Neuron kolczasty średni - Medium spiny neuron

Średni neuron kolczasty
Detale
Lokalizacja Zwoje podstawy
Kształt Neuron kolczasty
Funkcjonować Hamujący neuron projekcyjny
Neurotransmitter GABA
Połączenia presynaptyczne Dopaminergiczne: VTA , SNc
Glutaminergiczne: PFC , hipokamp, ​​ciało migdałowate, wzgórze, inne
Połączenia postsynaptyczne Inne struktury zwojów podstawy
Identyfikatory
NeuroLex ID nifext_141
Anatomiczne warunki neuroanatomii

Średnie neurony kolczaste ( MSN ), znane również jako neurony projekcyjne kolczaste ( SPN ), to szczególny typ komórek hamujących GABAergiczne , reprezentujących 95% neuronów w ludzkim prążkowiu , strukturze zwojów podstawy . Średnie neurony kolczaste mają dwa pierwotne fenotypy (typy charakterystyczne): MSN typu D1 ścieżki bezpośredniej i MSN typu D2 ścieżki pośredniej. Większość MSN prążkowia zawiera tylko receptory dopaminy typu D1 lub D2 , ale subpopulacja MSN wykazuje oba fenotypy.

MSN bezpośredniego szlaku pobudzają swoją ostateczną strukturę wyjściową zwojów podstawy (np. Wzgórze ) i promują związane z nimi zachowania; Te neurony wyrażają D1 typu receptorów dopaminy , receptorów adenozyny A1 , dynorfinę peptydów, jak substancja P peptydów. MSN szlaku pośredniego hamują strukturę wyjściową i z kolei hamują związane z nią zachowania; neurony te wyrażają receptory dopaminy typu D2, receptory adenozyny A2A (A2A), heterotetramery DRD2 – A2A i enkefalinę . Oba typy wyrażają receptory glutaminianu ( NMDAR i AMPAR ), receptory cholinergiczne ( M1 i M4 ) oraz receptory CB1 są wyrażane na obszarze somatodendrytycznym obu typów MSN. Subpopulacja MSN zawiera zarówno receptory typu D1, jak i typu D2, przy czym około 40% MSN prążkowia eksprymuje mRNA DRD1 i DRD2 . W jądrze półleżącym (NAcc) te mieszane typy MSN, które zawierają zarówno receptory typu D1, jak i typu D2, są głównie zawarte w powłoce NAcc .

W grzbietowe prążkowia numery MSN odgrywają kluczową rolę w inicjowaniu i kontrolowanie ruchów ciała, kończyn i oczu. W brzuszna prążkowia numery MSN odgrywają rolę kluczową motywacji, nagrody, zbrojenia i awersji. Podtypy neuronów grzbietowych i brzusznych średnich neuronów kolczastych (tj. Bezpośredni typ D1 i pośredni typ D2) są identycznymi fenotypami , ale ich połączenia wyjściowe różnią się.

Mikroskopia konfokalna projekcja Z średnich neuronów kolczastych (MSN) w prążkowiu myszy. Neurony znakowano przy użyciu myszy matrisome MSN Gpr101-Cre w połączeniu z reporterami dtTomato (białko czerwonej fluorescencji). Projekcja 3D z tych samych neuronów można obejrzeć tutaj .

Wygląd i lokalizacja

Średnie neurony kolczaste to neurony średniej wielkości (~ 15 mikronów średnicy, ~ 12-13 mikronów u myszy) z dużymi i rozległymi drzewami dendrytycznymi (~ 500 mikronów średnicy). MSN ścieżki bezpośredniej prążkowia (dMSN) projektują bezpośrednio do gałki bladej wewnętrznej (GPi) i istoty czarnej pars reticulata (SNpr), podczas gdy sieci MSN z pośredniej ścieżki prążkowia (iMSN) ostatecznie rzutują na te dwie struktury poprzez pośrednie połączenie z zewnętrzną gałką bladą (GPe ) i brzuszną bladą bladą (VP). GPe i VP wysyłają projekcję GABAergiczną do jądra podwzgórza , które następnie wysyła projekcje glutaminergiczne do GPi i SNpr. Zarówno GPi, jak i SNpr wysyłają hamujące projekcje do jąder we wzgórzu .

Funkcjonować

MSN są hamującymi neuronami GABAergicznymi , ale wpływ bezpośrednich MSN (dMSN) i pośrednich MSN (iMSN) na ich ostateczne struktury wyjściowe jest różny: dMSN wzbudzają, podczas gdy iMSN hamują ich struktury wyjściowe zwojów podstawy (np. Wzgórze ). W zwojach podstawy mózgu znajduje się kilka złożonych obwodów pętli neuronalnych, z których wszystkie zawierają średnie neurony kolczaste.

