apikální dendrit je dendrit, který se vynořuje z vrcholu pyramidové buňky. Apikální dendrity jsou jednou ze dvou primárních kategorií dendritů a odlišují pyramidové buňky od spinálních hvězdných buněk v kůře. Pyramidové buňky se nacházejí v prefrontální kůře mozkové, hipokampu, entorhinální kůře a čichové kůře. Dendritové arbory tvořené apikálními dendrity jsou prostředkem, kterým jsou integrovány synaptické vstupy do buňky. apikální dendrity v těchto oblastech významně přispívají k paměti, učení a smyslovým asociacím tím, že modulují excitační a inhibiční signály přijímané pyramidovými buňkami.
Apikální dendrity jsou studovány mnoha způsoby. V buněčné analýze jsou elektrické vlastnosti dendritu studovány pomocí stimulačních reakcí. Jediný povrchový šok mozkové kůry indukuje 10-20msec negativní potenciál, což je projev sčítaných excitačních postsynaptických potenciálů
(EPSP) evokovaných v distálních částech apikálního dendritu. Ten byl nazván Dendritický potenciál (DP). Ten je identický s Adrianovou povrchovou odpovědí v přímých kortikálních odpovědích. Ve vyšších intenzitách následují po DP pomalé pozitivní vlny (Adrianova hluboká odpověď) nebo prodloužená negativní vlna trvající více než 200msec (Changova druhá složka). Nejvyšší amplituda DP se nachází na kortikálním povrchu, polarita je v povrchové vrstvě posunuta z negativní na pozitivní.
Hipokampus obsahuje pyramidové neurony ve třech vrstvách: CA1, CA2 a CA3. Pyramidové neurony každé vrstvy mají jiné vlastnosti. Nicméně ve všech oblastech je dendritická syntéza proteinů nezbytná pro pozdní dlouhodobé potenciály v hippokampálních neuronech. Je známo, že neurony v celém limbickém systému mají „burst“ vlastnosti. Tyto buňky procházejí synchronní a paroxysmální depolarizací, střílejí krátké sekvence akčních potenciálů zvané bursty.
stratum oriens je umístění mezi vrstvami obsahujícími bazální dendrity. stratum lucidum, stratum radiatum a stratum moleculare-lacunosum jsou vrstvy apikálních dendritů a jsou řazeny od nejméně vzdálených po nejvzdálenější od somy neuronu.
CA3 promítá Schafferovy kolaterály k apikálním dendritům v CA1. Jednotlivé pyramidové buňky v oblasti CA3 mají prasklinové vlastnosti díky vysoké hustotě vápníkových kanálů v jejich proximálních dendritech. Depolarizace membrány může také vyvolat tyto praskliny. Vstup vápníku do buňky způsobuje delší depolarizaci a zvýšení akčních potenciálů. Obvykle je omezena hyperpolarizační lokální inhibicí (kvůli excitačnímu kolaterálnímu systému), což může vést k postupnému náboru neuronů CA3 a vést k synchronizovaným výbojům. Po hyperpolarizaci vápníkem závislou draselnou vodivostí se také používá jako metoda kontroly těchto prasklin.
Distální apikální dendrity se táhnou směrem nahoru od somy. Kratší proximální apikální dendrity se táhnou směrem ven a dolů. Tvar většiny 2d sekce je přibližně válec se špičatou základnou pro apikální arbor. apikální dendrity a bazální dendrity mají radiální organizační vzor, jak se táhnou od somy. Proximální apikální dendrity a bazální dendrity mají přibližně stejnou hustotu. Apikální dendrity mají větší průměrnou celkovou dendritickou délku (6332 vs 5062 mikrometrů) a plochu povrchu (12629 vs 9404 mikrometrů čtverečních) [toto nezahrnuje trny]. Počet koncových větví pro apikální i bazální dendrity se však zdá být podobný. Vzdálenosti mezi po sobě jdoucími body větví jsou u bazálních dendritů kratší. Bazální dendrit má však přibližně 3 krát méně koncovek na primární dendrit. Toto a nižší maximální pořadí větví naznačují nižší složitost než apikální dendritické stromy. Bazální dendrity mají kratší vzdálenost ke koncům a omezenější rozsah než apikální dendrity. Data naznačují, že proximální apikální a bazální dendrity jsou více stlačené, ale nabízejí širší lokální rozsah aktivity než distální apikální dendrity.
