Дендритная пластичность ключевая для формирования памяти человека?
Дендритная пластичность
Дендритная пластичность — это характерный для ЦНС фундаментальный механизм, который лежит в основе синаптической потенциации и является ключевым для формирования памяти, обучения и когнитивных способностей, для нормального функционирования мозга.
Миндалевидное тело
У высших позвоночных, в том числе человека, миндалевидное тело играет важнейшую роль в формировании и хранении воспоминаний автобиографической памяти, связанных с эмоционально окрашенными событиями. Исследования показывают, что при формировании условного рефлекса страха стимулы достигают базолатеральных комплексов миндалины, особенно латерального ядра, где происходит обработка и запоминание подобных стимулов. Ассоциация между стимулами и неприятными последствиями, которые за ними следуют, может быть обусловлена долгосрочным потенцированием, то есть устойчивым усилением сигнала между задействованными нейронами.
Дендрит
Диаметр дендритов возле сомы имеет несколько мкм, становясь меньше 1 мкм, когда они постепенно ветвятся. Много типов дендритов усеяны множеством крошечных отростков, дендритными шипиками, которые образуют чрезвычайно тонкие (около 0,1 мкм) и короткие (1 мкм) дендритные веточки. Эти шипики является главной мишенью для возбудимых синаптических входов и играют важную роль в нейронной пластичности. Длина самих дендритных деревьев колеблется от очень коротких (100—200 мкм, как в шипиковых звёздчатых клетках коры млекопитающих) до достаточно больших (1—2 мм, как у спинного альфа-мотонейрона). Общая длина дендритов может достигать 10 мкм (1 см) и более.
Дендрит
Дендритные шипики формируют биохимический и электрический сегмент, где поступающие сигналы вначале интегрируются и обрабатываются. Шея шипика разделяет его голову от остальной части дендрита, тем самым делая шипика отдельным биохимическим и вычислительным регионом нейрона. Подобная сегментация играет ключевую роль в выборочном изменении силы синаптических связей в течение обучения и запоминания.
Дендрит
В 1960-е и 1970-е годы американский математик и нейробиолог Вилфрид Ролл из Национальных институтов здравоохранения в серии статей впервые применил кабельную теорию для описания биофизических и интегративных функций дендритов. В те времена считалось, что дендриты являются настолько электротонически длинными, что любые входящие импульсы к ним не могут существенно влиять на электрические свойства сомы. Тем не менее, соединив математическую кабельную теорию и те незначительные физиологические данные, которые в то время существовали, Ролл убедительно показал, что классические представления о дендритах существенно недооценивают их значительный вклад в нейронные вычисления и передачу информации.
Дендрит
Первые свидетельства о изменениях в морфологии дендритов, обусловленных патологическими нарушениями, были получены при исследовании поражений, вызванных деафферентацией и, как следствие, потерей синаптических входных импульсов. Было обнаружено, что эти поражения привели к полному уменьшению, деформации и дезориентации дендритов в мозжечковых клетках Пуркинье. Обусловленные поражениями дендритные изменения (существенное сокращение длины отдаленных дендритов) также были обнаружены в гранулярных клетках в зубчатой извилине как следствие деафферентации энториальной коры. С другой стороны, был обнаружен и обратный эффект — распускание базальных дендритов гранулярных клеток гиппокампа, вызванное длительной эпилептиформной активностью.
Дендритный потенциал действия
Для большинства регионов на дендритах нужно лишь небольшое число синаптических входных сигналов для генерации NMDA-спайка: ~10 сгруппированных входных импульсов на один шипик. Впрочем, подобная сгруппированность (кластерность) не является необходимым условием NMDA-спайков, поскольку они могут быть сгенерированы даже распределёнными на дендритах синаптическими импульсами. С другой стороны, деполяризация вместе с прошлым (от предыдущих активаций) связыванием глутамата снижает глутаматный порог, делая сочетание NMDA-спайков.
Дендритная пластичность
В отличие от других сенсорных систем, сенсорный эпителий внутреннего уха не имеет чёткой репрезентации пространства, поскольку волосковые клетки внутреннего уха кодируют частоту звука, а не звуковое пространство. Следовательно, звуковая система должна вычислять локализации источника звука в пространстве, для чего она использует два бинауральных сигнала, которые позволяют локализовать звуки в горизонтальной плоскости: интерауральную временную разницу (ИВР,  — разница во времени поступления звука до двух ушей) и интерауральную разницу интенсивностей (ИРИ, ). ИВР используются для низко-частотной (<2 кГц) локализации, а ИРИ для высоко-частотной.
Зубы человека
Важным компонентом тканей зуба является цитрат (лимонная кислота). Содержание цитрата в дентине и эмали — до 1 %. Цитрат, благодаря высокой способности к комплексоформированию, связывает ионы formula_1, формируя растворимую транспортную форму кальция. Кроме тканей зуба, цитрат обеспечивает оптимальное содержание кальция в сыворотке крови и слюне, тем самым регулируя скорость процессов минерализации и деминерализации.
Дендрит
В кабельной теории те же свойства, которые определяют пространственное и временное взаимодействие возбуждающих ответов, также контролируют взаимодействие возбуждающих входных импульсов с синаптическим ингибированием. Нейромедиатором быстрого синаптического ингибирования в мозге млекопитающих является, главным образом, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК). ГАМК действует на ГАМК-рецептор и проводит аниону мембранную проводимость с потенциалом реверсии, близким потенциалу покоя. Поэтому ГАМК может привести либо к гиперполяризующим, или к деполяризующим ответам в нейронах. Способность ГАМК тормозить генерацию потенциала действия лежит в её способности ослаблять совпадающие ВПСП (возбуждающие постсинаптические потенциалы) через «зажимание» мембранного потенциала ниже порога потенциала действия. Ролл и другие исследователи того времени предвидели, что этот вид шунтирующего ингибирования должен быть более эффективным, чем обычная постсинаптическая гиперполяризация.
Дендрит
В 1904 году Кахаль сделал предположение, что шипики могут хранить электрический заряд, возникающий в результате нейронной активности, тем самым заложив основы понимания синаптической пластичности. Как показали более поздние исследования, шипики расширяют доступность данного дендрита для большего количества аксонов, при этом не слишком увеличивая объём мозга. Хотя большинство шипиков содержат один синапс, существуют шипики с несколькими синапсами. Отношение реального синапса к числу потенциальных синапсов (т. н. коэффициент заполнения) для пирамидальных нейронов коры составляет 0,26 в неокортексе и 0,22—0,34 в гиппокампе. Это означает, что дендритные шипики играют существенную роль в определении того, какие аксоны образуют контакты с дендритом.
Дендрит
Хотя уже в 1950-е годы было достаточно много эмпирических данных, которые свидетельствовали в пользу активной роли дендритов в нейронных процессах (напр., открытие распространения потенциала действия по дендритам пирамидальных нейронов), но они всё равно были в меньшинстве по сравнению с противоположными данными. Именно поэтому открытие потенциал-зависимых ионных каналов в дендритах, стало одним из наиболее убедительных свидетельств того, что дендриты обладают активными свойствами в обработке входящей информации.
Нейропластичность
Мозг состоит из взаимосвязанных нервных клеток (нейронов) и клеток глии. Процесс научения может происходить посредством изменения прочности связей между нейронами, возникновения или разрушения связей, а также процесса нейрогенеза. Нейропластичность относится к процессам возникновения/разрушения связей и нейрогенезу.
Дендрит
Открытие потенциал-зависимых ионных каналов с различной плотностью и биофизическими свойствами вдоль аксо-сома-дендритной оси впервые показало, что не только сома, но и дендриты играют активную роль в формировании нейронных возбуждений. Поскольку проводимость и распределение потенциалзависимых каналов различается среди различных типов нейронов и дендритных ветвей (напр., апикальные от базальных дендритов), то интеграция входящих синаптических импульсов зависит не только от специфических морфологических и пассивных свойств дендритного дерева, но и от экспрессии и кинетики активной проводимости его ионных каналов.
Память
Эйдетическая память - долговременная память на сенсорную информацию, преимущественно на зрительные впечатления, позволяющая удерживать и воспроизводить в деталях образ воспринятого ранее предмета или явления в их отсутствии. В эйдетический образ могут и зачастую входят также и другие сенсорные модальности (слуховые, тактильные, двигательные, вкусовые, обонятельные).
