Апикальный дендрит - Apical dendrite

An апикальный дендрит это дендрит что выходит из вершины пирамидная ячейка.[1] Апикальные дендриты - одна из двух основных категорий дендритов, и они отличают пирамидные клетки от колючих. звездчатые клетки в коре головного мозга. Пирамидные клетки находятся в префронтальная кора, то гиппокамп, то энторинальная кора, то обонятельная кора, и другие области.[2] Дендритные ветви, образованные апикальными дендритами, являются средством, с помощью которого синаптические входы в клетку интегрированный.[3] Апикальные дендриты в этих областях вносят значительный вклад в объем памяти, учусь, и сенсорные ассоциации, модулируя возбуждающий и тормозящий сигналы, полученные пирамидными клетками.

Фон

На пирамидных клетках присутствуют два типа дендритов: апикальные и апикальные. базальный дендриты. Апикальные дендриты являются наиболее дистальными вдоль восходящего ствола и располагаются 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 интернейроны.[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 вызывает отрицательный потенциал 10-20 мс, проявление суммарных возбуждающих постсинаптических потенциалов (ВПСП ) вызывается в дистальных частях апикального дендрита.[6] Это было названо Дендритный потенциал (ДП). Это идентично с Поверхностный ответ Адриана в прямых корковых ответах.[6] При более высоких интенсивностях ДП сменяется медленными положительными волнами (Глубокий ответ Адриана ) или затяжной отрицательной волной длительностью более 200 мс (Второй компонент Чанга ).[6] Наибольшая амплитуда ДП обнаруживается на поверхности коры, при этом полярность сдвигается с отрицательной на положительную в поверхностном слое.[6]

Области, представляющие интерес

Дальнейшая информация: Анатомические условия расположения, человеческий мозг, и Анатомия человека

Гиппокамп

Дальнейшая 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] Нейроны во всем лимбическая система как известно, обладают "взрывными" свойствами. Эти клетки подвергаются синхронной и пароксизмальной деполяризации, запуская короткие последовательности потенциалы действия называется всплесками.[2]

Слой ориенсов - это место между слоями, содержащими базальные дендриты.[8] В lucidum слой, радиальный слой, а stratum molculare-lacunosum представляют собой слои апикальных дендритов и расположены в порядке от наименее удаленного до наиболее удаленного от сомы нейрона.[8]

Пирамидные клетки в CA3

CA3 проекты Обеспечение Schaffer апикальным дендритам в CA1.[5] Отдельные пирамидные клетки в области CA3 обладают взрывными свойствами из-за высокой плотности кальциевые каналы в их проксимальных дендритах.[2] Деполяризация мембраны также может вызвать эти взрывы. Попадание кальция в клетку вызывает более длительную деполяризацию и увеличение потенциалов действия. Обычно сокращается гиперполяризующий локальное торможение (из-за возбуждающей коллатеральной системы), это может привести к постепенному привлечению нейронов CA3 и привести к синхронизированным 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 синапсы как на базальных, так и на срединно-апикальных дендритах в stratum oriens и stratum radiatum [4]
  2. мшистые волокна из гранулярных клеток зубчатые извилины который синапс находится в самой проксимальной апикальной области, lucidum слой[4]
  3. волокна префорантного пути от энторинальных кортикальных пирамидных клеток, которые синапсируются в области наиболее дистальных апикальных дендритов, stratum lacunosum-molculare.[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 обладают радиальной структурой организации, поскольку они отходят от сомы.[4] Проксимальные апикальные дендриты и базальные дендриты имеют примерно одинаковую плотность.[4] Апикальные дендриты обладают большей средней общей длиной дендритов (6332 против 5062 микрометра) и площадью поверхности (12629 против 9404 квадратных микрометра; ни то, ни другое 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 ветвей предполагают меньшую сложность, чем апикальные дендритные деревья.[4] Базальные дендриты имеют более короткое расстояние до кончиков и более ограниченный диапазон, чем апикальные дендриты. Данные свидетельствуют о том, что проксимальные апикальные и базальные дендриты более сжаты, но обладают более широким локальным диапазоном активности, чем дистальные апикальные дендриты.[4]

В нейронах CA3 входы стратифицированы и проходят полосами параллельно слою тела клетки.[4] Дендритное ослабление синаптического тока описывается экспоненциальной зависимостью. Чем ближе к телу дендрит, тем выше EPSP амплитуда.[4] Электрические измерения и прогнозы подтверждают модель поперечного сечения цилиндра.[4] В CA3 афференты височноаммонического (TA), комиссурального (COM), ассоциативного (ASSOC) и мшистого (MF) афферентов создают возбуждающие глутаматергический (Glu) синапсы на дендритах пирамидных клеток (как апикальных, так и базальных).[2]

