Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Нейроморфология (от греческого νεῦρον, нейрон, «нерв»; μορφή, morphé, «форма»; -λογία, -logia, «изучение» [1] [2] ) - это изучение формы, формы и структуры нервной системы . Исследование включает изучение определенной части нервной системы на молекулярном и клеточном уровне и соединение ее с физиологической и анатомической точки зрения. Эта область также исследует коммуникации и взаимодействия внутри и между каждым специализированным отделом нервной системы.Морфология отличается от морфогенеза. Морфология - это изучение формы и структуры биологических организмов, а морфогенез - это изучение биологического развития формы и структуры организмов. Таким образом, нейроморфология фокусируется на особенностях структуры нервной системы, а не на процессе, в результате которого эта структура была сформирована. Нейроморфология и морфогенез, хотя и две разные сущности, тем не менее тесно связаны.

История [ править ]

Прогресс в определении морфологии нервных клеток идет медленно. Прошло почти столетие после принятия клетки как основной единицы жизни, прежде чем исследователи смогли прийти к согласию о форме нейрона . Первоначально считалось, что это независимое шаровидное тельце, подвешенное вдоль нервных волокон, которые петляют и свертываются. [3] Только после первого успешного микродиссекции целой нервной клетки, проведенного Отто Дейтерсом в 1865 году, отдельные дендриты и аксон удалось различить. [3] В конце 19 века появились новые техники, такие какБыл разработан метод Гольджи , который позволил исследователям видеть нейрон целиком. Это исследование Гольджи затем способствовало новому исследованию расстояния между нейронами Рамона-и-Кахала в 1911 году. Дальнейшие исследования морфологии продолжали развиваться, включая морфологию дендритов. В 1983 году Тороя Абдель-Магуид и Дэвид Боушер расширили метод Гольджи и объединили его с техникой пропитки, которая позволила им визуализировать дендриты нейронов и классифицировать их на основе их дендритных паттернов. [4] С тех пор было разработано и применено множество техник в области нейроморфологии.

Влияние на функцию нейрона [ править ]

Исследования подтвердили взаимосвязь между морфологическими и функциональными свойствами нейронов. Например, соответствие между морфологией и функциональными классами ганглиозных клеток сетчатки кошки было изучено, чтобы показать взаимосвязь между формой и функцией нейрона. Чувствительность к ориентации и паттерны ветвления дендритов - это еще несколько общих характеристик нейронов, которые, по мнению исследователей, влияют на функцию нейронов. [5] Ян А. Мейнерцхаген и др. недавно установили связь между генетическими факторами, лежащими в основе конкретной нейрональной структуры, и тем, как эти два фактора затем относятся к функции нейрона, исследуя зрительные нервы у Drosophila melanogaster.. Они утверждают, что структура нейрона может определять его функцию, диктуя формирование синапсов. [6]

Геометрия нейронов часто зависит от типа клетки и истории полученных стимулов, которые обрабатываются синапсами. Форма нейрона часто управляет функцией нейрона, устанавливая его синаптические партнерства. Однако появляется все больше свидетельств объемной передачи , процесса, который включает электрохимические взаимодействия со всей клеточной мембраной . [5]

Морфология аксонального дерева играет важную роль в модуляции активности и кодировании информации. [7]


Развитие [ править ]

Развитие морфологических особенностей нейронов определяется как внутренними, так и внешними факторами. Нейроморфология нервной ткани зависит от генов и других факторов, таких как электрические поля , ионные волны и гравитация . Развивающиеся клетки дополнительно накладывают друг на друга геометрические и физические ограничения. Эти взаимодействия влияют на нервную форму и синаптогенез . [8] Морфологические измерения и приложения для визуализации важны для дальнейшего понимания процесса развития.

Подполя [ править ]

Общая морфология [ править ]

Пирамидная клетка неокортекса человека , окрашенная по методу Гольджи. Клетка названа в честь характерной для нее сомы треугольной формы .