Дендрит
Кластеризация и недемократичность упомянутых нейронов обусловлена сложной морфологией их дендритов, существованием активных токов и локальных спайков, которые по-разному влияют на интеграцию постсинаптических потенциалов (ПСП). Значительно более демократическими являются нейроны, дендриты которых имеют пассивные кабельные свойства, как к примеру, пирамидальные и не-пирамидальные нейроны CA3, вставочные нейроны мозжечка, гранулярные клетки зубчатой извилины. Моделирование и исследование in vivo пассивных дендритов свидетельствуют, что синаптический импульс к проксимальному дендриту вызовет соматический ПСП, который только на 10—12 % больше, чем ПСП, вызванный синапсом на наиболее удаленном дендрите.
Дендрит
В целом принято выделять несколько синаптических типов на дендритах:Решающий фактор для способности нейронной сети хранить информацию — количество различных нейронов, которые могут быть соединены синаптически. Одним из главных факторов увеличения разнообразия форм синаптических связей в биологических нейронах является существование дендритных шипиков, открытых в 1888 году Кахалем. Он же впервые выдвинул предположение, что шипики выполняют функцию увеличения поверхности для синаптических контактов с аксонами, находящимися на далёком расстоянии от дендритов: «…дендритные шипики играют главную роль в увеличении поверхности соединений протоплазматического разветвления [то есть, дендритного дерева], выступая, чтобы соединиться с удалёнными нервными волокнами, которые не могут непосредственно соединиться с дендритным отростком».
Дендрит
Много каналов в дендритах могут быть активированы подпороговыми ВПСП. Применение методов кальциевой визуализации и пэтч-клемп с прикреплённой клеткой показало, что вызванные стимуляцией сложные ВПСП могут породить в дендритах деполяризацию, достаточную для открытия Na и низко-пороговых Ca-каналов. В дендритах существует несколько каналов, на которые могут влиять подпороговые ВПСП: I, I, I и др. Когда эти каналы активируются, ток через них может изменить форму ВПСП: активация каналов, которые генерируют внутренний ток (I и I), усилит амплитуду ВПСП, тогда как активация каналов, генерирующих внешние токи (как I), ослабит ВПСП. С другой стороны, отключение каналов, которые уже являются активными в состоянии покоя (как I), увеличит нейронное входное сопротивление и поэтому увеличит амплитуду ВПСП. В реальности ВПСП меняет состояния активации нескольких каналов одновременно. Общее влияние на форму ВПСП зависит от баланса между каналами, которые генерируют внутренние и внешние токи.
Дендритная пластичность
Так, вполне однозначно было показано, что активность дендритных шипиков часто синхронизируется в пределах группы шипиков, которые находятся близко друг к другу и объединены общими синаптическими входными сигналами от синхронизированных пресинаптических нейронов. Кластерная синхронизация, которая возникнет в результате этого, может служить основой ассоциативного обучения на клеточном уровне, поскольку соседние шипики здесь кодируют разную информацию.
Зубы человека
Пульпа зуба выполняет важные пластические функции, участвуя в образовании дентина, обеспечивает трофику дентина коронки и корня зуба. К тому же, за счет наличия в пульпе большого количества нервных окончаний пульпа обеспечивает передачу в ЦНС необходимую сенсорную информацию, которая объясняет очень высокую болевую чувствительность внутренних тканей зуба к патологическим раздражителям.
Дендрит
Открытие, с использованием микроэлектродов, существования в дендритах крупных кратковременных деполяризаций ("спайков") приводило к мысли, что дендриты должны содержать ионные каналы. Эти каналы должны были бы открываться в ответ на мембранную деполяризацию и, в свою очередь, оказывать дальнейшую мембранную деполяризацию, которая ответственна за их регенеративную природу. Дальнейшее использование методов локальной фиксации потенциала (пэтч-клэмп) для изучения дендритных свойств в срезах мозга действительно подтвердило существование большого разнообразия потенциалзависимых ионных каналов в дендритной мембране. Вместе с данными, полученными с помощью перфорированного пэтч-клэмпа, эти исследования позволили создать количественные «карты» распределения потенциалзависимых каналов в некоторых типах нейронов. И хотя дендриты имеют те же потенциалзависимые каналы, что и аксон, плотность этих каналов в дендритной мембране — менее чем 10 каналов/мкм², тогда как перехват Ранвье в аксоне содержит до 1000—2000 быстрых натриевых каналов.
Эксплицитная память
Эксплицитная память формируется при участии таких структур мозга, как кора больших полушарий, гиппокамп, обонятельный мозг, миндалина, базальный передний мозг. Что касается сохранения памяти, то в данном процессе участвуют вторичные и ассоциативные проекционные зоны коры головного мозга. Эти структуры отвечают за мыслительные функции и дальнейшее распознавание сложной информации. Каждая область вторичной проекционной коры (зрительная, слуховая, сенсомоторная и мозжечок с базальными ядрами) отвечает за соответствующую память — зрительную, слуховую, память о выработанных двигательных навыках. Префронтальная кора играет важнейшую роль в хронологизации событий в нашей памяти.
Дендритный потенциал действия
Поэтому, степень распространения bAP не является одинаковой и варьируется в зависимости от типа нейрона, что в значительной степени обусловливает также и разницу в электрической и вычислительной активности этих нейронов. Поскольку активное обратное распространение потенциала в дендритах усиливается потенциал-зависимыми Na-каналами, то специфическая для каждого нейрона разница в плотности дендритных Na каналов является одной из причин такой вариабельности bAP. В частности, эксперименты и моделирование однозначно показали, что амплитуда bAP существенно уменьшается после блокировки с помощью TTX дендритных Na каналов в тех нейронов, которые имеют одинаковую плотность дендритных и соматических Na каналов. Тогда как в нейронах с низкой плотностью дендритных Na каналов, как в клетках Пуркинье в мозжечке, амплитуда bAP является одинаковой как в присутствии, так и при отсутствии блокатора TTX..
Синаптическая пластичность
Первые экспериментальные результаты, подтверждающие постулат Хэбба, были получены в начале 1970-х годов: многократная активация возбуждающих синапсов гиппокампа кролика вызвала увеличение силы синапса, продолжавшееся несколько часов или даже дней. Это явление получило название «долговременная потенциация» (long-term potentiation, LTP). Позже были открыты другие явления, связанные с синаптической пластичностью, — долговременное ослабление (long-term depression, LTD), гомеостатическая пластичность, метапластичность. Гомеостатическая пластичность, например, представляет собой изменение силы всех синапсов конкретной клетки в ответ на длительные изменения активности, в частности, увеличение силы синапсов в ответ на уменьшение активности сигналов. Этот вид пластичности связан с гораздо большими временами, чем LTP и LTD, и может быть важен при развитии нейрональных путей. Термин «метапластичность» относится к эффектам, связанным с изменением возможности синапса проявлять пластичность.
В отличие от кратковременной пластичности, долговременная пластичность связана с экспрессией генов и синтезом новых белков. Наиболее изученными формами долговременной пластичности по-прежнему остаются LTP и LTD в области гиппокампа СА1, которые управляются N-метил-D-аспартатными (NMDA) рецепторами. Лишь в последние годы были получены доказательства в пользу существования долговременной потенциации ГАМК-опосредованной синаптической передачи (LTP), происходящей по гетеросинаптическому механизму, но и этот процесс требует активации NMDA-рецепторов в глутаматных синапсах.
Дендритная пластичность
Одним из наиболее ярких и наиболее изученных примеров того, насколько сложными могут быть дендритные вычисления, является избирательность к направлению (). Избирательные в направлении нейроны способны реагировать на движение изображений в одном направлении (PREF), но не в другом (NULL). Эти нейроны существуют у многих видов, от глаз мух до коры млекопитающих, и в большинстве из них проявляется активная роль дендритных вычислений.
Дендритный потенциал действия
Начиная с 1990-х сообщение о регистрации дендритных спайков в гиппокампальных и неокортикальных нейронах в срезах и in vivo становятся всё более частыми, всё более убеждая, что дендриты способны генерировать регенеративные спайки с помощью потенциал-зависимых натриевых (Na) и кальциевых (Ca) каналов. Одновременные соматические и дендритные пэтч-кламп регистрации непосредственно продемонстрировали генерацию дендритных спайков. В пирамидальных нейронах 5 слоя коры и гиппокампа были обнаружены дендритные спайки, которые предшествуют соматическим спайкам и распространяются в обоих типах нейронов через сильные синаптические возбуждения. Также в мозжечковых клетках Пуркинье, интернейронах гиппокампа, митральных клетках обонятельной системы и ганглионарных клетках сетчатки были обнаружены дендритные спайки и отделённые от соматических потенциалы действия.