Так как 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 указывает на 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 триггером разряда CA3 является афферентный вход от зубчатые извилины гранулярные клетки, откуда моховое волокно терминалы образуют очень сложные синапсы в проксимальной части апикального дендрита CA3 в lucidum слой.[2] Здесь они контактируют с очень сложными дендритными шипами. Высвобождение глутамата из одиночных терминалов вызывает большой не-NMDA опосредованный EPSP.[2] Наиболее проксимальные области пирамидных 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 (из других клеток CA3) и дистальных апикальных дендритов (слой lacunosum-molculare ) получают входные данные от темпроаммонических афферентов (от энторинальной коры).[2] Входящее в состав CA3 мшистое волокно имеет пластичность, отличную от пластичности типичного волокна. долгосрочное потенцирование потому что он зависит (или, по крайней мере, чувствителен к) моноаминергический (увидеть моноамин ) активация лагерь 2-я система обмена сообщениями.[2]

Интернейроны в CA3

Они похожи на зубчатый клетки. Типы интернейронных клеток демонстрируют уникальные паттерны ветвления дендритов и специфичное для региона нацеливание коллатералями аксонов.[2] Исследователи показали, что разные морфологически определенные интернейроны демонстрируют разные электрические свойства. К ним относятся как клетки с быстрым выбросом, ингибирующие постсинаптические потенциалы (IPSP) суммируются, чтобы создать маленькие гладкие IPSP в пирамидных клетках и клетки с медленными пиками (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, поскольку трудно продемонстрировать влияние на пирамидные клетки.[2] Недавние эксперименты показывают, 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

Пирамидные клетки CA1 составляют гомогенную популяцию, которая вместе с родственниками в субикулюме составляет первичные выходные клетки гиппокампа.[2] Первичные возбуждающие входы осуществляются через глутаматергический CA3 Обеспечение Schaffer (ипси- и контралатеральные), которые контактируют дендритные шипы на апикальных и базальных дендритах в strata radiatum и oriens.[2] Дополнительный возбуждающий ввод осуществляется через височноаммоническую систему, которая соединяется с дистальными апикальными дендритами 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 торможение.[2]

CA2

CA2 отличается от других регионов, потому что это одна из немногих областей, где выжить Височная эпилепсия.[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 отличить с помощью гистологического окрашивания, поскольку проксимальные апикальные дендриты CA2 не обладают дендритные шипы.[8]

Энторинальная кора

В энторинальная кора (EC) состоит из шести слоев.[2] Поверхностный слой I состоит в основном из афферентных волокон на апикальные дендриты клеток слоев 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 пирамидальные клетки слоя V получают сильный вклад от периринальная кора и сенсорная кора.[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] ГАМК сильна 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 in vivo модели на животных.[2]

Грушевидная кора

в грушевидная кора, 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 в своей поверхностной части содержит преимущественно пирамидные клетки.[2]

В грушевидной коре дистальные апикальные дендриты пирамидных нейронов слоя III получают внешние входы, которые соответствующие проксимальные дендриты получают внутренние входы.[5]

Обонятельная луковица

В каждом клубочке аксоны рецепторных нейронов контактируют с апикальными дендритами митральных клеток, которые являются основными проекционными нейронами в обонятельная луковица. Тела митральных клеток расположены в отдельном слое глубоко в обонятельной оболочке. клубочки.[10] Каждая митральная клетка расширяет первичный дендрит до одного клубочка, где дендрит дает начало сложному пучку ветвей, на котором синапсы 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

Общее

Самый поверхностный слой коры - это молекулярный или плексиформный слой.[1] Он имеет густую сеть тангенциально ориентированных волокон и клеток, состоящих из аксонов клетки мартинотти звездчатые клетки, а также апикальные дендриты пирамидных клеток.[1] Апикальные дендриты пирамидных клеток во внешнем гранулярном слое и, более заметно, во внешнем пирамидальном слое выступают в молекулярный слой.[1] В плексиформном слое также имеются ГАМКергические синаптические связи между апикальными дендритами зернистые клетки и базальные дендриты тафтинговые клетки и митральные клетки.[1]

Некоторые апикальные дендриты пирамидных клеток в кора головного мозга может иметь диаметр до 10 мкм.[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

