Apikální dendrit je dendrit vycházející z vrcholu pyramidové buňky. Apikální dendrity jsou jednou ze dvou základních kategorií dendritů a odlišují pyramidové buňky od ostnitých hvězdicovitých buněk v kůře. Pyramidové buňky se nacházejí v prefrontální kůře, hipokampu, entorhinální kůře a čichové kůře. Dendritové trsy tvořené apikálními dendrity jsou prostředkem, kterým se integrují 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. Při buněčné analýze se studují elektrické vlastnosti dendritu pomocí reakcí na podněty. Jediný povrchový náraz mozkové kůry vyvolá 10-20msec negativní potenciál, který je projevem sumárních excitačních postsynaptických potenciálů
(EPSP) vyvolaných v distálních částech apikálního dendritu. Tento potenciál se nazývá dendritický potenciál (DP). Ten je totožný s Adrianovou povrchovou odpovědí v přímých korových odpovědích. Při vyšších intenzitách je DP následován pomalými pozitivními vlnami (Adrianova hluboká odpověď) nebo prodlouženou negativní vlnou trvající více než 200 msec (Changova druhá složka). Nejvyšší amplituda DP se nachází na povrchu kůry, přičemž polarita je v povrchové vrstvě posunuta od negativní k pozitivní.
Hipokampus obsahuje pyramidové neurony ve třech vrstvách: CA1, CA2 a CA3. Pyramidové neurony každé vrstvy mají odlišné vlastnosti. Ve všech oblastech je však pro pozdní dlouhodobé potenciály hipokampálních neuronů nezbytná dendritická syntéza proteinů. Neuronům v celém limbickém systému jsou známy „burst“ vlastnosti. Tyto buňky podstupují synchronní a paroxysmální depolarizace, při nichž vystřelují krátké sekvence akčních potenciálů nazývané bursty.
Stratum oriens je místo mezi vrstvami obsahujícími bazální dendrity. Stratum lucidum, stratum radiatum a stratum moleculare-lacunosum jsou vrstvy obsahující apikální dendrity a jsou seřazeny od nejméně vzdálených po nejvíce vzdálené od sómu neuronu.
CA3 promítá Schafferovy kolaterály do apikálních dendritů v CA1. Jednotlivé pyramidové buňky v oblasti CA3 mají díky vysoké hustotě vápníkových kanálů v proximálních dendritech vlastnosti burst. Depolarizace membrány může tyto záblesky také vyvolat. Vstup vápníku do buňky způsobuje delší depolarizaci a zvýšení akčních potenciálů. To je obvykle omezeno hyperpolarizující lokální inhibicí (díky excitačnímu kolaterálnímu systému), což může vést k postupnému náboru neuronů CA3 a vyústit v synchronizované výbojové výboje. Jako metoda kontroly těchto výbojů se také používá hyperpolarizace po kalcium-dependentní draslíkové vodivosti.
Distální apikální dendrity vystupují ze somatu směrem vzhůru. Kratší proximální apikální dendrity se rozšiřují směrem ven a níže. Tvar většiny 2d řezu je přibližně válec se špičatou základnou pro apikální arbor. Apikální dendrity a bazální dendrity mají radiální vzorec uspořádání, jak vystupují ze somatu. Proximální apikální dendrity a bazální dendrity mají přibližně stejnou hustotu. Apikální dendrity mají větší průměrnou celkovou délku dendritů (6332 vs. 5062 mikrometrů) a plochu (12629 vs. 9404 čtverečních mikrometrů) [tato hodnota nezahrnuje trny]. Počet terminálních větví u apikálních i bazálních dendritů se však zdá být podobný. Vzdálenosti mezi po sobě jdoucími větveními jsou u bazálních dendritů kratší. Bazální dendrit má však přibližně 3krát méně zakončení na jeden primární dendrit. To a nižší maximální pořadí větví naznačuje nižší složitost než u apikálních dendritů. Bazální dendrity mají kratší vzdálenost k vrcholům a omezenější rozsah než apikální dendrity. Údaje naznačují, že proximální apikální a bazální dendrity jsou více stlačené, ale nabízejí širší lokální rozsah aktivity než distální apikální dendrity.