V CA3 neuronech jsou vstupy stratifikovány a běží v pásmech rovnoběžných s vrstvou buněčného těla. Dendritický útlum synaptického proudu je popsán exponenciálním vztahem. Čím blíže k tělu je dendrit, tím vyšší je amplituda EPSP. Elektrická měření a předpovědi ověřují model průřezu válce. V CA3, temporoammonické (TA), commissuralské (COM), asociační (ASSOC) a mechové vlákno (MF) aferenty, všechny vytvářejí excitační gultamatergické (Glu) synapse na pyramidových buněčných dendritech (apikálních i bazálních).
Vzhledem k tomu, že rychlé signály vyskytující se v bazilárních a proximálních apikálních dendritech jsou přenášeny do soma s minimálně 20-25% účinností, synapse v těchto dendritech přispívají k aktivaci neuronů více než distální apikální synapse. Naopak pouze pomalé signály z distálních dendritů jsou efektivně přenášeny do soma, což naznačuje modulační roli klidového potenciálu buňky. V několika studiích se předpokládá, že by toho mohlo být dosaženo změnou celkové frekvence synaptické aktivity v distálním apikálním dendritu. Vzhledem k tomu, že konstantní příval synaptické aktivity by přibližoval konstantní proudovou injekci, celková úroveň synaptické aktivity v distálním apikálním dendritu by mohla nastavit úroveň depolarizace celého neuronu. Když je efektivnější proximální synaptická aktivita překryta na podprahovou depolarizaci v důsledku distální aktivity, buňka má vysokou pravděpodobnost vystřelení AP. V CA3 je to perforantní dráhová projekce z entorhinálních kortikálních buněk, která poskytuje synaptický vstup do nejvíce distálních dendritů pyramidových buněk. Za předpokladu frekvence průměrně 7 bodů/s, až pět náhodně vystřelujících entorhinálních kortikálních buněk by způsobilo stabilní úroveň depolarizace v distálních dendritech CA3b pyramidových buněk. Amplituda a kinetika elektrického signálu se mění v závislosti na poloze v rámci dendritu a frekvenci signálu.
Hlavním spouštěčem CA3 výboje je aferentní vstup z granulovaných buněk dentate gyrus, ze kterých terminály mechového vlákna vytvářejí velmi složité synapse na proximální části apikálního dendritu CA3 ve stratum lucidum. Zde se kontaktují s velmi složitými dendritickými trny. Glutamátové uvolnění z jednotlivých terminálů evokuje velký EPSP nezprostředkovaný NMDA. Nejvíce proximální oblasti pyramidových dendritů CA3 přijímají výhradně vstup mechového vlákna, střední dendritické oblasti (strata radiatum na apikální straně a orieny na bazální straně) přijímají hlavně asociační a Commissurální vlákna (z jiných buněk CA3) a distální apikální dendrity (stratum lacunosum-moleculare) přijímají vstup z temproammonických aferentů (z entorhinální kůry). Vstup mechového vlákna do CA3 vykazuje jinou plasticitu než typická dlouhodobá potenciace, protože je závislý (nebo alespoň citlivý) na monoaminergní (viz monoamin) aktivaci cAMP 2. messenger systému.
Tyto buňky jsou podobné buňkám zubního protézy. Typy interneuronových buněk vykazují unikátní dendritické arborizační vzory a regionálně specifické cílení pomocí axonových kolaterálů. Vyšetřovatelé prokázali, že různé morfologicky definované interneurony vykazují různé elektrické vlastnosti. Patří mezi ně jak rychle se zvětšující buňky, jejichž inhibiční postsynaptický potenciál (IPSPs) součtem vytváří malé, hladké IPSPs v pyramidových buňkách, tak pomalé špičaté buňky (ty produkují velké, rychle se zvětšující IPSPs v pyramidovém buněčném cíli). Dendritická oblast CA3 je laminovaná.
Pro vstup do vlastního hipokampu vzniká temporoamonní dráha v buňkách vrstvy III entorhinální kůry, ale odděluje se od perforantální dráhy, aby se dotkla nejvíce distálních větví pyramidových buněk ve stratum lacunosum-molekule CA1-CA3. excitační (glutaminergní) vliv této dráhy byl zpochybňován, protože vliv na pyramidové buňky bylo obtížné prokázat. Nedávné experimenty ukazují, že tato modulace pyramidových buněk může diferenciálně aktivovat interneuronovou subpopulaci nacházející se v distálních částech apikálních dendritů.