Пирамидные клетки - это основной класс клеток в неокортекс.[2] У них высокая плотность дендритных шипов, выступающих апикальных дендритов и аксонов, которые выступают из коры, а также 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 втягиваются свои апикальные дендриты и аксоны.[2]

Мозжечок

Определяющая характеристика Клетки Пуркинье в мозжечок апикальный дендрит.[10]

Разработка

Формирование дендритных ветвей пирамидных нейронов коры происходит постепенно, начиная с поздних стадий. эмбриональный стадии развития и хорошо переходящие в послеродовой период.[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 устанавливать 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. Возможные действия изменения в сетчатка, гиппокамп, кора и спинной мозг обеспечивают сигналы на основе активности как активным нейронам, так и их постсинаптическим клеткам-мишеням. Спонтанная активность, возникающая внутри нейронов. щелевые соединения субпластина коры головного мозга и сенсорные входы участвуют в передаче клеточных сигналов, которые регулируют рост дендритов.[3]

Полезными моделями образования дендритных ветвей являются Xenopus головастиков, которые прозрачны на ранних стадиях развития личинок и позволяют повторно визуализировать меченые красителем нейроны у интактного животного в течение нескольких недель.[3] На этой и других моделях 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 Xenopus Модель головастика 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 «молчаливые» синапсы, которые модулируются только N-метил-D-аспартатом (NMDA ) рецепторы. По мере созревания нейронов альфа-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазол (AMPA ) рецепторы добавляются, увеличивая синаптическую передачу. Развитие нейронов и дендритов NMDA зависимый.[3] Быстрорастущие дендритные ветви более динамичны, чем медленно растущие, и сами дендриты играют активную роль в собственном развитии.[3] Исследования показали, что транспорт HCN (Циклический нуклеотид, активированный гиперполяризацией) закрытый канал изоформ в дендритные поля пирамидных нейронов CA1 в гиппокампе происходит возрастно-зависимым образом в развивающемся гиппокампе.[12]

Среди сигналов, изучаемых в этой системе, есть CaMKII регулируемая кальцием / кальмодулином серин / треонинкиназа, которая необходима для индукции, не экспрессируя долгосрочное потенцирование.[3] МРНК CaMKII нацелена на дендриты, и синтез белка и активность фермента увеличиваются за счет сильного синаптического входа.[3] Выражение в Xenopus указывает на то, что это связано с переходом к замедленному росту ствола. 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. Дополнения AMPAR присутствуют у взрослых и составляют синаптическая пластичность.[3]
  3. Усиление сигналов CaMKII является результатом избирательного трафика GluR1 AMPAR в синапсы. При длительной депрессии (LTD) субъединицы GluR AMPAR подвергаются эндоцитоз.[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]

Еще одна модель развития апикальных дендритов - это крыса. Инъекция столбнячный токсин у новорожденных крыс показал, 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 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] Связи зубчатой ​​извилины и энторинальной коры у людей также более сложны.[14] У крыс и кошек существует очень большая реципрокная связь между энторинальной корой и обонятельной системой.[2] У приматов эта связь отсутствует, и существуют 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

Образование дендритных ветвей пирамидных клеток в передняя поясная кора (слои 2/3) более сложен 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 присутствием гормонов гонад, которые, как было продемонстрировано, влияют на клеточную структуру в гиппокампе. Было показано, что лечение тестостероном влияет на структуру корковых нейронов.[15]

Патология

Реакция на стресс и Посттравматическое стрессовое расстройство

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 введением 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 назначении 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 повреждений, но усиливают действие других опасных агентов, в том числе эксайтотоксины, гипогликемия, гипоксия и ишемия.[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 активности 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, показывают 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 ветвей апикальных дендритов.[5] Эти результаты контрастируют с изменениями в дендритных ветвях CA3 гиппокампа, в которых наблюдались только регрессивные изменения.[5] Одно из возможных объяснений, предложенных в этих исследованиях, заключается в том, что атрофия дистальных дендритов в пирамидных нейронах II-III слоев 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 приводить к увеличению сложности проксимальных апикальных дендритов, поскольку проксимальные апикальные дендриты пытаются компенсировать сниженные сигналы дистальных апикальных дендритов.[5]

Серотонинергические изменения и изменения в высвобождении глутамата в префронтальной коре указывают на сходство нейрохимических механизмов, изменяющих структуру как в гиппокампе, так и в префронтальной коре.[5]