Поскольку существует широкий спектр функций, выполняемых разными типами нейронов в различных частях нервной системы, существует большое разнообразие размеров, формы и электрохимических свойств нейронов. Нейроны могут быть разных форм и размеров и могут быть классифицированы в зависимости от их морфологии. Итальянский ученый Камилло Гольджи сгруппировал нейроны в клетки типа I и типа II. Нейроны Гольджи I имеют длинные аксоны, которые могут перемещать сигналы на большие расстояния, например, в клетках Пуркинье , тогда как нейроны Гольджи II обычно имеют более короткие аксоны, такие как гранулярные клетки , или являются аноксоническими. [9]

Нейроны можно морфологически охарактеризовать как униполярные , биполярные или мультиполярные . У униполярных и псевдоуниполярных клеток есть только один отросток, отходящий от тела клетки. Биполярные клетки имеют два отростка, отходящие от тела клетки, а мультиполярные клетки имеют три или более отростков, идущих по направлению к телу клетки и от него.

Теоретическая нейроморфология [ править ]

Основная статья: Теоретическая нейроморфология

Теоретическая нейроморфология - это раздел нейроморфологии, сфокусированный на математическом описании формы, структуры и связности нервной системы.

Гравитационная нейроморфология [ править ]

Гравитационная нейроморфология изучает влияние измененной гравитации на архитектуру центральной , периферической и вегетативной нервных систем . Это подполе направлено на расширение нынешнего понимания адаптивных возможностей нервной системы и, в частности, исследует, как воздействие окружающей среды может изменять структуру и функции нервной системы. В этом случае манипуляции с окружающей средой обычно включают воздействие на нейроны гипергравитации или микрогравитации . Это разновидность гравитационной биологии . [10]

Методы и методы исследования [ править ]

Для изучения нейроморфологии использовались различные методы, включая конфокальную микроскопию , стереологию на основе дизайна , отслеживание нейронов [11] и реконструкцию нейронов. Текущие инновации и будущие исследования включают виртуальную микроскопию , автоматизированную стереологию, кортикальное картирование , автоматическое отслеживание нейронов с помощью карт , микроволновые методы и сетевой анализ. Из методов, используемых в настоящее время для изучения нейроморфологии, наиболее предпочтительными методами являются стереология на основе дизайна и конфокальная микроскопия. Также существует полная база данных морфологии нейронов под названием NeuroMorpho Database. [12]

Стереология, основанная на дизайне [ править ]

Стереология, основанная на дизайне, - один из самых известных методов математической экстраполяции трехмерной формы из заданной двумерной формы. В настоящее время это ведущий метод биомедицинских исследований для анализа трехмерных структур. [13]Стереология на основе дизайна - это новый метод стереологии, который исследует заранее определенную и разработанную морфологию. Этот метод контрастирует со старым методом стереологии на основе моделей, в котором в качестве руководства использовались ранее определенные модели. Более современная стереология, основанная на дизайне, позволяет исследователям исследовать морфологию нейронов, не делая предположений об их размере, форме, ориентации или распределении. Стереология, основанная на дизайне, также дает исследователям больше свободы и гибкости, поскольку стереология на основе моделей эффективна только в том случае, если модели действительно репрезентативны для изучаемого объекта, в то время как стереология, основанная на дизайне, не ограничивается таким образом. [14]

Конфокальная микроскопия [ править ]

Основная статья: Конфокальная микроскопия
Схема работы конфокальной микроскопии.

Конфокальная микроскопия - это предпочтительная микроскопическая процедура для исследования нейронных структур, поскольку она дает четкие изображения с улучшенным разрешением и пониженным соотношением сигнал / шум . Особый способ работы этой микроскопии позволяет смотреть на одну конфокальную плоскость за раз, что является оптимальным при просмотре нейронных структур. Другие, более традиционные формы микроскопии просто не позволяют визуализировать все нейрональные структуры, особенно те, которые являются субклеточными. В последнее время некоторые исследователи фактически комбинируют стереологию, основанную на дизайне, и конфокальную микроскопию, чтобы продолжить свои исследования конкретных клеточных структур нейронов.