Studium inhibičního přenosu je u pyramidových neuronů a jejich modulátorů omezené, protože velký počet excitačních synapsí zastínil fyziologické studie inhibičních neuronů. Struktura inhibičních synapsí na apikálních dendritech nemusí být tak plastická jako u excitačních synapsí na těchto neuronech. V mnoha experimentech je obtížné rozlišit excitační a inhibiční synapse pomocí elektrofyziologických záznamů. excitační synapse a jejich vzory jsou ve srovnání s inhibičním systémem dosti jednotné co do typu a vlastností. Inhibiční systém naproti tomu disponuje několika (10) různými typy synapsí pocházejícími ze specificky odlišených buněk a je mnohem obtížnější je sledovat. Není dostatek informací pro přesné rozlišení mezi excitačními a inhibičními drahami přispívajícími ke změnám v expresi neurotransmiterů a změnám buněčné struktury.
Pyramidové buňky CA1 tvoří homogenní populaci, která spolu s příbuznými v subiculu tvoří primární výstupní buňky hipokampální formace. Primární excitační vstupy jsou prostřednictvím glutamatergických Schafferových kolaterálů CA3 (ipsi- i kontralaterální), které kontaktují dendritické trny na apikálních a bazálních dendritech ve vrstvách radiatum a oriens. Další excitační vstup je přes temporoammonický systém, který synapsuje na distálních apikálních dendritech ve vrstvě lacunosum-moleculare.
Zobrazovací studie sledující lokalizované změny intracelulárního vápníku z diskrétních synaptických vstupů ukázaly roli těchto proudů v synaptické plasticitě. Neshoduje se však, jak by mohly nastat změny synaptické inhibice závislé na aktivitě. Studie se shodují, že plasticita se zvyšuje, když je inhibice snížena.
CA2 se liší od ostatních oblastí, protože je to jedna z mála oblastí, která přežila Epilepsii temporální Lobe. Kyselina kainová, používaná k modelování TLE a příbuzných skleróz, ovlivňuje primárně synapse mechových vláken v CA3. Předpokládá se, že při nich se uvolňuje glutamát s podáním KA. CA2 a CA3 lze rozlišit pomocí histologických skvrn, protože proximální apikální dendrity CA2 nemají dendritické trny.
entorhinální kůra (EC) se skládá ze šesti vrstev. Povrchová vrstva I se skládá z velké části z aferentních vláken na apikální dendrity buněk ve vrstvách II-VI. Kmenové úrovně silně promítají do rostrální úrovně. Uvnitř každé oblasti EC hlubší vrstvy inervují povrchové vrstvy, přičemž povrchové vrstvy inervují přilehlé povrchové vrstvy. Entorhinální pyramidové buňky vrstvy V přijímají silný vstup z perirhinální kůry a smyslových kůr. Tyto pyramidové buňky pak promítají do povrchové entorhinální vrstvy II a III buněk. Buňky vrstvy V EC mají silné rekurentní excitační synapse podobně jako vrstvy CA3 v hipokampu a při provokaci jsou schopny explozivní aktivity. Spojení středové a laterální entorhinální oblasti jsou řídká a v zásadě promítají z středové EC do laterální EC. Tato spojení nejsou reciproční. Většina buněk v EC je pyramidová. Více než 90% buněk vrstvy V je pravidelných spiků, pouze několik buněk s explozivním vypalováním a rychlým spiknutím. GABA je silná v povrchových vrstvách. Horizontální preparáty plátků tkáně EC i hipokampu ukazují, že expozice nízkým koncentracím iontů hořčíku vyvolává vleklé záchvaty. Tato reakce je pravděpodobně důsledkem propojení pyramidových buněk vrstvy V. Zvýšení extracelulárního draslíku při záchvatech je pozorováno v hlubších vrstvách. Tyto reakce jsou přesným odrazem zvířecích modelů in-vivo.
V piriformní kůře se vrstva I skládá převážně z aferentních vstupů do apikálních dendritů hlubších buněk. Vrstva I je rozdělena do vrstev Ia a Ib, z nichž každá má své aferenty. Vrstva II je hustě napěchovaná pyramidovými a semilunárními buňkami. Vrstva III obsahuje ve své povrchové části převážně pyramidové buňky.
V piriformní kůře dostávají distální apikální dendrity pyramidových neuronů III. vrstvy vnější vstupy, které odpovídající proximální dendrity dostávají vnitřní vstupy.
