Термины дендрит, тело клетки и аксон
применяются к отросткам, на которых входящие волокна образуют контакты,
играющие роль принимающих станций для возбуждения или торможения.
)
очень важны
для прослеживания прохождения аксонов из одной части нервной системы в другую.
Например, аксоны ганглиозных клеток сетчатки, составляющие оптический нерв,
проводят импульсы очень быстро, потому что они окружены изолирующей липидной
оболочкой, называемой миэлин.
Во-первых, внутриклеточная жидкость, цитоплазма (аксоплазма в отростке клетки,
аксоне) примерно в 107 раз хуже проводит электричество, чем
металлический проводник.
Ганглиозные
клетки обладают длинным (несколько сантиметров) аксоном и поэтому должны
генерировать потенциалы действия для эффективного распространения сигнала в
оптический нерв.
Так как в аксонах нет биохимической «кухни» для синтеза
белков, все основные молекулы должны переноситься к терминалям с помощью
процесса, называемого аксональным транспортом, причем часто на очень большие
расстояния.
Уже ранние
эксперименты Ходжкина и Кейнеса 1, 2) на гигантском
аксоне кальмара убедительно показали, что источником энергии для этого процесса
является расщепление АТФ.
Транспорт
хлора внутрь клетки
В клетках
многих типов, например, в волокнах скелетной мышцы, трубчатых клетках почки,
аксоне кальмара, происходит активное накопление ионов хлора.
В экспериментах на аксоне
кальмара Рассел 35, 36) показал существование натрий- и
калий-зависимого транспорта хлора внутрь клетки, обладающего стехиометрией Na : К : Cl в соотношении
1:2:3.
Мембранный потенциал в аксоне кальмара
Гипотеза о
том, что в основе мембранного потенциала лежит различие между внеклеточной и
внутриклеточной концентрациями калия, была впервые высказана Бернштейном 1)
в 1902 г.
Более
того, аксон кальмара удивительно живуч и продолжает функционировать, даже если
из него выдавить цитоплазму с помощью резинового валика и заменить ее на
перфузионный раствор (рис.
Хаксли впервые поставивший многие
эксперименты на аксоне кальмара (за которые они позже были удостоены
Нобелевской премии), однажды сказал 3):
Можно
утверждать, что введение Юнгом в 1936 году препарата аксона кальмара имело для
науки об аксоне большее значение, чем какое-либо другое открытие, сделанное за
последние 40 лет.
Эксперименты на изолированном аксоне обычно проводятся в морской воде,
соотношение концентраций калия во внутриклеточной и внеклеточной средах
составляет при этом 40 : 1.
В аксоне кальмара и в
мышце активные транспортные системы переносят ионы хлора внутрь клетки; во
многих нервных клетках, напротив, хлор выводится из клетки (см.
Потенциал действия, отведенный
от аксона кальмара в морской воде (черный сплошной график), в растворах,
содержащих 50% (штрих-пунктир) и 33% (серый) натрия от нормы, и затем снова в
морской воде (пунктир).
Объем этого отрезка
аксона составляет 7,85 · 10–12 л, в нем содержится (при плотности 50
ммоль/л) 4 · 10–7 M натрия, поэтому изменение
концентрации натрия в результате потенциала действия очень мало и составляет
0,0000025.
Потенциал
действия в более тонких отростках нейрона может привести к более значительным
изменениям внутриклеточных концентраций натрия и калия, чем в гигантском аксоне
кальмара.
Измерения
проводимости
То, что до
сих пор обсуждалось в этой главе, было предложено Ходжкином, Хаксли и Катцем 5)
и детально разработано Ходжкином и Хаксли6) – 9), которые поставили
элегантные опыты на гигантском аксоне кальмара.
Мур, Нарахаши и их коллеги в своих экспериментах
на аксоне кальмара показали, что ТТХ в концентрации всего 1 мкмоль или ниже
избирательно блокирует потенциалзависимые натриевые каналы13).
)
аксоне
кальмара и миелинизированном аксоне лягушки, как показали Армстронг, Хилле и их
коллеги, тетраэтиламоний (TEA, в концентрациях выше 10
ммоль) блокирует потенциалзависимые калиевые каналы (см.
В аксоне
кальмара TEA необходимо добавлять во внутриклеточный раствор, поскольку он
блокирует внутреннее устье канала; в других препаратах, таких как перехват
Ранвье лягушки, TEA эффективен и при внеклеточ-
108
Раздел II.
Результаты опытов Ходжкина и Хаксли показали, что деполяризация
мембраны аксона вызывает три процесса: (1) активацию натриевой проводимости,
(2) ее последующую инактивацию и (3) активацию калиевой проводимости.
Порог
и рефрактерный период
Ходжкин и
Хаксли не только описали потенциал действия, но объяснили многие другие
свойства возбудимых аксонов, например, порог и рефрактерный период.
Используя
меченый тритием тетродотоксин, Левинсон и Мевес45) определили, что
на один квадратный микрометр мембраны аксона кальмара приходится приблизительно
553 места связывания молекулы токсина.
∙
Эксперименты на аксоне кальмара с фиксацией потенциала предоставили детальную
информацию о потенциалзависимости и временном ходе изменений проводимостей.
В органах чувств эти свойства являются связующим звеном между
сенсорным стимулом и генерацией импульса; на уровне аксона они позволяют
импульсу распространиться; на уровне синапсов они определяют способность
постсинаптического нейрона складывать и вычитать синаптические потенциалы,
возникающие на многочисленных синаптических входах, будь то вблизи тела клетки
или на самых отдаленных дендритах.
Данные принципы применимы и к более сложным структурам,
таким как разветвления аксонных окончаний или дендритные ветвления с
неоднородными электрическими свойствами 1· 2).
Кабельная теория
была впервые использована для нервных волокон Ходжкиным и Раштоном3),
которые экспериментально измерили распространение потенциала действия в аксоне
омара с помощью внеклеточных электродов.
Нейроны
как проводники электричества 127
направлении
вдоль аксона, и по мере продвижения часть его теряется благодаря перемещению
ионов через мембрану.
Таким образом, сопротивление данного участка мембраны аксона в омах
равняется сопротивлению сантиметрового участка (rm в Ом ·
см), деленному на длину данного участка (в см).
Измерив экспериментально rinput
и , можно путем простых преобразований
получить выражения для rm и ri:
Удельное
сопротивление
Рассчитанные
значения rm и ri
характеризуют сопротивление цилиндрического сегмента аксона длиной 1 см.
Среднее значение Rm, полученное
Ходжкиным и Раштоном на аксоне омара, составляет приблизительно 2000 Ом · см2;
данные, полученные в других препаратах, варьировали в диапазоне от 1 000 Ом ·
см2 в мембранах с большим количеством каналов до 50000 Ом см2
в мембранах со сравнительно небольшим числом каналов.
Эта величина также не зависит от
геометрических свойств аксона и определяется тем, насколько свободно ионы
способны перемещаться во внутриклеточном пространстве.
Вышеописанную
цепь, состоящую из параллельно соединенных резистора и конденсатора, можно
использовать для описания сферической нервной клетки, аксон и дендриты которой
настолько малы, что их вкладом в электрические свойства клеток можно
пренебречь.
Более детальное теоретическое рассмотрение показывает, что
в немиелинизированных волокнах, таких как аксон кальмара, скорость проведения
должна быть прямо пропорциональна корню квадратному диаметра волокна4).
Миелинизированные аксоны не
только проводят возбуждение быстрее немиелинизированных, но и способны
проводить импульсы более высокой частоты в течение более долгого времени.
Теоретически
рассчитанное оптимальное расстояние между перехватами также совпадает с реально
существующим: оно превосходит диаметр аксона приблизительно в 100 раз.
Каналы
в демиелинизированных аксонах
В аксонах
млекопитающих, миелиновая оболочка которых была удалена при помощи хронической
обработки токсином дифтерии, появляется постоянная проводимость в
демиелинизированных областях 7).
В опытах с использованием антител, способных метить натриевые каналы, было
показано, что после демиелинизации аксона каналы исчезают из областей
перехватов Ранвье, в то время как вновь появившиеся каналы распределяются вдоль
ранее миелинизированных участков (рис.
(В) Перераспределение натриевых каналов после
демиелинизации бокового нерва золотой рыбки: (а) миелинизированный аксон, (b) 14 дней
после демиелинизации, (с) 21 день после демиелинизации.
Они обнаружили, что при деполяризации потенциал действия сначала
зарождается в области аксона, расположенной между телом клетки и первым
межперехватным участком, а затем распространяется по аксону, а также назад в
тело клетки и в дендриты.
Подобные наблюдения привели ученых к мысли о том, что дендриты не способны к
возбуждению и служат лишь для пассивного проведения сигналов от дендритных
синапсов до начального сегмента аксона.
Несмотря на
обширные данные о регенеративной активности в дендритах, общее представление об
аксонном холмике как о наиболее возбудимой части клетки по--прежнему
сохраняется30).
Миелин
и роль глиальных клеток в проведении возбуждения по аксонам
Важной
функцией олигодендроцитов и шванновских клеток является формирование вокруг
аксонов миелиновой оболочки — слоя с высоким сопротивлением,
который подобен изолирующей оболочке электрического провода (глава 7).
Например, какие
генетические и внешние факторы позволяют глиальным клеткам выбирать подходящие
аксоны, окружить их в надлежащее время и поддерживать миелиновую оболочку.
ru/5230
Рост аксонов в развивающейся коре мозга млекопитающих
Использовано в предметной области:Системная нейрофизиология (nan)
раздел: Индивидуальное развитие (nan)
Во время развития мозга млекопитающих аксоны формируют сложные отростки, иннервирующие специфические клетки-мишени.
В периферической и центральной нервных системах аксоны имеют раннюю фазу быстрого роста, за которой следует зависимая от активности фаза прунинга (pruning - обрезка) (1-8).
Однако представление о том, что аксоны развиваются способом последовательного «роста и обрезания» остается противоречивым (9), поскольку аксоны могут подвергаться одновременно и росту и прунингу (10-12) или монотонному росту (13).
Именно поэтому было известно относительно немного о том, как развиваются проекции аксонов в пределах своих регионов-мишеней на уровне одного кортикального слоя или колонки, а также о точном времени роста аксона.
Предполагали, что ростовой конус является крайне важным элементом для выбора направления роста аксона, которое может осуществляться посредством контактного или химического ориентира.
Например, морфология отдельного конуса роста может варьировать в соответствии с тем, растет ли аксон быстро вдоль своего пути или находится в состоянии остановки в точке, в которой принимает дальнейшее решение (19-23).
Не исключено, что разные ростовые программы для разного типа аксонов связаны с различиями строения конуса роста, поэтому точная роль ростового конуса в ветвлении является также предметом дискуссии (22, 24).
Несмотря на предполагаемую роль ростового конуса в ветвлении некоторых аксонов (25,26), в некоторых случаях промежуточное ветвление, независимое от конуса роста, играет также важную роль в усложнении аксона (27).
У Drosophila аксоны нейронов грибовидного тела элиминируются во время метаморфоза путем дегенерации (28) – процесса, напоминающего дегенерацию Wallerian (Уоллеровская дегенерация) (29,30).
Для исследования роста аксона и его прунинга в интактном мозге авторы использовали двухфотонную микроскопию при изучении трансгенных мышей, экспрессирующих связанный с мембраной зеленый флуоресцентный белок (green fluorescent protein -GFP) под thy-1 промотером (34).
Pom аксоны охватывают множественные бочонковые колонки в первичной соматосенсорной коре и часто посылают отростки в сенсорные области более высокого порядка, а также в двигательные области коры (44, 45).
CR нейроны появляются относительно рано во время эмбрионального развития (примерно на Е10-Е14), но их аксоны все еще продолжают расти во время первых двух недель постнатальной жизни, что доказывается присутствием ростового конуса на кончике аксона (47,48).
Основные результаты исследованияАвторы представили результаты исследования развития арборизации (ветвления) ТС и CR аксонов в кортикальном слое 1 на основании проведенного ими долгосрочного слежения in vivo за этими аксонами.
Уровень GFR экспрессии был достаточным для высококонтрастного in vivo двухфотонного изображения отдельных аксонов в наружных слоях коры, начиная примерно с 3-го постнатального дня развития (Р3) и впоследствии этот уровень увеличивался (РИС.
