Развитие нервной системы - Development of the nervous system

Развитие нервной системы , или развития нервной системы или нервной системы , относится к процессам , которые генерируют, форму, и изменить нервную систему животных, начиная с самых ранних стадий эмбрионального развития до зрелого возраста. В области развития нервной системы используются нейробиология и биология развития для описания и понимания клеточных и молекулярных механизмов развития сложных нервных систем, от нематод и дрозофил до млекопитающих .

Дефекты нервного развития могут привести к порокам развития, таким как голопрозэнцефалия , и широкому спектру неврологических расстройств, включая парез и паралич конечностей, нарушения равновесия и зрения, судороги , а у людей - другие расстройства, такие как синдром Ретта , синдром Дауна и умственная отсталость .

Обзор развития мозга позвоночных

Схема нервной системы позвоночных.

Позвоночных центральной нервной системы (ЦНС) происходит от эктодермы -The самого внешнего зародышевого слоя эмбриона. Часть дорсальной эктодермы определяется нервной эктодермой - нейроэктодермой, которая формирует нервную пластинку вдоль дорсальной стороны эмбриона. Это часть раннего формирования паттерна эмбриона (включая эмбрион беспозвоночных), который также устанавливает передне-заднюю ось. Нервная пластинка является источником большинства нейронов и глиальных клеток ЦНС. В нейронных канавках формы вдоль длинной оси нервной пластинки, и нервные складки пластины , чтобы привести к нервной трубке . Когда трубка закрыта с обоих концов, она заполнена эмбриональной спинномозговой жидкостью. По мере развития эмбриона, передняя часть нервной трубки расширяется и образует три первичные мозговые пузыри , которые становятся переднего мозга ( переднего мозга ), среднего мозга ( мезенцефалона ), и задний мозг ( ромбовидный ). Эти простой, ранние везикулы увеличить и далее делит на телэнцефалон (будущий кора головного мозг и базальные ганглии ), промежуточный мозг (будущий таламус и гипоталамус ), средний мозг (будущие бугры четверохолмие ), задний мозг (будущие PONS и мозжечок ) и продолговатый мозг (будущий Мозговой ). CSF , заполненные центральная камера непрерывно от телэнцефалона до центрального канала в спинном мозге , и представляет собой развивающуюся желудочковую систему ЦНСА. Эмбриональная спинномозговая жидкость отличается от спинномозговой жидкости , образующейся на более поздних стадиях развития, и от спинномозговой жидкости взрослых; он влияет на поведение нейронных предшественников. Поскольку нервная трубка дает начало головному и спинному мозгу, любые мутации на этом этапе развития могут привести к фатальным деформациям, таким как анэнцефалия, или пожизненным нарушениям, таким как расщепление позвоночника . В это время стенки нервной трубки содержат нервные стволовые клетки , которые стимулируют рост мозга, поскольку они многократно делятся. Постепенно некоторые клетки перестают делиться и дифференцируются на нейроны и глиальные клетки , которые являются основными клеточными компонентами ЦНС. Вновь сгенерированные нейроны мигрируют в разные части развивающегося мозга, чтобы самоорганизоваться в разные структуры мозга. Как только нейроны достигают своих региональных позиций, они расширяют аксоны и дендриты , что позволяет им общаться с другими нейронами через синапсы . Синаптическая связь между нейронами приводит к созданию функциональных нейронных цепей, которые опосредуют сенсорную и моторную обработку и лежат в основе поведения.

Блок-схема развития человеческого мозга .

Аспекты

Некоторые вехи развития нервной системы включают в себя рождение и дифференциацию в нейроны из стволовых клеток предшественников, на миграцию незрелых нейронов из их колыбелей в зародыше к финалам, разрастание аксонов и дендритов от нейронов, руководство от подвижны конуса роста через эмбриона в отношении постсинаптических партнеров, генерации синапсов между этими аксонами и их постсинаптическими партнерами, и, наконец, пожизненные изменения в синапсах, которые, как считается, лежат в основе обучения и памяти.

Обычно эти процессы развития нервной системы можно разделить на два класса: механизмы, не зависящие от активности, и механизмы, зависящие от активности . Обычно считается, что независимые от активности механизмы происходят как зашитые процессы, определяемые генетическими программами, исполняемыми в отдельных нейронах. К ним относятся дифференциация , миграция и ведение аксонов к их начальным целевым областям. Эти процессы считаются независимыми от нейронной активности и сенсорного опыта. Как только аксоны достигают своих целевых областей, в игру вступают механизмы, зависящие от активности. Хотя образование синапсов не зависит от активности, модификация синапсов и устранение синапсов требует нейронной активности.

В нейробиологии развития используются различные модели животных, включая Mus musculus мышей , плодовую муху Drosophila melanogaster , рыбку данио Danio rerio , лягушку Xenopus laevis и круглого червя Caenorhabditis elegans .