V každém glomerulu axony receptorových neuronů kontaktují apikální dendrity mitrálních buněk, které jsou hlavními projekčními neurony v čichové baňce. Buněčná těla mitrálních buněk jsou umístěna ve zřetelné vrstvě hluboko v čichových glomerulech. Každá mitrální buňka rozšiřuje primární dendrit na jediný glomerulus, kde dendrit dává vzniknout propracovanému chomáči větví, na které se primární čichové axony sdružují. Každý glomerulus v myším modelu například obsahuje přibližně 25 mitrálních buněk, které dostávají inervaci z přibližně 25 000 axonů čichových receptorů. Konvergence zvyšuje citlivost mitrálních buněk na detekci pachů.
Nejpovrchnější vrstvou mozkové kůry je molekulární nebo plexiformní vrstva. Má hustou síť tangenciálně orientovaných vláken a buněk tvořených axony martinottiho buněk a hvězdných buněk, stejně jako apikální dendrity pyramidových buněk. Apikální dendrity z pyramidových buněk ve vnější granulární vrstvě a výrazněji vnější pyramidová vrstva se promítají do molekulární vrstvy. V plexiformní vrstvě jsou také GABAergní synaptické spoje mezi apikálními dendrity granulárních buněk a bazálními dendrity tuftovaných buněk a mitrálních buněk.
Některé apikální dendrity z pyramidových buněk v mozkové kůře mohou mít průměr až 10μm. apikální dendrit velkého pyramidového neuronu v mozkové kůře může obsahovat tisíce páteří. Páteře v mozkové kůře se liší velikostí o několik řádů od jedné oblasti k druhé. Nejmenší mají délku 0,2μm a objem asi 0,04 mikrometru krychlového a největší délku 6,5μm a objem 2 mikrometry krychlové.
Pyramidové buňky jsou většinovou třídou buněk v neokortexu. Mají vysokou hustotu dendritických ostnů, prominentních apikálních dendritů a axonů, které vystupují z mozkové kůry i lokálně v ní. Soma pro tyto se objevuje ve všech vrstvách kromě I. Spinné hvězdné buňky se zde odlišují od pyramidových buněk absencí apikálního dendritu a skutečností, že jejich axony také neopouštějí mozkovou kůru. Má se za to, že tyto buňky začínají jako pyramidové neurony a poté stahují své apikální dendrity a axony.
Definující charakteristikou Purkyňových buněk je apikální dendrit.
Tvorba dendritického arboru pro pyramidové neurony v kůře nastává postupně počínaje pozdními embryonálními stádii vývoje a zasahuje až do postnatálního období. Mnoho dendritů pyramidových neuronů v hlubokých vrstvách se větví a tvoří spojení ve vrstvě IV, zatímco některé zasahují do povrchnějších vrstev. Pyramidové buněčné dendrity ve větvi vrstvy III tvoří arbory ve vrstvě I. Thalamokortické afferenty navážou synaptický kontakt s dendrity ve vrstvě IV, zatímco myriády dalších vstupů se setkají s dendrity ve vrstvě I. Postsynaptická struktura je poháněna částečně signály z přicházejících afferentních fiverů a životem dochází k plasticitě v synapsích.
Tvorba těchto arborů je regulována silou lokálních signálů během vývoje. Několik vzorců aktivity řídí vývoj mozku. Změny akčního potenciálu v sítnici, hipokampu, kortexu a míše poskytují signály založené na aktivitě jak aktivním neuronům, tak jejich postsynaptickým cílovým buňkám. Spontánní aktivita pocházející z mezerových uzlů neuronů, poddestičky kortexu a senzorických vstupů jsou zapojeny do buněčné signalizace, která reguluje růst dendritů.
Užitečnými modely tvorby dendritického arbora jsou pulci Xenopus, kteří jsou průhlední v počátečních fázích vývoje larvy a umožňují barvou značené neurony opakovaně zobrazovat u nedotčeného zvířete po dobu několika týdnů. Z tohoto a dalších modelů bylo pozorováno, že dochází k rychlým přírůstkům a retrakcím dendritických větví, které prodlužují celkový dendrit a hromadí více větví. To odráží vývoj axonálních větví (obě mají životnost přibližně 10min). Tato aktivita klesá s dospíváním neuronů. Signály včetně glutamátu z axonálních větví mohou přírůstky větví zvyšovat.