CD47
CD47 играет роль в клеточной адгезии, являясь рецептором для тромбоцитарного THBS1, и в модулировании интегринов. Играет важную роль в формировании памяти и синаптической пластичности в гиппокампе. CD47 является лигандом рецептора SIRPA (SIRPα), связывание с которым блокирует созревание незрелых дендритных клеток и ингибирует образование цитокинов зрелыми дендритными клетками. Взаимодействие с другим рецептором SIRPG способствует межклеточной адгезии. Предотвращает клиренс из крови нормальных эритроцитов.
Дендрит
1990—2000-е годы могут быть названы периодом расцвета исследований дендритов. Стремительный прогресс технологий, молекулярной биологии и вычислительных техник привёл к быстрому появлению новых открытий, связанных с дендритными вычислениями и пластичностью, как структурной, так и функциональной.
Дендрит
Другой важным догадкой Чанга было признание за дендритными шипиками (он их называл «почечками») функции ограничения синаптической возбудимости, поскольку они предстают как механический барьер, предотвращающий достижение синаптическими выступами ствола дендрита. Шипики, благодаря их высокому омическому сопротивлению, связанному с их слишком тонкими «стеблями», должны замедлять и ослаблять синаптические возбуждающие импульсы, тем самым играя активную, а не пассивную роль в синаптической интеграции. Именно на основе этих результатов Чанга в 1970-е годы возник новый интерес к шипикам и их роли в обучении и запоминании.
Дендритный потенциал действия
В целом, существование потенциалов действия обратного распространения существенно дополняет и даже меняет классические представления о нейроне. Хотя роль аксона как места окончательной интеграции входных сигналов сохраняется, он теперь имеет не только одностороннее влияние на другие нейроны, но и на свой собственный нейрон, корректируя его активность. Вместе с тем, благодаря bAP, аксон может влиять на интегративные процессы в дендритах и в свою очередь сам ими определяться и существенно изменяя соответственно с ними конечный нейронный сигнал. Как следствие, в ЦНС возникает уникальное взаимодействие между возбуждающими и ингибирующими нейронами. Поскольку большинство ингибиторных синапсов формируют контакты ближе к соме, а некоторые даже на самом начальном сегменте аксона, то это позволяет им наиболее эффективно и точно подавить всю интегративную активность нейрона, исключая сигнализирование интегрированной им информации. Недавнее открытие того, что нейронный транскрипционный фактор регуляции активности NPAS4 (Neuronal Per Arnt Sim domain protein 4) способен увеличивать количество ингибиторных синапсов в соме и уменьшать их количество в дендритах во время поведенческой активности, подтверждает, что подавление соматического bAP хотя и не позволяет дендритам эффективно повлиять на другие нейроны, однако, он делает возможным формирование дендритной пластичности. Поскольку избирательное ингибирование соматического обратного потенциала и ослабление ингибирования дендритного сегмента приведёт к синаптическому усилению этих дендритов. Кроме того, ингибирование сомы гарантирует надёжную и целостную интеграцию в дендритах входной синаптической информации, которая не будет подавлена bAP и успешно потенцирует данный дендритный сегмент или ветку. Поэтому, для следующей генерации целостного нейронного потенциала действия в аксоне достаточно будет нескольких точно направленных синаптических импульсов.
Дендрит
От сложности и разветвлённости дендритного дерева зависит то, сколько входных импульсов может получить нейрон. Поэтому одно из главных назначений дендритов заключается в увеличении поверхности для синапсов (увеличении рецептивного поля), что позволяет им интегрировать большое количество информации, которая поступает к нейрону.
Зубы человека
Функция клеточных элементов пульпы — одонтобластов и фибробластов — состоит в образовании основного межклеточного вещества и синтезе коллагеновых фибрилл. Поэтому клетки имеют мощный белоксинтезирующий аппарат и синтезируют большое количество коллагена, протеогликанов, гликопротеинов и других водорастворимых белков, в частности, альбуминов, глобулинов, ферментов. В пульпе зуба обнаружена высокая активность ферментов углеводного обмена, цикла трикарбоновых кислот, дыхательных ферментов, щелочной и кислой фосфатазы и т. д. Активность ферментов пентозофосфатного пути особенно высока в период активной продукции дентина одонтобластами.
Молекулярные и клеточные механизмы памяти
На одном синапсе изменение силы связи (синаптическая пластичность) может быть кратковременным или долговременным. Это зависит от числа повторений обучающего раздражителя (укола в ногу). Долговременная память основана не только на усилении синаптической силы, но и на увеличении числа синаптических связей.
Дендритная пластичность
Подобная точность в кодировании источника звука и различении ИВР связана с существованием биполярных нейронов в медиальной верхней оливе (МВО, ) слуховой части ствола мозга у млекопитающих и ламинарном ядре (nucleus laminaris, NL) у птиц. МВО клетки имеют биполярную морфологию и расположены в единой парасагитальной плоскости с двумя главными дендритами, которые выходят от сомы на 180 градусов друг от друга и расположены ортогонально к оси ядра.
Дендритная пластичность
Правило обучения Хэбба требует выявления совпадений в пресинаптической и постсинаптической активности. Ответ детектора совпадений в присутствии обоих импульсов должен быть качественно отличным от ответа к каждому из этих импульсов отдельно. Как было упомянуто перед этим, лучше всего на роль такого детектора подходит уникальный макромолекулярный комплекс — NMDA-рецептор (NMDA-R), который может лежать в основе ДВП. Имея ряд необычных биофизических свойств, NMDA-R открывается только когда оба, и пресинаптические и постсинаптические нейроны, активированы. То есть, открытие рецептора требует и пресинаптического химического импульса (глутамат-нейромедиатора), и постсинаптического электрического импульса (локальную мембранную деполяризацию). Когда эти два условия выполняются в то же время, открытие NMDA-R позволяет Ca ионам войти в постсинаптический нейрон и активировать Ca-восприимчивые ферменты, которые в конечном итоге и приводят к синаптическому усилению или ослаблению.
Дендрит
С накоплением новых эмпирических данных становится все более очевидным, что дендриты играют ключевую роль в интеграции и обработке информации, а также способны генерировать потенциалы действия и влиять на возникновение потенциалов действия в аксонах, представая как пластичные, активные механизмы со сложными вычислительными свойствами. Исследование того, как дендриты обрабатывают тысячи синаптических импульсов, которые к ним поступают, является необходимым как для того чтобы понять, насколько в действительности сложным является один нейрон, его роль в обработке информации в ЦНС, так и для выявления причин многих психоневрологических заболеваний.
Дендритная пластичность
Другой яркий пример влияния дендритов на нейронные высчисления был обнаружен при изучении слуховой системы, в частности её способности локализовать звук.
Дендрит
С появлением внутриклеточной регистрации с помощью микроэлектродов, во многих типах нейронов были открыты возбуждающие и ингибирующие постсинаптические потенциалы (ВПСП и ИПСП). Также были определены свойства синапсов (потенциал равновесия) и измерены ключевые параметры постсинаптической клетки (мембранные временная и пространственная постоянные). Накопленная новая информация позволила поставить ряд вопросов относительно того, как осуществляется интеграция пассивных синаптических потенциалов в дендритах, их пространственная и временная суммация. Было выдвинуто несколько предположений, что дендриты имеют более примитивную мембрану, чем аксоны, и поэтому не имеют возможности для активной электрической проводимости. Соответственно, считалось (на основе исследований мотонейронов и сенсорных рецепторов потенциал действия возникает только в аксонном холмике, как следствие алгебраической суммации ВПСП и ИПСП, поступающих в разные части нейрона.
Нейропластичность
Нейропластичность может проявляться на разных уровнях, начиная с клеточных изменений мозга, вплоть до крупномасштабных изменений с переназначением ролей в коре головного мозга, как ответная реакция на повреждение конкретных отделов. Роль нейропластичности широко признается современной медициной, а также как явление используется в развитии памяти, обучении, и восстановлении поврежденного мозга.
Псориаз
Дендритные клетки служат своеобразным мостиком между системами врождённого и приобретённого иммунитета. Количество и активность дендритных клеток повышены в очагах псориатического поражения. Дендритные клетки больных псориазом вызывают пролиферацию цитотоксических Т-клеток-киллеров и Т-хелперов 1-го типа. Некоторые дендритные клетки способны секретировать ФНО-альфа, который вызывает хемотаксис дополнительных иммунных клеток в очаг поражения, их пролиферацию и в конечном итоге усиление воспаления. Показано, что иммуносупрессивная терапия, а также фототерапия и ПУВА приводят к уменьшению количества дендритных клеток в коже больных псориазом.