Wejścia korowe, wzgórzowe i pnia mózgu, które docierają do średnich neuronów kolczastych, wykazują ogromną rozbieżność, ponieważ każdy przychodzący akson tworzy kontakty z wieloma neuronami kolczastymi, a każdy neuron kolczasty otrzymuje ogromną ilość danych wejściowych z różnych przychodzących aksonów. Ponieważ te wejścia są glutaminergiczne, wykazują one pobudzający wpływ na hamujące średnie neurony kolczaste.

W prążkowiu znajdują się również neurony interneurony, które regulują pobudliwość średnich neuronów kolczastych. Połączenia synaptyczne między konkretnym interneuronem GABA- ergicznym, parwalbuminą eksprymującą interneuron o szybkich szczytach i neuronami kolczastymi znajdują się blisko somy neuronów kolczastych, czyli ciała komórki. Przypomnijmy, że pobudzające potencjały postsynaptyczne wywołane glutaminergicznymi wejściami w dendrytach neuronów kolczastych powodują potencjał czynnościowy tylko wtedy, gdy fala depolaryzacji jest wystarczająco silna po wejściu do somy komórki. Ponieważ wpływ interneuronów szybko wyskakujących znajduje się tak blisko tej krytycznej bramy między dendrytami a somą, mogą one łatwo regulować wytwarzanie potencjału czynnościowego. Dodatkowo inne typy interneuronów GABAergicznych łączą się z neuronami kolczastymi. Obejmują one, że ekspresja interneurony hydroksylazy tyrozynowej i neuropeptyd Y .

Grzbietowe numery MSN prążkowia

Bezpośrednia ścieżka

Anatomia

Bezpośrednia droga w zwojach podstawy mózgu otrzymuje dane wejściowe od pobudzenia kory mózgowej, wzgórzu wzrokowym i w innych regionach mózgu. Na drodze bezpośredniej średnie neurony kolczaste wysuwają się do wewnętrznego podziału gałki bladej (GPi) lub istoty czarnej pars reticula (SNpr lub SNr). Jądra te wystają do głębokiej warstwy górnego wzgórka i kontrolują szybkie ruchy gałek ocznych (sakkady), a także do brzusznego wzgórza, które z kolei rzutuje na górne neurony ruchowe w pierwotnej korze ruchowej (zakręt przedśrodkowy). Wyjścia SNr i GPi są zarówno tonicznie aktywnymi jądrami hamującymi, że stale hamują wzgórze (a tym samym korę ruchową). Jednak przejściowa aktywność w (hamujących) neuronach kolczastych środkowej drogi (hamującej) ostatecznie odhamowuje projekcje wzgórza do kory ruchowej i umożliwia ruch.

Droga pośrednia

Anatomia

Szlak pośredni również otrzymuje pobudzające dane z różnych obszarów mózgu. Pośrednie neurony kolczaste pośredniej ścieżki wysuwają się do zewnętrznego segmentu gałki bladej (GPe). Podobnie jak GPi, GPe jest jądrem hamującym o działaniu tonalnym. GPe rzutuje na pobudzające jądro podwzgórza (STN), które z kolei rzutuje do GPi i SNr. Gdy szlak pośredni nie jest aktywowany, aktywność w STN jest tłumiona przez GPe, co przekłada się na zmniejszoną aktywność SNr / GPi poniżej, a tym samym zwiększoną aktywność neuronów wzgórza i kory ruchowej. Kiedy neurony drogi pośredniej są odpalane, neurony GPe są hamowane, co odhamowuje STN. Następnie STN pobudza neurony SNr / GPi, hamując aktywność wzgórza / kory ruchowej.