Кортикальное картирование [ править ]

Кортикальное картирование определяется как процесс характеристики определенных областей мозга на основе анатомических или функциональных особенностей. Современные атласы головного мозга не являются однозначными или достаточно однородными, чтобы отображать конкретные структурные детали. Однако недавние достижения в области функциональной визуализации мозга и статистического анализа могут оказаться достаточными в будущем. Недавняя разработка в этой области, названная методом индекса уровня серого (GLI), позволяет более объективно идентифицировать корковые области с помощью алгоритмов . GLI - это стандартизированный метод, который позволяет исследователям определять плотность нейронов. Он конкретно определяется как отношение площади, покрытой элементами, окрашенными по Нисслю, к площади, покрытой неокрашенными элементами. [15] Более сложные методы картирования коры все еще находятся в процессе разработки, и в этой области, скорее всего, в ближайшем будущем ожидается экспоненциальный рост методов картирования.

Клинические применения [ править ]

Нейроморфология использовалась как новый метод изучения основной причины многих неврологических расстройств и была включена в клинические исследования различных нейродегенеративных заболеваний, психических расстройств , нарушений обучаемости и дисфункций, вызванных повреждением головного мозга. Исследователи использовали нейроморфологические методы не только для изучения повреждений, но и способов восстановления поврежденного нерва с помощью таких способов, как стимуляция роста аксонов. Нейромофология использовалась для изучения повреждения зрительного нерва , особенно при изучении поражений и атрофий.. Исследователи также изучили и определили нейроморфологию полового члена человека, чтобы лучше понять роль симпатической нервной системы в достижении эрекции. [16]

Текущие и будущие исследования [ править ]

Вычислительная нейроморфология [ править ]

Вычислительная нейроморфология исследует нейроны и их субструктуры, разрезая их на кусочки и изучая эти различные подсекции. Он также описывает нейроморфологическое пространство как трехмерное пространство. Это позволяет исследователям понять размер конкретных нейронных компонентов. Кроме того, трехмерное изображение помогает исследователям понять, как нейрон передает информацию внутри себя. [17]

Виртуальная микроскопия [ править ]

Виртуальная микроскопия позволит исследователям получать изображения с меньшим количеством сеансов визуализации, тем самым сохраняя целостность ткани и уменьшая возможность выцветания флуоресцентных красителей во время визуализации. Этот метод дополнительно даст исследователям возможность визуализировать недоступные в настоящее время данные, такие как редкие типы клеток и пространственное распределение клеток в определенной области мозга. [13] Виртуальная микроскопия по существу позволит оцифровывать все полученные изображения, тем самым предотвращая ухудшение данных. Эта оцифровка может также потенциально позволить исследователям создать базу данных для обмена и хранения своих данных.

См. Также [ править ]

  • Клеточная нейробиология
  • Морфология (биология)
  • Теоретическая нейроморфология

Ссылки [ править ]