Дендритная пластичность
Если звук поступает фронтально к голове, тогда ИВР = 0 мск. Поскольку звуки с периферии (удалённые от срединно-сагиттальной плоскости) поступают в уши с большей временной задержкой, то они порождают разницы во время поступления стимула в два уха (начало ИВР) и в течение продолжительности стимула (продолжающаяся ИВР). Даже в наиболее выраженном горизонтальном положении звука, ИВР являются слишком малыми: 700 мск у человека, 400 мкс у котов и 135 мск у песчанки. Человек может различить ИВР с 10-20 мск для низкочастотных звуков, и ИРИ ~1-2 дБ.
Дендритная пластичность
Классической моделью изучения механизмов дендритного высчисления направленной избирательности является исследование «избирательности в направлении ганглионарных клеток сетчатки» (, DSRGC или DSGC). Среди ганглиозных клеток направленно-выборочными являются т. н. ON/OFF ганглиозные клетки. Они действуют, как локальные детекторы движения, реагируя на двигающиеся точки, решётки и линии в широком диапазоне скоростей. При появлении или исчезновении стимула, ON возбуждаются, когда он попадает в центр их рецептивного поля, и ингибируются, когда на периферию; OFF клетки проявляют прямо противоположную реакцию. ON/OFF DS клетки имеют двухслойное дендритное дерево, с одним разветвлением в наружной половине (OFF sublamina) внутреннего сплетениевидного слоя (IPL), а другое ветвление — во внутренний половине IPL (ON sublamina).
Миндалевидное тело
Более эмоционально окрашенная информация усиливает активность миндалины, что напрямую коррелирует с удержанием информации. Нейроны миндалины генерируют различные колебания, такие как тета-волны. Подобная активность нейронов может провоцировать синаптическую мобильность (пластичность), увеличивая число связей между участками новой коры и височной доли, которые участвуют в формировании памяти.
Долговременная потенциация
Долговременная потенциация (синоним: длительная потенциация; ) — усиление синаптической передачи между двумя нейронами, сохраняющееся на протяжении длительного времени после воздействия на синаптический проводящий путь. LTP участвует в механизмах синаптической пластичности, обеспечивающих нервную систему живого организма возможностью адаптироваться к изменяющимся условиям внешней среды. Большинство теоретиков нейрофизиологии полагают, что долговременная потенциация совместно с долговременной депрессией лежат в основе клеточных механизмов памяти и обучения.
Дендритная пластичность
Ещё более затруднило понимание природы дендритного высчисления открытие формы «однострельного» ДВП, хотя уже в CA1 нейронах гиппокампа. Этот тип ДВП требует только одной пачки () пресинаптической активности и зависит от локальных дендритных спайков. Относительно большие ВПСП (возбуждающий постсинаптический потенциал), использованные исследователями для стимуляции однострельного ДВП, предполагают, что несколько десятков пресинаптических CA3 пирамидальных нейронов были бы одновременно активированы in vivo с достаточно высокой временной точностью, что, впрочем, является вполне возможным в течение гиппокампных острых волн, которые видны на ЭЭГ. Следовательно, открытие этого быстрого ДВП, даже если оно ограничивается только определённым регионом мозга, показывает скорость и неклассичность сугубо дендритного высчисления, которое лежит в основе сохранения информации, будучи вполне независимым от аксонного потенциала действия обратного распространения.
Дендритная пластичность
Эта модель впервые показала, как нейроны, благодаря дендритным спайкам и сочетанию классической (STDP) и неклассической (BSP) пластичности, способны выполнять сложные нелинейные вычисления путём самоорганизации. Оба механизма пластичности могут породить конкуренцию между дендритными ветвями, что позволяет одному нейрону, на клеточном уровне, выполнять такие нелинейные вычисления, которые ранее считались возможными только для нейронных сетей, напр. способность связывать множество входных признаков (т .н «проблема связывания», ). В частности, модель на примере нескольких десятков симуляций демонстрирует, что только при условии нелинейности дендритных вычислений нейрон сможет выполнять разделение образов (): двойная пластичность, вследствие конкуренции дендритов, позволяет сформировать образы в кластеры и затем, используя простые логические операции AND и OR, их классифицировать и связать (хотя такой нейрон и не в состоянии реализовать функцию XOR, для чего нужны ингибирующие синапсы).
Дендритная пластичность
Одно из первых убедительных экспериментальных подтверждений привлечения дендритов в избирательность направления было сделано на зрительной системе мухи in vivo, в которой существует популяция больших интернейронов, т. н. тангенциальных клеток (TC), которые пространственно интегрируют выходные импульсы многих тысяч цилиндрических клеток, каждая из которых чувствительна только к очень малой части зрительного поля. Все TC клетки восприимчивы к движению: они возбуждаются движением в одном направлении и тормозятся движением в противоположном направлении. Соединив внутриклеточную регистрацию и кальциевую визуализацию дендритов in vivo, исследователи обнаружили два главных шага в обработке информации, которые выполняют дендриты TC клеток. Благодаря обработке входных элементов противоположных клеток, имеющих другие преимущественные направления, направленная избирательность пресинаптических нейронов в ТС клетках является существенно расширенной. В этом же исследовании было также показано, что дендритная фильтрации помогает отличить изменение в контрасте вследствие движения стимула от изменений, связанных с чисто локальными формами стимула. Результатом такой интеграции стимулов является постепенная деполяризация в аксоне тангенциальных клеток, которая с высокой точностью предоставляет информацию о скорости изображения.
Дендрит
Однако, данные правила трудно применить к нейрону, который обладает дендритами с активной проводимостью тока, как показали последние исследования. В зависимости от того, какая дендритная проводимость активируется, ВПСП могут ускоряться или затухать до достижения сомы; ВПСП могут суммироваться линейно, сублинейно или суперлинейно. Потенциал действия и другие регенеративные события могут быть инициированы даже в дендритах, образуя разнообразную палитру спаечных форм: от повторяющихся вспышек до пачек (). Такое коренное отличие пассивных дендритов от активных связано с наличием у последних потенциал-зависимых каналов, природа и расположение которых является ключевым для формирования уникального поведения дендритов. Когда эти каналы активируются, токи через них могут изменять амплитуду и временные характеристики синаптического импульса, и даже при определенных условиях генерировать «всё-или-ничего» () регенеративные потенциалы. Следовательно, синаптический импульс, который поступает к соме, будет очень изменённой версией первичного импульса.
Дендритная пластичность
Подобно тому, как внутренне нестабильной является классическая пластичность Хэбба, формы ДВП, которые опираются на дендритные локальные спайки, также будут дестабилизировать распределение нагрузок дендритного дерева. Поэтому, как и в случае с хэббовской пластичностью, стойкость дендритной информации должна обеспечивать долговременная депрессия. Недавно было найдено свидетельство того, что НМДА-подобные спайки в неокортексе также способны вызвать ДВД, но к большому удивлению исследователей, эта форма ДВД для своего возникновения нуждается лишь в «одном выстреле» (т. н. однострельное ДВД) и не требует соматического потенциала действия, хотя, возможно, этот феномен может зависеть от определённого региона мозга. Такое «однострельное» синаптическое правило обучения кардинально отличается от классического протокола стимуляции ДВД, которое обычно включает сотни повторений, и должно опираться на совершенно иные механизмы, чем классические и синхронизационные формы ДВД. Принимая во внимание, как быстро вызывается это однострельное ДВД, исследователи считают, что оно может служить для других вычислительных целей, чем классические формы ДВД, например, быть основой для «однострельного» быстрого обучения.
Дендрит
Хотя шипики трудно изучать при нормальных условиях, накоплен ряд данных, которые позволяют сделать предположение о существовании различных популяций стабильных и более пластических шипиков in vivo, и эти популяции могут варьироваться с опытом. Существует несколько догадок, что именно эти, "динамические шипики", могут участвовать в обучении, тогда как более крупные, "стабильные шипики", могут выполнять роль хранителей накопленных воспоминаний. Повторяемая активация малых шипиков ведёт к длительному увеличению в их размерах и восприимчивости к глутамату. И наоборот, незначительная активация AMPA-рецепторов стабилизирует шипики, намекая на двойную роль активации глутамат-рецептора в поддержке структурной пластичности.
Дендрит
Первое подробное описание дендритов (или «протоплазматических отростков», как они сначала назывались) было сделан Камилло Гольджи в 1873 году. Однако, он не понял их функции, считая, что они выполняют только питательную роль для нейрона. Первым, кто начал трактовать дендриты как самостоятельные функциональные единицы, был Сантьяго Рамон-и-Кахаль, который, использовав разработанный Гольджи метод окрашивания нервных тканей, предложил нейронную доктрину, согласно которой дендриты представали как место синаптических контактов между нейронами и выполняли функцию приёма и передачи синаптических импульсов. Когда функции и типы дендритных деревьев были изучены более детально, Вильгельм Хис () в 1889 году заменил термин «протоплазматические отростки» на "«дендриты»".