U neuronů CA3 jsou vstupy rozvrstveny a probíhají v pásech paralelně 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 potvrzují model válcového průřezu. V CA3 vytvářejí temporoamonické (TA), komisurální (COM), asociační (ASSOC) a aferenty z mechového vlákna (MF) excitační gultamatergické (Glu) synapse na dendritech pyramidových buněk (apikálních i bazálních).
Vzhledem k tomu, že rychlé signály vyskytující se v bazálních a proximálních apikálních dendritech jsou přenášeny do sómy s nejméně 20-25% účinností, přispívají synapse v těchto dendritech k aktivaci neuronu více než distální apikální synapse. Naproti tomu pouze pomalé signály z distálních dendritů jsou účinně přenášeny na somu, což naznačuje modulační úlohu na klidový potenciál buňky. V několika studiích se předpokládá, že by toho mohlo být dosaženo změnou celkové frekvence synaptické aktivity v distálním apikálním dendritu. Protože konstantní příval synaptické aktivity by se blížil konstantní proudové injekci, mohla by celková úroveň synaptické aktivity v distálním apikálním dendritu určovat úroveň depolarizace celého neuronu. Když se na podprahovou depolarizaci způsobenou distální aktivitou navrství účinnější proximální synaptická aktivita, má buňka vysokou pravděpodobnost vypálení AP. V CA3 je to právě projekce perforační dráhy z entorhinálních korových buněk, která poskytuje synaptický vstup do nejdistálnějších dendritů pyramidových buněk. Za předpokladu průměrné frekvence 7 hrotů/sec by již pět náhodně vystřelujících entorhinálních korových buněk způsobilo ustálenou úroveň depolarizace v distálních dendritech pyramidových buněk CA3b. Amplituda a kinetika elektrického signálu se mění v závislosti na poloze v dendritu a frekvenci signálu.
Hlavním spouštěčem výbojů CA3 je aferentní vstup z granulárních buněk dentátového gyru, z nichž terminály mechovitých vláken vytvářejí velmi složité synapse na proximální části apikálního dendritu CA3 ve stratum lucidum. Zde se dotýkají velmi složitých dendritických trnů. Uvolňování glutamátu z jednotlivých terminálů vyvolává velký EPSP nezprostředkovaný NMDA. Nejproximálnější oblasti pyramidových dendritů CA3 přijímají výhradně vstup z mozaiky pětic, střední dendritické oblasti (stratum radiatum na apikální straně a oriens na bazální straně) přijímají hlavně asociační a komisurální vlákna (z jiných buněk CA3) a distální apikální dendrity (stratum lacunosum-moleculare) přijímají vstup z temproamonických aferentů (z entorhinální kůry). Vstup mechových vláken do CA3 vykazuje jinou plasticitu než typická dlouhodobá potenciace, protože je závislý na aktivaci monoaminergního (viz monoamin) systému 2. posla cAMP (nebo je na ni alespoň citlivý).
Ty jsou podobné dentátovým buňkám. Typy interneuronových buněk vykazují jedinečné vzorce dendritické arborizace a specifické zacílení axonů do určité oblasti. Badatelé prokázali, že různé morfologicky definované interneurony vykazují různé elektrické vlastnosti. Patří mezi ně jak buňky s rychlým hrotem, jejichž inhibiční postsynaptické potenciály (IPSP) se sčítají a vytvářejí malé, hladké IPSP v pyramidových buňkách, tak buňky s pomalým hrotem (ty vytvářejí velké, rychle rostoucí IPSP v cíli pyramidových buněk). Dendritická oblast CA3 je laminovaná.
Pokud jde o vstup do vlastního hipokampu, temporoamonická dráha vzniká v buňkách III. vrstvy entorhinální kůry, ale odděluje se od perforační dráhy a kontaktuje nejdistálnější větve pyramidových buněk ve stratum lacunosum-moleculare 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 subpopulaci interneuronů nacházejících se v distálních úsecích 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 excitační synapse na těchto neuronech. V mnoha experimentech je obtížné rozlišit excitační a inhibiční synapse pomocí elektrofyziologických záznamů. Excitační synapse a jejich vzorce jsou ve srovnání s inhibičním systémem co do typu a vlastností poměrně uniformní. Naproti tomu inhibiční systém disponuje několika (10) různými typy synapsí pocházejících ze specificky diferencovaných buněk a jejich sledování je mnohem obtížnější. Pro přesné rozlišení excitačních a inhibičních drah, které přispívají ke změnám v expresi neurotransmiterů a změnám buněčné struktury, není dostatek informací.
