معلومة

هل توجد خلايا عصبية ذاتية الإثارة؟

هل توجد خلايا عصبية ذاتية الإثارة؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لدي سؤالان يتعلقان بالخلايا العصبية المثيرة للذات في الدماغ.

  1. هل لديك خلايا عصبية ذاتية الإثارة مباشرة ، أي الخلايا العصبية التي لها طرف محوار تبني مشابكًا مع أحد التشعبات الخاصة بها.

  2. هل تعمل الإثارة الذاتية؟

أعتقد أن الإثارة الذاتية لا يمكن أن تنجح إلا عندما تتناسب الثوابت الزمنية التالية مع بعضها البعض:

  • فترة إعادة تصنيع جهد غشاء العصبون (حوالي 1 مللي ثانية)
  • وقت تشغيل الإشارة على طول المحور
  • فترة إعادة تصنيع المشبك (حوالي 5-6 ميلي ثانية)

حاولت تقدير وقت تشغيل نموذجي عن طريق أخذ طول محور عصبي غير نمطي يبلغ 1 سم = 0.01 م وتقسيمه على سرعة انتشار الأعصاب النموذجية البالغة 10 م / ثانية ، والحصول على 0.001 ثانية = 1 مللي ثانية. لن تنجح الإثارة الذاتية المباشرة لأن المشبك لن يكون جاهزًا عندما تصل إشارة الإثارة الذاتية.

والعكس صحيح: فقط عندما يكون وقت التشغيل أطول من فترتي إعادة التصنيع ، فقد تنجح الإثارة الذاتية المباشرة.

مرة أخرى: هل هناك أمثلة معروفة على الإثارة الذاتية المباشرة في دماغ الإنسان أو الجهاز العصبي؟


اجابة قصيرة

نعم ، توجد autapses ، على الرغم من دور مثير autapses على وجه الخصوص غير واضح.

اجابة طويلة

الكثير من افتراضاتك خاطئة بالنسبة للخلايا العصبية البيولوجية (أشك في أن لديك خلفية في الشبكات العصبية الاصطناعية ولكن قد يكون ذلك غير دقيق). لا تؤثر هذه بشكل مباشر على سؤالك حول ما إذا كانت هذه الروابط موجودة ، لكنني أعتقد أنها مهمة لفهم كيفية عملها ، وهو أمر لا يقل أهمية إن لم يكن أكثر من ذلك.

  1. تشير "فترة المقاومة" إلى الفترة التي لا تستطيع فيها الخلية إطلاق النار أو تقل احتمالية إطلاقها إمكانات العمل. يمكن للخلايا أن تتلقى المدخلات بحرية خلال فترة صهرها.

  2. الخلايا العصبية ليست مقصورات مفردة. تتولد إمكانات الفعل بالقرب من سوما ، وعلى الرغم من أنها يمكن أن تنتشر في التشعبات ، يمكن عزل المشابك على التشعبات كهربائياً إلى حد ما من سوما ، ويمكن أن تستغرق الجهود التشابكية في التشعبات بعض الوقت ، بسهولة مللي ثانية أو اثنتين ، للتأثير على سوما ، وتستمر أيضًا لعدة مللي ثانية. يمكن أن تؤثر أيضًا على فاعلية المشابك العصبية الأخرى المجاورة.

  3. على الرغم من أن المحاور يمكن أن يكون طولها سم أو أكثر ، إلا أنه نادرًا ما توجد التشعبات وأكثر من 1 مم من سوما في الجهاز العصبي المركزي (يمكن أن تكون هناك استثناءات ، بالطبع ، أنا أفكر في الغالب في القشرة المخية الحديثة) ، ومعظم التشعبات تقع في نطاق 100-200 اممم من سوما. لذا فإن مسافات السفر أقصر بكثير من تقديراتك. ومع ذلك ، فإن الإرسال المتشابك نفسه بطيء نوعًا ما ، لذا يمكنك إضافة 0.5 مللي ثانية أخرى ، وتقديرك للسرعة سريع جدًا بالنسبة للدماغ ؛ الرابط الذي قدمته ينطبق على الألياف المحيطية والحبل الشوكي لانتقال الدماغ فقط (لاحظ أنهم يتحدثون عن "الأعصاب") ، لذا فإن تقديرك الإجمالي لـ 1 مللي ثانية من الارتفاع إلى الانهيار الذاتي يبدو معقولًا ، ولكن لأسباب مختلفة.

  4. ليس من المجدي الحديث عن فترات المقاومة لمعظم نقاط الاشتباك العصبي. يمكن أن تظهر نقاط الاشتباك العصبي اكتئابًا قصير المدى و / أو تسهيلًا ، لكن هذا لا يماثل فترة الانكسار. فقط في نقاط الاشتباك العصبي المعينة التي تحتوي على موقع إطلاق واحد ، يكون من المنطقي التحدث عن فترات المقاومة.

  5. لا يتم تنشيط الخلايا بواسطة المشبك الفردي ، مع استثناءات قليلة في مناطق الدماغ المتخصصة للغاية. لذلك ، لمجرد أن الخلية قد تم إطلاقها ، لا يخبرك شيئًا عما إذا كان قد تم تنشيط مشابك عصبية معينة. في الواقع ، ما لم تكن هذه الخلية قد تم إطلاقها مؤخرًا مؤخرًا ، يمكنك أن تكون واثقًا من حدوث autapse ليس ساهمت في حدث إطلاق النار هذا بالتحديد.

دليل على الانقطاعات المثيرة

لقد سألت تحديدًا عن الإثارة الذاتية ، ولكن من المهم أن تعرف أن المشابك الذاتية المثبطة موجودة أيضًا ، وهي أكثر شيوعًا بين الخلايا المثبطة لـ GABAergic منها بين الخلايا المثيرة (Bekkers ، 1998). إن عمليات التشغيل الذاتي المثبطة لها معنى وظيفي كبير لأنها تعمل بمثابة ردود فعل سلبية مباشرة.

ومع ذلك ، فإن حالات التشغيل التلقائي المثيرة موجودة بالفعل وقد يكون لها أهمية وظيفية (Bekkers ، 2009) ، بدلاً من كونها مجرد "حوادث" نادرة لا تفعل شيئًا سوى القليل. في Aplysia ، على سبيل المثال ، هناك autapses التي تسبب إمكانية هضبة مثيرة أثناء سلوك التغذية ، والحفاظ على النشاط لفترة طويلة (Saada et al. ، 2009).

في القشرة المخية الحديثة للثدييات ، لوحظت اختلاقات ذاتية ولكن وظيفتها غير واضحة. يمكن أن تختلف خصائصها قليلاً عن نقاط الاشتباك العصبي الأخرى (Liu et al. ، 2013). قد تشير اللدونة المعتمدة على توقيت السنبلة إلى أن اللدائن الذاتية يجب أن تتقلص وتختفي ، لكنها لا تفعل ذلك ، مما يشير إلى أنه قد يكون لها بعض الفوائد الوظيفية ، على الرغم من أنها غير مفهومة حتى الآن. هناك العديد من المحاولات الحسابية للعثور على بعض الوظائف ، والتي لن أسردها هنا ولكن يمكنك العثور عليها بسهولة من خلال البحث في مرجع مثل الباحث العلمي من Google عن المقالات الحديثة حول "autapses".

تجريبيا ، دور autapses في الجسم الحي يصعب دراستها لأنه لا توجد طريقة محددة لمنع عمليات التشغيل التلقائي بشكل انتقائي خارج بيئة حسابية ، أو إعداد منخفض حيث يمكن تنشيط الخلايا الفردية بدون نشاط في بقية الشبكة.


مراجع

بيكرز ، جي إم (1998). الفسيولوجيا العصبية: هل تعدّ الاشتباكات العصبية الضالة ؟. علم الأحياء الحالي، 8 (2) ، R52-R55.

بيكرز ، جي إم (2009). انتقال متشابك: autapses المثيرة تجد وظيفة ؟. علم الأحياء الحالي، 19 (7) ، R296-R298.

Saada، R.، Miller، N.، Hurwitz، I.، & Susswein، A.J (2009). تثير الإثارة الذاتية نشاطًا مستمرًا وإمكانية استقرار في خلية عصبية ذات وظيفة سلوكية معروفة. علم الأحياء الحالي، 19 (6) ، 479-484.

ليو ، إتش ، تشابمان ، إي آر ، ودين ، سي (2013). تملي التوصيلية "الذاتية" مقابل "غير الذاتية" خصائص النقل المتشابك واللدونة. بلوس وان، 8 (4)، e62414.


يمكن أيضًا تحقيق الإثارة الذاتية عبر القنوات الأيونية المتسربة مما يؤدي إلى معدل ثابت من الاستقطاب. هذا هو الحال على سبيل المثال لتوليد ضربات القلب بواسطة خلايا جهاز تنظيم ضربات القلب

إذا كنت مهتمًا على نطاق أوسع بأمثلة للنشاط الذاتي ، فقد ترغب أيضًا في إلقاء نظرة على الساعات اليومية ، والتي تعد في الأساس مذبذبات كيميائية حيوية تعمل في النهاية على تعديل معدلات إطلاق الخلايا العصبية.


بصرف النظر عن الخلايا الذاتية وخلايا تنظيم ضربات القلب ، هناك أيضًا بعض أنواع الخلايا العصبية الحسية التي تعرض نشاطًا تلقائيًا للراحة (إزالة الاستقطاب باستمرار) الذي يساعد في ترميز المنبهات. فائدة وجود نشاط مستمر هو أن المنبهات يمكن أن تزيد من إثارة هذا النشاط أو تثبيطه ، ويمكن أن تكون هذه معلومات قيمة.

الخلايا العصبية الحسية مثل الخلايا العصبية للمستقبلات الشمية - التي تتمثل وظيفتها في اكتشاف ونقل المعلومات حول المواد الكيميائية المحمولة جواً - تُظهر أيضًا نشاطًا تلقائيًا. ربما يعتمد المعدل الدقيق على المستقبلات الشمية الموجودة في المنطقة التغصنية من الخلايا العصبية ، والتي ، كما ذكرنا ، راشح. تشترك العديد من الخلايا العصبية الحسية الأخرى في هذه الخاصية مع الخلايا العصبية الحسية الشمية.

مثال على القراءة على الخلايا العصبية للمستقبلات الشمية.


الخلايا الجذعية العصبية

سيراجع محررونا ما قدمته ويحددون ما إذا كان ينبغي مراجعة المقالة أم لا.

الخلايا الجذعية العصبية، خلية غير متمايزة إلى حد كبير تنشأ في الجهاز العصبي المركزي. تمتلك الخلايا الجذعية العصبية (NSCs) القدرة على إنتاج خلايا نسل تنمو وتتمايز إلى خلايا عصبية وخلايا دبقية (خلايا غير عصبية تعزل الخلايا العصبية وتعزز سرعة إرسال الخلايا العصبية للإشارات).

ساد الاعتقاد لسنوات أن الدماغ نظام مغلق وثابت. حتى عالم تشريح الأعصاب الإسباني الشهير سانتياغو رامون واي كاجال ، الحائز على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء عام 1906 لتأسيسه الخلية العصبية كخلية أساسية في الدماغ ، لم يكن على دراية بآليات تكوين الخلايا العصبية (تكوين الأنسجة العصبية) خلال حياته المهنية الرائعة. . لم يكن هناك سوى عدد قليل من الاكتشافات ، في المقام الأول في الفئران والطيور والرئيسيات ، في النصف الأخير من القرن العشرين والتي ألمحت إلى القدرة التجديدية لخلايا الدماغ. خلال هذا الوقت ، افترض العلماء أنه بمجرد أن يتلف الدماغ أو يبدأ في التدهور ، لا يمكنه تجديد خلايا جديدة بالطريقة التي يمكن أن تتجدد بها أنواع أخرى من الخلايا ، مثل خلايا الكبد والجلد. كان يُعتقد أن توليد خلايا دماغية جديدة في دماغ البالغين أمر مستحيل لأن الخلية الجديدة لا يمكنها أبدًا دمج نفسها بالكامل في النظام المعقد الحالي للدماغ. لم يتم اكتشاف NSCs إلا في عام 1998 عند البشر ، حيث تم العثور عليها أولاً في منطقة من الدماغ تسمى الحُصين ، والتي عُرفت بأنها مفيدة في تكوين الذكريات. تم العثور على NSCs لاحقًا أيضًا على أنها نشطة في البصيلات الشمية (منطقة تعالج الرائحة) وخاملة وغير نشطة في الحاجز (منطقة تعالج العاطفة) ، والمخطط (المنطقة التي تعالج الحركة) ، والحبل الشوكي.

يبحث العلماء اليوم في المستحضرات الصيدلانية التي يمكن أن تنشط NSCs الخاملة في حالة تلف المناطق التي توجد بها الخلايا العصبية. تسعى طرق البحث الأخرى إلى اكتشاف طرق لزرع NSCs في المناطق المتضررة وإقناعهم بالهجرة في جميع أنحاء المناطق المتضررة. لا يزال باحثو الخلايا الجذعية الآخرون يسعون إلى أخذ الخلايا الجذعية من مصادر أخرى (مثل الأجنة) والتأثير على هذه الخلايا لتتحول إلى خلايا عصبية أو خلايا دبقية. أكثر هذه الخلايا الجذعية إثارة للجدل هي تلك المشتراة من الأجنة البشرية ، والتي يجب تدميرها من أجل الحصول على الخلايا. تمكن العلماء من إنشاء خلايا جذعية مستحثة متعددة القدرات عن طريق إعادة برمجة الخلايا الجسدية البالغة (خلايا الجسم ، باستثناء خلايا الحيوانات المنوية والبويضات) من خلال إدخال جينات تنظيمية معينة. ومع ذلك ، فإن إنتاج الخلايا المعاد برمجتها يتطلب استخدام الفيروسات القهقرية ، وبالتالي فإن هذه الخلايا لديها القدرة على إدخال فيروسات ضارة مسببة للسرطان إلى المرضى. تمتلك الخلايا الجذعية الجنينية (ESCs) إمكانات مذهلة ، حيث يمكن تحويلها إلى أي نوع من الخلايا الموجودة في جسم الإنسان ، ولكن هناك حاجة إلى مزيد من البحث لتطوير طرق أفضل لعزل وتوليد الخلايا الجذعية الجنينية.

يعد التعافي من السكتة الدماغية أحد مجالات البحث حيث تم اكتشاف الكثير حول وعد وتعقيدات العلاج بالخلايا الجذعية. يمكن اتباع نهجين رئيسيين للعلاج بالخلايا الجذعية: النهج الداخلي أو النهج الخارجي. يعتمد النهج الداخلي على تحفيز NSCs البالغة داخل جسم المريض نفسه. تم العثور على هذه الخلايا الجذعية في منطقتين من التلفيف المسنن (جزء من قرن آمون) في الدماغ ، وكذلك في المخطط (جزء من العقد القاعدية يقع في عمق نصفي الكرة المخية) ، القشرة المخية الحديثة (السماكة الخارجية للجزء السفلي من الدماغ). القشرة الدماغية شديدة الالتواء) والحبل الشوكي. في نماذج الفئران ، تم إعطاء عوامل النمو (مواد وسيطة نمو الخلايا) ، مثل عامل نمو الخلايا الليفية -2 ، وعامل النمو البطاني الوعائي ، وعامل التغذية العصبية المشتق من الدماغ ، والإريثروبويتين ، بعد السكتات الدماغية في محاولة للحث أو تعزيز تكوين الخلايا العصبية ، وبالتالي تجنب تلف الدماغ وتحفيز الانتعاش الوظيفي. كان عامل النمو الواعد في نماذج الفئران هو الإريثروبويتين ، الذي يعزز تكاثر الخلايا العصبية السلفية وقد ثبت أنه يحفز تكوين الخلايا العصبية والتحسين الوظيفي بعد السكتة الدماغية الصمية في الفئران. تبع ذلك تجارب سريرية تم فيها إعطاء إرثروبويتين لعينة صغيرة من مرضى السكتة الدماغية ، والذين أظهروا في النهاية تحسنًا كبيرًا على الأفراد في مجموعة الدواء الوهمي. أظهر الإريثروبويتين أيضًا نتائج واعدة في مرضى الفصام وفي مرضى التصلب المتعدد. ومع ذلك ، يجب إجراء مزيد من الدراسات في مجموعات أكبر من المرضى لتأكيد فعالية إرثروبويتين.

تعتمد علاجات الخلايا الجذعية الخارجية على الاستخراج والزرع في المختبر وما تلاه من زرع للخلايا الجذعية في مناطق الدماغ المصابة بالسكتة الدماغية. أظهرت الدراسات أنه يمكن الحصول على NSCs البالغة من التلفيف المسنن والحصين والقشرة الدماغية والمادة البيضاء تحت القشرية (طبقة تحت القشرة الدماغية). تم إجراء دراسات زرع فعلية في الفئران المصابة بإصابة في النخاع الشوكي باستخدام الخلايا الجذعية التي تم أخذ خزعة منها من المنطقة تحت البطينية (المنطقة الواقعة أسفل جدران تجاويف الدماغ المملوءة بالسوائل ، أو البطينين) في الدماغ البالغ. لحسن الحظ ، لم يكن هناك عجز وظيفي نتيجة الخزعة. كانت هناك أيضًا دراسات على الفئران حيث تم زرع الخلايا الجذعية الجنينية والخلايا الجذعية العصبية المشتقة من الجنين (الخلايا غير المتمايزة المشابهة للخلايا الجذعية ولكن بقدرات تمايز أضيق) في مناطق من الدماغ تضررت من السكتة الدماغية. في هذه الدراسات ، تمايزت NSCs المطعمة بنجاح إلى خلايا عصبية وخلايا دبقية ، وكان هناك بعض الانتعاش الوظيفي. ومع ذلك ، فإن التحذير الرئيسي مع العلاجات الخارجية هو أن العلماء لم يفهموا تمامًا الآليات الكامنة وراء تمايز الخلايا السلفية ودمجها في الشبكات العصبية الموجودة. بالإضافة إلى ذلك ، لا يعرف العلماء والأطباء بعد كيفية التحكم في انتشار وهجرة وتمايز وبقاء NSCs وذريتهم. هذا يرجع إلى حقيقة أن NSCs منظمة جزئيًا بواسطة البيئة المكروية المتخصصة ، أو المتخصصة ، التي يقيمون فيها.

كان هناك أيضًا بحث في الخلايا الجذعية المكونة للدم (HSCs) ، والتي عادة ما تتمايز إلى خلايا الدم ولكن يمكن أيضًا تحويلها إلى سلالات عصبية. يمكن العثور على HSCs في نخاع العظام ودم الحبل السري وخلايا الدم المحيطية. ومن المثير للاهتمام ، أنه تم العثور على هذه الخلايا يتم تحريكها تلقائيًا بواسطة أنواع معينة من السكتات الدماغية ويمكن أيضًا تحريكها بشكل أكبر بواسطة عامل تحفيز مستعمرة المحببات (G-CSF). أظهرت الدراسات التي أجريت على G-CSF في الفئران أنه يمكن أن يؤدي إلى تحسن وظيفي بعد السكتة الدماغية ، ويبدو أن التجارب السريرية على البشر واعدة. تم إجراء دراسات خارجية أيضًا في الفئران باستخدام HSCs. تم إعطاء HSCs محليًا في موقع الضرر في بعض الدراسات أو تم إعطاؤه بشكل منهجي من خلال زرع في الوريد في دراسات أخرى. الإجراء الأخير هو ببساطة أكثر جدوى ، ويبدو أن الخلايا الجذعية السرطانية الأكثر فاعلية هي تلك المشتقة من الدم المحيطي.

يُظهر البحث الذي تم إجراؤه على علاجات الخلايا الجذعية لمرض الصرع ومرض باركنسون الوعود والصعوبة في زراعة الخلايا الجذعية بشكل صحيح وإدخالها في نظام حي. فيما يتعلق بـ ESCs ، أظهرت الدراسات أنها قادرة على التمايز إلى الخلايا العصبية الدوبامينية (الخلايا العصبية التي تنقل أو يتم تنشيطها بواسطة الدوبامين) ، والخلايا العصبية الحركية الشوكية ، والخلايا قليلة التغصن (الخلايا غير العصبية المرتبطة بتكوين المايلين). في الدراسات التي تهدف إلى علاج الصرع ، تم زرع السلائف العصبية المشتقة من الخلايا الجذعية الجنينية للفأر (ESNs) في حصين الفئران المصابة بالصرع المزمن وفئران التحكم. بعد الزرع ، لم يتم العثور على اختلافات في الخصائص الوظيفية لشبكات ESN ، حيث أظهروا جميعًا الخصائص التشابكية المميزة للخلايا العصبية. ومع ذلك ، لا يزال يتعين علينا معرفة ما إذا كانت الخلايا العصبية الحركية لديها القدرة على البقاء على قيد الحياة لفترات طويلة في الحصين المصاب بالصرع ، والتمييز إلى الخلايا العصبية ذات الوظائف المناسبة للحصين ، وقمع عجز التعلم والذاكرة في حالات الصرع المزمن. من ناحية أخرى ، لوحظ بالفعل أن NSCs تعيش وتتمايز إلى أشكال وظيفية مختلفة من الخلايا العصبية في الفئران. ومع ذلك ، فمن غير الواضح ما إذا كان بإمكان NSCs التمايز إلى الأشكال الوظيفية المختلفة بكميات مناسبة وما إذا كان بإمكانها التشابك بشكل صحيح مع الخلايا العصبية شديدة الاستثارة من أجل تثبيطها ، وبالتالي الحد من النوبات.

تظهر علاجات مرض باركنسون أيضًا نتائج واعدة وتواجه عقبات مماثلة. تم إجراء بحث إكلينيكي على زرع أنسجة الدماغ المتوسطة الجنينية (الأنسجة المشتقة من الدماغ المتوسط ​​، والتي تشكل جزءًا من جذع الدماغ) في مخطط مرضى باركنسون. ومع ذلك ، فإن هذا النسيج محدود التوفر ، وهو ما يجعل زرع ESC أكثر جاذبية. في الواقع ، أظهرت الأبحاث بالفعل أن الخلايا العصبية الدوبامينية القابلة للزرع - نوع الخلايا العصبية المصابة بمرض باركنسون - يمكن أن تتولد من الخلايا الجذعية السرطانية للفئران ، والرئيسيات ، والبشر. ومع ذلك ، فإن الاختلاف الرئيسي الوحيد بين الخلايا الجذعية السرطانية الخاصة بالفأر والبشر هو أن المجالس الاقتصادية والاجتماعية البشرية تستغرق وقتًا أطول بكثير للتمييز (حتى 50 يومًا). أيضًا ، تتطلب برامج التمايز الخاصة بالمجموعات الاقتصادية والاجتماعية البشرية إدخال مصل حيواني من أجل التكاثر ، مما قد ينتهك بعض اللوائح الطبية ، اعتمادًا على البلد. سيحتاج الباحثون أيضًا إلى اكتشاف طريقة للحصول على خلايا سلف الدوبامين المشتقة من ESC للبقاء على قيد الحياة لفترة أطول من الوقت بعد الزرع. أخيرًا ، هناك مسألة نقاء مجموعات الخلايا المشتقة من ESC ، يجب اعتماد جميع الخلايا كخلايا سليفة للدوبامين قبل أن يتم زرعها بأمان. ومع ذلك ، فإن تقنيات التمايز والتنقية تتحسن مع كل دراسة. في الواقع ، لا يزال إنشاء بنوك كبيرة من مجموعات الخلايا النقية والمحددة للزرع البشري هدفًا يمكن تحقيقه.


الخلايا العصبية مقابل الخلايا الأخرى

تحتوي الخلايا العصبية وخلايا الجسم الأخرى على نواة تحتوي على معلومات وراثية.

الخلايا العصبية وخلايا الجسم الأخرى محاطة بغشاء يحمي الخلية.

تحتوي أجسام الخلايا من كلا النوعين من الخلايا على عضيات تدعم حياة الخلية ، بما في ذلك الميتوكوندريا وأجسام جولجي والسيتوبلازم.

تتوقف الخلايا العصبية عن التكاثر بعد فترة وجيزة من الولادة. بشكل عام ، عندما تموت الخلايا العصبية لا يتم استبدالها ، على الرغم من أن تكوين الخلايا العصبية ، أو تكوين خلايا عصبية جديدة ، يحدث في بعض أجزاء الدماغ.

أظهرت الأبحاث أن روابط جديدة بين الخلايا العصبية تتشكل طوال الحياة.

تحتوي الخلايا العصبية على غشاء يتميز بمحور عصبي وتشعبات ، وهي هياكل متخصصة مصممة لنقل المعلومات وتلقيها.

تطلق الخلايا العصبية مواد كيميائية تعرف بالناقلات العصبية في نقاط الاشتباك العصبي ، أو الروابط بين الخلايا ، للتواصل مع الخلايا العصبية الأخرى.


أنواع الجهاز العصبي

الجهاز العصبي المركزي (CNS)

يتكون الجهاز العصبي المركزي من الدماغ والحبل الشوكي ، وهو عبارة عن عصب مغلف بالعظام.

الجهاز العصبي المحيطي (PNS)

يتكون الجهاز العصبي المحيطي من فئتين رئيسيتين: الجهاز العصبي الجسدي والجهاز العصبي اللاإرادي.

  • يتحكم الجهاز العصبي اللاإرادي في وظائف الجسم التلقائية. فكر في وظائف مثل الرئتين ومعدل ضربات القلب والأعضاء الداخلية ، إذا كنت تأكل بعض الوجبات السريعة ، فلا داعي للتفكير في ضخ حمض المعدة على هذا الطعام أو تحويل الطعام إلى دهون وجلوكوز يستخدمه جسمك. وظائف أخرى. يقوم الجهاز العصبي اللاإرادي بذلك نيابة عنك. بمعنى آخر ، أي وظيفة في جسمك تلقائية وليست شيئًا تتحكم فيه بنفسك هي جزء من الجهاز العصبي اللاإرادي. بالإضافة إلى ذلك ، ينقسم الجهاز العصبي اللاإرادي إلى:

الجهاز العصبي السمبتاوي

هذا جزء من الجهاز العصبي اللاإرادي الذي يريحنا. إذا تناولت عشاءًا كبيرًا بشكل غير عادي ، فأنت متعب ، والدم يخرج في معدتك ، وتقلص حدقة عينيك ، لذا فإن الحياة جيدة على الأقل في الوقت الحالي. هذا هو الجهاز العصبي السمبتاوي في العمل.

الجهاز العصبي الودي

يقوم هذا الجهاز العصبي بعكس عمل الجهاز السمبتاوي. إذا شعرت بالتوتر أو الانزعاج أو حتى القلق ، يبدأ الجهاز العصبي الودي في العمل. إنه يسرع معدل ضربات قلبك ، وينقل الكثير من دمك إلى ذراعيك وساقيك وبعيدًا عن معدتك ، ويوسع تلاميذك.

يعتقد الجسد أنه عندما تكون في حالة من التوتر ، فهناك احتمال أن تموت ، لذا فهو مستعد إما للقتال أو الجري. يُعرف هذا باسم الاستجابة للقتال أو الهروب ، وهو أفضل ما يفعله الجهاز العصبي السمبثاوي.

  • يتحكم الجهاز العصبي الجسدي في جميع حركات العضلات الطوعية ، بما في ذلك خدش الحكة وركل الكرة والوصول إلى جهاز التحكم عن بعد في التلفزيون. لذلك ، عندما تختار جعل عضلاتك تتحرك بطريقة معينة ، فإنك تستخدم الخلايا العصبية الحركية للجهاز العصبي الجسدي لإنجاز المهمة.

أجزاء من الخلايا العصبية

مثل الخلايا الأخرى ، يحتوي كل خلية عصبية على جسم خلوي (أو سوما) يحتوي على نواة ، وشبكة إندوبلازمية ناعمة وخشنة ، وجهاز جولجي ، وميتوكوندريا ، ومكونات خلوية أخرى. تحتوي الخلايا العصبية أيضًا على هياكل فريدة ، موضحة في الشكل 16.3 لاستقبال وإرسال الإشارات الكهربائية التي تجعل الاتصال العصبي ممكنًا. التشعبات هي هياكل شبيهة بالشجرة تمتد بعيدًا عن جسم الخلية لتلقي الرسائل من الخلايا العصبية الأخرى عند تقاطعات متخصصة تسمى المشابك. على الرغم من أن بعض الخلايا العصبية لا تحتوي على أي تشعبات ، فإن بعض أنواع الخلايا العصبية لها تشعبات متعددة. يمكن أن تحتوي التشعبات على نتوءات صغيرة تسمى العمود الفقري الشجيري ، والتي تزيد من مساحة السطح للوصلات المشبكية المحتملة.

بمجرد تلقي إشارة من التغصنات ، تنتقل بعد ذلك بشكل سلبي إلى جسم الخلية. يحتوي جسم الخلية على هيكل متخصص ، وهو التل المحوار الذي يدمج الإشارات من نقاط الاشتباك العصبي المتعددة ويعمل كوصلة بين جسم الخلية و محور عصبي. المحوار عبارة عن هيكل يشبه الأنبوب ينشر الإشارة المتكاملة إلى نهايات متخصصة تسمى المحطات المحورية. تتشابك هذه المحطات بدورها على الخلايا العصبية الأخرى أو العضلات أو الأعضاء المستهدفة. تسمح المواد الكيميائية التي يتم إطلاقها في محطات المحوار بإيصال الإشارات إلى هذه الخلايا الأخرى. تحتوي الخلايا العصبية عادةً على محور أو محورين ، لكن بعض الخلايا العصبية ، مثل خلايا amacrine في شبكية العين ، لا تحتوي على أي محاور. بعض المحاور مغطاة المايلين، والذي يعمل كعازل لتقليل تبديد الإشارة الكهربائية أثناء انتقالها إلى أسفل المحور العصبي ، مما يزيد بشكل كبير من سرعة التوصيل. هذا العزل مهم لأن المحوار من الخلايا العصبية الحركية البشرية يمكن أن يصل طوله إلى متر - من قاعدة العمود الفقري إلى أصابع القدم. غمد المايلين ليس في الواقع جزءًا من الخلايا العصبية. يتم إنتاج المايلين بواسطة الخلايا الدبقية. على طول المحور العصبي توجد فجوات دورية في غمد الميالين. تسمى هذه الفجوات العقد رانفييه وهي مواقع يتم فيها "إعادة شحن" الإشارة أثناء انتقالها على طول المحور العصبي.

من المهم أن نلاحظ أن خلية عصبية واحدة لا تعمل بمفردها - يعتمد الاتصال العصبي على الروابط التي تقوم بها الخلايا العصبية مع بعضها البعض (وكذلك مع الخلايا الأخرى ، مثل الخلايا العضلية). قد تتلقى التشعبات من خلية عصبية واحدة اتصال متشابك من العديد من الخلايا العصبية الأخرى. على سبيل المثال ، يُعتقد أن التشعبات من خلية بركنجي في المخيخ تتلقى اتصالًا من ما يصل إلى 200000 خلية عصبية أخرى.

الشكل 16.3. تحتوي الخلايا العصبية على عضيات مشتركة في العديد من الخلايا الأخرى ، مثل النواة والميتوكوندريا. لديهم أيضًا هياكل أكثر تخصصًا ، بما في ذلك التشعبات والمحاور.

أي من العبارات التالية غير صحيح؟

  1. سوما هي جسم خلية خلية عصبية.
  2. يوفر غمد المايلين طبقة عازلة للتشعبات.
  3. تقوم المحاور بحمل الإشارة من سوما إلى الهدف.
  4. التشعبات تحمل الإشارة إلى سوما.

محتويات

تحرير تكوين الخلايا العصبية التنموية

أثناء التطور الجنيني ، يُشتق الجهاز العصبي المركزي للثدييات (الدماغ والحبل الشوكي CNS) من الأنبوب العصبي ، الذي يحتوي على NSCs التي ستولد الخلايا العصبية لاحقًا. [2] ومع ذلك ، لا يبدأ تكوين الخلايا العصبية حتى يتم الوصول إلى عدد كافٍ من NSCs. تسمى هذه الخلايا الجذعية المبكرة الخلايا العصبية الظهارية (NEC) ، ولكنها سرعان ما تأخذ شكلًا شعاعيًا ممدودًا للغاية وتُعرف بعد ذلك باسم الخلايا الدبقية الشعاعية (RGC). [2] RGCs هي الخلايا الجذعية الأولية للجهاز العصبي المركزي للثدييات ، وتوجد في منطقة البطين الجنينية ، والتي تقع بجوار التجويف المركزي المملوء بالسوائل (النظام البطيني) للأنبوب العصبي. [3] [4] بعد تكاثر RGC ، ينطوي تكوين الخلايا العصبية على انقسام خلوي نهائي لـ RGC الأصل ، والذي ينتج واحدة من نتيجتين محتملتين. أولاً ، قد ينتج عن هذا فئة فرعية من الخلايا العصبية تسمى السلائف العصبية الوسيطة (INP) ، والتي ستقسم مرة واحدة أو أكثر لإنتاج الخلايا العصبية. بدلا من ذلك ، يمكن إنتاج الخلايا العصبية الابنة مباشرة. لا تشكل الخلايا العصبية دوائر عصبية على الفور من خلال نمو المحاور والتشعبات. بدلاً من ذلك ، يجب أن تهاجر العصبونات حديثي الولادة أولاً مسافات طويلة إلى وجهاتها النهائية ، وتنضج وتولد في النهاية دوائر عصبية. على سبيل المثال ، تهاجر الخلايا العصبية المولودة في منطقة البطين شعاعيًا إلى الصفيحة القشرية ، حيث تتراكم الخلايا العصبية لتشكيل القشرة الدماغية. [3] [4] وهكذا ، يحدث توليد الخلايا العصبية في حجرة نسيجية معينة أو "مكان عصبي المنشأ" تشغلها الخلايا الجذعية الأم.

يتم تحديد معدل تكوين الخلايا العصبية ونوع الخلايا العصبية المولدة (على نطاق واسع ، مثير أو مثبط) بشكل أساسي من خلال العوامل الجزيئية والجينية. تشمل هذه العوامل بشكل خاص مسار إشارات Notch ، وقد تم ربط العديد من الجينات بتنظيم مسار Notch. [5] [6] الجينات والآليات المشاركة في تنظيم تكوين الخلايا العصبية هي موضوع بحث مكثف في الأوساط الأكاديمية والصيدلانية والحكومية في جميع أنحاء العالم.

يختلف مقدار الوقت المطلوب لتوليد جميع الخلايا العصبية للجهاز العصبي المركزي بشكل كبير عبر الثدييات ، ولا يكتمل تكوين الخلايا العصبية في الدماغ دائمًا بحلول وقت الولادة. [2] على سبيل المثال ، تخضع الفئران لتكوين الخلايا العصبية القشرية من حوالي اليوم الجنيني (يوم ما بعد الحمل) (E) 11 إلى E17 ، وتولد في حوالي E19.5. [7] تولد Ferrets في E42 ، على الرغم من أن فترة تكوين الخلايا العصبية القشرية لا تنتهي إلا بعد أيام قليلة من الولادة. [8] على النقيض من ذلك ، يبدأ تكوين الخلايا العصبية لدى البشر عمومًا في حدود أسبوع الحمل (GW) 10 وينتهي حوالي GW 25 مع الولادة بحوالي 38-40. [9]

تحرير التعديل الوراثي

مع تطور التطور الجنيني لدماغ الثدييات ، يتحول السلف العصبي والخلايا الجذعية من الانقسامات التكاثرية إلى الانقسامات التفاضلية. يؤدي هذا التقدم إلى توليد الخلايا العصبية والدبقية التي تملأ الطبقات القشرية. تلعب التعديلات الجينية دورًا رئيسيًا في تنظيم التعبير الجيني في التمايز الخلوي للخلايا الجذعية العصبية. تشمل التعديلات الوراثية اللاجينية مثيلة السيتوزين في الحمض النووي لتشكيل 5-ميثيل سيتوزين و 5-ميثيل سيتوزين نزع الميثيل. [10] [11] هذه التعديلات ضرورية لتحديد مصير الخلية في دماغ الثدييات النامية والبالغ.

يتم تحفيز مثيلة السيتوزين في الحمض النووي بواسطة ميثيل ترانسفيرازات الحمض النووي (DNMTs). يتم تحفيز نزع ميثيل سيتوزين في عدة مراحل بواسطة إنزيمات TET التي تقوم بتفاعلات مؤكسدة (مثل 5-ميثيل سيتوزين إلى 5-هيدروكسي ميثيل سيتوزين) وإنزيمات مسار إصلاح ختان قاعدة الحمض النووي (BER). [10]

تحرير تكوين الخلايا العصبية للبالغين

يمكن أن يكون تكوين الخلايا العصبية عملية معقدة في بعض الثدييات. في القوارض على سبيل المثال ، تنشأ الخلايا العصبية في الجهاز العصبي المركزي من ثلاثة أنواع من الخلايا الجذعية العصبية والخلايا السلفية: الخلايا الظهارية العصبية ، والخلايا الدبقية الشعاعية والأسلاف القاعدية ، والتي تمر عبر ثلاثة أقسام رئيسية: الانقسام التكاثري غير المتماثل والانقسام العصبي المتماثل. من بين جميع أنواع الخلايا الثلاثة ، تمتلك الخلايا الظهارية العصبية التي تمر عبر الانقسامات العصبية دورة خلوية ممتدة أكثر بكثير من تلك التي تمر عبر الانقسامات التكاثرية ، مثل الخلايا الدبقية الشعاعية والأسلاف القاعدية. [12] في الإنسان ، تبين أن تكون الخلايا العصبية لدى البالغين تحدث عند مستويات منخفضة مقارنة بالتطور ، وفي منطقتين فقط من الدماغ: المنطقة تحت البطيني للبالغين (SVZ) من البطينين الجانبيين ، والتلفيف المسنن للحصين. [13] [14] [15]

تحرير المنطقة تحت البطينية

في العديد من الثدييات ، بما في ذلك القوارض ، تعتبر البصلة الشمية منطقة دماغية تحتوي على خلايا تكتشف الرائحة ، وتتميز بتكامل الخلايا العصبية المولودة في البالغين ، والتي تهاجر من SVZ للمخطط إلى البصلة الشمية من خلال تيار الهجرة المنقاري (RMS). [13] [16] تصبح الأرومات العصبية المهاجرة في البصلة الشمية خلايا عصبية داخلية تساعد الدماغ على التواصل مع هذه الخلايا الحسية. غالبية هذه الخلايا العصبية الداخلية عبارة عن خلايا حبيبية مثبطة ، لكن عددًا صغيرًا منها عبارة عن خلايا محيطية بالكبيبات. في SVZ البالغ ، تكون الخلايا الجذعية العصبية الأولية هي الخلايا النجمية SVZ بدلاً من الخلايا الجذعية التناسلية. معظم هذه الخلايا الجذعية العصبية البالغة تكون نائمة عند البالغين ، ولكن استجابةً لإشارات معينة ، تمر هذه الخلايا النائمة ، أو الخلايا البائية ، بسلسلة من المراحل ، أولًا تنتج الخلايا المتكاثرة ، أو الخلايا سي. ثم تنتج الخلايا C الخلايا العصبية ، أو الخلايا A ، والتي ستصبح خلايا عصبية. [14]

تحرير الحصين

يحدث تكوين الخلايا العصبية بشكل كبير خلال فترة البلوغ في قرن آمون للعديد من الثدييات ، من القوارض إلى بعض الرئيسيات ، على الرغم من وجود جدل حول وجودها في البشر البالغين. [17] [18] يلعب الحُصين دورًا حاسمًا في تكوين الذكريات التوضيحية الجديدة ، وقد تم الافتراض بأن السبب الذي يجعل الأطفال الرضع لا يستطيعون تكوين ذكريات توضيحية هو أنهم لا يزالون يخضعون لتكوين عصبي واسع النطاق في الحُصين وتوليد الذاكرة لديهم الدوائر غير ناضجة. [19] تم الإبلاغ عن العديد من العوامل البيئية ، مثل التمارين الرياضية ، والتوتر ، ومضادات الاكتئاب لتغيير معدل تكوين الخلايا العصبية داخل حصين القوارض. [20] [21] تشير بعض الأدلة إلى أن تكون الخلايا العصبية بعد الولادة في الحُصين البشري تنخفض بشكل حاد عند الأطفال حديثي الولادة في أول سنة أو سنتين بعد الولادة ، وتنخفض إلى "مستويات غير قابلة للكشف عند البالغين". [17]

يعتبر تكوين الخلايا العصبية أفضل وصف في الكائنات الحية النموذجية مثل ذبابة الفاكهة ذبابة الفاكهة سوداء البطن. تحدث عملية تكوين الخلايا العصبية في هذه الكائنات الحية في منطقة قشرة النخاع من الفصوص البصرية. يمكن أن تمثل هذه الكائنات نموذجًا للتحليل الجيني لتكوين الخلايا العصبية لدى البالغين وتجديد الدماغ. كان هناك بحث يناقش كيف يمكن أن تساعد دراسة "الخلايا السلفية المستجيبة للضرر" في ذبابة الفاكهة في تحديد تكوين الخلايا العصبية المتجددة وكيفية إيجاد طرق جديدة لزيادة إعادة بناء الدماغ. في الآونة الأخيرة ، تم إجراء دراسة لإظهار كيف تم التعرف على "تكوين الخلايا العصبية للبالغين منخفض المستوى" في ذبابة الفاكهة ، وتحديداً في منطقة قشرة النخاع ، حيث يمكن أن تزيد السلائف العصبية من إنتاج الخلايا العصبية الجديدة ، مما يجعل تكوين الخلايا العصبية يحدث. [22] [23] [24] في ذبابة الفاكهة ، تم وصف إشارات Notch لأول مرة ، والتي تتحكم في عملية إرسال الإشارات من خلية إلى أخرى تسمى التثبيط الجانبي ، والتي يتم فيها إنشاء الخلايا العصبية بشكل انتقائي من الخلايا الظهارية. [25] [26] في بعض الفقاريات ، ظهر أيضًا حدوث تكوين عصبي متجدد. [27]

هناك أدلة على أن الخلايا العصبية الجديدة يتم إنتاجها في التلفيف المسنن لحصين الثدييات البالغة ، وهي منطقة الدماغ المهمة للتعلم والتحفيز والذاكرة والعاطفة. أفادت دراسة أن الخلايا التي تم تصنيعها حديثًا في قرن آمون الفأر البالغ يمكنها عرض خصائص غشاء سلبية وإمكانيات عمل ومدخلات متشابكة مماثلة لتلك الموجودة في الخلايا الحبيبية المسننة الناضجة. تشير هذه النتائج إلى أن هذه الخلايا الجديدة يمكن أن تنضج لتصبح خلايا عصبية أكثر عملية ومفيدة في دماغ الثدييات البالغة. [28]


ما هي الخلايا العصبية المثيرة

الخلايا العصبية المثيرة هي الخلايا العصبية في القشرة الدماغية التي تشارك في نقل النبضات العصبية عن طريق الناقلات العصبية المثيرة مثل حمض الجلوتاميك. The excitatory neurotransmitters have an important role in the opening of sodium channels on the post-synaptic neuron, which causes the influx of sodium ions, making the interior of the cell less negative. This facilitates the depolarization of the post-synaptic cell. This depolarization is also known as excitatory postsynaptic potential (EPSP).