Дендрит
Это открытие было настолько одновременно необычным и важным, что десятилетия после его публикации нейробиологи вспоминали о нём, как о «тихой революции» в понимании нейронов и дендритов: «Новое представление о нейроне [которое вытекает из этого открытия], заключается в том, что дендрит — это отнюдь не пассивная рецептивная поверхность, но также может становиться пресинаптичным, таким, который передаёт информацию в другие нейроны через дендроденритные синапсы». Другой редкий случай синаптического контакта — это «autapse», когда аксон образует синапс с собственным дендритным деревом, но этот тип связи пока мало понятен.
Дендритная пластичность
Нейроны МВО, — в некоторых из которых аксоны даже возникают из дендритов, а не сомы, — получают билатеральные возбуждающие входные импульсы от кустистых (bushy) клеток в улитковом ядре (cochlear nucleus) и имеют одну из самых уникальных организаций дендритов во всей ЦНС. Входные сигналы от двух ушей поступают к одной МВО-клетке через два разных дендрита: входные сигналы поступают к латеральным дендритам, а контрлатеральные сигналы — к медиальным дендритам. Такая невероятная организация делает возможным разделение входных сигналов, что приводит к их электротонической изоляции, позволяет улучшить сигналов из двух различных источников и избежать доминирования сигнала из более сильного дендрита.
Дендритная пластичность
Такая организация DSGC позволяет отвечать на направление движения изображения тёмных объектов на светлом фоне — выполняется OFF ветвью — как и на объекты, более светлые, чем фон — осуществляется ON ветвью. Существуют четыре подтипа DS клетки, каждый из которых предпочитает одно конкретное направление движения. Каждый подтип покрывает сетчатку таким образом, что образуется небольшое перекрытие дендритов, таким образом получая информацию о направлении для каждого из преобладающих направлений, которые доступны в любом регионе сетчатки.
Олигодендроциты
Травмы тела, например, повреждения спинного мозга, могут также вызвать демиелинизацию. Церебральный паралич (иногда развивается из перивентрикулярной лейкомаляции, которая представляет собой локальный или распространенный асептический некроз белого вещества больших полушарий головного мозга и встречается чаще всего у недоношенных детей) в основном бывает врожденным или вызванным повреждением новообразованного мозга (травма структур головного мозга в период внутриутробного развития и родов). При церебральном параличе, травме спинного мозга, инсульте и, возможно, рассеянном склерозе олигодендроциты, как полагают, повреждаются чрезмерным высвобождением нейромедиатора глутамата. Было также показано, что повреждение опосредовано NMDA-рецепторами глутамата.
Дендрит
В отличие от дендритов, шипики также быстрее реорганизуются и меняются. Их пластичность зависит от актиновых нитей и, скорее всего, коррелирует с обучением. Богатые актином шипики характеризуются особыми морфологическими изменениями, которые связаны с долговременной потенциацией (LTP) и играют ключевую роль в обучении.
Дендритная пластичность
Наиболее характерную морфологию среди амакриновых клеток имеют SAC. Дендриты SAC расположены пучком вместе с DSGC-дендритами и именно поэтому рассматриваются как наиболее вероятные кандидаты на роль первичных детекторов движения. В отличие от других нейронов, SAC характеризуются огромным перекрытием дендритов и потому способны обеспечить различные подтипы DSGC надлежащими нейронными схемами вычислений. Если, к примеру, SAC изъять из нейронной сети (напр., путём удаления клетки), то направленно-выборочные ответы в DSGC исчезают.
Дендрит
Дендриты некоторых нейронов, такие, как корковые 5 слоя, пирамидальные нейроны CA1 и нейроны в базальных ганглиях, имеют все подтипы каналов HVA (L-, N-, P/Q-, и R-тип). Относительно медленный, более длительный внутренний ток, который поставляется Ca-каналами, ещё больше прибавляет возбуждения дендритной мембране и выполняет ряд важных ролей в дендритах: открытие VGCC усиливается синаптическими потенциалами и обратным распространением аксонного потенциала действия, иногда приводя к генерации Ca-спайков и плато-потенциалов; локализованные в дендритных шипиках корковых пирамидальных клеток, они являются основой усиления синаптических импульсов; другие способствуют генерации пачек потенциалов действия, дендритных спайков, а в митральных клетках и дофаминергических нейронах обусловливают кальций-зависимое высвобождение медиатора.
Spaced learning
Дуглас Филдс (Douglas Fields) из национального института детского здоровья и развития (the National Institute for Child Health and Development) в США был главой исследовательской группы, изучавшей неврологические процессы, отвечающие за запоминание. Результатом исследования было описание процесса формирования памяти, а также того, как можно обеспечить запоминание информации.
Дендрит
Когда Ролл осознал, что дендриты играют значительную роль в электрической проводимости нейронов, он начал детальное изучение геометрии разветвлений дендритов мотонейронов, что позволило ему применить к ним кабельную теорию, сведя всё многообразие дендритных деревьев к одному цилиндру. Это не только упрощало изучение дендритов, но и позволяло открыть их новые свойства: в частности, Ролл предсказал, что синапсы на удаленных дендритах также влияют на соматическую деполяризацию. Однако все статьи, которые он посылал в журналы, отклонялись редакторами, с аргументацией, что найденное Роллом кратковременное снижение потенциала было связано с особенностями технических приборов и не имело существенного значения. Впрочем, на нескольких статьях Ролл увидел комментарии и изменения, характер которых вполне свидетельствовал, что их читал Экклс. Тогда Ролл опубликовал свои теоретические статьи в новом, малоизвестном журнале «Экспериментал Нэуролоджи», в котором Экклс не был рецензентом.
Нейропластичность
Нейропластичность — это свойство человеческого мозга, заключающееся в возможности изменяться под действием опыта, а также восстанавливать утраченные связи после повреждения или в качестве ответа на внешние воздействия. Это свойство описано сравнительно недавно. Ранее было общепринятым мнение, что структура головного мозга остается неизменной, после того, как сформируется в детстве.
Малабу, Катрин
В центре интересов Малабу — связи между диалектикой и деконструкцией, которые анализируются через концепт «пластичность». В докторской диссертации «Будущее Гегеля: пластичность, темпоральность, диалектика» (), написанной под руководством Жака Деррида, Малабу определяет пластичность, как возможность одновременно придать и приобрести форму и таким образом открыться будущему. Но пластичность описывает не только формообразование, ее можно понимать и как разрушение (деструкцию) любых форм.
Дендритный потенциал действия
Ряд экспериментальных опытов показал, что активные дендриты могут генерировать локальные спайки, когда синаптический входной импульс является достаточно сгруппированным в пространстве и времени (последнее является главным условием для существования детектора совпадений в дендритах). Такие спайки могут быть сгенерированы с помощью любой комбинации потенциалзависимых регенеративных внутренних токов, присутствующих в дендритной мембране. К примеру, ток, обусловленный активацией ионотропного рецептора глутамата — NMDA (N-метил-D-аспартат) рецептора — чрезвычайно потенциалзависим.
Дендритный потенциал действия
Открытие того, что дендриты могут генерировать спайки, породило важную проблему — как дендриты интегрируют синаптические импульсы: если спайки могут быть сгенерированы в дендритах, интегративная сила дендритного дерева будет минимальной, поскольку многие пространственные и темпоральные взаимодействия, включая возбуждения и торможения, будут нивелированы генерацией дендритного спайка в ответ на несколько ВПСП (возбуждающий постсинаптический потенциал). Одно из решений было предложено ещё в 1959 году выдающимся американским нейрофизиологом Рафаэлем Лоренте де Но (), который выдвинул предположение, — которое сегодня подтверждается многими экспериментальными данными — что уменьшение проводимости дендритных спайков может играть важную роль в дендритной интеграции в ЦНС. В связи с этой идеей, спайки могут быть сгенерированы в дендритах, но они не будут благополучно распространяться к соме. Их главное воздействие будет заключаться в увеличении деполяризации, связанной с данным синаптическим импульсом, но не обязательно в генерации аксонного потенциала действия. Одна из главных функций такого спайка будет заключаться в усилении синаптических потенциалов, благодаря чему будет увеличиваться вероятность, что комбинация синапсов, которые вызвали настоящий дендритный спайк, в конце концов приведёт к появлению конечного выходного импульса от нейрона через генерацию потенциала действия в аксоне. В таком случае дополнительная соматическая деполяризация, связанная с дендритным спайком, приведёт мембранный потенциал выше порога для генерации соматически-аксонного потенциала действия.