V rámci modelu Xenopus tadpole bylo zkoumáno několik signalizačních systémů. Například u optických tektálních neuronů dochází k růstu dendritového arboru přibližně při nástupu retinálního vstupu. Mnoho z nich na kaudálním tectátu má „tiché“ synapse, které jsou modulovány pouze N-methyl-D-aspartátovými (NMDA) receptory. S dospíváním neuronů se přidávají alfa-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolové (AMPA) receptory, které zvyšují synaptický přenos. Vývoj neuronů a dendritů je závislý na NMDA. Rychle rostoucí dendritové arbory jsou dynamičtější než pomalu rostoucí a dendrity samy hrají aktivní roli ve svém vlastním vývoji. Ve studiích bylo prokázáno, že transport HCN (hyperpolarizací aktivovaný cyklický nukleotid) řízených kanálových izoforem do dendritických polí CA1 pyramidových neuronů v hipokampu probíhá věkově specifickým způsobem ve vyvíjejícím se hipokampu.
Mezi signály studovanými v tomto systému je CaMKII vápníkem/kalmodulinem regulovaná serin/threonin kináza, která je nutná pro indukci tím, že se nevyjadřuje dlouhodobě potenciací. CaMKII mRNA je cílena na dendrity a jak syntéza proteinů, tak aktivita enzymů jsou zvýšeny silným synaptickým vstupem. Exprese v Xenopusu naznačuje, že je spojena s přechodem ke zpomalenému růstu arboru. To naznačuje, že aktivita podporuje snížení růstu a retrakce dendritové větve, což stabilizuje konfiguraci arboru. Pro tento systém se objevuje následující vzorec:
Časové rozdíly v signalizaci v průběhu zrání neuronů naznačují, že nejslibnější studie vývoje arborů a synaptogeneze se v budoucnu budou odehrávat v neporušených mozkových systémech.
Dalším modelem zkoumaným ve vývoji apikálního dendritu je potkan. Injekce tetanového toxinu novorozeným potkanům ukázala, že růst apikálního dendritu probíhá normálně během signální deprivace, zatímco růst bazálního dendritu je omezen. To značí, že nervová aktivita je kritická pro tvorbu nového dendritu.
Zvířecí modely však nemusí být dostačující k objasnění složitosti těchto systémů. Například pyramidové buňky v CA1 jsou u člověka třicetkrát silnější než u potkanů. entorhinální kůra je také u člověka rozdělena na pouhých 8 a až 27 částí (v závislosti na použitém systému), zatímco u potkanů jsou pouze 2 a u opic 7. Spojení dentate gyrus a entorhinální kůra jsou také u člověka sofistikovanější. U potkanů a koček existuje velmi velké vzájemné spojení mezi entorhinální kůrou a čichovým systémem. U primátů toto spojení chybí a mezi multimodální parazitární a paralimbickou kůrou a EC existují vysoce diferencovaná spojení, která nejsou u potkanů a koček tak patrná. Zvýšená velikost subikula primátů může úměrně zvýšit jeho účinky na entorhinální kůru.
Tvorba dendritického arboru pyramidových buněk v přední kůře cingulu (vrstvy 2/3) je složitější u samců a na rozdíl od prefrontálních oblastí očnice je dendritická arborizace větší u samic, což naznačuje zásadní rozdíl v prefrontální organizaci u samců a samic. Například u potkanů vede expozice estrogenu exogenně nebo endogenně během proestrózy ke zvýšení hustoty páteře CA1. Tyto rozdíly mohou být způsobeny přítomností gonadálních hormonů, u kterých bylo prokázáno, že ovlivňují strukturu buněk v hipokampu. Bylo prokázáno, že léčba testosteronem ovlivňuje strukturu kortikálních neuronů.
Dendritické páteře, postsynaptické struktury přijímající především excitační podněty, jsou citlivé na zkušenosti ve vývoji včetně stresových epizod nebo léků. Studie prokázaly, že prenatální stres snižuje komplexnost, délku a frekvenci páteře pyramidových apikálních dendritů vrstvy II/III u potkanů a primátů. Dendritická atrofie byla popsána v hipokampální formaci a prefrontální kůře mozkové v obou modelech.
