22 (2): 93–102. DOI : 10.1016 / j.cub.2011.12.002 . PMC  3267884 . PMID  22197243 .
  59. ^ а б Санес, Дэн; Рех, Томас; Харрис, Уильям. Развитие нервной системы (Третье изд.). Эльзевир.[ требуется страница ]
  60. ^ Салкаи, Балаж; Керепеси, Чаба; Варга, Балинт; Гролмуш, Винс (май 2015 г.). "Будапештский эталонный сервер Connectome v2.0". Письма неврологии . 595 : 60–62. arXiv : 1412.3151 . DOI : 10.1016 / j.neulet.2015.03.071 . PMID  25862487 .
  61. ^ Салкаи, Балаж; Керепеси, Чаба; Варга, Балинт; Гролмуш, Винс (15 сентября 2016 г.). «Параметризуемые консенсусные коннектомы из проекта Human Connectome: Будапештский эталонный сервер Connectome v3.0» . Когнитивная нейродинамика . 11 (1): 113–116. arXiv : 1602.04776 . DOI : 10.1007 / s11571-016-9407-Z . PMC  5264751 . PMID  28174617 .
  62. ^ Керепеси, Чаба; Салкаи, Балаж; Варга, Балинт; Гролмуш, Винс; Ши Юнтан (30 июня 2016 г.). «Как направить грани коннектомов: динамика консенсусных коннектомов и развитие связей в человеческом мозге» . PLOS ONE . 11 (6): e0158680. arXiv : 1509.05703 . Bibcode : 2016PLoSO..1158680K . DOI : 10.1371 / journal.pone.0158680 . PMC  4928947 . PMID  27362431 .

  • Neural Development (рецензируемый журнал открытого доступа).
  • Перевод времени нейроразвития между видами млекопитающих
  • Развивающийся мозг ребенка
  • Развитие мозга
  • Как бедность может изменить мозг
  • Подростковый мозг