Дендритный потенциал действия
Обратная связь, которая осуществляется через такое обратное распространение потенциала действия, является достаточно сложной и имеет множество важных последствий для функционирования дендритов, как и для синаптической пластичности. К примеру, единственный bAP способен активировать слабые дендритные потенциал-зависимые токи, которые, в свою очередь, протекают назад, в сторону начального сегмента генерации потенциала действия в аксоне, часто приводя к генерации дополнительного потенциала действия. Таким образом, в результате взаимодействия с дендритами, соматический ПД способен приводить к генерации даже пачек потенциалов(см. следующий подраздел).
Дендрит
Впрочем, морфология дендритов определяет не только количество и тип контактов, которые может образовать данный нейрон с другими нейронами, но и его вычислительные операции. Как моделирование, так и электрофизиологические исследования поведения нейронов in vitro и in vivo, показали, что нейроны с более сложной морфологией (большие и разветвлённые дендритные дерева, больше веток и шипиков) характеризуются пачечной пульсацией, тогда как нейроны с более простой морфологией имеют тенденцию к тоническим спайкам. Также морфология дендритов имеет существенное влияние на распространение потенциала действия, выявление дендритами совпадений во входных синаптических импульсах.
Синаптическая пластичность
Модель пластичности, зависимая от времени спайка (spike-timing-dependent plasticity, STDP) это вид синаптической пластичности, который регулирует силу связей в зависимости от относительного времени между активацией нейрона и входными потенциалами действия (спайками на входе). Согласно этой модели пластичности, если входной спайк следует в среднем непосредственно перед активацией нейрона, то такая связь усиливается, а если следует в среднем непосредственно после активации нейрона, то такая связь ослабляется. Таким образом усиливается влияние входов, которые могут служить причиной активации нейрона, и ослабляется влияние входов, сигналы которых не могли и не могут быть причиной активации. Данный вид пластичности хорошо согласуется с принципом Хебба для обучения искусственных нейронных сетей, согласно которому должна усиливаться связь между узлами, активирующимися одновременно. Так как в биологической системе сигналы распространяются не мгновенно, а с задержкой, то чтобы активация одного нейрона могла быть причиной активации другого, первый должен активироваться немного раньше.
Дендритный потенциал действия
Кроме этого, значительное влияние на диапазон распространения bAP имеет соматический потенциал действия, поскольку, чем более он шире, тем меньше он угасает во время распространения в дендритном дереве. Несмотря на то, что одной из ролей bAP является инициирование дендритного высвобождения нейромедиатора, то не удивительно, что наиболее эффективным является обратное распространение в дендритном дереве дофаминных нейронов чёрной субстанции (средний мозг), поскольку эти клетки характеризуются самым широким соматическим потенциалом среди всех других нейронов, где был зафиксирован bAP, и который, следовательно, позволяет надёжно и быстро высвобождать дофамин. Такую же роль выполняет bAP в митральных клетках обонятельной луковицы, где соматические потенциалы действия также значительно более широкие, чем в других известных нейронах.
Дендритная пластичность
Для случая слуховой системы такое открытие активной роли дендритов было недавно сделано в новаторском исследовании in vivo кальциевой активности у пирамидальных нейронов слоя 2/3 слуховой коры мыши на уровне индивидуальных шипиков. Подобно дендритам зрительной системы, было обнаружено, что сенсорная (звуковая) стимуляция может активировать даже один шипик и что различные шипики на том же самом дендрите отдают предпочтение тонам различных частот и даже способны отвечать на широкополосный шум. Это исследование впервые показало, что сенсорная активность стимулирует не дендритный ствол, а шипик, который затем предстаёт как отдельный частотно-выборочный (frequency selective) сегмент дендритного дерева. Вместе с тем, в отличие от большинства исследований, которые свидетельствуют о кластеризации синаптических входных сигналов, здесь было обнаружено, что шипики слишком неоднородно распределены на дендрите, где даже два соседних шипика отдают предпочтение разным частотам тонов.
Дендритная пластичность
Таким образом МВО-нейроны проявляют микросекундную избирательность к ИВР. Когда оба возбуждающих пути к дендритам активируются в пределах узкого временного интервала, МВО-нейроны обнаруживают совпадение синаптических входных импульсов и генерируют потенциал действия. Когда же эти пути активируются асинхронно, то МВО-нейроны не генерируют ПД. Поэтому функция отклика ИВР представляет вариацию частоты разрядов МВО-клеток с относительным опозданием двух входных сигналов, а следовательно и позицию звука вдоль горизонтальной плоскости.
Дендритная пластичность
Впрочем, такая же частотная селективность отдельных сегментов дендритов недавно была предсказана теоретически на основе STDP-пластичности (, ). Но, в отличие от упомянутого экспериментального исследования, эта теория моделирует дендриты как пассивные кабели, не принимая во внимание потенциалзависимые каналы и кальциевую активность. При таких посылках, теория и эксперимент приходят практически к одинаковым выводам, что синапсы в различных регионах дендритного дерева настроены на разные частоты. За исключением того, что математическая модель предусматривает кластеризацию синапсов, а эксперимент показывает их неоднородное распределение по всему дендритному дереву.
Дендритные клетки
Миелоидные ДК не экспрессируют популяционные маркеры других клеток иммунной системы, таких как CD14 (моноциты, макрофаги и нейтрофилы), CD3 (Т-лимфоциты), CD19, CD20 (B-лимфоциты), CD56, CD57 (естественные киллеры), CD16, CD66b (гранулоциты). В ответ на стимуляцию индукторами созревания, миелоидные дендритные клетки продуцируют преимущественно цитокины Th1 спектра, включая ИЛ-6, ИЛ-12, фактор некроза опухоли и интерферон-гамма.Основной функцией дендритных клеток является презентация антигенов Т-клеткам. Дендритные клетки также выполняют важные иммунорегуляторные функции, такие как контроль за дифференцировкой Т-лимфоцитов, регуляция активации и супрессии иммунного ответа. Важной особенностью дендритных клеток является способность захватывать из окружающей среды различные антигены при помощи пиноцитоза и рецептор-опосредованного эндоцитоза. Больше всего дендритных клеток находится в тканях, которые соприкасаются с внешней средой, например в толще эпителиального слоя слизистой оболочки кишечника, в подслизистой респираторного, желудочно-кишечного и урогенитального трактов.
Стабилизация синапса
Стабилизация синапса — критически важный процесс как в формирующейся, так и во взрослой нервной системе, который является результатом поздней фазы долговременной потенциации. Механизмы этого процесса включают в себя укрепление и поддержание активных синапсов (через увеличение экспрессии элементов цитоскелета и внеклеточного матрикса, а также постсинаптических структурных белков, опосредующих сигнальные пути) и ликвидацию неактивных. Большую роль в стабилизации и поддержании структуры синапса играют молекулы клеточной адгезии (МКА). Джеральд Эдельман открыл МКА, и, изучая их функции, показал, что эти молекулы необходимы для осуществления процесса миграции клеток в частности, и формирования нервной системы в общем. В сформировавшейся нервной системе синаптическая пластичность, касающаяся обучения и памяти, во многом зависит от работы молекул клеточной адгезии.
Дендритная пластичность
Граймс с коллегами, соединив двух-фотонную визуализацию кальция и вычислительное моделирование (см. изображение), неожиданно открыли, что даже одна A17 амакриновая клетка обеспечивает сетчатку примерно 150 локальными единицами (микросхемами) обратных связей, которые способны действовать совершенно независимо друг от друга, представая как отдельные дендритные компартменты. В частности, в сочетании с предыдущими данными было выявлено, что поступление кальция в глутаматные рецепторы, активируемые биполярными клетками, усиливается высвобождением кальция из внутренних запасников клетки. Этого кальция вполне достаточно для того, чтобы вызвать реципрокное высвобождение ГАМК в аксонные окончания биполярных клеток без необходимости приведения в действие потенциал-зависимых кальциевых каналов. Так избегается значительное изменение мембранного напряжения, которое могло бы распространиться на соседние варикозы и помешать изоляции.
NMDA-рецептор
Этот процесс играет ключевую роль в синаптической пластичности, а следовательно и в процессах обучения и памяти. В отличие от других рецепторов, NMDAR одновременно восприимчив к эндогенным лигандам-агонистам и антагонистам и к изменению мембранного потенциала ().