Более того, CR аксоны имели особый паттерн ветвления с последовательным раздвоением, слегка смещенным вдоль дорсовентралной оси, с дочерними сегментами, направленными в противоположную сторону параллельно поверхности pia и всегда в пределах слоя 1 (РИС.
Группа (n=5) предполагаемых ТС аксонов была позже реконструирована в фиксированном мозге после его перфузии при использовании en-bloc imaging and slicing (BREBIS) (РИС.
И, напротив, во время первой недели постнатального развития верхушки CR аксонов имели крупные, сложно устроенные ростовые конусы, усеянные множеством филоподий (РИС.
Следует заметить, что поздние ответвления не имели ростовых конусов и это заставляет думать, что различия между CR и ТС ростом аксонов не обусловлены хронологическим возрастом ответвлений.
Авторы попытались выяснить, действительно ли “прунинг” in vivo происходит в области мишени аксона и если это так, то происходит ли это одновременно или последовательно по отношению к периоду роста (РИС.
В первую неделю постнатального развития быстрый рост и ретракцию наблюдали на большинстве кончиков разветвлений, но после Р12 верхушки аксонов росли или втягивались только на короткие дистанции (РИС.
Чтобы прояснить вопрос о патологичности аксональной дегенерации, возникающей после хирургического вмешательства или in vivo изображения, автора анализировали препараты мозга, фиксированного после перфузии у обычных мышей.
Ветвление аксонаПредполагают, что формирование ветвей осуществляется одним из трех возможных механизмов: расщеплением ростового конуса, задержкой ветвления ростового конуса и интерстициальным (независимым от ростового конуса) ветвлением (18, 22, 24).
У CR аксонов новые ростовые конусы также появляются из исходного ствола (неопубликованные данные) и затем быстро элонгируют и приобретают свою типичную крупную конфигурацию.
Из 69 новых ветвей ТС аксонов только 11 (16%) появлялось в 100 мкм от терминали в сравнении с 19 (56%) из 34 новых ветвей, образовавшихся у CR аксонов той же локализации (p<0.
Во время первой недели постнатального развития многие ТС аксоны сначала состояли из очень небольшого числа (1-3) длинных ветвей, распространяющихся в прямом направлении на сотни микрон в слой 1 коры без вторичного ветвления (РИС.
В течение следующих нескольких дней появлялись короткие ответвления вдоль этих родительских аксонов с высокой скоростью (от 2,2 веточек на мм аксона в день на стадии P5-P7 до 2,8 на стадии Р8-Р11.
Во время первой сессии наблюдений, примерно на стадии Р5, CR аксоны уже имели многочисленные (более 10) ответвления, расположенные около тела клетки и большинство их верхушек еще находилось в стадии роста (РИС.
Чтобы выявить способы усложнения и роста аксонов, авторы получили изображения проекций ТС нейронов и CR интернейронов, начиная с раннего постнатального периода до момента созревания отростков во время третьей недели постнатальной жизни мышей.
ТС и CR аксоны имели разную структуру и разную динамику развития, подтверждая тем самым , что разные типы нейронов используют разные, присущие лишь им, программы развития для иннервации своих клеток-мишеней.
В слое 1 коры ТС аксоны имеют небольшие ростовые конусы и растут в основном прямо, тогда как CR аксоны имеют крупные ростовые конусы, движущиеся извилистым путем.
Однако находки авторов показали, что ТС аксоны в действительности могут использовать локальную среду и почти не зависеть от локальных ориентиров, тогда как формирование CR аксонов существенно зависит от таких сигналов.
Авторы изучили рост и обрезку аксонов в пределах области-мишени кортикальных аксонов млекопитающих количественно и обнаружили, что рост верхушек ответвлений и ретракция может происходить одновременно.
Это напоминало Уоллеровское перерождение перерезанного нерва, когда неожиданно происходит масштабная фрагментация всего аксона (несколько сотен микрон) в течение нескольких минут (30).
Процесс дегенерации ТС аксонов происходит путем образования «вздутий» (beading ) и затем посредством фрагментации, также напоминающей Уоллеровское перерождение.
Дегенерация аксонов и ретракция верхушек ответвлений в аксонах коры отличается от axosome shedding ( шеддинг от английского "shed" - терять) в нейромышечных соединениях (59).
Ретракция аксонов не вовлекает ретракционные луковицы (bulbs) (видимые при axosome shedding) и при ней не наблюдают фрагментированных осколков, даже когда изображение регистрировали c короткими интервалами (Рис.
Ветвление аксоновЭксперименты на спинном и головном мjзге показали, что многие аксоны имеют ответвления в интерстициальных сайтах на всем протяжении родительского ствола (27,60).
Time lapse изображение отдельных CR ростовых конусов подтверждает, что расщепление ростового конуса может участвовать в поведении аксона – в управлении его направления и поворота (РИС.
У CR аксонов, напротив, ветви добавляются ближе к растущим верхушкам, подтверждая, что процесс сходный с задержкой интерстициального ветвления может наблюдаться у CR нейронов in vivo.
CR и ТС нейроны появляются примерно на одной и той же эмбриональной стадии (36,48), и на изучаемых авторами стадиях CR аксоны еще имели много крупных ростовых конусов и росли довольно длительный период во время наблюдения.
По этой причине различия в структуре ростовых конусов, траектории аксонов и скорости роста между этими двумя типами клеток не могут быть отнесены к различиям в созревании между CR и ТС аксонами.
Вычислительный анализ позже показал, что проекции аксонов нейронов делают столько же контактов с синаптически не связанными дендритами, сколько и со связанными дендритами (52,64).
ТС аксоны характеризуются масштабным ростом в прямом направлении и ретракцией, подтверждая, что эти аксоны могут быть стабилизированы посредством зависимой от активности селекции (10).
Оценить cтатью >>Другие страницы раздела "Индивидуальное развитие":
Сроки развития коры мозга у человека
Формирование мозга
Этапы развития
Развитие жизненого опыта
Сведения и знания
Нахождение мишени аксонами
Индивидуальные эффекты исследовательского поведения у животных
Мозг, который изменил сам себя
Как в ходе внутриутробного развития формируется кора головного мозга
Образование новых нейронов и связей в зрелом возрасте
Дети воспринимают мир иначе, нежели взрослые
Индивидуальность и характер рыб не зависят от генов
Зефирный тест
Этапы развития произвольных движений в онтогенезе
Принцип формирования навыков
Чтобы оставить комментарии нужно авторизоваться:
Авторизация пользователя
Имя (ник):подсказка
Пароль:
- запомнить пароль чтобы в следующий раз не нужно было вводить
.
Говоря в общем, дендриты и
тело клетки принимают поступающие сигналы; тело клетки комбинирует и
интегрирует их (грубо говоря, усредняет) и выдает выходные сигналы; оно также
поддерживает общее состояние клетки; аксон проводит выходные сигналы к своим
окончаниям, которые передают информацию следующей группе нейронов.
Сигнал, генерируемый
нейроном и проводимый по его аксону, представляет собой электрический импульс,
но от клетки к клетке он передается молекулами передатчиков, медиаторов -
веществ, которые перемещаются через особый контакт - синапс - между структурой,
доставляющей информацию (окончанием аксона или, в отдельных случаях,
дендритом), и структурой, воспринимающей ее (дендритом, телом клетки, или, в
отдельных случаях, окончанием аксона).
Долгое время нейроанатомам приходилось довольствоваться все более подробными
описаниями, основанными на световой микроскопии с окрашиванием по Гольджи и по
Нисслю (Nissl) (последнее выделяет тела отдельных клеток без дендритов и
аксонов).
Если затем приготовить срез ткани мозга, наложить его на фотоэмульсию
и исследовать под микроскопом расположение проявленных зерен серебра, удается
выявить «места назначения» аксонов.
Можно вводить другие вещества, которые,
наоборот, воспринимаются нервными окончаниями и передаются по аксонам в
обратном направлении - к телу клетки, выявляя место возникновения аксона.
Весь нейрон — его тело, длинный аксон и ветвящиеся дендриты — поляризован
таким образом, что внутри он заряжен отрицательно приблизительно на 70 мВ по
отношению к наружной поверхности.
Близкая к этому группа вопросов касается значения некоторых синапсов
(обычного вида синапсов с пресинаптическим и постсинаптическим компонентами),
которые соединяют два дендрита или два аксона, а не как обычно — аксон с
дендритом или с телом клетки.
Очевидно, что команда сжать кисть в кулак, идущая от головного мозга,
включает в себя импульсацию клеток, удаленных на несколько переключений от
выхода нервной системы, — клеток, аксоны которых распределяются по разным
мотонейронам и тормозным нейронам, снабжающим в свою очередь все мышцы, участвующие
в выполнении команды.
Она
передает нервные импульсы по единственному длинному волокну (аксону) и получает
их по многочисленным коротким волокнам (дендритам)
Нейроны, или нервные клетки, являются строительными блоками мозга.
Несмотря на это, их формы обычно укладываются в
небольшое число широких категорий, и большинству нейронов присущи определенные
структурные особенности, позволяющие выделить три области клетки: клеточное
тело, дендриты и аксон.
Аксон тянется далеко от тела клетки и служит той линией связи, по которой
сигналы, генерируемые в теле данной клетки, могут передаваться на большие
расстояния в другие части мозга и остальной нервной системы.
Большинство аксонов длиннее и тоньше дендритов и имеет отличный от них характер
ветвления: если отростки дендритов в основном группируются вокруг клеточного
тела, то отростки аксонов располагаются на конце волокна, в том месте, где
аксон взаимодействует с другими нейронами.
Хотя в своем большинстве синапсы образуются между аксонами одной клетки и
дендритами другой, существуют и иные типы синаптических контактов: между
аксоном и аксоном, между дендритом и дендритом и между аксоном телом клетки.
Многие аксоны, такие, как этот,
снабжены изолирующей миелиновой оболочкой, прерывающейся через определенные
интервалы участками, называемыми перехватами Ранвье.
В
аксонах, имеющих оболочку такого типа, распространение нервного импульса
происходит путем его перескакивания от перехвата к перехвату, где внеклеточная
жидкость оказывается в непосредственном контакте с клеточной мембраной.
Поскольку концентрации ионов натрия и калия по ту и другую сторону мембраны
различаются, внутренность аксона имеет отрицательный потенциал примерно в 70 мВ
по отношению к наружной среде.
Когда нервный импульс
возникает в основании аксона (в большинстве случаев он генерируется клеточным
телом в ответ на активацию дендритных синапсов), трансмембранная разность
потенциалов в этом месте локально понижается.
Распространение
нервного импульса по аксону сопряжено с появлением локальных потоков ионов
натрия (Na + ) внутрь, сменяемых потоками ионов калия (К+)
наружу через каналы, которые регулируются изменениями напряжения на мембране
аксона.
Генерация импульса
начинается со слабой деполяризации, или уменьшения отрицательного потенциала
внутренней поверхности мембраны, в том месте, где аксон отходит от клеточного
тела.
В немиелинизированной области
мембраны аксона, названной перехватом Ранвье, во время распространения нервного
импульса обычно открывается около 10000 каналов, I-изменения
проницаемости для натрия во времени; II-получена при 12-кратном усилении
по сравнению с верхней; показаны флуктуации проницаемости вокруг среднего
значения, обусловленные вероятностным характером процессов открывания и
закрывания каналов.
Химически управляемые каналы обнаружены в рецептивной
мембране синапсов: они ответственны за перевод химических сигналов, посылаемых
окончаниями аксона в процессе синаптической передачи, в изменения ионной
проницаемости.
Аксоны обычно не имеют химически управляемых каналов, тогда
как в постсинаптических мембранах дендритов плотность таких каналов
лимитируется лишь упаковкой канальных молекул.
В то же время мембраны дендритов
обычно имеют мало электрически управляемых каналов, тогда как в мембранах
аксонов их плотность может доходить в некоторых местах до 1000 каналов на
квадратный микрон.
Как я уже кратко отметил выше, аксоны также имеют электрически управляемые
калиевые каналы, которые помогают прекращать нервный импульс, позволяя ионам
калия выходить из аксона, противодействуя тем самым входящему потоку ионов
натрия.
Аксон мотонейрона лягушки проходит на протяжении
нескольких сотен микрон вдоль поверхности мышечной клетки, образуя несколько
сотен синаптических контактов на расстояниях порядка микрона друг от друга.
Выяснилось, что слияние пузырьков с пресинаптической мембраной, по
всей видимости, запускается быстрым, но кратковременным увеличением
концентрации кальция в окончании аксона.