Bylo prokázáno, že chronický stres snižuje komplexnost arboru a celkovou dendritickou délku apikálních dendritových stromů pyramidových neuronů CA3 i v hipokampu. Chronickým stresem vyvolané změny v chování jsou obvykle připisovány změnám v hipokampu, který je primárním nervovým cílem glukokortikoidů a je zapojen do mnoha chování změněných podáváním kortikosteroidů. Chronický stres i podávání kortikosteroidů mají za následek rozsáhlou atrofii apikálních dendritů pyramidových neuronů v hipokampální oblasti CA3 a tyto dendrity po podání cyanoketonu (blokátoru kortikosteroidů) atrofují. Tato atrofie dendritu je zprostředkována jak glutaminergním, tak serotonergním systémem (podání buď antagonisty NMDA receptoru CGP 43487 nebo inhibitoru vychytávání serotoninu tianeptinu zabraňuje atrofii). Buněčná smrt byla hlášena při dlouhodobé léčbě. Stresové hormony v malých dávkách samy o sobě nezpůsobují poškození, ale zesilují účinky dalších nebezpečných látek, včetně excitotoxinů, hypoglykémie, hypoxie a ischemie. Má se za to, že škodlivé účinky stresu u těchto neuronů souvisejí s expresí neurotrofického faktoru odvozeného z mozku (BDNF), jehož exprese je ve stresových podmínkách snížena a zvýšena při podávání antidepresiv.
Prefrontální kůra je také cílem glukokortikoidů ve stresu ([3H]dexamethason se váže na receptory ve frontální a prefrontální kůře v koncentraci přibližně 75% hipokampu). Endogenní regulace receptorů kortikosteroidů je indikována změněnou vazbou výše uvedené sloučeniny v prefrontální kůře s podáváním kortikosteroidů. Regulace stresových aktivit se dále týká prefrontální kůry. Léze v prefrontální kůře potkanů zhoršují spontánní alternaci, výkon radiálního bludiště a pasivní vyhýbání se. U primátů tyto změny narušují inhibici reakcí linky vidění. Chronické podávání kortikosteroidů snižuje vazbu na receptor 5-HT1A, vazbu na receptor 5-HT2, hladiny serotoninu a expresi adhezní molekuly neurální buňky (makromolekula povrchu buňky podílející se na regulaci aspektů stabilizace synapse). Tyto změny naznačují, že strukturální změny následují po zvýšení stresového hormonu.
Studie dendritických morfologických změn ukazují, že zvýšení stresových hormonů ve vrstvě II-III prefrontální kůry nezpůsobuje žádné pozorovatelné změny ve struktuře nebo distribuci bazálních dendritů. apikální dendrity však vykazují významnou redistribuci ve zvířecích mozcích léčených stresovými hormony, která se měří pomocí Schollovy analýzy. Schollova analýza odhaduje množství a distribuci dendritového materiálu počítáním počtů průniků dendritů s překrytím soustředných kruhů se středem v somě. Mediální prefrontální kortexová vrstva II-III pyramidové neurony vykázaly významnou reorganizaci s 21% zvýšením proximálních apikálních dendritových arborů a snížením o 58% u distálních apikálních dendritových arborů. Tyto výsledky jsou v kontrastu se změnami v hipokampálních dendritických arborech CA3, u kterých byly pozorovány pouze regresivní změny. Jedním z možných vysvětlení navržených v těchto studiích je, že atrofie distálních dendritů ve II-III vrstvách pyramidových neuronů vyplývá přímo ze ztráty vstupu ze změněných CA3 pyramidových neuronů, protože CA1 i CA3 se promítají přímo do mediální prefrontální kůry.
Z elektrofyziologických dat bylo stanoveno, že excitační synapse na proximálních apikálních dendritech prefrontálních kortexových pyramidových neuronů slouží k zesílení signálů excitačního postsynaptického potenciálu (EPSP) generovaných v distálních apikálních dendritech. To naznačuje, že snížení distální dendritové hmoty v důsledku zvýšení stresového hormonu může vést ke zvýšení proximální apikální dendritové komplexnosti, protože proximální apikální dendrity se snaží kompenzovat redukované distální apikální dendritové signály.
Serotonergní změny a změny uvolňování glutamátu v prefrontální kůře naznačují, že neurochemické mechanismy měnící strukturu v hipokampu i prefrontální kůře jsou podobné.
Rozdělení managementu mezi vnějšími a vnitřními vstupy do dendritů v piriformní kůře (zmíněné výše) je v menší míře pozorováno také v mediální prefrontální kůře. To naznačuje, že stresem vyvolané změny apikálních dendritů zvyšují relativní důraz intrakortikálních signálů na úkor extrakortikálních signálů.
Ve studiích hierarchických zvířat bylo pozorováno, že dominantní a podřízená zvířata vykazují stejný stupeň dendritické reorganizace, což naznačuje, že dendritická atrofie se stresem není závislá na stupni.