Дендрит
Электрически дендриты могут быть охарактеризованы через их пассивные свойства («скелет»), к которым добавлены (нелинейные) синаптически- и потенциал-зависимые ионные каналы. Пассивный (близкий к потенциалу покоя) скелет дендритов характеризуется удельным мембранным сопротивлением, дендритов, которое является относительно высоким (1000—100 000 Ом·см²), откуда следует, что дендритная мембрана является диэлектриком высокого сопротивления. С удельной ёмкостью, в приблизительно 1 мкФ/см², мембранная постоянная времени, (которая определяет временной интервал для интеграции синаптических входных импульсов) составляет порядка . В зависимости от типа и морфологии, площадь поверхности мембранного дендритного дерева колеблется от 20 000 до 750 000 мкм², объём может достигать до 30 000 мкм³, длина — 10 мм (напр., в поясничных мотонейронах). Внутриклеточная цитоплазма и внеклеточная среда дендритов содержит ионы, способные проводить электрический ток. Дендритная мембрана также способна проводить ток через специфические трансмембранные ионные каналы, но ток, который проходит через мембрану, встречает значительно большее сопротивление, чем вдоль внутренней сердцевины. Кроме мембранных каналов (мембранное сопротивление), дендритная мембрана способна накапливать ионные заряды, то есть функционировать, как конденсатор.
Дендрит
Кроме того, ряд исследований показал, что значительные изменения в морфологии дендритов, шипиков и синапсов характерны для болезни Альцгеймера и шизофрении. Бета-амилоидний пептид, который может вести к образованию амилоидных бляшек и который связан с болезнью Альцегймера, может блокировать А-тип потенциал-зависимого калиевого канала в дендритах пирамидальных клеток. Особенно уязвимы к разрушительному воздействию бета-амилоидов калиевые каналы тонких ветвей наклонённых дендритов, в результате чего может возникать ухудшение когнитивных функций.
Plastic Memories
— андроид, имеющий синтетическую «душу» и характер прописанные в нём программным обеспечением, тем не менее предполагающие свободу воли и живую личность. Эксплуатируются в качестве поддержки людей или их замены, когда это необходимо, так например, гифтия может быть ребёнком бездетной пары (в сериале гифтии встречаются в базовом возрасте от 10 и 20—25), идеальным телохранителем или идеальным возлюбленным. Очень легко привязываются к «хозяину» человеку, вплоть до взаимной искренней любви. Имеет срок жизни в девять лет.
Дендритный потенциал действия
Существование дендритных спайков существенно увеличивает репертуар вычислительных функций нейрона, делая возможным функциональные ассоциации локальных входных сигналов; усиление отдалённых синаптических импульсов, которые в противном случае не могли бы иметь влияние на соматический потенциал; влиять на стимуляцию синаптической пластичности.
Дендритная пластичность
Повышение выявления совпадений (а следовательно и локализации звука) МВО-клетками осуществляется благодаря нелинейной суммации (т. н. «насыщение нелинейности») входных возбуждающих синаптических сигналов и увеличению нелинейной потери, когда сигналы скапливаются на одном дендрите, а не распределяются между несколькими. Когда синаптические входные сигналы активируются на том же самом дендрите, то возникает большее локальное изменение напряжения, которое снижает движущую силу для синаптического тока в этом дендрите, чем если бы синапсы формировали контакты на различных дендритах. В последнем случае синапс генерирует более деполяризующий ток и поэтому возникает большая вероятность порождения потенциала действия в аксоне, который в результате сигнализирует, что звук пришел с данного места.
Дендритная пластичность
Прогресс в технологии in vivo нейровизуализации позволил выявить пластические изменения в нейрональных свойствах, связанных с обучением и памятью. Такие изменения включают перестройку в морфологии уже существующих синапсов, в частности увеличение дендритных шипиков в течение ДВП и уменьшение шипиков течение ДВД. Другие структурные изменения могут включать появление новых синаптических контактов, обусловленных появлением новых дендритных шипиков вследствие стимуляции синаптической пластичности. Одним из доказательств того, что подобные структурные изменения связаны с памятью и обучением, является недавнее исследование, которое показало рост дендритных шипиков в нейронах двигательной коры как следствие двигательного обучения.
Синаптическая пластичность
Более долгоживущие формы пластичности возникают после серии стимуляций, произведённых с высокой частотой (судорожной, или тетанической стимуляции). Усиление (augmentation, facilitation) и пост-судорожная потенциация (post-tetanic potentiation, PTP) описывают увеличение выброса нейротрансмиттера продолжительностью от нескольких секунд (усиление) до нескольких минут (PTP). При этом также увеличивается вероятность выброса нейротрансмиттера за счёт накопления кальция в пресинаптическом терминале во время серии стимулов, которое может сочетаться с модификацией пресинаптических белков.
Дендрит
Кроме того, дендритные могут увеличивать точность обнаружения коинциденций (совпадений) отдалённых входных сигналов, а также действовать как фильтр, который оптимизирует апикальные дендриты для низкочастотных осциллирующих входных импульсов. Также ключевую роль играет в синаптической пластичности: NMDA-обусловленная LTP увеличивает активность HCN-каналов в CA1-нейронах гиппокампа, тогда как LTD её уменьшает.
Дендрит
Кратковременные K-каналы типа А (K) были найдены в мозжечковых клетках Пуркинье, где они отвечают за ещё большее усиление сильно угасающих возвратно-протекающих потенциалов действия. Одним из наиболее плотных является присутствие K-каналов А-типа в пучковых и митральных клетках обонятельной системы, как и в пирамидальных нейронах CA1. Тогда как в таламо-кортикальных нейронах и глубинных клетках неокортекса K-каналы распределены менее плотно. В целом, эти дендритные калиевые каналы снижают дендритную возбудимость; ограничивают распространение локальных дендритных спайков и Ca-сигналов, порождённых синаптическими входными импульсами или потенциалами действия обратного распространения; задействованы в реполяризации фазы потенциала действия; ограничивают амплитуду потенциала действия обратного распространения; увеличивают порог для генерации потенциала действия в дендрите, а также контролируют частоту вспышек. Поэтому эти каналы влияют на формы синаптической пластичности, которые зависят от потенциалов действия обратного распространения или локальных спайков.
Дендриты и шипики нескольких центральных нейронов также содержат кальций-активированные калиевые каналы (KCa). Кальций-активированные калиевые каналы малой проводимости (K2, или SK) локализованы близко к синаптическим и экстрасинаптическим глутамат-рецепторам, то есть они имеют синаптические функции. В частности, эти каналы уменьшают дендритную интеграцию через ограничение Ca спайков (плато-потенциалов), вызванных сильным синаптическим входным импульсом. Также, в гиппокампе и миндалине вхождение Ca через NMDA-рецепторы активирует K2-каналы, гиперполяризует мембрану и способствует блокированию NMDA-рецепторов магнием (Mg), ограничивая дальнейшую активацию. Следовательно, K2-опосредованная отрицательная обратная связь с NMDA-рецепторами влияет на стимуляцию пластичности Хэбба.
Дендритные клетки
Дендритные клетки () — это гетерогенная популяция антигенпредставляющих клеток костно-мозгового происхождения. Морфологически дендритные клетки — крупные клетки (15-20 мкм) круглой, овальной или полигональной формы с эксцентрически расположенным ядром, многочисленными разветвлёнными отростками мембраны. Термин «дендритные клетки» ввёл в 1973 году Ральф Стайнман из Рокфеллеровского университета.
Лаконичность
Лаконичность особенно важна в рекламе, так как денежные затраты на рекламу зависят от её длины. Также это связано с особенностями памяти человека — в кратковременной памяти фиксируется примерно 7±2 элемента.
Дендритная пластичность
Важное различие между STDP и вызванной локальными спайками пластичностью заключается в скорости стимуляции: в то время, как STDP требует много повторений совпадающих пре-пост стимуляций, то лишь одного локального спайка достаточно для создания ДВД или ДВП (однако, см. также). Исследования CA1 пирамидальных нейронов обнаружили, что даже одна активация единственного синапса способна вызвать локальную деполяризацию, достаточную для активации НМДА-рецепторов. Подобное увеличение в скорости стимуляции связано в значительной степени со взаимной активацией соседних НМДА-рецепторов, находящихся на одном дендрите. Следовательно, зависимая от локального спайка пластичность может быть решающим механизмом, который лежит в основе быстрого получения воспоминаний, рабочей памяти.
Дендритная пластичность
Итак, данная модель подтвердила гипотезы, которые возникли на основе экспериментов, что сила ветки может сохранять черты многих паттернов входных сигналов, помнить их.