Через мембрану аксона тянется двойной ряд частиц — мембранных белков,
которые могут быть либо кальциевыми каналами, либо структурными белками, присоединяющими
к себе пузырьки.
Медиатор
выделяется в щель синаптического контакта между нейронами из пузырьков, которые
сливаются с пресинаптической мембраной аксона и раскрываются; этот процесс
назван экзоцитозом.
На данной электронной микрофотографии нервно-мышечного
синапса лягушки пузырьки аксонного окончания запечатлены в момент высвобождения
ацетилхолина; микрофотография получена Хойзером.
Последнее большое
различие состоит в том, что в области нервно-мышечного соединения лягушки аксон
образует сотни синаптических контактов с мышечной клеткой, а в мозгу аксоны
обычно устанавливают только один-два синаптических контакта с данным нейроном.
Я описал здесь то, что обычно понимают под нормальной передачей информации в
нервных сетях, при которой изменения постсинаптического потенциала кодируются
частотой нервных импульсов и передаются по аксону другим нервным клеткам.
Когда мембрана аксона активна, она, как правило,
создает только приток ионов натрия и отставленный по времени выход ионов калия,
тогда как мембрана тела клетки может продуцировать шесть или семь разных ионных
токов в различных комбинациях.
Присущий ему ритм модулируется
тормозным действием холинергических нейронов (медиатором служит ацетилхолин),
аксоны которых идут в составе блуждающего нерва, и возбуждающим действием
норадренергических нейронов, аксоны которых образуют ускоряющий нерв.
Мозг просто подразделяется на части,
поскольку подходящие методы окрашивания выявляют в одних местах скопления
нейронов, опутанных густой сетью их же собственных нитевидных отростков, в
других же ткань состоит в основном из длинных Волокон нервных клеток — аксонов,
которые обслуживают связи на далекие расстояния в нервной системе.
Более того, такой ответ заставляет предполагать,
что на мотонейроны должно конвергировать неправдоподобно большое число влияний;
другими словами, это заставляет предполагать, что типичный мотонейрон должен
образовывать синаптические связи с огромным числом аксонов, исходящих от равно
огромного числа нейронов великой промежуточной сети.
Полагают, что на поверхности типичного мотонейрона в спинном мозгу человека
имеется что-то около 10000 синаптических контактов, из которых около 2000 - на
клеточном теле и 8000 - на дендритах - отростках, ветвящихся локально, в
отличие от единственного аксона.
) У
каждого сенсорного нейрона есть аксон, который делится на две части: одна часть
идет в центральную нервную систему, а другая иннервирует периферические
структуры.
На приведенном здесь рисунке, одна из таких клеток — назовем ее первичным
сенсорным нейроном — посылает свой аксон в спинной мозг, доставляя туда сенсорные
сообщения о таких событиях, как прикосновение к коже, движение сустава или
сокращение мышцы.
Здесь волокна образуют синапсы с
таламическими нейронами, аксоны которых идут, не прерываясь, в
специализированное поле новой коры, называемое соматосенсорной корой.
Затем происходит
перераспределение аксонов по двум путям, в процессе которого аксоны, вышедшие
из назальной (носовой) половины сетчатки одного глаза, пересекают срединную
плоскость головы, чтобы объединиться с аксонами, которые вышли из темпоральной
(височной) половины сетчатки другого глаза.
Одна из них — это верхнее двухолмие; однако у
всех приматов более важной областью, по крайней мере если судить по количеству
аксонов, является латеральное коленчатое тело таламуса.
Вблизи своего окончания аксон обычно разделяется на многочисленные веточки, концевые участки которых очень близко подходят к телам или дендритам других нервных клеток, но не соприкасаются с ними вплотную.
Главные части нервной клетки — это ее тело, содержащее ядро и другие органеллы, единственный аксон, передающий импульсы от клетки, и дендриты, к которым приходят импульсы от других клеток.
Сигналы в нерве возникают в точке аксона, близкой к месту его соединения с телом клетки; они передаются вдоль аксона, удаляясь от тела клетки, и доходят до области концевых разветвлений.
Через незаполненные веточками участки, напоминающие отверстия, проходят миллионы тончайших аксонов, идущих наподобие телеграфных проводов под прямым углом к плоскости рисунка.
Аксон клетки Пуркинье отдает несколько веточек поблизости от тела клетки, а затем спускается к клеточным скоплениям, расположенным в глубине мозжечка на расстоянии нескольких сантиметров, где он расщепляется на многочисленные концевые разветвления.
Показана лишь часть (а) главного аксона: отдав две веточки (с), он может продолжаться за пределы рисунка на расстояние нескольких сантиметров (и даже метров), прежде чем окончится густой сетью разветвлений.
Выбранный для исследования участок мозга может быть невероятно плотно заполнен клеточными телами, дендритами и аксонами, между которыми почти нет свободного пространства.
Тесно взаимосвязанные клетки в нервной системе нередко группируются вместе по очевидной причине большей эффективности коротких аксонов: такие аксоны «дешевле изготовить», они занимают меньше места и быстрее доставляют сообщения своим адресатам.
Поскольку подготовка натриевых каналов к следующему открытию и закрытию требует некоторого времени, наибольшая частота, с которой клетка или аксон способны генерировать импульсы, составляет около 800 в секунду.
Такая мембрана состоит из миелина, который ускоряет проведение нервных импульсов, повышая сопротивление и уменьшая емкость между внутренностью аксона и окружающим пространством.
Плазматическая мембрана глиальных клеток многократно обертывается вокруг аксона, образуя слоистую оболочку, значительно повышающую эффективную толщину нервной мембраны.
Через каждые несколько миллиметров оболочка прерывается в так называемых перехватах Ранвье, что позволяет токам, связанным с импульсом, входить в аксон или выходить из него.
В результате нервный импульс фактически перескакивает от одного перехвата к следующему, а не передвигается непрерывно вдоль аксона, что намного ускоряет передачу нервных сигналов.
Участок клеточной мембраны у окончания аксона, образующий первую половинку синапса (пресинаптическую мембрану), обладает удивительной специализированной структурой.
С дендритами и телом нейрона могут контактировать десятки, сотни или тысячи аксонных окончаний; поэтому в любой момент одни входные синапсы стремятся деполяризовать клетку, а другие противодействуют этому.
Импульсы обычно возникают в том месте, где от тела клетки отходит аксон: деполяризация данной величины здесь с наибольшей вероятностью может вызвать импульс — по-видимому, благодаря особенно высокой плотности расположения натриевых каналов в мембране.
) Некоторые аксоны столь коротки, что не возникает нужды в распространяющихся импульсах: деполяризация клеточного тела или дендритов путем пассивного распространения способна создавать в окончании аксона деполяризацию, достаточную для высвобождения медиатора.
Во всех этих случаях под влиянием стимула в рецепторах возникает электрический сигнал и в результате изменяется скорость высвобождения медиатора в окончаниях их аксонов.
)
На другом конце нервной системы мы имеем выход — двигательные нейроны, отличающиеся от всех остальных тем, что их аксоны оканчиваются не на других нейронах, а на мышечных клетках.
13) можно видеть, насколько распространены процессы дивергенции и конвергенции сигналов: аксон почти каждой клетки данного уровня ветвится при подходе к следующему уровню и оканчивается на нескольких или многих клетках; и наоборот, клетка любого уровня, кроме первого, имеет синаптические входы от нескольких или многих клеток предыдущего уровня.
При более детальном анализе оказывается, что какой-то аксон одного уровня может идти дальше, не заходя на один или два последующих уровня сенсорной системы, и даже прямо направиться к двигательному нейрону.
В наиболее простом случае аксон от рецептора оканчивается прямо на двигательном нейроне, так что мы имеем от входа к выходу всего три клетки (рецептор, двигательный нейрон и мышечное волокно) и только два синапса; такую ситуацию мы называем моносинаптической рефлекторной дугой.
Рецепторами служат палочки и колбочки; зрительный нерв — общий выход всей сетчатки — представляет собой пучок аксонов клеток третьего уровня, называемых ганглиозными клетками сетчатки.
Для такого движения, как конвергенция глаз, нужно, чтобы эти предшествующие нейроны посылали ответвления своих аксонов к соответствующим двигательным нейронам, обслуживающим обе внутренние прямые мышцы.
Такая одиночная предшествующая клетка могла бы иметь ветвящийся надвое аксон, одна ветвь которого идет к одному глазодвигательному ядру, а другая — к его двойнику на противоположной стороне.
В то же самое время нужно, чтобы другая предшествующая нервная клетка (или клетки), аксон которой имеет тормозящие окончания на двигательных нейронах наружной прямой мышцы, вызывала ее строго соразмерное расслабление.
Если бы рецепторы лежали впереди, пигментные клетки должны были бы располагаться между ними и следующим слоем нервных клеток, в области, уже заполненной аксонами, дендритами и синапсами.
Слой нейронов на передней стороне сетчатки содержит ганглиозные клетки, аксоны которых проходят по поверхности сетчатки, собираются в пучок у слепого пятна и покидают глаз, образуя зрительный нерв.
они реагируют на возбуждающий стимул так же, как обычные нейроны; деполяризация ведет к высвобождению медиатора из аксонных окончаний (часто, как и в случае зрительных рецепторов, это не приводит к возникновению импульсов, вероятно из-за очень малой длины аксона).
В темноте фоторецепторы позвоночных явно больше деполяризованы (имеют более низкий мембранный потенциал), чем обычные нервные клетки в состоянии покоя, и деполяризация вызывает непрерывное высвобождение медиатора из окончаний их аксонов — в точности так, как это происходит в обычных рецепторах при стимуляции.
Имеется несколько подтипов горизонтальных клеток, которые могут сильно различаться у разных животных; их самое необычное свойство, общее с амакриновыми клетками, — это отсутствие чего-либо похожего на типичный аксон.
Прочитав несколько упрощенное описание нервных клеток в предыдущей главе, вы с удивлением можете спросить: каким образом нерв без аксона будет передавать информацию другим нейронам.
Во-первых, тела их расположены в среднем слое сетчатки, а отростки — в синаптической зоне между этим слоем и ганглиозными клетками; во-вторых, они образуют связи и с биполярными, и с ганглиозными клетками и таким образом создают между теми и другими альтернативный, непрямой путь; и наконец, у них нет аксонов, но зато их дендриты способны к образованию пресинаптических окончаний на других клетках.
К тому времени в другой работе уже было показано, что биполярные клетки двух классов, образующие с рецепторами синапсы разной формы, различаются также и расположением своих аксонных окончаний: у одних аксоны оканчиваются там, где кончаются дендриты ганглиозных клеток с on-центром, а у других — там, где кончаются дендриты клеток с off-центром.
Мы знали, что волокна зрительного нерва образуют синапсы с клетками наружного коленчатого тела (НКТ) и что аксоны клеток НКТ оканчиваются в первичной зрительной коре.
По сравнению с корой и множеством других отделов мозга эти тела устроены сравнительно просто — все или почти все из примерно полутора миллионов клеток в каждом НКТ имеют непосредственные входы от волокон зрительного нерва, и большинство клеток (но не все) посылают свои аксоны в кору мозга.
Рецептивные поля нейронов НКТ имеют такую же организацию (разделение на центр и периферию), как и рецептивные поля ганглиозных клеток сетчатки, которые посылают свои аксоны к клеткам НКТ.
Во-вторых (и это еще парадоксальнее), оказалось, что те корковые клетки, которые давали on- или off-ответы, на самом деле были не клетками, а просто аксонами клеток НКТ.
В этом случае каждое разветвление выполняло бы функции отдельной простой клетки, посылая к телу клетки (и соответственно к аксону) сигналы электротоническим путем (с помощью пассивного электрического процесса) всякий раз, когда какая-то линия попадет в определенную зону соответствующего рецептивного поля.
Черные треугольнички — тела клеток, от которых отходят апикальные дендриты, поднимающиеся вверх и разветвляющиеся в слое 1, базальные дендриты, идущие в боковых направлениях, и один тонкий аксон, направляющийся прямо вниз.
У большинства пирамидных клеток в слоях 2, 3, 4B, 5 и 6 аксоны выходят из коры, однако у этих аксонов есть ответвления (коллатерали), которые образуют локальные связи и таким образом помогают распределить информацию по всей толще коры.