Разделение управления между внешними и внутренними входами в дендриты грушевидной коры (упомянутое выше) также в меньшей степени проявляется в медиальная префронтальная кора. Это указывает на то, что вызванные стрессом изменения апикальных дендритов увеличивают относительную направленность внутрикортикальных сигналов за счет экстракортикальных 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]

Нарушение обмена веществ

При нейрометаболических заболеваниях растянутые накопительные нейроны заметно набухают и имеют грушевидную форму, при этом ядро ​​и тельца Ниссля смещены к апикальным дендритам.[18] Примерами заболеваний метаболических накоплений нейронов являются сфинголипид болезни накопления, которые обычно связаны со сбоями гидролазы в лизосомы ответственны за разложение этих липидов:

  1. тип 2 и тип 3 Болезнь Гоше[19]
  2. GM1 ганглиозидоз и ганглиозидоз GM2[19]

Это набухание проявляется, например, в Болезнь Тея – Сакса, накопление GM2 из-за дефектной бета-версиигексозаминидаза.[19] При этом заболевании видны крупные образования мега-нейритов.[19]

Эпилепсия

Клеточные механизмы

Было указано, что существует проблема "курицы и яйца" при изучении моделей, относящихся к эпилепсия 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 же 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 свидетельства того, что ток в Кальциевые каналы Т-типа увеличивается особенно 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 является возбуждающим нейротрансмиттером, способным вызывать метаболическое повреждение нейронов. В гиппокампе ГАМКергический 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 связано с проведением возбуждающей активности по выступам мшистых волокон от зубчатых гранулярных клеток к нейронам CA3.[21] Стимуляция этого типа рецепторов связана с пароксизмальными спайками, похожими на припадки.[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]

Поступление приступов от ЭК к зубчатой ​​извилине фильтруется для обоих иктал и нормальные паттерны активности, в то время как клетки CA3 налагают 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 нейронных сетей коры и может объяснить возникающую в результате потенциальную эпилептогенность.[2] Некоторые противоэпилептические препараты имеют противоположный эффект снижения поверхностного негатива у нормальных людей.[2]

Височная эпилепсия

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 обратное распространение потенциалов действия и в снижении передачи возбуждающих постсинаптических потенциалов (ВПСП) от апикальных дендритов в сому.[2] В той же модели вышеупомянутый усиление регулирования кальциевых каналов t-типа также приводит к усилению взрывного поведения нейронов в гиппокампе.[2]

Детские припадки и связанные с ними нарушения памяти

Смерть нейронов, по-видимому, не способствует дефициту обучения у крыс с детские судороги.[2] CA3 нейроны в столбнячный токсин модель эпилепсия с ранним началом, однако, обнаруживают уменьшение сложности ветвления базальных дендритов, а также уменьшение плотности шипиков 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 наблюдали уменьшение длины и сложности ветвления дендритных ветвей, а также снижение сложности ветвления остальных дендритов.[2] В крем хронического оксида алюминия Модель 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 сайты, активные в отношении долгосрочной потенциации (LTP) и других изменений синаптической передачи, лежащих в основе обучения и памяти, изменения в этих сайтах могут объяснить дефицит обучения и памяти, связанный как с ранним началом, так и с долговременной эпилепсией.[2]

Шизофрения

У лиц с шизофрения, вскрытие анализ показал уменьшение ГАМКергических клеток и активности в гиппокампе.[21]

Неокортикальная гетеротопия человека

Гетеротопия это смещение любого органа или его компонента из его естественного положения.[2] Крысы модели телэнцефалическая внутренняя структурная гетеротопия используются как модель для неокортикальная гетеротопия 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

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

Визуализация in vivo

  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

  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

Два метода изучают взаимосвязь между припадками и повреждением дендритов:

  1. Приступы активируют механизмы стресса, в том числе возбуждающие. 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 повторяющихся фебрильные судороги показали, что судороги приводят к нарушению обучения и памяти, но также к нарушению передачи сигналов, что обычно приводит к активации фактора связывания элемента ответа цАМФ (CREB ), а фактор транскрипции.[2] Для крыс, испытанных в тормозящее избегание парадигмы обучения, обычно активация CREB происходит фосфорилирование на Ser133.[2] Эта активация нарушается после рецидивирующих фебрильных припадков.[2] Это позволяет предположить индуцированную приступами модификацию сигнального каскада выше CREB.[2] Взрослым крысам с младенческими фебрильными судорогами лечили Ролипрам, специфический ингибитор фосфодиэстеразы IV типа (Ингибитор PDE4 ), что приводит к активации протеинкиназа А (PKA) и, как известно, активирует CREB с помощью митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK ) путь.[2] Лечение ролипрамом обратило вспять дефицит обучения у крыс, у которых наблюдались повторяющиеся фебрильные судороги.[2]