  1. ^ Морфология
  2. ^ Нейрон
  3. ^ a b Питерс, Алан; Palay, Sanford L .; Вебстер, Генри де Ф. (Январь 1991 г.). Тонкая структура нервной системы: нейроны и поддерживающие их клетки . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-506571-8.
  4. ^ Абдель-Maguid, Thoroya; Баушер, Дэвид (1984). «Классификация нейронов по типу ветвления дендритов. Классификация, основанная на пропитке по Гольджи спинномозговых и краниальных соматических и висцеральных афферентных и эфферентных клеток у взрослого человека» . Журнал анатомии . 138 : 689–702. PMC 1164353 . PMID 6204961 .  
  5. ^ a b Коста, Лучано да Фонтура; Кампос, Андреа Дж .; Эстрози, Леандро Ф .; Риос-Филхо, Луис Дж .; Боско, Алехандра (2000). «Биологически мотивированный подход к представлению изображений и его применение в нейроморфологии». Конспект лекций по информатике . 1811 : 192–214. DOI : 10.1007 / 3-540-45482-9_41 . ISBN 978-3-540-67560-0.
  6. ^ Meinertzhagen, Ян А .; Такемура, Шин-я; Лу, Чжиюань; Хуанг, Сонглинг; Гао, Шуйин; Тинг, Чунь-Юань; Ли, Чи-Хон (2009). «От формы к функции: способы познать нейрон». Журнал нейрогенетики . 23 (1–2): 68–77. DOI : 10.1080 / 01677060802610604 . PMID 19132600 . 
  7. ^ Офер, Нетанель; Шефи, Орит; Яари, Гур (август 2017 г.). «Морфология ветвления определяет динамику распространения сигнала в нейронах» . Научные отчеты . 7 (1): 8877. Bibcode : 2017NatSR ... 7.8877O . DOI : 10.1038 / s41598-017-09184-3 . PMC 5567046 . PMID 28827727 .  
  8. ^ Коста, Лучиано да Фонтура; Маноэль, Эдсон Тадеу Монтейро; Фошеро, Фабьен; Челли, Джамель; ван Пелт, Яап; Ramakers, Ger (июль 2002), "рамочное анализ формы для neuromorphometry", Сети: вычислений в нейронных системах , 13 (3): 283-310, DOI : 10,1088 / 0954-898x / 13 / 3/303
  9. ^ Purves, Дейл; и другие. (2001). Неврология (2-е изд.). Сандерленд: ISBN Sinauer Associates Inc. 978-0-87893-742-4.
  10. ↑ Краснов И.Б. (декабрь 1994 г.). «Гравитационная нейроморфология». Продвинутая медицина космической биологии . 4 : 85–110. DOI : 10.1016 / s1569-2574 (08) 60136-7 . PMID 7757255 . 
  11. ^ Oztas, Emin (2003). «Нейрональная трассировка». Нейроанатомия . 2 : 2–5.
  12. ^ Коста, Лучано да Фонтура; Завадски, Криссия; Миазаки, Мауро; Viana, Matheus P .; Тараскин, Сергей Н. (декабрь 2010 г.). «Раскрытие нейроморфологического пространства» . Границы вычислительной неврологии . 4 : 150. DOI : 10,3389 / fncom.2010.00150 . PMC 3001740 . PMID 21160547 .  
  13. ^ а б Лемменс, Марийке AM; Стейнбуш, Гарри WM; Руттен, Барт П.Ф.; Шмитц, Кристоф (2010). «Передовые методы микроскопии для количественного анализа в исследованиях нейроморфологии и невропатологии: текущее состояние и требования на будущее». Журнал химической нейроанатомии . 40 (3): 199–209. DOI : 10.1016 / j.jchemneu.2010.06.005 . PMID 20600825 . 
  14. ^ "Что такое стереология, основанная на дизайне" . Проверено 7 ноября 2011 года .
  15. ^ Казанова, Мануэль Ф .; Buxhoeveden, Daniel P .; Switala, Andrew E .; Рой, Эмиль (2002). «Плотность нейронов и архитектура (индекс серого уровня) в мозге аутичных пациентов». Журнал детской неврологии . 17 (7): 515–21. DOI : 10.1177 / 088307380201700708 . PMID 12269731 . 
  16. ^ Бенсон, Джордж; МакКоннелл, Джоанн; Липшульц, Ларри I .; Коррьере, Джозеф-младший; Вуд, Джо (1980). «Нейроморфология и нейрофармакология полового члена человека» . Журнал клинических исследований . 65 (2): 506–513. DOI : 10.1172 / JCI109694 . PMC 371389 . PMID 7356692 .  
  17. ^ Тринидад, Пабло. «Вычислительная нейроморфология» . Техасский университет в Далласе. Архивировано из оригинального 2 -го января 2009 года . Проверено 2 ноября 2011 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • НейроМорфо