Pyramidové buňky CA1 tvoří homogenní populaci, která spolu s příbuznými buňkami v subikulu tvoří primární výstupní buňky hipokampální formace. Primární excitační vstupy jsou prostřednictvím glutamátergních Schafferových kolaterál CA3 (ipsi- i kontralaterálních), které se dotýkají dendritických trnů na apikálních a bazálních dendritech ve vrstvách radiatum a oriens. Další excitační vstup je prostřednictvím temporoamonického systému, který synapsuje na distálních apikálních dendritech ve stratum lacunosum-moleculare.
Zobrazovací studie sledující lokalizované změny intracelulárního vápníku z diskrétních synaptických vstupů ukázaly roli těchto proudů v synaptické plasticitě. Panuje však neshoda ohledně toho, jakým způsobem může docházet ke změnám synaptické inhibice v závislosti na aktivitě. Studie se shodují v tom, že plasticita se zvyšuje, když se inhibice sníží.
CA2 se od ostatních oblastí liší tím, že je jednou z mála oblastí, které přežily epilepsii spánkového laloku. Kyselina kainová, používaná k modelování TLE a příbuzných skleróz, ovlivňuje především synapse mozaikových vláken v CA3. Předpokládá se, že se na nich při podání KA uvolňuje glutamát. CA2 a CA3 lze rozlišit pomocí histologických barvení, protože proximální apikální dendrity CA2 nemají dendritické trny.
Entorhinální kůra (EC) se skládá ze šesti vrstev. Povrchová vrstva I je tvořena převážně aferentními vlákny na apikálních dendritech buněk ve vrstvách II-VI. Kaudální vrstvy se silně promítají do rostrálních vrstev. V rámci každé oblasti EC inervují hlubší vrstvy povrchové vrstvy, přičemž povrchové vrstvy inervují sousední povrchové vrstvy. Entorhinální pyramidové buňky vrstvy V dostávají silný vstup z perirhinální kůry a senzorické kůry. Tyto pyramidové buňky se pak promítají do povrchových buněk entorhinální vrstvy II a III. Buňky EC vrstvy V mají silné rekurentní excitační synapse podobně jako CA3 vrstvy v hipokampu a při provokaci jsou schopny burstové aktivity. Spojení z mediální do laterální entorhinální oblasti jsou řídká a promítají se hlavně z mediální EC do laterální EC. Tato spojení nejsou reciproční. Většina buněk v EC jsou pyramidové buňky. Více než 90 % buněk vrstvy V jsou buňky s pravidelným spikováním, pouze několik buněk s burst-firingem a buněk s rychlým spikováním. GABA je silně zastoupena v povrchových vrstvách. Tkáňové preparáty z horizontálních řezů tkání EC i hipokampu ukazují, že vystavení nízkým koncentracím hořečnatých iontů vyvolává protrahované 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 se dělí na vrstvy Ia a Ib, z nichž každá má své vlastní aferenty. Vrstva II je hustě zaplněna pyramidovými a semilunárními buňkami. Vrstva III obsahuje ve své povrchové části převážně pyramidové buňky.
V piriformní kůře dostávají distální apikální dendrity pyramidových neuronů vrstvy III vnější vstupy, které odpovídající proximální dendrity dostávají vnitřní vstupy.
V každém glomerulu se axony receptorových neuronů dotýkají apikálních dendritů mitrálních buněk, které jsou hlavními projekčními neurony v čichovém bulbu. Buněčná těla mitrálních buněk se nacházejí ve zvláštní vrstvě hluboko v čichových glomerulech. Každá mitrální buňka prodlužuje primární dendrit do jednoho glomerulu, kde dendrit dává vzniknout složitému chomáči větví, na které se synapticky napojují primární čichové axony. Každý glomerulus například u myšího modelu 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 kůry je molekulární neboli plexiformní vrstva. Má hustou síť tangenciálně orientovaných vláken a buněk tvořených axony martinotových a hvězdicových buněk a také apikálními dendrity pyramidových buněk. Apikální dendrity z pyramidových buněk vnější granulární vrstvy a výrazněji vnější pyramidové vrstvy vystupují do molekulární vrstvy. V plexiformní vrstvě existují také GABAergní synaptická spojení mezi apikálními dendrity granulárních buněk a bazálními dendrity chomáčovitých buněk a mitrálních buněk.