Дендритная пластичность
В основе дендритной пластичности лежит динамическая природа дендритов, которые могут быть смоделированы через изменение их объёма, наклона, с потерей или добавлением других дендритов и дендритных шипиков, изменениями длины шеи шипиков, действием на дендритные потенциал-зависимые ионные каналы. Все эти формы дендритной пластичности связаны с обучением и памятью и являются основой уникальных биологических, вычислительных функций одиночных нейронов.
Никотинамидадениндинуклеотид
Окислительно-восстановительные реакции, катализируемые оксидоредуктазами, составляют важнейшую часть всех метаболических путей, однако наиболее значима их роль в процессах, связанных с выделением энергии из питательных веществ. В них такие восстановленные соединения, как глюкоза и жирные кислоты, окисляясь и в связи с этим выделяют энергию. Эта энергия запасается NAD при его восстановлении до NADH в ряде реакций β-окисления жирных кислот, гликолиза и цикла трикарбоновых кислот. У эукариот электроны, перенесённые на восстановленный в цитоплазме NADH, переносятся в митохондрию для восстановления митохондриальных NAD с помощью , таких как . Митохондриальный NADH затем окисляется белками электроно-транспортной цепи, которые накачивают протоны в из митохондриального матрикса, и благодаря энергии протонов в ходе окислительного фосфорилирования синтезируется ATP. Такую же транспортную функцию челночные системы имеют и в хлоропластах.
Дендритная пластичность
Хотя данная модель была построена для пассивных дендритов, недавние экспериментальные исследования показали, что она также хорошо подходит для объяснения активной роли дендритов для бинаурального обнаружения звуковых совпадений.
Дендритная пластичность
То есть, вместо того, чтобы интегрировать широкие пространственные сигналы, — как действуют дендриты во многих других нейронах, — большие А17 амакриновые клетки изолируют реципрокные синапсы обратной связи, и дендритные сегменты тогда действуют как параллельные, независимые субъединицы, каждая из которых вычисляется локально.
На основе полученных данных исследователи построили модель, согласно которой дендритная ветка А17 может изолировать синаптические процессы в различных варикозах для потока фотонов, характерного для низко-освещенных (scotopic) условий. С увеличением интенсивности света (и потока фотонов), вероятность синхронных входных сигналов в соседних варикозах вдоль дендрита растёт, что ведёт к взаимодействиям, которые усиливают синаптический входной импульс.
Дендрит
Как и в аксонах, в дендритах также были обнаружены Na-каналы, которые отвечают за генерацию и распространение потенциала действия почти во всех аксонах. В некоторых нейронах (неокортикальных пирамидальных нейронах, митральных нейронах и пирамидальных нейронах CA1) плотность Na-каналов является относительно высокой и постоянной по всему дендритному дереву, что позволяет им влиять на прохождение постсинаптического потенциала, ускорять его. Наибольшая плотность Na в дендритах была обнаружена в интернейронах CA1. Однако в др. типах нейронов (напр., ганглионарных клетках сетчатки, допаминных нейронах чёрной субстанции, гранулярных клетках и т. п.) эта плотность не является такой большой, что объясняет, почему некоторые из этих дендритов не могут сгенерировать потенциал действия.
Дендритная пластичность
Хотя K1 каналы присутствуют как в соме, так и дендритах, их плотность более смещена в сторону сомы. Когда ВПСП распространяются вдоль отдалённых дендритов МВО-нейронов, пассивная кабельная фильтрация, присущая этим дендритам, задерживает время нарастания ВПСП и увеличивает их продолжительность. Обусловленное K1 каналами обострение ВПСП не имеет на эти дендриты ощутимого влияния даже во время сильной деполяризации. Однако когда эти импульсы проникают в более близкие дендриты и сому, они дифференциально активируют значительно большие низко-пороговые калиевые токи ("I") у сомы. Эта активация "I" является достаточно длительной в течение бинауральной стимуляции.
CREB
Доказана роль CREB в нейрональной пластичности и формировании долговременной памяти
Дендритная пластичность
Поскольку внутриклеточная концентрация кальция является необходимым условием для возникновения синаптической пластичности, то синаптически порождённые локальные дендритные спайки могут быть одной из причин синаптической пластичности, и даже сами по себе вызывать ДВП и ДВД. Так, к примеру, в одном из недавних исследований было сделано неожиданное открытие, что синаптически вызванные дендритные спайки стимулируют ДВП в CA1 нейронах гиппокампа, однако эта синаптическая пластичность не требует активного обратного распространения натриевых соматических потенциалов действия, поскольку они блокируются локальным применением к ближайшей части апикального дендрита антагониста натриевого канала — TTX. Скорее всего, формирование прочной ДВП в отдалённых дендритах требует относительно сильной стимуляции и, как следствие, локальных дендритных спайков, а не ослабленного потенциала обратного распространения.
Эксплицитная память
Эксплицитную память также называют "декларативной". Декларативная память включает в себя запоминание событий, слов, лиц и т. д., и поскольку её содержание может быть «декларировано» (отсюда и название), она считается осознанной, то есть эксплицитной. Декларативная память включает в себя 2 подсистемы:Кодирование эксплицитной памяти зависит от стимулируемой нисходящей обработки, в которой субъект реорганизовывает данные для хранения. Субъект создает ассоциации с ранее связанными раздражителями и переживаниями. Последующее вспоминание информации, таким образом, в значительной степени зависит от того, каким способом первоначально была обработана информация.. Чем глубже человек анализирует окружающие явления, тем более детализированный и запоминающийся след остаётся у него в памяти, чего нельзя сказать о поверхностном анализе. Это называется эффектом уровня обработки. Проще говоря, чтобы создать эксплицитные воспоминания, человеку нужно переживать события: думать о них, говорить о них, писать о них, изучать их и т. д. Если студент читает учебник, а после этого пишет тест, то семантическая память, касающаяся того, что было прочитано, улучшается. Эта проработка, «метод теста», улучшает запоминание информации. Это явление называется эффектом тестирования.
Воспроизведение: так как человек играет активную роль в обработке информации, внутренние сигналы, которые использовались в обработке, также могут быть использованы для инициирования спонтанного вспоминания. Когда кто-то говорит о событии, слова, которые они используют, помогут человеку, когда он попробует вспомнить этот случай позже. Условия, в которых информация фиксируется в памяти, могут повлиять на воспоминания. Если человек находится в такой же обстановке, в какой он находился, когда исходная информация была запечатлена, ему гораздо проще вспомнить событие. Это относится к специфике кодирования и это также касается эксплицитной памяти.
Дендритная пластичность
Хотя способность нейронных дендритов к генерации локальных потенциалов действия (дендритных спайков) известна уже несколько десятилетий, относительно мало внимания уделялось способности дендритов стимулировать синаптическую пластичность. Впрочем, поскольку синапсы (особенно возбуждающие) больше всего сосредоточены в дендритах, то дендритные свойства должны существенно влиять на появление и формирование различных типов синаптической и несинаптической (внутренней) пластичности.
Дендрит
Один из возможных компромиссов между «демократией» и «независимостью» в дендритной обработке информации недавно был найден при изучении не пирамидальных клеток, а т. н. координатных клеток (звёздчатых нейронов энториальной коры) и заключается в том, что если дендриты имеют сильное влияние на соматический мембранный потенциал («демократия»), тогда, из-за двусторонности электротонического соединения (существование градиента напряжения между дендритами и сомой, как результат потенциала действия обратного распространения), сома будет сильнее влиять на дендритные процессы (потеря «независимости» — способности самостоятельно от других дендритов интегрировать свои входные сигналы), вырождая их локально суммированную информацию. Иначе говоря, увеличение дендритной независимости ведёт к уменьшению их влияния на сому и, как следствие, к уменьшению синаптических входных сигналов на сами дендриты.
Дендритная пластичность
В отличие от МВО-клеток, клетки-осьминоги для компенсации подобного кохлеарного опоздания бегущей волны используют дендритную пассивную фильтрацию, порождая большие, быстро растущие интегрированные ВПСП у сомы.
Пиелонефрит
В настоящее время нормализация состояния биологических мембран играет важную роль в успешном лечении заболеваний мочевой системы. Установлена патогенетическая роль повреждения липидного компонента мембран эпителия почечной ткани при формировании дизметаболической нефропатии, нефролитиаза, интерстициального нефрита. Основным процессом, приводящим к деструкции мембран, является свободнорадикальное перекисное окисление липидов (ПОЛ). ПОЛ относится к неспецифическим реакциям, выраженность которых нередко определяет прогноз и исход многих патологических состояний.