Можно сделать вывод, что аксоны, выходящие из слоев 5 и 6 и из слоев 2 и 3 и идущие к разным участкам мозга (к верхним бугоркам четверохолмия, к НКТ, к другим зрительным полям), должны служить для передачи разных видов зрительной информации.
Чем обусловлено такое чередование, стало ясно, когда был разработан новый метод окраски, позволяющий прослеживать ветвление отдельных аксонов, приходящих из НКТ, и распределение их окончаний в коре.
Их нервная сеть представляет собой скопление мультиполярных и
биполярных нейронов, отростки которых могут перекрещиваться, прилегать друг к
другу и лишены функциональной дифференциации на аксоны и дендриты.
Так, например, к одному
мотонейрону подходит около 6000 коллатералей аксонов первичных афферентов,
спинальных интернейронов, нисходящих путей из стволовой части мозга и коры.
Потенциация
выражается в увеличении амплитуды ВПСП во время (тетаническая потенциация) и
после (посттетаническая потенциация) ритмического раздражения пресинаптического
аксона с довольно высокой частотой (100—200 имп/с).
Синаптическая потенциация при ритмических раздражениях может быть обусловлена:
1) повышением потенциала покоя мембраны пресинаптического аксона, ростом
амплитуды потенциала действия и, как следствие, высвобождением большего
количества медиатора из пресинаптической терминали; 2) мобилизацией готового к
выделению медиатора; 3) возрастанием внутриклеточной концентрации ионов Са2+,
который входит в пресинаптическую терминаль во время потенциала действия.
Возбуждение вставочного нейрона приводит к
постсинаптическому торможению мотонейрона антагонистической мышцы—разгибателя,
на теле которого аксон тормозного интернейрона формирует специализированные
тормозные синапсы.
Импульсы от возбужденного мотонейрона через отходящие от его аксона
возвратные коллатерали активируют клетку Реншоу, которая в свою очередь
вызывает торможение разрядов данного мотонейрона.
В случае избыточного притока
сенсорной информации с периферии происходит активация тормозных интернейронов,
которые через аксо—аксональные синапсы вызывают деполяризацию афферентных
терминалей и, таким образом, уменьшают количество выделяемого из них медиатора,
а следовательно, и эффективность синаптической передачи.
По—видимому, медиатором в тормозном аксо—аксональном
синапсе является ГАМК, которая вызывает деполяризацию афферентных терминалей за
счет увеличения проницаемости их мембраны для ионов Сl—.
Аксоны каждого мотонейрона многократно делятся,
и, таким образом, каждый из них охватывает своими терминалями до сотни мышечных
волокон, образуя в совокупности с ними двигательную единицу.
В организации функции α—мотонейронов важным звеном
является наличие системы отрицательной обратной связи, образованной
аксонными коллатералями и специальными тормозными вставочными нейронами — клетками
Реншоу.
13 Послойная топография
серого вещества спинного мозга по Рекседу
Из них первая — дорсальная, содержит преимущественно
нейроны, аксоны которых дают начало спинно—таламическому пути.
Аксоны этих клеток в большинстве
оканчиваются здесь же в студенистом веществе, хотя некоторые из них
проецируются на дорсолатеральный собственный пучок спинного мозга.
Составляющие ее клетки
получают синаптический приток от нейронов студенистого тела и первичных
чувствительных нейронов, аксоны же проецируются в таламус и боковое шейное
ядро.
На этих интернейронах оканчиваются аксоны проприорецепторов
и проприоспинальных нейронов, а также волокна преддверно—спинномозгового и
ретикулярно—спинномозгового путей.
В результате эволюционного развития простая рефлекторная
дуга, лежащая в основе функции нервной системы, усложняется, и в каждой ее
части вместо одного нейрона возникают цепи нервных клеток, аксоны которых
образуют проводящие пути.
Направляясь к продолговатому мозгу, эти аксоны отдают большое число
коллатералей структурам промежуточного, среднего, продолговатого мозга и
ретикулярной формации.
Длинное, простирающееся через весь
мост чувствительное ядро спинномозгового пути тройничного нерва содержит
клетки, к которым подходят афферентные аксоны от рецепторов кожи лица,
слизистой оболочки носа, зубов, надкостницы костей черепа (см.
К дендритам и соме ретикулярных
нейронов подходят коллатерали от аксонов сенсорных восходящих путей,
локализованных в центральной и латеральной частях ствола мозга.
Аксоны нейронов этой области проходят в среднем переднемозговом пучке и
имеют терминальные окончания в различных отделах головного мозга: мозжечке,
гипоталамусе, лимбической системе, коре больших полушарий.
Аксоны крупноклеточной части
красного ядра дают начало нисходящему красноядерно—спинномозговому пути
(Монакова), заканчивающемуся на мотонейронах передних рогов спинного мозга.
В нижней части
молекулярного слоя расположены тела корзинчатых нейронов, аксоны которых
оплетают тела и начальные сегменты аксонов клеток Пуркинье (грушевидных
нейронов) (рис.
Исключение
составляют только клетки—зерна, которые возбуждаются от моховидных волокон и
сами через Т—образно ветвящиеся аксоны активируют все остальные интернейроны
коры мозжечка.
Латеральное всех ядер лежит наиболее крупное латеральное
(зубчатое) ядро мозжечка, от которого мощные пучки волокон направляются
к вентролатеральному ядру таламуса, и далее аксоны нейронов второго порядка
проецируются в моторные зоны коры.
Согласно классификации Бродала, кору
мозжечка млекопитающих можно разделить на три продольные зоны: медиальную
червячную зону, от которой аксоны клеток Пуркинье проецируются на ядро
шатра, промежуточную зону коры, связанную со вставочным ядром, и латеральную
зону коры полушарий, дающую проекции к латеральному ядру.
В специфических, или проекционных,
ядрах таламуса происходит синаптическое переключение сенсорной информации с
аксонов восходящих афферентных путей на следующие, конечные нейроны, отростки
которых идут в соответствующие сенсорные проекционные области коры больших
полушарий.
Аксоны, идущие в ЛКТ из зрительного тракта,
'распределяются в нем с поразительной четкостью: три слоя ЛКТ связаны с
ипсилатеральным (расположенном на той же стороне) глазом, а три остальные — с
контрлатеральным.
Об этом же свидетельствует наличие тормозных
процессов в нейронах ЛКТ, субстратом которых являются цепи отрицательной
обратной связи, образованные возвратными коллатералями аксонов этих клеток и
промежуточными нейронами, имеющими тормозные окончания.
Формируясь в нейросекреторных клетках
этих ядер, гормоны в виде гранул транспортируются по их аксонам и после
разрушения гранул выделяются в капиллярную сеть нейрогипофиза.
Нейронные цепи
гиппокампа представляют собой стереотипные микросети, которые состоят из
возбуждающих волокон энториальной коры, клеток—зерен и пирамидных клеток с
аксонами, идущими через свод к перегородке.
Аксоны локализованных в бледном
шаре нейронов подходят к различным ядрам промежуточного и среднего мозга, в том
числе и к красному ядру, где начинается красноядерно—спинномозговой путь
экстрапирамидной системы двигательной регуляции.
От тела пирамидной клетки вверх
отходит длинный Т—образно ветвящийся апикальный дендрит, а вниз от основания
нейрона — аксон, который либо покидает кору в составе нисходящих путей, либо
направляется к другим зонам коры.
Наконец, третья группа корковых
нейронов включает в себя веретеновидные клетки, имеющие длинный аксон,
который ориентирован в горизонтальном или вертикальном направлении.
30 Структурный микромодуль сенсомоторной коры
III—VI
— корковые слои; 1 — интернейроны, 2 — афферентный вход,
контактирующий с интернейроном, 3 —
афферентный вход, образующий терминала на пирамидных нейронах, 4 — возвратная коллатераль аксона,
вступающая в контакт с тормозным интернейроном, 5 — пучок аксонов, выходящий
за пределы колонки, 6 — возвратная
коллатераль, обеспечивающая облегчающие влияния в пределах модуля.
Аксоны
этих эфферентных корковых нейронов формируют корково—спинномозговой
(пирамидный) и корково—бульбарный пути, участвующие в координации
целенаправленных двигательных актов и позы.
32 Сильно упрощенная схема нейронов, их сетей, афферентных и
эфферентных связей в различных слоях коры большого мозга
А — локализация и форма двух основных типов корковых
нейронов; В —
корково—корковые входы и выходы (ассоциативные а комиссуральные волокна); В —
таламо—корковые (неспецифичные и специфичные) и корково—таламические связи; Г — синаптические входы пирамидной
клетки, аксон которой идет к субталамическим отделам (стволу мозга и спинному
мозгу); Д — обобщенная схема
корковых контуров.
Несколько структурных микромодулей,
объединенных горизонтальным ветвлением терминалей специфических
таламокортикальных афферентов, аксоны терминалей и отростков звездчатых клеток
формируют колонку (или макромодуль), диаметр которой достигает 500—1000
мкм.
Присутствие
глазодоминантных колонок было подтверждено морфологическими методами, например
с помощью аксонного транспорта меченых аминокислот из глаза в зрительную кору
обезьяны.
Морфологическое созревание нейронов
выражается в появлении и накоплении базофильного вещества (субстанции, или
зернистости, Ниссля), развитии отростков и их ветвлений, росте ядра и тела
клетки, миелинизации аксонов и образовании синапсов.
При использовании в качестве таксономических
признаков комплексов фиксированных действий завершающей фазы поведенческого
акта удалось дифференцировать виды, не различающиеся морфологически.
Здесь
в результате ультраструктурных и молекулярных преобразований и происходит
«сцепление» условной и безусловной стимуляции с последующим выходом сложившейся
интеграции на аксон в виде клеточного разряда (рис.
Миелин – многослойная оболочка, сформированная в центральной нервной системе олигодендроцитами, а в периферической нервной системе Шванновскими клетками – обертывает сегменты аксона, разделенные узловыми перехватами Ранвье (РИС.
Миелиновая оболочка ослабляет прохождение current flow через мембрану аксона посредством снижения ее емкости (capacitance) и увеличения ее transverse resistance, давая, таким образом, возможность быстрому сальтаторному продвижению нервного импульса от перехвата к перехвату.
Organization and function of the nodal environsСкоординированная дифференцировка аксона и его миелинизирующих клеток требует тесной взаимосвязи между нейронами и глией на самых ранних стадиях развития.
Сигналы, передаваемые аксоном, регулируют пролиферацию, выживаемость и дифференцировку олигодендроцитов и Шванновских клеток и участвуют в детерминации толщины миелина.
Авторы сфокусировали внимание на молекулярных механизмах, лежащих в основе образования и поддержания этих уникальных доменов аксона, необходимых для нормального функционирования нервной системы.
В периферических нервах весь миелинизированный участок аксона покрыт базальной оболочкой (базальным слоем) (basal lamina), а внешний слой (outer collar) шванновской клетки имеет микроворсинки, покрывающие узловые перехваты (РИС.
Более того, такой ankyrin-binding сайт локализован в пределах короткой последовательности, которой достаточно, чтобы таргетировать белки для начального сегмента аксона.
Ankyrin G также связывает spectrin βIV – spectrin изоформу, присутствующую в изобилии в перехватах Ранвье и начальных сегментах аксонов – связывая в дальнейшем узловые Na + каналы и Ig-CAMs с цитоскелетом аксона.
C обеих сторон перехватов Ранвье компактная миелиновая оболочка раскрывается и формирует заполненные цитоплазмой глиальные петли (glial loops), которые спирально наматываются вокруг аксона (РИС.
Аксоглиальные соединения появляются относительно поздно во время миелинизации – сначала они образуются ближе к перехватам наиболее отдаленной паранодальной петлей и постепенно распространяются по мере того, как дополнительные петли прикрепляются к аксону.
Мембрана аксона в месте аксоглиального соединения содержит комплекс из двух cell-recognition молекул — contactin-associated protein (Caspr, также известные как paranodin) и contactin (РИС.
И Caspr, и contactin важны для образования axoglial junction (аксоно-глиального соединения) и их отсутствие ведет к исчезновению септ (перемычек) и расширению пространства между аксоном и паранодальными петлями.
1B аномально распределяется вдоль периферических миелинизорованных аксонов у мышей с отсутствием либо contactin, либо galactolipids, у которых отсутствуют паранодальные Caspr.
Поэтому, вероятно, что Caspr является трансмембранным скаффолдом, который стабилизирует Caspr/contactin adhesion complex в septate-подобных соединениях связывая комплекс с аксонным цитоскелетом через белок 4.
Предполагают, что paranodal junction присоединяет миелиновую оболочку к аксону, чтобы отделить электрическую активность в перехватах Ранвье от межперехватного участка (internodal region), находящегося под компактной миелиновой оболочкой, и служит в качестве преграды (fence), которая ограничивает латеральную диффузию белков аксолеммы.
В ЦНС этих мутантов паранодальные петли (paranodal loops) дезорганизованы, имеется множество перекрывающихся и инвертированных петель, обращенных в сторону от аксона.
Но даже в отсутствие перегородки (septa) паранональные петли (loops) все еще тесно прикреплены к аксону во многих участках ЦНС и ПНС, указывая на присутствие до сих пор не идентифицированных паранодальных компонентов, которые опосредуют аксо-глиальный контакт в этом участке.
Вместе с электронно-микроскопическими данными, показавшими, что поперечные соединения (transverse bands) образуются позже во время миелинизации, эти исследования указывают на возможную роль перегородки (septa) в сохранении паранодальных петель (колец) для аксона в аксоглиальном соединении.
Два других белка, обнаруженных в juxtaparanodes, представляют собой транзиторный аксональный glycoprotein-1 (Tag1) – GPI-связанный CAM, родственный contactin, и connexin 29 (Cx29), обнаруженый в глиальной мембране.
Два последних исследования показали, что Caspr2 и Tag1 формируют juxtaparanodal complex, состоящий из глиальной Tag1 молекулы и аксонального Caspr2/Tag1 гетеродимера (РИС.
Этот комплекс необходим для аккумуляции К+ каналов в juxtaparanodes, поскольку прицельное нарушение Caspr2 или Tag1 приводит к значительному снижению juxtaparanodal аккумуляции этих каналов в аксонах как ЦНС, так и ПНС (РИС.
Кроме того, компьютерное моделирование, при котором учитывались вариации распределения К+ каналов и проводимости аксоглиального соединения (axoglial junctional conductance) показало, что кластеризация К+ каналов в juxtaparanode может обеспечивать защитную функцию в аксонах, которые могут подвергаться слабой демиелинизации (РИС.
В поддержку этой гипотезы предположили, что Ca2+ transients, записываемые в Шванновских клетках до электрической стимуляции аксона, генерировались К+ efflux (утечкой) из аксона, что деполяризует глиальную мембрану.
Internodal differentiationХотя никакой специфики соединений не наблюдали между глией и аксоном в области межперехватов, при freeze-fracture электронной микроскопии было обнаружено, что межперехватная аксолемма в ПНС содержит продольные нити (longitudinal strands) внутримембранных частиц, напоминающих нити, найденные в paranodes и в juxtaparanodal областях.
1с и 1d, Caspr и contactin локализуются по всей межперехватной области в полосе, фланкированной К+ каналами и Caspr2, которая соединяет внутренний мезаксон (inner mesaxon) миелиновой оболочки и формирует периферическое кольцо ниже внутренней стороны SCHMIDT-LANTERMAN INCISURES.
Эти находки указывают, что локализация аксонных белков в межперехватах диктуется миелиновой оболочкой, вероятно, посредством механизма, сходного с тем, который работает в paranode/juxtaparanode.
Следовательно, распространение Na+ каналов является диффузным в ретинальных ганглиозных клетках (retinal ganglion cells), но они правильно кластеризуются в перехватах, после того как аксоны пересекут lamina cribrosa и станут миелинизированными.
6 в перехватах, он не нужен для таргетирования этой подгруппы в начальном сегменте аксона, что свидетельствует о существовании множественных адресных механизмов при миелинизации аксонов.
Значимость взаимодействия между ankyrin G и такими компонентами перехвата была показана у мышей с отсутствием мозжечковой изоформы ankyrin G, у которых Na+ каналы, Ig-CAMs и spectrin βIV не группируются в начальном сегменте аксонов клеток Пуркинье.
Однако ankyrin G также присутствует в параузлах (paranodes) во время ранней миелинизации аксонов, что говорит не о его прямом участии в первичном таргетировании Na+ каналов, а скорее о его важности для их стабилизации.
Предполагается также, что молекулярное «сито», функционирующее в paranodes во время формирования перехватов, могло бы изменить эти свойства после того как paranodal loops уже обеспечат безопасность аксона посредством septate junction.
Появление такого барьера может быть опосредовано прикреплением Caspr/contactin комплекса к цитоскелету аксона, связывающегося с глиальным лигандом, и сборкой специфических липидных микродоменов.
И хотя вклад липидного состава мембраны в появление доменов аксона пока не изучен, интересно то, что contactin, Caspr и Tag1 ассоциируются с липидными плотиками (rafts).
Такой барьер в области перехвата может быть сходен с диффузным барьером (или мембранным барьером), обнаруженным в начальном сегменте аксона, который можно рассматривать как первый перехват в большинстве миелинизированных аксонов.
В начальном сегменте аксона этот барьер сформирован высоко концентрированными локальными трансмембранными белками, которые прикреплены к актиновому цитоскелету и которые служат в качестве «пикетов», способных блокировать диффузию мембранных белков и фосфолипидов.
Интересно то, что интактный актиновый цитоскелет в аксонах ганглиев сетчатки также необходим для кластеризации Na+ каналов при воздействии растворимого фактора, секретируемого олигодендроцитами.
Аксон - одиночный,
нередко ветвящийся и удлиненный вырост цитоплазмы, структурно и функционально
приспособленный для проведения нервных импульсов от дендритной зоны.
Телодендрии аксона - разветвленные и различно
дифференцированные окончания аксонов, которым присуща мембранная и
цитоплазматическая специализация, связанная с синаптической передачей или нейросекреторной
активностью.
Строение
нейрона (с
изменениями по [13]):
1 - тело
(сома), 2 - дендрит, 3 - аксон, 4 - аксонная терминаль, 5 - ядро,
6 -
ядрышко, 7 - плазматическая мембрана, 8 - синапс, 9 -
рибосомы,
10 -
шероховатый (гранулярный) эндоплазматический ретикулум,
11 -
субстанция Ниссля, 12 - митохондрии, 13 - агранулярный эндоплазматический ретикулум, 14 - микротрубочки и нейрофиламенты,
15 -
миелиновая оболочка, образованная шванновской
клеткой
Рибосомы производят
элементы молекулярного аппарата для большей части клеточных функций: ферменты,
белки-переносчики, рецепторы, трансдукторы,
сократительные и опорные элементы, белки мембран.
Более подробная классификация исходит из особенностей формы их тела
(веретенообразные, пирамидные), аксонной арборизации (корзинчатые), дендритного дерева, (звездчатые) и т.
Аксоны последних переходят на
противоположную сторону и по белому веществу латерального или вентрального
канатика проходят без перерыва до промежуточного мозга.
Аксоны нейронов 2-го порядка,
расположенные в сером веществе спинного мозга, идут по латеральным канатикам той
же (путь Флексига) или противоположной (путь Говерса) стороны к мозжечку.
Эти аксоны
перекрещиваются непосредственно под ядром и по латеральному канатику спускаются
до различных сегментов спинного мозга, устанавливая в его сером веществе связи с
интернейронами.
Кора мозжечка и ее нейронный состав (с изменениями, по
[15]):
I
- молекулярный
слой, II - ганглиозный слой, Ш - гранулярный
слой;
1 - клетка
Пуркинье, 2 - звездчатая клетка, 3 - клетка Гольджи,
4 - корзинчатая клетка, 5 - клетка Гольджи, 6 - клетка-зерно, 7 -
параллельные
волокна, 8
- мшистые волокна, 9 - лазающие волокна, 10 - аксон клетки
Пуркинье, 11 - гломерулы мозжечка, 12 - аксон зернистой
клетки
2.
Их аксоны поднимаются
вертикально в молекулярный слой и там Т-образно
ветвятся, образуя параллельные волокна, которые формируют синапсы на дендритах
других клеток.
Аксоны нейронов этих
ядер идут к стволовым структурам: от ядер шатра - к вестибулярному ядру Дейтерса и ретикулярной формации, от шаровидных и пробковидных - к красным ядрам, от зубчатых - к таламусу и
далее к коре больших полушарий.
Среди
сложных и запутанных связей гипоталамуса можно выделить короткий, но очень
мощный пучок волокон (до 100 000 аксонов), заканчивающийся в задней доле
гипофиза.
Типичной для млекопитающих является
шестислойная кора: 1) верхний молекулярный (плексиморфный)
слой содержит мелкие нервные клетки и апикальные волокна пирамидных клеток
нижележащих слоев; 2) наружный зернистый
слой содержит пирамидные клетки небольшого размера; 3) слой средних пирамид; 4) внутренний зернистый слой состоит из
большого количества короткоаксонных нейронов; 5) внутренний пирамидный слой содержит
особенно большие пирамидные нейроны; 6) полиморфный слой.
После выхода из позвоночного канала эти аксоны идут в
составе смешанного нерва и, отделяясь от него, в составе отдельных веточек (белых соединительных ветвей) подходят к
ганглиям парных симпатических
стволов, которые тянутся вдоль позвоночника.
Их постганглионарные
аксоны идут дальше на периферию и иннервируют эффекторные органы: гладкую мускулатуру внутренних органов,
железистые клетки, поперечнополосатую мускулатуру сердца.
Аксоны ганглиозных клеток, граничащих со стекловидным телом,
направляются к оптическому диску, или
слепому пятну, где они собираются
вместе, проходят через склеру и образуют зрительный нерв.
Аксоны последних частично переходят на
противоположную сторону и идут через два ядра переключения - нижние бугры
четверохолмия и медиальное коленчатое тело (МКТ).
Аксоны, по которым эти клетки передают сигналы в
ЦНС, входят в состав VIII нерва и заканчиваются на нейронах ядер вестибулярного комплекса продолговатого
мозга: верхнее (ядро Бехтерева),
латеральное (ядро Дейтерса), медиальное (ядро Швальбе) и нижнее ядра.
Тела нейронов, афферентные аксоны которых подходят к кожным
рецепторам или сами выполняют рецепторную функцию, находятся в спинальных
ганглиях и передают в головной мозг информацию по двум основным путям: лемнисковому (пучки Голля и Бурдаха) и спинно-таламическому.
Аксоны обонятельных
клеток образуют толстые пучки под сенсорным эпителием (обонятельные волокна), которые идут к
обонятельным луковицам, проходя через
решетчатую кость.
Аксоны митральных
клеток образуют обонятельный тракт, передающий сигналы во многие области мозга,
в том числе в обонятельную луковицу противоположной стороны, обонятельную кору,
гиппокамп и через миндалину к ядрам гипоталамуса.
НЕЙРОНЫ
Хотя взаимоотношения
нейронов - клеток, составляющих нервную систему,- чрезвычайно
сложны, все эти клетки имеют общий основной план строения: они состоят из
тела клетки, содержащего ядро, и отростков - одного аксона и одного или
нескольких дендритов (рис.
У
чувствительных нейронов дендриты соединены с рецепторами, а аксоны - с
другими нейронами; у двигательных нейронов дендриты соединены с другими
нейронами, а аксоны - с каким-нибудь эффектором; у вставочных нейронов и
дендриты и аксоны соединяются с другими нейронами.
Нервные стволы, или нервы,
состоят из большого числа аксонов и дендритов, объединенных в общей
соединительнотканной оболочке.
Аксон или
дендрит покрыты, помимо клеточной мембраны, еще одной или двумя
оболочками: наружной неврилеммой и внутренней миэлиновой
оболочкой (рис.
Большое темное
овальное образование представляет собой ядро клетки неврилеммы;
между ядром и аксоном видны митохондрии; можно видеть спирально
закрученные складки клеточной оболочки (X 28 000).
Нервный импульс передается с кончика аксона
одного нейрона на дендрит следующего через синаптическое соединение путем
выделения у кончика аксона определенного вещества.
МЕМБРАННАЯ ТЕОРИЯ ПРОВЕДЕНИЯ
ВОЗБУЖДЕНИЯ
Наши современные знания о природе
нервного импульса получены главным образом в результате опытов с очень
крупными аксонами, имеющимися у кальмара, у речного рака и у некоторых
червей.
Толщина гигантского аксона у кальмара (около 1 мм) позволяет
вводить микроэлектроды и микропипетки непосредственно в вещество нервного
волокна и измерять электрический потенциал нервной мембраны.
Изучение "кабельных" свойств нервного волокна
показывает, что аксон едва ли представляет собой пассивный проводник,
поскольку происходящие при этом потери очень велики.
Гигантский аксон кальмара может провести несколько сот тысяч импульсов,
даже если выключить его натриевый насос, прежде чем запасы
аккумулированных ионов будут исчерпаны.
На электронных микрофотографиях видно, что
мембраны аксона и дендрита в синапсе сильно сближаются, но ни слияния, ни
непосредственного контакта между ними обнаружить нельзя.
Контакт между двумя мембранами в этом особом синапсе действует как
выпрямитель и позволяет току легко проходить в одном направлении - от
аксона соединительного нейрона к дендриту двигательного нейрона.
У вас может возникнуть вопрос: если кончик аксона
выделяет такое вещество, как ацетилхолин, почему это вещество не
стимулирует следующий дендрит или мышцу в течение длительного времени.
Химическая передача в синапсе связана с двумя
процессами: 1) освобождение под действием нервного импульса специфического
вещества из места его хранения в кончике аксона в узкое пространство между
соседними нейронами и 2) процесс, путем которого специфическое вещество -
медиатор - присоединяется к специфическим рецепторам в дендрите и вызывает
изменение свойств его клеточной мембраны, приводящее к возникновению
нового импульса.
На поперечном разрезе можно видеть,
что он состоит из двух типов ткани: внутренней массы серого вещества,
имеющей в разрезе форму бабочки и состоящей из тел нервных клеток, и
лежащего снаружи белого вещества, образованного пучками аксонов и
дендритов (рис.
Белый цвет этих пучков обусловлен миэлиновыми оболочками нервных
волокон; концы аксонов и дендритов, находящиеся в центральном сером
веществе, не имеют миэлиновых оболочек.
Передние рога содержат тела нейронов,
аксоны которых направляются в составе спинномозговых нервов к мышцам; все
остальные нервные клетки спинного мозга являются вставочными нейронами.
Аксоны и дендриты белого вещества разделены на
пучки со сходными функциями: восходящие пути, которые проводят импульсы к
головному мозгу, и нисходящие пути, которые проводят импульсы от головного
мозга к эффекторам.
1 - вставочный нейрон; 2 - дендрит; 3 - тело нейрона; 4 - аксон; 5 - синапс
между чувствительным и вставочным нейронами; 6 - аксон чувствительного
нейрона; 7 - тело чувствительного нейрона; 8 - дендрит чувствительного
нейрона; 9 - аксон двигательного нейрона; 10 - тедо двигательного нейрона;
11 - синапс между вставочными и двигательными нейронами; 12 - рецептор в
коже; 13 - мышца.
Их аксоны выходят через передние корешки
спинномозговых нервов вместе с двигательными волокнами, идущими к скелетным
мышцам, а затем отделяются от этих волокон и образуют вегетативную ветвь
спинномозгового нерва, идущего к симпатическому ганглию.
Аксоны некоторых из вторичных нейронов идут от симпатического
ганглия обратно к спинномозговому нерву и проходят в его составе к
иннервируемым потовым железам, мышцам, поднимающим волосы, и мускулатуре стенок
кровеносных сосудов.
Все эти нервы содержат аксоны первых нейронов в цепи; ганглии
парасимпатической системы расположены в иннервируемых ими органах или около
них, так что все аксоны вторичных нейронов сравнительно короткие.
Благодаря многочисленным разветвлениям аксона
промежуточные нейроны могут одновременно возбуждать большое число других
нейронов (например, звездчатые клетки коры — см.
Часть синтезированного в
нейроне белка компенсирует его расходы в теле клетки во время деятельности, а
другая часть перемещается вдоль по аксону (со скоростью около 1—3 мм в сутки)
и, вероятно, участвует в биохимических процессах в синапсах.
Разветвления аксонов могут образовывать синапсы на
дендритах (аксодендритические синапсы) и на соме (теле) нервных клеток (аксосоматические
синапсы), в ряде случаев—на аксоне (аксоаксональные синапсы).
В области начального сегмента нервной клетки (аксонного
холмика и начальной немиелинизированной части аксона) имеется низкопороговая
зона, мембрана которой обладает в несколько раз более высокой возбудимостью,
чем на других участках клетки (порог возбудимости мембраны начального сегмента
равен 10 мв, а порог возбудимости соматодендритической мембраны—20—30 мв).
С появлением ПД, который в отличие от местных
изменений мембранного потенциала (ВПСП и ТПСП) является распространяющимся
процессом, нервный импульс начинает проводиться от тела нервной клетки вдоль по
аксону к другой нервной клетке или рабочему органу, т.
Процессы, происходящие в активном нейроне, можно представить в виде
следующей цепи: потенциал действия в пресинаптическом окончании предыдущего
нейрона —> выделение медиатора в синаптическую щель —> увеличение
проницаемости постсинаптической мембраны —> ее деполяризация (ВПСП) или гиперполяризация
(ТПСП) —> взаимодействие ВПСП и ТПСП на мембране сомы и дендритов нейрона
—> сдвиг мембранного потенциала в случае преобладания возбуждающих влияний
—> достижение критического уровня деполяризации —> возникновение
потенциала действия в низкопороговой зоне (мембране начального сегмента)
нейрона —> распространение потенциала действия вдоль по аксону (процесс
проведения нервного импульса) —> выделение медиатора в окончаниях аксона
(передача нервного процесса на следующий нейрон или на рабочий орган).
В ответ по аксону тормозной клетки
распространяется обычный ПД, но в отличие от других нейронов окончания аксона
при этом выделяют не возбуждающий, а тормозной медиатор.
При возбуждении мотонейрона спинного мозга импульсы поступают по его аксону
к мышечным волокнам и одновременно по коллатералям аксона — к тормозной клетке Рэншоу.
Окончания аксонов одной нервной клетки образуют аксоаксональный
синапс на окончании аксона другой нервной клетки и блокируют передачу
возбуждения в последнем (см.
В области такого пресинаптического
контакта развивается чрезмерно сильная деполяризация мембраны аксона, которая
приводит к состоянию парабиоза (пессимального торможения, по Н.
От тела клетки вертикально вверх к поверхности коры направлен
наиболее толстый (верхушечный) дендрит, через который в клетку поступают
различные афферентные влияния от других нейронов, а вертикально вниз отходит
эфферентный отросток — аксон.
К «быстрой» подсистеме относятся крупные клетки моторной области коры, аксоны
которых обладают высокой скоростью проведения — от 80 до 25 м/сек (средняя
скорость—50 м/сек).
К «медленной» подсистеме—средние и мелкие клетки моторной и
других областей коры, обладающие меньшей скоростью проведения в аксонах—от 25
до 7 м/сек (средняя скорость 14 м/сек).
В состоянии мышечного покоя крупные пирамидные нейроны с
быстропроводящими аксонами имеют слабую импульсную активность, а при
возникновении движения частота их разрядов резко повышается.
Аксоны кортико-спинальной системы образуют
окончания на аксонах чувствительных нервных клеток, передающих импульсы от
рецепторов на периферии в спинной мозг (аксоаксональные синапсы).
От тела первого
эфферентного нейрона, который находится в центральной нервной системе (в
спинном, продолговатом или среднем мозгу), отходит длинный аксон, образующий предузловое
(или преганглионарное) волокно.
Кроме того, эта
область мозга осуществляет прямой контроль над всей эндокринной системой через
посредство специфических нейронов, регулирующих секрецию гормонов передней доли
гипофиза, а аксоны других гипоталамических нейронов оканчиваются в задней доле
гипофиза.
Следует
обратить внимание, что аксоны (сигнальные выходы нейронов, которые бывают
до метра длиной, или "нервы") могут возбуждать не только мышцы, или
быть причиной возбуждения последующих нейронов, но и просто инициировать выделение активных
веществ-регуляторов "медиаторы".
Под
электронным микроскопом, увеличивающим объекты в десятки тысяч раз,
отчетливо видно, что ни нервные клетки, ни мышечные волокна, ни клетки других
тканей с аксоном непосредственно не соединяются.
Наличие щели делает невозможным непосредственный
переход возбуждения с аксона на следующие нейроны, мышечные волокна и другие
образования, с которыми связан аксон.
Во время развития аксоны от двигательных нейронов выходят из спинного мозга в виде стереотипических паттернов и проводятся к своим мишеням с помощью клеточных и молекулярных сигналов, которые могут или привлекать или отталкивать их.
Эти ранние решения о прекращении роста и дифференцировке в основном обусловливаются локальными модифицирующими предсуществующими молекулами, тем самым предваряется необходимость в ожидании информации, переносимой между кончиком аксона и довольно удаленным телом клетки нейрона.
одним из наиболее важных событий, которое следует сразу после контакта аксона с дифференцирующимся мышечным волокном является быстрый сбор (в течение минут) до этого диспергированных ацетилхолиновых рецепторов под формирующимся нервным окончанием.
аксонов, чтобы создать пучок, называемый fascicles, и целый ряд cell adhesion molecules (CAMs) обнаруживается на поверхности аксонов, которые вносят вклад в процесс фасцикуляции.
Уже имеющиеся (pre-existing) аксоны важны для выбора направления движения и роста последующих аксонов, поскольку ведомые аксоны часто fasciculate (расположены в виде пучка) с направляющим аксоном, который достигает своей мишени.
ru)
Известно, что градиенты молекул, управляющие аксонами (axon guidance molecules), контролируют развитие организации нейральных связей в топографические карты.
Последняя система, сформированная аксонами ганглиозных клеток сетчатки (retinal ganglion cells - RGCs) к их наиболее известным мишеням среднего мозга – оптическому тектуму (optic tectum - OT) у рыб, амфибий и цыплят или к верхнему колликулусу (superior colliculus - SC) у млекопитающих, стала основной моделью для изучения развития топографических карт и градиентов сигнальных («управляющих») молекул, контролирующих их формирование.
Наибольшее внимание уделяется млекопитающим и куриному эмбриону, у которых аксональные механизмы развития карты нуждаются в уникальных действиях топографических молекул-гидов (guidance molecules) в специфической временной последовательности.
Критерием топографических молекул-гидов в ретинотектальной проекции является их градуированная и ограниченная экспрессия в сетчатке или в OT/SC, а также тот факт, что RGC аксоны из различных частей сетчатки по разному реагируют на эти молекулы и оказывают эффект на RGS картирование in vivo.
Sperry предположил, что молекулярные метки (tags) на проецирующихся аксонах и их клетках-мишенях детерминируют специфичность аксональных связей в нейральной карте.
2001), однако последующие математические модели усовершенствовали гипотезу - добавились контрградиенты аттрактантов ( Gierer 1983) и градуированные репелленты (Gierer,1987), проведены более точные расчеты, особенно последовательных фаз сложного поведения RGC аксонов во время развития карты в OT/SC высших позвоночных (Yates et al.
The distributions of ephrin-As in the retina and EphAs in the OT/SC fulfill these requirements В соответствии с хемоаффинной гипотезой каждая точка в OT/SC должна иметь уникальный молекулярный адрес, детерминированный градуированным распределением топографических молекул-гидов вдоль двух тектальных осей и таким же образом каждая RGS должна иметь уникальный профиль рецепторов для этих молекул, что приводило бы к зависимой от расположения и дифференциальной реакции на них RGC аксонов.
В последующие десятилетия была изучена специфика проекций RGC аксонов к тектальным клеткам с использованием анализа проекций аксонов у нормальных животных и после экспериментальных манипуляций – сначала в регенерирующей ретинотектальной системе рыб и амфибий и позже, по мере развития высокоразрешающих методов исследования (мечение аксонов), - в развивающихся ретинотектальных/ретиноколликулярных проекциях.
Эти исследования подтвердили основной догмат хемоаффинной гипотезы о том, что в установлении топографических проекций участвуют RGC аксоны, реагирующие на позиционную информацию в OT/SC.
Используя оценку membrane stripe, авторы показали, что темпоральные аксоны RGС куриного эмбриона, имеющие выбор между ростом на альтернативных lanes передних и задних тектальных мембран, росли преимущественно на своих топографически подходящих anterior мембранах, тогда как назальные RGС аксоны не проявляли никаких преимуществ.
Одна из важных находок показала, что такое ростовое преимущество темпоральных аксонов не обусловлено аттрактантами или способствующей росту активностью, ассоциированной с передними тектальными мембранами, а обусловлено репеллентной активностью, ассоциированной с задними тектальными мембранами (Walter et al.