The two types of excitatory neurons in the brain are made up of pyramidal neurons and spiny stellate cells.

    Pyramidal neurons – These are a type of multipolar neurons that serve as the primary excitation units of the corticospinal tract and prefrontal cortex of the mammalian brain. These cells also occur in the hippocampus and amygdala apart from the cerebral cortex.

Figure 1: GFP Expressing Pyramidal Cell in Mouse Cortex


Mirror neurons’ great potential

For nearly a decade, these neurons, termed “mirror neurons,” remained relatively unknown to the public. However, their reputation began to change in 2000, when the famous neuroscientist and popularizer of science V.S. Ramachandran wrote an edge.org article speculating that “mirror neurons would do for psychology what DNA did for biology: they will provide a unifying framework and help explain a host of mental abilities that have hitherto remained mysterious and inaccessible to experiments.”

In a series of elegant, compelling proposals, Ramachandran theorized that mirror neurons might help explain a wide variety of human social abilities. For example, how, biologically, do people imitate the actions of others, an ability that in part enables the spread of culture? Ramachandran proposed that mirror neurons translate an observed action into a series of commands for the muscles to execute. How do people understand the intentions behind another’s actions? Mirror neurons may run a sort of virtual reality simulation of what it would be like for oneself to perform that action. Why are autistic individuals impaired when it comes to understanding the thoughts of others? Perhaps they have deficient mirror neurons (an idea that came to be called the “broken mirror” hypothesis). Within a year, the use of the phrase “mirror neurons” more than doubled, and over the next decade, mirror neurons captured the public imagination, being touted as able to offer insight into everything from empathizing with therapy clients to international diplomacy, how children learn music, and how people appreciate art. Not bad for a finding that was initially rejected from the top science journal, Nature, for “lacking public interest.”

As interest in mirror neurons exploded among the public, scientists remained divided regarding their significance. Some scientists, such as Rizzolatti and Ramachandran, were optimistic that mirror neurons would prove crucial for many of humans’ social abilities, while others thought that their importance was overblown. For some time, skeptics had one particularly effective arrow in their quiver: despite claims that mirror neurons might underlie much of what makes humans unique (such as language and culture), until 2008, they had never once been decisively identified in humans. Even as of 2016, only one study, using electrodes implanted into the brains of epilepsy patients, has successfully identified human neurons with properties similar to those found in the macaques.


مقدمة

Seizures and epilepsy have been documented since the earliest civilizations, before much was understood about the nervous system at all. Most individuals with epilepsy were thought to be possessed, and the word “seizure” is derived from that notion, implying that gods take hold or “seize” a person at the time a convulsion occurs. Fortunately, these conceptions about individuals with epilepsy have changed, and the current definition of a seizure has little religious connotation. A general definition for the word “seizure” is a period of abnormal, synchronous excitation of a neuronal population. Seizures typically last seconds or minutes but can be prolonged and continuous in the case of status epilepticus. Importantly, the clinical manifestations vary, and some seizures may not involve muscular contractions (convulsions) at all.

The difference between seizures and epilepsy is commonly confused. The two are not the same. Epilepsy is defined by a state of recurrent, spontaneous seizures. If one seizure occurs in an individual, it may not necessarily mean that they have epilepsy because the seizure may have been provoked and that individual may never have a seizure again. The concept of epileptogenesis refers to the development of the state of epilepsy. It refers to the sequence of events that converts the normal brain into one that can support a seizure. It is assumed that groups of neurons become hyperexcitable, poised to abnormally discharge.

Much of what we know about epilepsy emerged in the 1800s with the first evaluation of autopsy specimens from individuals with epilepsy. The seminal work of Bouchet and Cazauvieilh in 1825 [1], followed by Sommer [2] and other scientists decades later (for a review see Scharfman and Pedley [3]) suggested profound structural changes to the brain in patients with epilepsy. A new era in epileptology began with neurologists such as Hughlings Jackson [4,5] in the late 1800s providing suggestions for the ways seizures might occur. In the 1900s, the most important advances were the development of the electroencephalogram (EEG) and the first recordings of the EEG in patients with epilepsy by Gibbs et al. [6], Jasper et al. [7], and Penfield and Jasper [8]. In parallel, the breakthroughs in understanding the essential aspects of nerve cell function, from Hodgkin and Huxley [9] to others (for a review see Hille [10]), shaped a growing appreciation that epilepsy was a complex disorder that could best be understood through diverse approaches. Today, the combined efforts of clinical and basic research have demonstrated the wealth of potential mechanisms, facilitated by the emergence of the field of neuroscience.

Reviewing some of the basic principles in neurobiology can provide a framework to understand the mechanisms of seizures, epileptogenesis, and epilepsy. To understand how seizures can be initiated, some of the most fundamental aspects of nerve cell function are useful to review, such as electrical basis of the transmembrane potential and action potential. Mechanisms governing synaptic transmission can also provide insight. Finally, one of the most remarkable characteristics of the nervous system, its plasticity, is reflected in mechanisms underlying epileptogenesis. Thus, fundamental aspects of central nervous system (CNS) structure and function have provided a long list of potential mechanisms for seizures, epileptogenesis, and epilepsy. These ideas have been supported by information from genetic models of epilepsy, where mutations in the molecular components of nerve cell function have been shown to cause epilepsy in mice.

The Neurobiology of Seizures

Seizures can be caused by multiple mechanisms, and often they appear so diverse that one would suspect that no common theme applies. However, one principle that is often discussed is that seizures arise when there is a disruption of mechanisms that normally create a balance between excitation and inhibition. Thus, normally there are controls that keep neurons from excessive action potential discharge, but there are also mechanisms that facilitate neuronal firing so the nervous system can function appropriately. Disrupting the mechanisms that inhibit firing or promoting the mechanisms that facilitate excitation can lead to seizures. Conversely, disrupting the mechanisms that bring neurons close to their firing threshold, or enhancing the ways neurons are inhibited, usually prevents seizure activity.

Although the concept of a balance provides a useful model for mechanisms that can initiate seizures, it is daunting to consider the array of potential mechanisms. One approach that distills the long list into a more manageable form is to examine mechanisms at different “levels” of the nervous system: first as ions and membranes, then cells and circuits/synapses, and finally large-scale neuronal networks.

The electrical basis of nerve cell function

At the most fundamental level, the nervous system is a function of its ionic milieu, the chemical and electrical gradients that create the setting for electrical activity. Therefore, some of the most easily appreciated controls on excitability are the ways the nervous system maintains the ionic environment. An example is the electrical basis of resting membrane potential. Resting potential is set normally so that neurons are not constantly firing but are close enough to threshold so that it is still possible that they can discharge, given that action potential generation is essential to CNS function. The control of resting potential becomes critical to prevent excessive discharge that is typically associated with seizures.