Оптический мониторинг

Регистрация 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, а 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 пароксизмальный деполяризующий сдвиг (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 первую очередь на супрагранулярные слои или на большие нейроны слоя 5.[2]

Обычные исследования с электронная микроскопия или Пятна Гольджи изображали дендриты как стабильные структуры.[22] Однако покадровая фотография и двухфотонная микроскопия выявили дендриты как живые, постоянно меняющиеся ткани, подвижные в быстром масштабе времени.[22]

Электроэнцефалограмма

Сигналы электроэнцефалограммы (ЭЭГ) кожи головы складываются из ВПСП и ВПСП нервных клеток.[23] ЭЭГ может измерять только потенциалы клеток, расположенных организованными слоями и чьи апикальные дендриты ориентированы перпендикулярно поверхности коры (как в пирамидных клетках).[23] Потенциал, измеряемый ЭЭГ, - это разница 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]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Greenstein BGaA. Цветовой атлас нейробиологии: нейроанатомия и нейрофизиология. Штутгарт, Нью-Йорк: Тиме; 2000 г.
  2. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р s т ты v ш Икс у z аа ab ac объявление ае аф аг ах ай эй ак аль являюсь ан ао ap водный ар так как в au средний ау топор ай az ба bb до н.э bd быть парень bg бх би Ъ bk бл бм млрд бо бп бк br bs bt бу bv чб bx к Джером Энгель ТАП, изд. Эпилепсия: полный учебник в трех томах. Филадельфия, Пенсильвания: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс; 2008 г.
  3. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п Cline HT. Развитие дендритных ветвей и синаптогенез. Текущее мнение в нейробиологии 2001; 11: 118–126
  4. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р s т ты 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. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р s т ты CL W. Дендритная реорганизация пирамидных нейронов в медиальной префронтальной коре после хронического введения кортикостерона. Журнал нейробиологии. 2001;49:245–253.
  6. ^ а б c d е ж Джибики И. М., Охтани Т. 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, Блисс ТВП. КРАТКАЯ СВЯЗЬ: Роль дендритного синтеза белка в позднем LTP в гиппокампе. Европейский журнал нейробиологии. 2003;18:3150–3152
  8. ^ а б c d Лотман EW BE и Стрингер JL. Функциональная анатомия припадков гиппокампа. Прогресс в нейробиологии. 1991;37:1–82.
  9. ^ а б c d е ж грамм час Мэтьюз, Грегори. Телефонное интервью 19.11.08.
  10. ^ а б c d е ж Дейл Первес GJA, Дэвид Фицпатрик, Уильям К. Холл, Энтони-Самуэль Ламантия, Джеймс О. Макнамара и С. Марк Уильямс, ред. Неврология: третье издание. Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates, Inc .; 2004 г.
  11. ^ а б c Смит ЦУМ. Элементы молекулярной нейробиологии. 3-е изд. Чичестер, Западный Суссекс, Англия: John Wiley & Sons Ltd; 2002 г.
  12. ^ Бендер Р.А. Б.А., Барам Т.З. 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 и др. Блокада нервной активности in vivo изменяет дендритное развитие неонатальных пирамидных клеток CA1. Европейский журнал нейробиологии. 2002;16:1931–1938.
  14. ^ а б c Андерсон П. М., Амарал Д., Блисс Т. и О'Киф Дж., Изд. Книга Гиппокампа: Издательство Оксфордского университета.
  15. ^ а б 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. ^ а б 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. ^ а б c d е Reith MEA, изд. Церебральная передача сигналов: от первого к четвертому посланнику. Тотова, штат Нью-Джерси: Humana Press, Inc .; 2000 г.
  18. ^ Хаберланд К. Клиническая невропатология: Атлас текстов и цветов. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Демос Медикал Паблишинг, ООО; 2007 г.
  19. ^ а б c d Буккольеро 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. ^ Dudek FE RM. Текущие мнения в клинической науке: потоки кальция вспыхнули: возможная роль дендритов в элиптогенезе. Течение эпилепсии. 2007;7(5):140–141.
  21. ^ а б c d е Benes FM TM и Костулакос П. Иммунореактивность субъединиц 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. ^ а б c d е ж грамм час я Зани А. П., изд. Когнитивная электрофизиология разума и мозга; 2002