Nižší hladiny mitochondrií v CA1 pyramidových neuronech mohou přispívat ke zranitelnosti těchto neuronů vůči traumatickému poranění mozku nebo ischemii.
Při neurometabolických onemocněních jsou nafouklé zásobní neurony výrazně oteklé a hruškovitého tvaru, přičemž jádro a tělíska nissl jsou vytlačeny směrem k apikálním dendritům. Příklady neuronových metabolických zásobních onemocnění jsou skladovací onemocnění sfingolipidů, která obvykle zahrnují špatně fungující hydrolázy v lysosomech zodpovědných za degradaci těchto lipidů:
Tento otok se projevuje například u Tay-Sachs, akumulace GM2 v důsledku defektní Beta-hexosaminidázy. Viditelné u této poruchy jsou velké mega-neuritové útvary.
Bylo naznačeno, že ve studiu modelů vztahujících se k epilepsii existuje problém „slepice a vejce“, protože na jedné straně se modely používají ke studiu geneze epilepsie a na druhé straně se používají ke studiu změn u dlouhotrvajících příhod. Vyvstává tedy otázka, zda výsledné údaje modelů ukazovaly na přehnanou vadu zodpovědnou za genezi záchvatů, nebo zda údaje ukazovaly na systémové změny normální tkáně po dlouhodobé záchvatové aktivitě.
Vápenaté proudy, obvykle výrazné v CA1 hipokampálních neuronech, jsou zvýšeny v reakci na status epilepticus. Existují důkazy, že proud v kalciových kanálech typu T je zvýšen specificky v apikálních dendritech. Hypotéza je, že tento jev vytváří situaci, kdy se rychlé sodíkové hroty v somě zpětně šíří do dendritů, čímž dojde k výbuchu.
Dendritické potenciály (DP) také procházejí změnami. Elicitace DP během záchvatové aktivity ukázala, že jsou mnohem menší než kontrolní. DP vyvolané těsně po ukončení záchvatu však trvaly delší dobu, což naznačuje, že potlačení DP koreluje se samotnou záchvatovou aktivitou.
Glutamát je excitační neurotransmiter schopný způsobit metabolické poškození neuronů. V hipokampu byly GABAergní neurony shledány zranitelnými vůči excitotoxickému působení glutamátu na kainátový receptor. Tyto receptory jsou nejhustší v sektorech CA3 a CA2 hipokampu, kde byly nanomolární (nM) koncentrace kyseliny kainové spojeny s výraznou a trvalou depolarizací pyramidových neuronů CA3. Ta zahrnuje vedení excitační aktivity podél výběžků mechových vláken z granulí plošného dentátu do neuronů CA3. Stimulace tohoto typu receptorů byla spojena s paroxysmálními výkyvy podobnými záchvatům.
Plasticita v pyramidových buňkách CA1 a interneuronech souvisí s úlohami CA1 při epileptogenezi. CA1 je při poškození oblasti CA3 hyperexcitovatelný. Dochází k redukci GABAA i GABAB IPSPs. GABA interneurony, i když jsou neporušené, se hůře aktivují.
Vstupní záchvaty z EC do dentate gyrus je filtrován pro oba iktální a normální aktivity vzory, zatímco CA3 buňky ukládají inter-iktální profil, posilující abnormální aktivitu.
Hyperventilace vede k výraznému povrchově negativnímu posunu stejnosměrného proudu v důsledku depolarizace apikálních dendritických stromů kortikálních pyramidových buněk. Tento posun pravděpodobně představuje zvýšenou dráždivost kortikálních neuronálních sítí a může vysvětlovat výslednou potenciální epileptogenitu. Některá antiepileptika mají opačný účinek v podobě snížení povrchové negativity u běžných kontrol.
Změny v expresi draslíkových kanálů a draslíkových proudů byly popsány v modelu epilepsie spánkového laloku. V tomto modelu dochází k downregulaci A-typu kódujícího Kv4.2 kanál. Tento kanál se podílí na omezení zpětného šíření akčních potenciálů a na snížení přenosu excitačních postsynaptických potenciálů (EPSP) z apikálních dendritů do somy. Ve stejném modelu bylo také prokázáno, že výše zmíněná upregulace kalciových kanálů t-typu vede ke zvýšenému chování při impulzech v neuronech v hipokampu.