Některé apikální dendrity pyramidových buněk v mozkové kůře mohou mít průměr až 10 μm. Apikální dendrit velkého pyramidového neuronu v mozkové kůře může obsahovat tisíce trnů. Velikost trnů v mozkové kůře se v jednotlivých oblastech liší o několik řádů. Nejmenší mají délku 0,2 μm a objem asi 0,04 krychlového mikrometru a největší délku 6,5 μm a objem 2 krychlové mikrometry.
Pyramidové buňky tvoří většinu buněk v neokortexu. Mají vysokou hustotu dendritických trnů, výrazné apikální dendrity a axony, které vystupují z kůry i lokálně uvnitř ní. Jejich sóma se objevují ve všech vrstvách kromě I. Ostnité hvězdicovité buňky se zde od pyramidových buněk odlišují absencí apikálního dendritu a tím, že jejich axony rovněž neopouštějí kůru. Předpokládá se, že tyto buňky začínají jako pyramidové neurony a poté se jejich apikální dendrity a axony stáhnou.
Charakteristickým znakem Purkyňových buněk je apikální dendrit.
Tvorba dendritických trnů pyramidových neuronů v kortexu probíhá postupně od pozdních stadií embryonálního vývoje až do postnatálního období. Mnoho dendritů pyramidových neuronů v hlubokých vrstvách se větví a vytváří spojení ve vrstvě IV, zatímco některé se rozšiřují do povrchovějších vrstev. Dendrity pyramidových buněk ve vrstvě III se větví a vytvářejí trsy ve vrstvě I. Talamokortikální aferenty navážou synaptický kontakt s dendrity ve vrstvě IV, zatímco nesčetné množství dalších vstupů se setká s dendrity ve vrstvě I. Postsynaptická struktura je částečně řízena signály z přicházejících aferentních fiver a v průběhu života dochází k plasticitě synapsí.
Tvorba těchto trsů je regulována silou lokálních signálů během vývoje. Vývoj mozku řídí několik vzorců aktivity. Změny akčních potenciálů v sítnici, hipokampu, kůře a míše poskytují signály založené na aktivitě jak aktivním neuronům, tak jejich postsynaptickým cílovým buňkám. Spontánní aktivita pocházející z neuronálních gap junctions, podpovrchové desky kůry a senzorických vstupů se podílí na buněčné signalizaci, která reguluje růst dendritů.
Užitečným modelem tvorby dendritických trnů jsou pulci Xenopus, kteří jsou v raných stadiích larválního vývoje průhlední a umožňují opakované zobrazování barvivem značených neuronů v intaktním zvířeti po dobu několika týdnů. Na tomto a dalších modelech bylo pozorováno, že dochází k rychlému přidávání a zatahování dendritických větví, které prodlužují celkový dendrit a hromadí další větve. To odráží vývoj axonálních větví (obě mají životnost přibližně 10 min). Tato aktivita se snižuje s tím, jak neurony dospívají. Signály včetně glutamátu z axonálních větví mohou zvyšovat přírůstky větví.
Na modelu pulce Xenopus bylo studováno několik signálních systémů. Například u optických tektálních neuronů dochází k růstu dendritových arborů přibližně na počátku vstupu sítnice. Mnoho z nich na kaudálním tektatu má „tiché“ synapse, které jsou modulovány pouze N-methyl-D-aspartátovými (NMDA) receptory. Jak neurony dospívají, přibývají 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 trsy jsou dynamičtější než pomalu rostoucí a dendrity samy hrají aktivní roli ve svém vlastním vývoji. Ve studiích bylo prokázáno, že transport izoforem HCN (hyperpolarizací aktivovaných cyklických nukleotidů) řízených kanálů do dendritických polí pyramidových neuronů CA1 v hipokampu probíhá ve vyvíjejícím se hipokampu věkově specifickým způsobem.