Rozróżnienia funkcjonalne

Klasyczne modele funkcji prążkowia zakładają, że aktywacja ścieżki bezpośredniej prowadzi do ruchu, podczas gdy aktywacja ścieżki pośredniej prowadzi do zakończenia ruchu. Model ten jest poparty eksperymentami wykazującymi, że optogenetyczna stymulacja neuronów kolczastych średnich szlaku bezpośredniego zwiększa lokomocję, podczas gdy pobudzanie neuronów kolczastych pośrednich szlaku pośredniego hamuje lokomocję. Równowaga bezpośredniej / pośredniej aktywności w ruchu jest poparta dowodami dotyczącymi zaburzeń neurodegeneracyjnych , w tym choroby Parkinsona (PD), która charakteryzuje się utratą neuronów dopaminowych w prążkowiu, niedoczynnością w drodze bezpośredniej i nadpobudliwością neuronów szlaku pośredniego, a także dysfunkcja motoryczna. Powoduje to utratę normalnej selekcji działania, ponieważ utrata aktywności napędów dopaminy w drodze pośredniej, globalnie hamuje wszystkie paradygmaty motoryczne. Może to wyjaśniać upośledzoną inicjację czynności, spowolnienie czynności ( spowolnienie ruchowe) i upośledzoną dobrowolną inicjację ruchową u pacjentów z chorobą Parkinsona. Z drugiej strony choroba Huntingtona , która charakteryzuje się preferencyjną degradacją pośrednich neuronów kolczastych pośrednich, powoduje niepożądane ruchy ( pląsawicę ), które mogą wynikać z upośledzonego hamowania ruchu i dominującej bezpośredniej aktywności szlaku. Alternatywną powiązaną hipotezą jest to, że prążkowie kontroluje inicjację działania i selekcję poprzez architekturę `` otoczenie centrum '', w której aktywacja podzbioru neuronów ścieżki bezpośredniej inicjuje ruchy, podczas gdy ściśle powiązane wzorce motoryczne reprezentowane przez otaczające neurony są hamowane przez boczne hamowanie drogą pośrednią neurony. Ta specyficzna hipoteza jest poparta ostatnimi pracami obrazowania wapnia, które pokazują, że pośrednie i bezpośrednie neurony kolczaste pośredniej ścieżki kodujące określone działania są zlokalizowane w zorganizowanych przestrzennie zespołach.

Pomimo obfitości dowodów na model inicjacji / zakończenia, niedawne dowody z użyciem myszy transgenicznych wykazujących wskaźniki wapnia w szlaku bezpośrednim lub pośrednim wykazały, że oba szlaki są aktywne w momencie inicjacji działania, ale żaden z nich nie jest aktywny podczas braku aktywności, co zostało powtórzone przy użyciu jednoczesnego dwukanałowego obrazowania wapnia. Doprowadziło to do pewnej zmiany paradygmatu w modelach funkcjonowania prążkowia, tak że nowsze modele zakładają, że ścieżka bezpośrednia ułatwia pożądane ruchy, podczas gdy ścieżka pośrednia jednocześnie hamuje niepożądane ruchy. Rzeczywiście, bardziej wyrafinowane techniki i analizy, takie jak optogenetyka zależna od stanu, ujawniły, że oba szlaki są silnie zaangażowane w wykonanie sekwencji działań, a konkretnie, oba szlaki prążkowia są zaangażowane w kontrolę działania na poziomie elementu. Jednakże, neurony kolczaste pośredniej ścieżki, głównie inicjacja / terminacja sekwencji sygnałowej i średnie neurony kolczaste ścieżki pośredniej, mogą sygnalizować przełączanie między podsekwencjami danej sekwencji działania. Inne dowody sugerują, że ścieżka bezpośrednia i pośrednia przeciwnie wpływają na zakończenie ruchu - w szczególności względny czas ich aktywności określa, czy działanie zostanie zakończone.

Niedawne eksperymenty wykazały, że bezpośrednie i pośrednie ścieżki prążkowia grzbietowego nie są wyłącznie zaangażowane w ruch. Wstępne eksperymenty z wewnątrzczaszkowym paradygmatem samostymulacji sugerowały przeciwstawne role we wzmacnianiu dla tych dwóch ścieżek; w szczególności stwierdzono, że stymulacja neuronów kolczastych średniej ścieżki bezpośredniej była wzmacniająca, podczas gdy stymulacja neuronów kolczastych średniej ścieżki pośredniej była awersyjna. Jednak późniejsze badanie (przy użyciu bardziej fizjologicznie istotnych parametrów stymulacji) wykazało, że bezpośrednia i pośrednia stymulacja szlaku wzmacniała, ale ta stymulacja specyficzna dla szlaku skutkowała opracowaniem różnych strategii działania. Niezależnie od tego, badania te sugerują kluczową rolę we wzmacnianiu prążkowia grzbietowego, w przeciwieństwie do prążkowia odgrywającego rolę jedynie w kontroli ruchu.

MSN brzusznego prążkowia

Bezpośrednia ścieżka

Bezpośredni szlak prążkowia brzusznego w zwojach podstawy mózgu pośredniczy w uczeniu się opartym na nagrodach i wyraźnym bodźcu apetytowym , który jest przypisywany bodźcom nagradzającym .

Droga pośrednia

Pośrednia ścieżka prążkowia brzusznego w zwojach podstawy mózgu pośredniczy w uczeniu się opartym na awersji i istotności motywacji awersyjnej, która jest przypisywana bodźcom awersyjnym .

Bibliografia

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne