Средний шиповатый нейрон - Medium spiny neuron

Средние шиповатые нейроны ( MSN ), также известные как нейроны с выступами шипов ( SPN ), представляют собой особый тип ГАМКергических ингибирующих клеток, представляющих 95% нейронов в полосатом теле человека , структуре базальных ганглиев . Средние шиповатые нейроны имеют два основных фенотипа (характерных типа): MSN D1-типа прямого пути и MSN D2-типа непрямого пути. Большинство полосатых MSN содержат только дофаминовые рецепторы D1-типа или D2-типа , но субпопуляция MSN проявляет оба фенотипа.

MSN прямого пути возбуждают свою конечную выходную структуру базальных ганглиев (например, таламус ) и способствуют ассоциированному поведению; эти нейроны экспрессируют дофаминовые рецепторы D1-типа , аденозиновые рецепторы A1 , динорфиновые пептиды и пептиды вещества P. MSN непрямого пути ингибируют свою структуру вывода и, в свою очередь, ингибируют ассоциированное поведение; эти нейроны экспрессируют дофаминовые рецепторы D2-типа , аденозиновые рецепторы A2A (A2A), гетеротетрамеры DRD2-A2A и энкефалин . Оба типа экспрессируют рецепторы глутамата ( NMDAR и AMPAR ), холинергические рецепторы ( M1 и M4 ) и рецепторы CB1 экспрессируются в соматодендритной области обоих типов MSN. Субпопуляции множественных абонентских номеров содержат как D1-типа и D2-рецепторы типа, причем примерно 40% от стриатума , экспрессирующих оба множественных абонентских номеров DRD1 и DRD2 мРНК. В прилежащем ядре (NAcc) эти MSN смешанного типа, которые содержат рецепторы как D1-типа, так и D2-типа, в основном содержатся в оболочке NAcc .

На спинной полосатого MSNs играют ключевую роль в инициации и контроля движений тела, конечностей и глаз. В вентральной полосатого MSNs играют роль ключа в мотивации, награды, армирование и неприятия. Подтипы спинных и вентральных средних колючих нейронов (т.е. прямой D1-тип и непрямой D2-тип) являются идентичными фенотипами , но их выходные соединения различаются.

Конфокальная микроскопия Z-проекция средних шиповидных нейронов (MSN) в полосатом теле мыши. Нейроны метили с использованием матрисомного мыши MSN Gpr101-Cre в сочетании с репортером dtTomato (красный флуоресцентный белок). 3D - проекцию один и те же нейроны можно рассматривать здесь .

Внешний вид и расположение

Средние шиповатые нейроны представляют собой нейроны среднего размера (~ 15 мкм в диаметре, ~ 12–13 мкм у мышей) с большими и обширными дендритными деревьями (~ 500 мкм в диаметре). MSN прямого пути полосатого тела (dMSNs) проецируются непосредственно на внутренний бледный шар (GPi) и сетчатую часть черной субстанции (SNpr), тогда как MSN непрямого пути полосатого тела (iMSNs) в конечном итоге проецируются на эти две структуры через промежуточное соединение с внешним бледным глобусом (GPe ) и брюшной паллидум (ВП). GPe и VP посылают GABAergic проекцию в субталамическое ядро , которое затем посылает глутаматергические проекции в GPi и SNpr. И GPi, и SNpr посылают тормозные проекции в ядра таламуса .

Функция

MSN являются ингибирующими ГАМКергическими нейронами, но влияние прямых MSN (dMSN) и непрямых MSN (iMSN) на их конечные выходные структуры различается: dMSN возбуждают, а iMSN ингибируют их выходные структуры базальных ганглиев (например, таламус ). Внутри базальных ганглиев есть несколько сложных цепей нейронных петель, каждая из которых включает нейроны со средними шипами.

Кортикальные, таламические и стволовые сигналы, поступающие в средние шиповатые нейроны, демонстрируют огромное расхождение в том, что каждый входящий аксон формирует контакты со многими шиповатыми нейронами, и каждый шиповатый нейрон получает огромное количество входных данных от разных входящих аксонов. Поскольку эти входные данные являются глутаматергическими, они оказывают возбуждающее влияние на шиповатые нейроны тормозной среды.

В полосатом теле также есть интернейроны, которые регулируют возбудимость нейронов со средними шипами. Синаптические связи между определенным ГАМКергическим интернейроном, парвальбумином, экспрессирующим интернейрон с быстрым выбросом, и шипованными нейронами близки к соме шипованных нейронов или телу клетки. Напомним, что возбуждающие постсинаптические потенциалы, вызванные глутаматергическими входами в дендриты шиповидных нейронов, вызывают потенциал действия только тогда, когда волна деполяризации достаточно сильна при входе в сому клетки. Поскольку влияние интернейронов с быстрым выбросом находится так близко к этим критическим воротам между дендритами и сомой, они могут легко регулировать генерацию потенциала действия. Кроме того, другие типы ГАМКергических интернейронов устанавливают связи с шипованными нейронами. Они включают интернейронов , которые выражают тирозин гидроксилазы и нейропептида Y .

Спинные стриарные МСН

Прямой путь

Анатомия

Прямой путь в пределах базальных ганглиев принимает возбуждающий входной сигнал от коры, таламуса и других областей головного мозга. По прямому пути нейроны со средними шипами проецируются во внутреннее деление бледного шара (GPi) или ретикулы черной субстанции (SNpr или SNr). Эти ядра проецируются в глубокий слой верхнего холмика и контролируют быстрые движения глаз (саккады), а также проецируются в вентральный таламус, который, в свою очередь, проецируется на верхние мотонейроны в первичной моторной коре (прецентральная извилина). Выходы SNr и GPi являются тонически активными тормозящими ядрами и, таким образом, постоянно ингибируют таламус (и, следовательно, моторную кору). Однако временная активность в (ингибирующих) шиповатых нейронах среднего пути прямого пути в конечном итоге подавляет проекции таламуса на моторную кору и делает возможным движение.

Косвенный путь

Анатомия

Непрямой путь также получает возбуждающий сигнал из различных областей мозга. Средние шиповатые нейроны непрямого пути проецируются во внешний сегмент бледного шара (GPe). Как и GPi, GPe является тонически активным тормозящим ядром. GPe проецируется на возбуждающее субталамическое ядро (STN), которое, в свою очередь, проецируется на GPi и SNr. Когда непрямой путь не активирован, активность в STN подавляется GPe, что приводит к снижению активности SNr / GPi ниже по течению и, таким образом, к увеличению активности нейронов таламуса и моторной коры. Когда нейроны непрямого пути активируются, нейроны GPe подавляются, что подавляет STN. Затем STN возбуждает нейроны SNr / GPi, подавляя активность таламуса / моторной коры.

Функциональные различия

Классические модели функции полосатого тела постулируют , что активация прямого пути ведет к движению, тогда как активация непрямого пути ведет к прекращению движения. Эта модель подтверждается экспериментами, демонстрирующими, что оптогенетическая стимуляция средних колючих нейронов прямого пути увеличивает локомоцию, тогда как стимуляция непрямых колючих нейронов среднего пути ингибирует локомоцию. Баланс прямой / косвенной активности при движении подтверждается данными нейродегенеративных расстройств , включая болезнь Паркинсона (БП), которая характеризуется потерей дофаминовых нейронов, выступающих в полосатое тело, гипоактивностью в прямом пути и гиперактивностью в нейронах непрямого пути, а также двигательная дисфункция. Это приводит к потере выбора нормального действия, поскольку потеря дофамина стимулирует активность непрямого пути, глобально подавляя все моторные парадигмы. Это может объяснить нарушение инициации действий, замедление действий ( брадикинезия ) и нарушение произвольной инициации моторики у пациентов с болезнью Паркинсона. С другой стороны, болезнь Хантингтона , которая характеризуется преимущественной деградацией шиповидных нейронов среднего пути непрямого пути, приводит к нежелательным движениям ( хореи ), которые могут быть результатом нарушения торможения движений и преобладающей активности прямого пути. Альтернативная связанная гипотеза заключается в том, что полосатое тело контролирует инициирование действия и отбор посредством архитектуры `` центр-окружение '', где активация подмножества нейронов прямого пути инициирует движения, в то время как тесно связанные двигательные паттерны, представленные окружающими нейронами, ингибируются боковым ингибированием через непрямой путь. нейроны. Эта конкретная гипотеза подтверждается недавней работой по визуализации кальция, показывающей, что шиповатые нейроны среднего и непрямого пути, кодирующие определенные действия, расположены в пространственно организованных ансамблях.

Несмотря на обилие доказательств в пользу модели инициации / терминации, недавние данные с использованием трансгенных мышей, экспрессирующих индикаторы кальция либо прямым, либо непрямым путем, продемонстрировали, что оба пути активны при инициации действия, но ни один из них не активен во время бездействия, что было повторено. с использованием одновременной двухканальной визуализации кальция. Это привело к некоторому сдвигу парадигмы в моделях функционирования полосатого тела, так что новые модели постулируют, что прямой путь способствует желаемым движениям, тогда как непрямой путь одновременно подавляет нежелательные движения. В самом деле, более сложные техники и анализы, такие как зависимая от состояния оптогенетика, показали, что оба пути сильно вовлечены в выполнение последовательности действий, и что, в частности, оба полосатых пути участвуют в контроле действий на уровне элементов. Однако средние шиповатые нейроны прямого пути в основном сигнализируют об инициировании / окончании последовательности, а средние шиповатые нейроны непрямого пути могут сигнализировать о переключении между подпоследовательностями данной последовательности действия. Другие данные свидетельствуют о том, что прямой и косвенный путь противоположно влияет на прекращение движения - в частности, относительное время их активности определяет, будет ли действие прекращено.

Недавние эксперименты установили, что прямые и непрямые пути дорсального полосатого тела участвуют не только в движении. Первоначальные эксперименты в парадигме внутричерепной самостимуляции предполагали противоположные роли в подкреплении для двух путей; в частности, было обнаружено, что стимуляция шиповидных нейронов среднего пути прямого пути усиливает, тогда как стимуляция шиповатых нейронов среднего пути непрямого пути вызывает отвращение. Однако последующее исследование (с использованием более физиологически релевантных параметров стимуляции) показало, что прямая и непрямая стимуляция пути усиливали, но эта стимуляция, специфичная для пути, привела к разработке различных стратегий действия. Несмотря на это, эти исследования предполагают критическую роль подкрепления в спинном полосатом теле, в отличие от полосатого тела, выполняющего роль только в контроле движений.

Вентральные стриарные МСН

Прямой путь

Прямой путь вентрального полосатого тела в базальных ганглиях обеспечивает обучение, основанное на вознаграждении, и выделение стимулов, связанных с аппетитом , которые назначаются для поощрения стимулов .

Косвенный путь

Непрямой путь вентрального полосатого тела в базальных ганглиях опосредует обучение, основанное на отвращении, и отталкивающую мотивационную значимость, которая присваивается отталкивающим стимулам .

Рекомендации

дальнейшее чтение

Внешние ссылки

• Поиск NIF - средний колючий нейрон через информационную структуру нейронауки