Normally a high concentration of potassium exists inside a neuron and there is a high extracellular sodium concentration, as well as additional ions, leading to a net transmembrane potential of � mV [11]. If the balance is perturbed (eg, if potassium is elevated in the extracellular space), this can lead to depolarization that promotes abnormal activity in many ways [12]: terminals may depolarize, leading to transmitter release, and neurons may depolarize, leading to action potential discharge. Pumps are present in the plasma membrane to maintain the chemical and electrical gradients, such as the sodium-potassium ATPase, raising the possibility that an abnormality in these pumps could facilitate seizures. Indeed, blockade of the sodium-potassium ATPase can lead to seizure activity in experimental preparations [13], suggesting a role in epilepsy [14]. The sodium-potassium pump is very interesting because it does not develop in the rodent until several days after birth, and this may contribute to the greater risk of seizures in early life [15,16]. In addition to pumps, glia also provide important controls on extracellular ion concentration, which has led many to believe that glia are just as important as neurons in the regulation of seizure activity [17,18]. Thus, the control of the ionic environment provides many potential targets for novel anticonvulsants.

It is important to bear in mind that seizures, by themselves, can lead to the changes in the transmembrane gradients. For example, seizures are followed by a rise in extracellular potassium, a result of excess discharge. This can lead to a transient elevation in extracellular potassium that can further depolarize neurons. Thus, the transmembrane potential is a control point that, if perturbed, could elicit seizures and begin a “vicious” cycle, presumably controlled by many factors that maintain homeostasis, such as pumps and glia.

The ionic basis of the action potential is another example of a fundamental aspect of neurobiology that can suggest potential mechanisms of seizures. Neurons are designed to discharge because of an elegant orchestration of sodium and potassium channels that rely on chemical and ionic gradients across the cell membrane. Abnormalities in the sodium channel might lead to a decrease in threshold for an action potential if the method by which sodium channel activation is controlled changes (ie, sodium channels are activated at more negative resting potentials or sodium channel inactivation is impaired). Indeed, it has been shown that mutations in the subunits of the voltage-dependent sodium channels can lead to epilepsy. A specific syndrome, generalized epilepsy with febrile seizure plus, is caused by mutations in selected genes responsible for subunits of the voltage-dependent sodium channel [19]. The mutation does not block sodium channels, presumably because such a mutation would be lethal, but they modulate sodium channel function. This concept, that modulation—rather than essential function—is responsible for genetic epilepsies, has led to a greater interest in directing the development of new anticonvulsants at targets that are not essential to, but simply influence, CNS function.

Synaptic transmission

Research into seizures has gravitated to mechanisms associated with synaptic transmission because of its critical role in maintaining the balance between excitation and inhibition. As more research has identified the molecular mechanisms of synaptic transmission, it has become appreciated that defects in almost every step can lead to seizures.

Glutamatergic and γ-aminobutyric acid (GABA)-ergic transmission, as the major excitatory and inhibitory transmitters of the nervous system, respectively, have been examined in great detail. It is important to point out, however, that both glutamate and GABA may not have a simple, direct relationship to seizures. One reason is that desensitization of glutamate and GABA receptors can reduce effects, depending on the time-course of exposure. In addition, there are other reasons. GABA-ergic transmission can lead to depolarization rather than hyperpolarization if the gradients responsible for ion flow through GABA receptors are altered. For example, chloride is the major ion that carries current through GABAأ receptors, and it usually hyperpolarizes neurons because chloride flows into the cell from the extracellular space. However, the K + Cl − co-transporters (KCCs) that are pivotal to the chloride gradient are not constant. In development, transporter expression changes, and this has led to evidence that one of the transporters, NKCC1, may explain seizure susceptibility early in life [20•].

The relationship of glutamate to excitation may not always be simple either. One reason is that glutamatergic synapses innervate both glutamatergic neurons and GABA-ergic neurons in many neuronal systems. Exposure to glutamate could have little net effect as a result, or glutamate may paradoxically increase inhibition of principal cells because the GABA-ergic neurons typically require less depolarization by glutamate to reach threshold. It is surprisingly difficult to predict how glutamatergic or GABA-ergic modulation will influence seizure generation in vivo, given these basic characteristics of glutamatergic and GABA-ergic transmission.

Synchronization

Excessive discharge alone does not necessarily cause a seizure. Synchronization of a network of neurons is involved. Therefore, how synchronization occurs becomes important to consider. There are many ways neurons can synchronize. In 1964, Matsumoto and Ajmone-Marsan [21] found that the electrographic events recorded at the cortical surface during seizures corresponded to paroxysmal depolarization shifts (PDS) of cortical pyramidal cells occurring synchronously. These studies led to efforts to understand how neurons begin to fire in concert when normally they do not.

Glutamatergic interconnections are one example of a mechanism that can lead to synchronization. Indeed, studies of the PDS suggested that the underlying mechanism was a “giant” excitatory postsynaptic potential [22], although it was debated widely at that time if this was the only cause. Thus, pyramidal cells of cortex are richly interconnected to one another by glutamatergic synapses. Gap junctions on cortical neurons are another mechanism for synchronization. Gap junctions allow a low-resistance pathway of current flow from one cell to another, so that coupled neurons are rapidly and effectively synchronized. It was thought that gap junctions were rare, so it was unlikely that they could play a major role, but further study led to the appreciation that even a few gap junctions may have a large impact on network function [23]. Another mechanism of synchronization involves, paradoxically, inhibition. Many GABA-ergic neurons that innervate cortical pyramidal cells, such as the cell type that controls somatic inhibition (the basket cell), make numerous connections to pyramidal cells in a local area. Therefore, discharge of a single interneuron can synchronously hyperpolarize a population of pyramidal cells. As GABA-ergic inhibition wanes, voltage-dependent currents of pyramidal cells become activated. These currents, such as T-type calcium channels and others, are relatively inactive at resting potential, but hyperpolarization relieves this inhibition. The result is a depolarization that is synchronous in a group of pyramidal cells [24].

Some of the changes that develop within the brain of individuals with epilepsy also promote synchronization. Such changes are of interest in themselves because they may be one of the reasons why the seizures are recurrent. These changes include growth of axon collaterals of excitatory neurons, typically those that use glutamate as a neurotransmitter and are principal cells. An example is the dentate gyrus granule cell of hippocampus. In animal models of epilepsy and in patients with intractable temporal lobe epilepsy (TLE), the axons of the granule cells develop new collaterals and the new collaterals extend for some distance. They do not necessarily terminate in the normal location but in a novel lamina, one that contains numerous granule cell dendrites. Electron microscopy has shown that the new collaterals innervate granule cell dendrites, potentially increasing recurrent excitatory circuits. Some argue that recurrent inhibition increases as well as recurrent excitation [25], but the fact remains that new synaptic excitatory circuits develop that are sparse or absent in the normal brain [26]. The resultant “synaptic reorganization” not only can support synchronization, potentially, but it also illustrates how the plasticity of the nervous system may contribute to epileptogenesis [27].


Similarities Between Myelinated and Unmyelinated Axons

They have some similarities which are below:

  1. Both are nerves and are a part of the nervous system.
  2. Both conduct nerve impulses as electrical signals.

Myelinated axons are better at the conduction of nerve impulses because they transfer the signal quickly and protects it too along the way to the target cells.

مراجع

  1. Lodish, H Berk, A Kaiser, C Krieger, M Bretscher, A Ploegh, H Amon, A (2000). Molecular Cell Biology (7th ed.). New York, NY: W. H. Freeman and Company. p. 695.
  2. Marieb, E. N., & Hoehn, K. (2014). Human anatomy & physiology. San Francisco, CA: Pearson Education Inc.


شاهد الفيديو: الخلايا العصبية الحركية. الأحياء. التشريح وعلم وظائف الأعضاء (يونيو 2022).