Задние тектальные мембраны также преимущественно вызывали коллапс ростовых конусов темпоральных аксонов – признак, который облегчал репеллентную активность к 33kDa - GPI-anchored белку (Cox et al.
RGM имеет градуированный паттерн экспрессии в ОТ, сходный с ephrin-As, и инактивация RGM, используя CALI (chromophore assisted laser inactivation) метод привела к потере селективного репеллентного эффекта задних ОТ мембран на темпоральные RGS аксоны (Muller et al.
Эти виды имеют и существенные различия в механизмах, управляющих RGC аксонами к мишеням их точных зон терминации (termination zone - TZ) и, следовательно, в функциях «управляющих» молекул в контроле топографического таргетирования RGC аксонов.
Тщательный количественный анализ показал, что это единственный механизм образования карты и в настоящее время начала вырисовываться относительная важность направления роста аксонов, их ветвления и роль «управляющих» молекул в контроле создания топографических карт (Hindges et al.
Авторы рассматривают различия в направлениях роста аксонов (первичных ростовых конусов) и их промежуточного ветвления у разных моделей – цыплят и грызунов и у лягушек и рыб.
Авторы отмечают важную роль интерстициального ветвления аксонов, специфичное вдоль AP оси – наиболее высокая степень ветвления найдена в участке АР, являющимся будущей зоной терминации (Yates et al.
Промежуточные ветви располагаются перпендикулярно по отношению к первичному аксону и распространяются, главным образом, по LM оси в направлении их будущих TZ (Hindges et al.
Далее авторы рассматривают распространение аксонов во время AP картирования, механизмы височно-назального ретинотопического картирования с участием АР-специфического промежуточного ветвления, АР градиенты (параллельные и оппозитные) промотеров и результаты подавления ветвления аксонов, роль EphBs и Ephrin-Bs в молекулярном контроле DV и LM картирования у разных моделей, роль и механизмы «управляющих» молекул в росте первичных аксонов и промежуточном ветвлении, видоспецифические различия в развитии топографических карт у разных моделей, роль Eph семейства receptor tyrosine kinases (RTKs), идентификацию дополнительных генов-кандидатов, участвующих в ретинотопическом картировании, обсуждаются перспективы развития этого направления исследований.
Вот есть тормозные нейроны — тип интернейронов, аксоны которых образуют на телах и дендритах возбуждающих клеток нервные окончания, в которых вырабатывается особый тормозный медиатор.
16:27:55 Palarm список всех сообщений - unlimited Оценок: 6 Род: Сообщений: 1823 E-Mail Сообщение № 12249 показатьответ -только после авторизацииавтор: Айк сообщение 12248 Ведь у нас аксон один, а дендридов много.
14:11:06 Айк список всех сообщений - админ Оценок: 4 Сообщений: 2788 Сообщение № 12250 показатьответ -только после авторизацииPalarm, тогда добро пожаловать в клуб запутавшихся :) Вот смотри: WIKI (но вообще это написано всегда и везде в начале любого учебника):Аксон" rel="nofollow" href="http://ru.
org/wiki/%D0%90%D0%BA%D1%81%D0%BE%D0%BD">Аксон — обычно длинный отросток нейрона, приспособленный для проведения возбуждения и информации от тела нейрона или от нейрона к исполнительному органу.
org/wiki/%D0%94%D0%B5%D0%BD%D0%B4%D1%80%D0%B8%D1%82">Дендриты — как правило, короткие и сильно разветвлённые отростки нейрона, служащие главным местом образования влияющих на нейрон возбуждающих и тормозных синапсов (разные нейроны имеют различное соотношение длины аксона и дендритов), и которые передают возбуждение к телу нейрона.
17:13:05 Aglas список всех сообщений - unlimited Оценок: 3 Сообщений: 479 E-Mail Сообщение № 12253 показатьответ -только после авторизацииавтор: Айк сообщение 12252 Аксон растёт к дендридам, или дендриды растут к аксону Думаю, все же дендриты образуют связи с аксоном.
17:19:11 Благодарность от: Айк Айк список всех сообщений - админ Оценок: 4 Сообщений: 2788 Сообщение № 12254 показатьответ -только после авторизации>>> Думаю, все же дендриты образуют связи с аксоном.
Да, Маркин у себя тоже так пишет, сейчас посмотрел :)То есть аксон доползает до какого-то места, разрастается там, а дальше уже в большей степени дендриды на него лезут.
17:52:45 nan список всех сообщений - админ Оценок: 39 Род: Сообщений: 9470 E-Mail Сообщение № 12255 показатьответ -только после авторизации >>Ведь у нас аксон один, а дендридов много (в реальности, как я помню, всё несколько сложнее).
Для того же, чтобы образовать связи с даними нейронами, которые уже вырастили в данную зону аксоны, нужно чтобы этот аксон возбуждался, это стимулирует рост к нему дендритов с образованием синапсов.
Весьма вероятно, что торможение, действующее транссинаптически по
возвратным аксонным коллатералям проекционных нейронов в слоях V и VI, тоже
играет роль в создании торможения вокруг колонок.
Стимуляция в
глубоких слоях вызывала локальное возбуждение и такое же торможение вокруг
колонок, возможно идентичное по своему механизму тому, какое, по описанию Стефаниса
и Джаспера, создается импульсами в возвратных аксонных коллатералях клеток,
дающих начало волокнам пирамидного тракта.
Динамическое торможение
вокруг колонок производится, по-видимому, как аксонами, входящими в серое
вещество, так и действием возвратных коллатералей проекционных нейронов инфрагранулярных
слоев
Данные исследования
теменной гомотипической коры
Гомотипическая кора теменной доли обезьяны построена в
виде вертикальных нейронных тяжей и обладает функциональными характеристиками
колончатой организации.
Все слои, кроме V, содержат медиальные,
тангенциальные или наклонные аксоны, расположенные так, что каждый норадренергический
аксон может влиять на смежные соседние корковые колонки на очень большом
расстоянии.
По-видимому, любая клетка locus coeruleus имеет очень обширную
проекцию в головном мозгу, включая области новой коры, и создает огромное
разветвленное аксонное поле.
Основные классы кортикофугальных аксонов
- это ипсилатеральные кортико-кортикальные, комиссуральные кортико-кортикальные,
кортико-таламические аксоны и большой класс аксонов, которые направляются в
разных комбинациях в такие области, как базальные ганглии, средний мозг, мост,
продолговатый и спинной мозг.
Очень редки исключения из следующих общих правил: от всех
пирамидных клеток коры отходят аксоны, направленные наружу; все наружные
аксоны, начинающиеся в коре, отходят от пирамидных клеток; все наружные аксоны
являются по своему синаптическому действию возбудительными.
Особого типа тормозные вставочные нейроны -
крупные корзинчатые клетки в слоях IV и V - создают аксонное распределенное
поле в форме узкого, удлиненного кортикального диска, внутри которого отдельные
аксонные окончания охватывают в виде корзинок тела пирамидных клеток, лежащие в
этом поле.
Почти от всех внешних аксонов отходят возвратные
коллатерали, которые многократно ветвятся в шарообразном пространстве диаметром
до 3 мм, проникая во все щеточные слои, начиная от места своего возникновения,
обычно в слое VI.
Где именно оканчиваются веточки этих возвратных аксонов,
точно еще не известно; несомненно, однако, что некоторые окончания аксонов идут
к шипикам дендритов соседних пирамидных клеток и оказывают на них возбуждающее
действие.
На это
указывает тот факт, что транссинаптическое действие импульса во внешнем аксоне
на соседние пирамидные клетки состоит в слабой и непродолжительной
деполяризации, за которой следует сильная и длительная гиперполяризация.
Характер распределения системы возвратных аксонных
коллатералей таков, что интенсивная активность в любой небольшой группе
выходных клеток должна создавать мощное торможение вокруг колонок.
Следовательно, корковая колонка образуется благодаря анатомическим связям -
своему специфическому афферентному входу и своим вертикально ориентированным
внутренним связям, - а кроме того, динамически, благодаря сильному торможению
вокруг колонки, создаваемому крупными корзинчатыми вставочными нейронами и аксонными
коллатералями пирамидных клеток.
Работы последних лет показали, что во многих частях нервной
системы, в том числе в новой коре, дендриты сами оказываются пресинаптическими
по отношению к другим дендритам и даже к аксонным окончаниям.
Новые
методы световой микроскопии, в особенности серебрение для окрашивания
дегенерирующих аксонных окончаний, привели многих исследователей к ряду важных
открытий.
Введение метки в молекулы медиаторов или ферментов,
их синтезирующих, и использование флуоресцентной или иммунофлуоресцентной
микроскопии позволило проследить даже самые тонкие аксоны до их окончаний.
Голдмен и Наута тоже сделали
важное наблюдение, что обособление зон распределения корковых эфферентов
происходит не только в коре, так как у обезьяны окончания аксонов, идущих из
лобной гранулярной коры к хвостатому ядру, обособлены в скопления, которые
разделены зонами, лишенными таких окончаний.
В последнее время
дополнительные свидетельства в пользу этой гипотезы принесли многочисленные
работы по изучению внутренних и внешних корковых связей, особенно те работы, в
которых применены новые методы идентификации клеток, дающих начало другим
связям, и локусов, где оканчиваются связующие аксоны.
Лекция 4
Иннервация мышечных волокон
Мышца
насекомого получает быструю, медленную тормозную иннервацию, причем одно
волокно может обслуживаться всеми категориями аксонов (быстрым, медленным и
тормозным).
По аксону от
тела клетки к органу
Главная
функция нервных элементов передача информации из одной точки тела в другую
Градуальные
(декрементные) потенциалы (пассивное проведение) зависит от уровня начального
потенциала и "затухает" по мере удаления.
Тело
нейрона - перикарион,
Отростки
аксон -
проводящий- длинный проводит потенциал к нервным оканчаниям где осуществляется
связь с другой клеткой (синаптическая передача)
дендрит-
чувствительный короткий.
е вызывает гиперполяризацию клетки
Ток
направленный изнутри аксона наружу уменьшает МП(мембранный потенциал-потенциал
невозбужденной клетки) он вызывает деполяризцию.
ru/5301
Формирование аксонов
Использовано в предметной области:Системная нейрофизиология (nan)
раздел: Наследование способностей (nan)
Механизмы установления межнейронных связей в нервной системе позвоночных и беспозвоночных являются в настоящее время одной из важных проблем в области нейробиологии.
Как модельные системы каждая группа организмов имеет свои преимущества и вносит определенный вклад в понимание того, каким образом аксоны достигают своих конечных мишеней.
Именно у беспозвоночных модельных организмов при использовании классических методов скрининга мутаций были обнаружены гены, нарушающие процесс нахождения аксонами своего пути во время развития мозга.
В настоящем обзоре авторы рассматривают роль беспозвоночных животных в открытии молекулярных механизмов, управляющих направлением движения аксонов к своим конечным мишеням.
аксонов, чтобы создать пучок, называемый fascicles, и целый ряд cell adhesion molecules (CAMs) обнаруживается на поверхности аксонов, которые вносят вклад в процесс фасцикуляции.
Ключевой стратегией во время исследования нахождения аксонами своего пути является нарушение пути аксона к мишени между клетками-ориентирами (guidepost), существование которых было обнаружено в почке (зачатке) конечности кузнечика.
Уже имеющиеся (pre-existing) аксоны важны для выбора направления движения и роста последующих аксонов, поскольку ведомые аксоны часто fasciculate (расположены в виде пучка) с направляющим аксоном, который достигает своей мишени.
Например, мы мало знаем о том, как аксоны интегрируют полученные ими одновременно сигналы и генерируют единственный верный ответ, а также как они адаптируют свои ответные реакции, двигаясь вдоль своего пути следования к конечной мишени.
Таким образом, не столько генетический код, а в гораздо большей степени влияние среды определяет путь развивающегося аксона и, соотвественно, предрасположения и психические способности.
АКСОНЫ: Механизмы выбора пути
AXON GUIDANCE MECHANISMS AND MOLECULES: LESSONS FROM
INVERTEBRATES
Sofia J.
Как модельные системы каждая группа
организмов имеет свои преимущества и вносит определенный вклад в понимание
того, каким образом аксоны достигают своих конечных мишеней.