Infantilní záchvaty a s nimi spojená porucha paměti
Neuronální smrt zřejmě nepřispívá k poruchám učení u potkanů se záchvaty u kojenců. Neurony CA3 v tetanickém toxinovém modelu časné epilepsie však vykazují snížení komplexity větvení bazálních dendritů a také snížení hustoty páteře jak na apikálních dendritech, tak na bazálních dendritech. Podobné údaje byly převzaty od lidských pacientů s epilepsií během chirurgických zákroků. V neokortikálních a hipokampálních ložiscích byl pozorován pokles délky a komplexity větvení dendritických arborů a snížení komplexity větvení zbývajících dendritů. Podobné údaje přinesl i chronický aluminální krémový model epilepsie u primátů. Vzhledem k tomu, že dendrity a jejich páteř jsou místa excitačního synaptického vstupu do neuronů, výsledky naznačují, že glutaminergní synaptický přenos může být snížen. Vzhledem k tomu, že se jedná o místa aktivní v dlouhodobé potenciaci (LTP) a dalších změnách v synaptickém přenosu, které jsou základem učení a paměti, změny na těchto místech by mohly vysvětlit poruchy učení a paměti spojené s časným nástupem i dlouhodobou epilepsií.
U schizofreniků postmortální analýza naznačila pokles GABAergních buněk a aktivity v hipokampu.
Lidská neokortikální heterotopie
Heterotopie je přemístění jakéhokoli orgánu nebo jeho součásti z jeho přirozené polohy. Krysí modely telencefalické vnitřní strukturní heterotopie se používají jako model pro lidskou neokortikální heterotopii. V těchto modelech nejsou apikální dendrity pyramidových neuronů důsledně radiálně orientované a mohou být dokonce obrácené. Navíc se dendrity v blízkosti okraje heterotopické oblasti často ohýbají a sledují obrys pásu.
Metody studia účinků
Následující seznam je převzat z Lothman, et al.
Dvě metody studují vztah mezi záchvaty a dendritické poruchy:
Zaznamenání aktivity jednoho neuronu v daném čase na mnoha místech dendritického stromu bylo provedeno pomocí barviv citlivých na napětí s optickým monitorováním. Signály jsou rychlé, ale také malé a měření z jednotlivých buněk vyžadují intenzivní osvětlení. Jelikož jsou barviva velmi fototoxická, buňky obvykle odumírají již po několika akčních potenciálech. Nicméně měření ze záznamů somatických i dendritických náplastí ukazují, že vrchol vychýlení membránového potenciálu během paroxysmálního depolarizačního posunu (PDS) je o 10mV větší v apikálním kmeni (supragranulární umístění) než v somu. To je v souladu s anatomií neokortikálních sítí, protože nejsilnější vzájemná spojení vrstev jsou v supragranulárních vrstvách 2 a 3. To může vyřešit protichůdné informace naznačující, že se aktivita šíří především v supragranulárních vrstvách nebo ve velké vrstvě 5 neuronů.
Konvenční studie s elektronovou mikroskopií nebo Golgiho skvrnami vykreslily dendrity jako stabilní struktury. Časosběrná fotografie a dvoufotonová mikroskopie však odhalily dendrity jako živé, neustále se měnící tkáně, které jsou pohyblivé v rychlém časovém měřítku.
EEG skalp signály jsou sečteny EPSP a IPSP nervových buněk. EEG může měřit pouze potenciály buněk uspořádaných do uspořádaných vrstev, jejichž apikální dendrity jsou orientovány kolmo na povrch mozkové kůry (stejně jako v pyramidových buňkách). Potenciál měřený EEG je rozdíl mezi bazální a apikální částí aktivních neuronů, které jsou takto orientovány. EPSP, které se sbíhají na pyramidových neuronech prostřednictvím přímých aferentních vláken končících v horní části apikálních dendritů, způsobují tok nabitých iontů (proud) mezi body v různých potenciálech uvnitř a vně neuronů. Pozitivní ionty pak vstupují do buňky po koncentraci a gradientu elektrického náboje a šíří se do zbytku neuronu. EPSP z distálních apikálních dendritů vytvářejí proud vycházející z apikální části nejblíže synapsi (kde je velikost větší) směrem k buněčnému tělu, protože odpor proti tomuto toku je menší. Proud kolmý (nebo radiální) k apikálnímu dendritu je doprovázen magnetickým polem, které se šíří kolmo (nebo tangenciálně) k proudu podél extracelulární strany buněčné membrány. Tato sada iontových a elektrických funkčních změn tak generuje pole elektromagnetických potenciálů nebo elektromagnetických dipólů. Ty lze definovat také jako jednoduché ekvivalentní dipóly.