Mezi signály studované v tomto systému patří CaMKII, serin/threoninová kináza regulovaná kalciem/kalmodulinem, která je nezbytná pro indukci neexprese dlouhodobé potenciace. CaMKII mRNA je cílená na dendrity a syntéza proteinu i aktivita enzymu se zvyšuje silným synaptickým vstupem. Exprese u Xenopus naznačuje, že je spojena s přechodem ke zpomalenému růstu arborů. To naznačuje, že aktivita podporuje snížení růstu a retrakce větví dendritu a stabilizuje konfiguraci arborů. Pro tento systém se objevuje následující vzorec:
Časové rozdíly v signalizaci v průběhu zrání neuronů naznačují, že nejslibnější studie vývoje arborů a synaptogeneze budou v budoucnu probíhat v intaktních mozkových systémech.
Dalším modelem studovaným v oblasti vývoje apikálních dendritů je potkan. Injekce tetanového toxinu novorozeným potkanům ukázala, že růst apikálních dendritů probíhá během deprivace signálu normálně, zatímco růst bazálních dendritů je omezen. To naznačuje, že nervová aktivita je pro tvorbu nových dendritů rozhodující.
Zvířecí modely však mohou být pro objasnění složitosti těchto systémů nedostatečné. Například pyramidové buňky v CA1 jsou u lidí třicetkrát silnější než u potkanů. Entorhinální kůra je také rozdělena až na 8 a 27 úseků u lidí (v závislosti na použitém systému), zatímco u potkanů jsou to pouze 2 a u opic 7 úseků. Propojení dentátového gyru a entorhinální kůry je u lidí také propracovanější. U potkanů a koček existuje velmi rozsáhlé reciproční spojení mezi entorhinální kůrou a čichovým systémem. U primátů toto spojení chybí a mezi multimodální parasenzorickou a paralimbickou kůrou a EC existují vysoce diferencovaná spojení, která nejsou u potkanů a koček tak zřejmá. Větší velikost subikula u primátů může úměrně zvyšovat jeho účinky na entorhinální kůru.
Tvorba dendritických arborů pyramidových buněk v přední cingulární kůře (vrstvy 2/3) je složitější u mužů a na rozdíl od orbitálních prefrontálních oblastí je dendritická arborizace větší u žen, což naznačuje zásadní rozdíl v prefrontální organizaci u mužů a žen. Například u potkanů vede expozice estrogenům, ať už exogenně, nebo endogenně během proestru ke zvýšení hustoty páteře CA1. Tyto rozdíly mohou být způsobeny přítomností gonadálních hormonů, u nichž bylo prokázáno, že ovlivňují strukturu buněk v hipokampu. Bylo prokázáno, že léčba testosteronem ovlivňuje strukturu korových neuronů.
Dendritické trny, postsynaptické struktury přijímající převážně excitační vstupy, jsou ve vývoji citlivé na zážitky včetně stresových epizod nebo drog. Studie ukázaly, že prenatální stres snižuje složitost, délku a frekvenci trnů apikálních dendritů pyramidové vrstvy II/III u potkanů a primátů. U obou modelů byla popsána atrofie dendritů v hipokampální formaci a prefrontální kůře.
Bylo prokázáno, že chronický stres snižuje komplexitu arborů a celkovou dendritickou délku apikálních dendritů pyramidových neuronů CA3 v hipokampu. Změny chování vyvolané chronickým stresem se obvykle připisují změnám v hipokampu, který je primárním nervovým cílem glukokortikoidů a podílí se na mnoha chování změněných podáváním kortikosteroidů. Chronický stres i podávání kortikosteroidů vedou k rozsáhlé atrofii apikálních dendritů pyramidových neuronů v hipokampální oblasti CA3, přičemž tyto dendrity při podávání kyanoketonu (blokátoru kortikosteroidů) neaterpují. Tato atrofie dendritů je zprostředkována jak glutaminergním, tak serotoninergním systémem (podávání antagonisty NMDA receptorů CGP 43487 nebo inhibitoru vychytávání serotoninu tianeptinu atrofii zabrání). Při prodloužené léčbě byla hlášena buněčná smrt. Stresové hormony v malých dávkách samy o sobě nezpůsobují poškození, ale zesilují účinky jiných nebezpečných látek, včetně excitotoxinů, hypoglykémie, hypoxie a ischemie. Předpokládá se, že poškozující účinky stresu na tyto neurony souvisejí s expresí neurotrofického faktoru odvozeného od mozku (BDNF), jehož exprese je ve stresových podmínkách snížena a zvýšena při podávání antidepresiv.