Именно у
беспозвоночных модельных организмов при использовании классических методов
скрининга мутаций были обнаружены гены, нарушающие процесс нахождения
аксонами своего пути во время развития мозга.
В настоящем обзоре авторы рассматривают роль беспозвоночных
животных в открытии молекулярных механизмов, управляющих направлением
движения аксонов к своим конечным мишеням.
аксонов, чтобы создать
пучок, называемый fascicles, и целый ряд cell adhesion molecules (CAMs)
обнаруживается на поверхности аксонов, которые вносят вклад в процесс
фасцикуляции.
Ключевой стратегией во время исследования нахождения аксонами своего
пути является нарушение пути аксона к мишени между клетками-ориентирами
(guidepost), существование которых было обнаружено в почке (зачатке)
конечности кузнечика.
Roundabout (Robo) и Slit формируют часть
связанной между собой сигнальной системы, являющейся критической в
процессе нахождения аксоном своего пути.
Уже имеющиеся (pre-existing) аксоны важны для выбора направления
движения и роста последующих аксонов, поскольку ведомые аксоны часто
fasciculate (расположены в виде пучка) с направляющим аксоном, который
достигает своей мишени.
Например,
мы мало знаем о том, как аксоны интегрируют полученные ими одновременно
сигналы и генерируют единственный верный ответ, а также как они адаптируют
свои ответные реакции, двигаясь вдоль своего пути следования к конечной
мишени.
Кроме того, эта область мозга осуществляет прямой контроль над всей эндокринной
системой через посредство специфических нейронов, регулирующих секрецию
гормонов передней доли гипофиза, а аксоны других гипоталамических нейронов
оканчиваются в задней доле гипофиза.
Следует
обратить внимание, что аксоны (сигнальный выход нейрона, который может тянуться
до метра длиной, или "нервы") могут возбуждать не только мышцы, но и
быть причиной возбуждения последующих нейронов, или просто выделять активные
вещества-регуляторы "медиаторы".
Под электронным
микроскопом, увеличивающим объекты в десятки тысяч раз, отчетливо видно, что ни
нервные клетки, ни мышечные волокна, ни клетки других тканей с аксоном
непосредственно не соединяются.
Наличие щели делает невозможным непосредственный переход возбуждения с
аксона на следующие нейроны, мышечные волокна и другие образования, с которыми
связан аксон.
Пресинаптическое
торможение развивается в аксо-аксональных синапсах, образованных на пресинаптических
окончаниях нейрона, В основе пресинаптического торможения лежит развитие
медленной и длительной деполяризации пресинаптического окончания, что приводит
к уменьшению или блокаде дальнейшего проведения возбуждения.
Процесс
иррадиации связан с наличием в центральной нервной системе многочисленных
ветвлений аксонов и особенно дендритов нервных клеток и цепей вставочных
нейронов, которые объединяют друг с другом различные нервные центры.
Пресин
оптическое торможение развивается в аксо-аксональных синапсах, образованных на пресинаптических
окончаниях нейрона, В основе пресинаптического торможения лежит развитие
медленной и длительной деполяризации пресинаптического окончания, что приводит
к уменьшению или блокаде дальнейшего проведения возбуждения.
Палочки и колбочки соединены с биполярными нейронами,
которые в свою очередь связаны с ганглиозными клетками, посылающими свои аксоны
в составе зрительного нерва к вставочным нейронам мозга.
Аксоны ганглиозных клеток, собранные в зрительном
нерве, направляются к основанию передней части гипоталамуса, где оба нерва
сходятся вместе, образуя хиазму (перекрест).
С этой удобной
позиции вы могли бы увидеть, что все аксоны ганглиозных клеток с той половины
сетчатки, которая ближе к носу, переходят в области хиазмы на противоположную
сторону.
Аксоны ганглиозных клеток образуют синапсы с клетками
латерального коленчатого тела таким образом, что там восстанавливается
отображение соответствующей половины поля зрения.
Исследования
особенностей топографического распределения гигантских синапсов мшистых волокон
(или аксонов гранулярных клеток зубчатой фасции), так называемых “синаптических
окончаний с памятью” на пирамидных нейронах гиппокампа, проведены на различных
генетических линиях мышей и крыс.
Именно в пределах мембраны и цитоплазмы
нейрона происходит ассоциация зффектов условной и безусловной стимуляции с
последующим выходом сложившейся интеграции на аксон в виде импульсного разряда
клетки.
Сайты высвобождения на кончиках являются очень специализированными
структурами, которые, как было показано, предварительно собираются в теле
клетки двигательного нейрона и транспортируются в аксон в качестве
одиночных единиц, уже готовых для вставки в мембрану окончаний нерва.
Neuromuscular junction formation
The nerve terminal
Во время развития аксоны от двигательных нейронов выходят из спинного
мозга в виде стереотипических паттернов и проводятся к своим мишеням с
помощью клеточных и молекулярных сигналов, которые могут или привлекать
или отталкивать их.
Рост аксонов происходит со скоростью приблизительно
10–50 &micri;m
h-1, покрывая расстояния от
миллиметров до метров в зависимости от вида животного.
Эти ранние
решения о прекращении роста и дифференцировке в основном обусловливаются
локальными модифицирующими предсуществующими молекулами, тем самым
предваряется необходимость в ожидании информации, переносимой между
кончиком аксона и довольно удаленным телом клетки нейрона.
В самом деле, один из наиболее
сложных структурных признаков окончаний зрелых нервов, места высвобождения
пузырьков, действительно собираются в теле клетки, транспортируются в
аксон и вставляются en bloc в мембрану нервных
окончанаий.
одним из
наиболее важных событий, которое следует сразу после контакта аксона с
дифференцирующимся мышечным волокном является быстрый сбор (в течение
минут) до этого диспергированных ацетилхолиновых рецепторов под
формирующимся нервным окончанием (Figure 1b).
Генетические
подходы и анализ мутантов идентифицировали несколько кандидатов молекул
клеточной поверхности, участвующих в аксональной fasciculation,
defasciculation, нахождении путей или распознавании мишеней.
отталкивать аксональные выросты моторных нейронов
Drosophila, указывая тем самым, что комбинация аттрактивных и
отталкивающих молекул устанавливает точный паттерн проекций двигательных
нейронов на мышцы.
Аксоны от двух глаз расходятся в
боковые geniculate ядра и заканчиваются в разных слоях, которые являются
исключительно монокулярными (каждый слой получает входные импульсы
исключительно от одного из глаз).
Латеральные geniculate нейроны в свою
очередь проецируются в первичный зрительный кортекс, где их аксоны опять
разделяются в соответствии с происхождением глаза, формируя ocular
dominance столбы внутри слоя 4 зрительного кортекса.
Сортировка аксонов и генерация столбов в кортексе, как полагали некоторые
исследователи, является результатом конкуренции среди аксонов за два
глаза, управляемые с помощью волн спонтанной активности, которые
распространяются поперек сетчатки.
Все согласны, однако,
что зрительное ощущение регулирует расхождение аксонов независимо от того,
устанавливается ли оно первоначально независимой активностью или за счет
спонтанной активности сетчатки.
Каждая клетка Пуркинье получает синаптический входящие импульсы вблизи
своего клеточного тела от одиночного аксона (climbing fibre), исходящего
от нижнего olivary ядра, а также большое количество входящих
импульсов на уровне своего разросшегося дендритного древа от аксонов
(parallel fibres) гранулярных клеток.
Единственным эфферентным выходом из коры мозжечка являются аксоны клеток Пуркинье, образующие синапсы с нейронами внутримозжечковых ядер и нейронами латерального вестибулярного ядра (рис.
Мощные пучки волокон, образованные преимущественно аксонами нейронов зубчатого ядра, направляются к вентролатеральному ядру таламуса, где происходит синаптическое переключение, и аксоны постсинаптических нейронов идут в моторную область коры больших полушарий; часть аксонов направляется к базальным ядрам.
Дендриты и аксоны звездчатых клеток в молекулярном слое расположены таким же образом, тогда как параллельные волокна ориентированы строго трансверзально (перпендикулярно) по отношению к фоллиуму и сагиттальному направлению мшистых волокон.
В нижней части молекулярного слоя находятся также тела корзинчатых клеток, аксоны которых идут перпендикулярно направлению листка коры мозжечка и оплетают тела и начальные сегменты аксонов клеток Пуркинье.
Возбудительные влияния на клетки Пуркинье от моховидных волокон переключаются через клетки-зерна, аксоны которых поднимаются к поверхности коры мозжечка и, разветвляясь в молекулярном слое, образуют параллельные волокна.
Аксоны клеток Пуркинье заканчиваются преимущественно на нейронах крупноклеточной части латерального вестибулярного ядра (ядро Дейтерса), тогда как аксоны ядра шатра - на других ядрах вестибулярного комплекса.
То есть у всех видов животных и во всех структурах, образующих их нервную систему,
передача нервного импульса по аксону имеет одну природу и представляет собой последовательное
изменение проницаемости смежных участков мембраны аксона для ионов калия, натрия,
кальция и хлора.
Это изменение проницаемости мембраны нервного волокна - аксона
сопровождается изменением, так называемого, мембранного потенциала, или деполяризацией
внутренней поверхности мембраны с -70 мВ до -20 мВ (милливольт) с последующей
быстрой реполяризацией, то есть возвращением к прежнему потенциалу (-70 мВ
).
Особенностью солитонов, отличающей их от обычного
волнового процесса, является независимое распространение их друг от друга, что чрезвычайно
важно для реализации тех процессов, которые происходят в нервной системе, поскольку
именно последовательностью солитонов, идущих один за одним через различные
промежутки времени и представлен процесс передачи нервных импульсов по аксону.
Другими словами, какой
бы характер не имела последователь-ность импульсов-солитонов проходящая (передаваемая)
по аксону, синапс того же нейрона пропустит импульсы только строго определенной
частоты, не выше той, которая обусловлена природой этого синапса, или величиной
его рефрактерного периода.
В современной эволюционной биологии существует понятие горизонтального
переноса генов, который подразумевает межтаксонный перенос генов посредством вирусной
трансдукции.
В
третьей главе было показано, что передача нервного импульса по аксону
осуществляется посредством ионов натрия и калия, обеспечивающих очень высокую
частоту изменения их концентрации внутри и снаружи мембраны аксона и,
соответственно, очень высокую частоту импульсов, следующих по аксону.
Аксонные окончания
этих нейронов образуют на нейронах следующего уровня синапсы, имеющие химическую
природу, причем обладающие разными медиаторами (медиаторными комплексами) и
способные пропускать (выделять из общей суммарной картинки) только ту частоту,
которая определена природой их медиатора.
При осторожном
разрушении ткани мозга путём гомогенизации в растворе сахарозы многие
нервные окончания отрываются от своих аксонов и образуют особые замкнутые
частицы, названные "синаптосомами".
Каждый нейрон
обычно обладает только таким биохимическим "аппаратом", какой ему нужен
для синтеза медиаторов, которые выделяются из всех окончаний его аксона.
Высвобождение Приход нервного импульса в окончание аксона
вызывает высвобождение множества молекул медиатора из окончания в
синаптическую щель.
Синапсы можно также
классифицировать по их расположению на поверхности воспринимающего нейрона
– на теле клетки, на стволе или "шипике" дендрита, или на аксоне.
Шеррингтоном, который под этим
термином понимал структуру, которая опосредует передачу сигнала от
окончания аксона нервной клетки к эффектору – нейрону, мышечному волокну,
секреторной клетке.
Биогенез состоит из 2 этапов – образования в соме нейрона пустых
синаптических пузырьков и аксонного транспорта этих мембранных образований
в пресинаптическое окончание.
Мембранные образования
направляются в пресинаптическое окончание посредством системы быстрого
аксонного транспорта, с участием белков микротрубочек – кинезинов.
Интегральные белки сначала возвращаются в тело
нейрона в результате ретроградного аксонного транспорта, а поверхностные
белки (синапсин I) метаболизируются в нервном окончании.
Остальные страницы в количестве 226 со вхождениями слова «аксон» смотрите здесь.
Дата публикации: 2015-12-26
Оценить статью можно после того, как в обсуждении будет хотя бы одно сообщение.
Об авторе:Статьи на сайте Форнит активно защищаются от безусловной веры в их истинность, и авторитетность автора не должна оказывать влияния на понимание сути. Если читатель затрудняется сам с определением корректности приводимых доводов, то у него есть возможность задать вопросы в обсуждении или в теме на форуме. Про авторство статей >>.