Prefrontální kůra je také cílem glukokortikoidů při stresu ([3H]dexametazon se váže na receptory ve frontální a prefrontální kůře přibližně v 75 % koncentrace hipokampu). Na endogenní regulaci kortikosteroidních receptorů ukazuje změněná vazba již zmíněné sloučeniny v prefrontální kůře při podávání kortikosteroidů. Dále se na regulaci stresových aktivit podílí prefrontální kůra. Léze v prefrontální kůře potkanů zhoršují spontánní alteraci, výkonnost v radiálním bludišti a pasivní vyhýbání. U primátů zhoršují inhibici reakcí na přímou viditelnost. Chronické podávání kortikosteroidů snižuje vazbu na receptory 5-HT1A, vazbu na receptory 5-HT2, hladiny serotoninu a expresi molekuly adheze nervových buněk (makromolekula na povrchu buněk, která se podílí na regulaci aspektů stabilizace synapsí). Tyto změny naznačují, že po zvýšení hladiny stresových hormonů následují strukturální změny.
Studie morfologických změn dendritů ukazují, že zvýšení hladiny stresových hormonů ve vrstvě II-III prefrontální kůry nezpůsobuje žádné pozorovatelné změny ve struktuře nebo rozložení bazálních dendritů. Apikální dendrity však vykazují v mozcích zvířat léčených stresovými hormony významnou redistribuci, která se měří pomocí Schollovy analýzy. Schollova analýza odhaduje množství a rozložení materiálu dendritů počítáním počtu průsečíků dendritů s překryvem soustředných kruhů se středem v somě. Mediální prefrontální kortexové pyramidové neurony vrstvy II-III vykazovaly významnou reorganizaci s 21% nárůstem proximálních apikálních dendritových arborů a 58% poklesem distálních apikálních dendritových arborů. Tyto výsledky jsou v kontrastu se změnami v hipokampálních CA3 dendritických arborách, u kterých byly pozorovány pouze regresivní změny. Jedním z možných vysvětlení navržených v těchto studiích je, že atrofie distálních dendritů u pyramidových neuronů II-III vrstvy je přímým důsledkem ztráty vstupu ze změněných pyramidových neuronů CA3, protože CA1 i CA3 se promítají přímo do mediální prefrontální kůry.
Na základě elektrofyziologických dat bylo zjištěno, že excitační synapse na proximálních apikálních dendritech pyramidových neuronů prefrontální kůry slouží k zesílení signálů excitačních postsynaptických potenciálů (EPSP) generovaných v distálních apikálních dendritech. To naznačuje, že snížení hmotnosti distálních dendritů v důsledku zvýšení hladiny stresových hormonů může vést ke zvýšení komplexity proximálních apikálních dendritů, protože proximální apikální dendrity se snaží kompenzovat snížené signály distálních apikálních dendritů.
Serotonergní změny a změny v uvolňování glutamátu v prefrontální kůře naznačují, že neurochemické mechanismy měnící strukturu v hipokampu i prefrontální kůře jsou podobné.
Rozdělení řízení mezi vnější a vnitřní vstupy do dendritů v piriformní kůře (zmíněné výše) se v menší míře projevuje také v mediální prefrontální kůře. To naznačuje, že stresem vyvolané změny apikálních dendritů zvyšují relativní důraz na intrakortikální signály na úkor extrakortikálních signálů.
Při studiích hierarchických zvířat bylo zjištěno, že dominantní a podřízená zvířata vykazují stejný stupeň dendritické reorganizace, což naznačuje, že dendritická atrofie při stresu není závislá na stupni.
Nižší hladiny mitochondrií v pyramidových neuronech CA1 mohou přispívat ke zranitelnosti těchto neuronů vůči traumatickému poškození mozku nebo ischemii.
U neurometabolických onemocnění jsou distendované zásobní neurony výrazně zduřelé a hruškovitého tvaru, s jádrem a nisslovými tělísky posunutými směrem k apikálním dendritům. Příkladem neurometabolických střádavých onemocnění jsou střádavá onemocnění sfingolipidů, která obvykle zahrnují špatnou funkci hydroláz v lysozomech zodpovědných za degradaci těchto lipidů:
Toto bobtnání se projevuje například u Tay-Sachsovy choroby, u níž dochází k hromadění GM2 v důsledku defektní beta-hexosaminidázy. U této poruchy jsou viditelné velké meganeuritické útvary.
Bylo uvedeno, že při studiu modelů týkajících se epilepsie 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 v prodloužených událostech. Vyvstává tedy otázka, zda výsledné údaje modelů ukazovaly na přehnanou poruchu odpovědnou za genezi záchvatů, nebo zda údaje ukazovaly na systémové změny normální tkáně po dlouhodobé záchvatové aktivitě.
V reakci na status epilepticus se zvyšují vápníkové proudy, které jsou normálně výrazné v hipokampálních neuronech CA1. Existují důkazy, že proudy v kalciových kanálech typu T jsou zvýšeny specificky v apikálních dendritech. Hypotéza je, že tento jev vytváří situaci, kdy se rychlé sodíkové hroty v somatu zpětně šíří do dendritů, čímž detonují bursting.
Dendritické potenciály (DP) také procházejí změnami. Elicitace DPs během záchvatové aktivity ukázala, že jsou mnohem menší než u kontrol. DP vyvolané těsně po ukončení záchvatu však trvaly delší dobu, což naznačuje, že potlačení DP souvisí se samotnou záchvatovou aktivitou.
Glutamát je excitační neurotransmiter schopný způsobit metabolické poškození neuronů. V hipokampu bylo zjištěno, že GABAergní neurony jsou zranitelné vůči excitotoxickému působení glutamátu na kainátovém receptoru. Tyto receptory jsou nejhustěji zastoupeny v sektorech CA3 a CA2 hipokampu, kde byly nanomolární (nM) koncentrace kyseliny kainové spojeny s výraznou a trvalou depolarizací pyramidových neuronů CA3. To zahrnuje vedení excitační aktivity podél projekcí mozaikových vláken z oblasti dentátových granulózních buněk k neuronům CA3. Stimulace tohoto typu receptoru byla spojena s paroxyzmálními hroty podobnými záchvatům.
Plasticita pyramidových buněk a interneuronů CA1 souvisí s úlohou CA1 v epileptogenezi. CA1 je hyperexcitabilní, když je poškozena oblast CA3. Dochází ke snížení IPSPs GABAA i GABAB. GABA interneurony, i když jsou nepoškozené, se hůře aktivují.
Záchvatový vstup z EC do dentátového gyru je filtrován pro iktální i normální vzorce aktivity, zatímco buňky CA3 zavádějí interiktální profil, který posiluje abnormální aktivitu.
Hyperventilace vede k výraznému povrchovému negativnímu posunu stejnosměrného proudu v důsledku depolarizace apikálních dendritických stromů korových pyramidových buněk. Tento posun pravděpodobně představuje zvýšenou excitabilitu korových neuronálních sítí a může vysvětlovat výslednou potenciální epileptogenicitu. Některé antiepileptické léky mají opačný účinek – snižují povrchovou negativitu u normálních kontrol.
V modelu temporální epilepsie byly popsány změny v expresi draslíkových kanálů a draslíkových proudů. V tomto modelu došlo ke snížení regulace kanálu typu A, který kóduje kanál Kv4.2. Tento kanál se podílí na omezení zpětného šíření akčních potenciálů a na snížení přenosu excitačních postsynaptických potenciálů (EPSP) z apikálních dendritů do sómu. Na stejném modelu se také ukázalo, že výše zmíněná upregulace vápníkových kanálů typu t vede ke zvýšenému burstovému chování neuronů v hipokampu.
Dětské záchvaty a související poruchy paměti
Nezdá se, že by odumírání neuronů přispívalo k poruchám učení u potkanů s dětskými záchvaty. CA3 neurony u modelu časné epilepsie s tetanovým toxinem však vykazují snížení složitosti větvení bazálních dendritů a také snížení hustoty trnů na apikálních i bazálních dendritech. Podobné údaje byly získány od lidských pacientů s epilepsií během chirurgických zákroků. V neokortikálních a hipokampálních ložiscích bylo pozorováno snížení délky a složitosti větvení dendritických arborů a snížení složitosti větvení zbývajících dendritů. Podobná data přinesl i model chronické epilepsie na primátech s použitím hlinitého krému. Vzhledem k tomu, že dendrity a jejich trny jsou místy excitačního synaptického vstupu na neurony, výsledky naznačují, že může dojít ke snížení glutaminergního synaptického přenosu. Jelikož se jedná o místa aktivní při dlouhodobé potenciaci (LTP) a dalších změnách synaptického přenosu, které jsou základem učení a paměti, mohly by změny v těchto místech vysvětlit deficity učení a paměti spojené s časnou i dlouhodobou epilepsií.
U schizofreniků post mortem analýza prokázala snížení počtu GABAergních buněk a aktivity v hipokampu.
Lidská neokortikální heterotopie
Heterotopie je posunutí jakéhokoli orgánu nebo jeho součásti z jeho přirozené polohy. Jako model lidské neokortikální heterotopie se používají modely telencefalické vnitřní strukturální heterotopie u potkanů. U těchto modelů nejsou apikální dendrity pyramidových neuronů důsledně radiálně orientovány a mohou být dokonce obrácené. Kromě toho se dendrity v blízkosti okraje heterotopické oblasti často ohýbají a sledují obrys pásu.
Metody zkoumání účinků
Následující seznam je upraven podle Lothman, et al.
Vztah mezi záchvaty a dendritickým postižením se zkoumá dvěma metodami:
Záznam aktivity jednoho neuronu v daném okamžiku na mnoha místech dendritického stromu byl proveden pomocí napěťově citlivých barviv s optickým monitorováním. Signály jsou rychlé, ale také malé a měření z jednotlivých buněk vyžaduje intenzivní osvětlení. Protože jsou barviva velmi fototoxická, buňky obvykle odumírají již po několika akčních potenciálech. Měření ze somatických i dendritických náplasťových záznamů však ukazují, že vrcholová výchylka membránového potenciálu během paroxyzmálního depolarizačního posunu (PDS) je o 10 mV větší v apikálním kmeni (supragranulární umístění) než v somě. To je v souladu s anatomií neokortikálních sítí, protože nejsilnější reciproční spojení vrstev jsou v supragranulárních vrstvách 2 a 3. To může vyřešit rozporuplné informace naznačující, že aktivita se šíří především v supragranulárních vrstvách nebo ve velkých neuronech 5. vrstvy.
Konvenční studie s elektronovou mikroskopií nebo barvením Golgiho barvivem zobrazovaly 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.
Signály EEG na hlavě jsou součtem EPSP a IPSP nervových buněk. EEG může měřit pouze potenciály buněk uspořádaných v organizovaných vrstvách, jejichž apikální dendrity jsou orientovány kolmo k povrchu kůry (jako je tomu u pyramidových buněk). 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 s různými potenciály uvnitř a vně neuronů. Kladné ionty pak vstupují do buňky po koncentračním a elektrickém nábojovém gradientu a šíří se do zbytku neuronu. EPSP z distálních apikálních dendritů vytváří proud vycházející z apikální části nejblíže synapsi (kde je jeho velikost větší) směrem k tělu buňky, protože odpor vůči tomuto toku je menší. Proud kolmo (nebo radiálně) k apikálnímu dendritu je doprovázen magnetickým polem, které se šíří ortogonálně (nebo tangenciálně) k proudu podél extracelulární strany buněčné membrány. Tento soubor iontových a elektrických funkčních změn tak vytváří pole elektromagnetických potenciálů nebo elektromagnetických dipólů. Ty lze definovat také jako jednotlivé ekvivalentní dipóly.