Миелинизация , образование липидно-миелиновой оболочки вокруг аксонов нейронов, является процессом, который необходим для нормальной работы мозга. Миелиновая оболочка обеспечивает изоляцию нервного импульса при общении между нейронными системами. Без этого импульс будет нарушен, и сигнал не достигнет своей цели, что нарушит нормальное функционирование. Поскольку так много развития мозга происходит в пренатальном периоде и в младенчестве, крайне важно, чтобы миелинизация и развитие коры головного мозга происходили должным образом. Магнитно-резонансная томография (МРТ) - это неинвазивный метод, используемый для исследования миелинизации и созревания коры (кора - это внешний слой мозга, состоящий из серого вещества ). Вместо того, чтобы показывать реальный миелин, МРТ учитывает водную фракцию миелина, меру содержания миелина. Многокомпонентная релаксометрия (MCR) позволяет визуализировать и количественно оценить содержание миелина. MCR также полезен для отслеживания созревания белого вещества, которое играет важную роль в когнитивном развитии. Было обнаружено, что в младенчестве миелинизация происходит по каудально-краниальному, задне-переднему типу. Поскольку существует мало доказательств взаимосвязи между миелинизацией и толщиной коры, было обнаружено, что толщина коры не зависит от белого вещества. Это позволяет различным аспектам мозга расти одновременно, что приводит к более полноценному развитию мозга.

Нейронная индукция

Во время раннего эмбрионального развития позвоночного дорсальная эктодерма становится специфицированной, чтобы дать начало эпидермису и нервной системе; часть дорсальной эктодермы становится специфической для нервной эктодермы, чтобы сформировать нервную пластинку, которая дает начало нервной системе. Превращение недифференцированной эктодермы в нейроэктодерму требует сигналов от мезодермы . В начале гаструляции презумптивные мезодермальные клетки перемещаются через дорсальную губу бластопора и образуют слой мезодермы между энтодермой и эктодермой. Мезодермальные клетки мигрируют по дорсальной средней линии, давая начало хорде, которая развивается в позвоночный столб . Нейроэктодерма, покрывающая хорду, развивается в нервную пластинку в ответ на диффузный сигнал, производимый хордой. Остальная часть эктодермы дает начало эпидермису. Способность мезодермы преобразовывать вышележащую эктодерму в нервную ткань называется нервной индукцией .

У раннего эмбриона нервная пластинка складывается наружу, образуя нервную бороздку . Начиная с области будущей шеи, нервные складки этой бороздки закрываются, образуя нервную трубку . Образование нервной трубки из эктодермы называется нейруляцией . Вентральная часть нервной трубки называется базальной пластинкой ; дорсальная часть называется крыловидной пластинкой . Полое внутреннее пространство называется нервным каналом , а открытые концы нервной трубки, называемые нейропорами, закрываются.

Пересаженная губа бластопора может преобразовывать эктодерму в нервную ткань и, как говорят, обладает индуктивным эффектом. Нервные индукторы - это молекулы, которые могут индуцировать экспрессию нервных генов в эксплантатах эктодермы, не индуцируя также мезодермальные гены. Нервную индукцию часто изучают у эмбрионов Xenopus, поскольку они имеют простой план тела и есть хорошие маркеры, позволяющие отличить нервную ткань от не нервной. Примерами нервных индукторов являются молекулы ноггин и хордин .

Когда эмбриональные эктодермальные клетки культивируются при низкой плотности в отсутствие мезодермальных клеток, они претерпевают нейральную дифференцировку (экспрессируют нейральные гены), предполагая, что нейральная дифференцировка является судьбой эктодермальных клеток по умолчанию. В культурах эксплантатов (которые допускают прямые межклеточные взаимодействия) одни и те же клетки дифференцируются в эпидермис. Это связано с действием BMP4 ( белок семейства TGF-β ), который индуцирует дифференцировку эктодермальных культур в эпидермис. Во время нейральной индукции ноггин и хордин продуцируются дорсальной мезодермой (хордой) и диффундируют в вышележащую эктодерму, подавляя активность BMP4. Это ингибирование BMP4 заставляет клетки дифференцироваться в нервные клетки. Ингибирование передачи сигналов TGF-β и BMP (костный морфогенетический белок) может эффективно индуцировать нервную ткань из плюрипотентных стволовых клеток .

Регионализация

На более поздней стадии развития верхняя часть нервной трубки изгибается на уровне будущего среднего мозга - среднего мозга , на уровне мезэнцефального изгиба или головного изгиба . Над мезенцефалона является передним мозгом (будущий передний мозг) и под ним есть ромбовидный (будущий задний мозг).

Крыловая пластинка переднего мозга расширяется, образуя конечный мозг, который дает начало полушариям головного мозга , в то время как его базальная пластинка становится промежуточным мозгом . Оптический везикулы (который в конечном счете станет зрительного нерва, сетчатки и радужной оболочки глаза) формы на базальной пластины переднего мозга.

Моделирование нервной системы

У хордовых дорсальная эктодерма образует всю нервную ткань и нервную систему. Формирование паттерна происходит из-за определенных условий окружающей среды - различных концентраций сигнальных молекул.

Дорсовентральная ось

Вентральная половина нервной пластинки контролируется хордой , которая действует как «организатор». Дорсальная половина контролируется пластинкой эктодермы , которая образует обе стороны нервной пластинки.

Эктодерма по умолчанию превращается в нервную ткань. Доказательства этого исходят от единичных культивируемых клеток эктодермы, которые продолжают формировать нервную ткань. Предполагается, что это связано с отсутствием BMP , которые заблокированы организатором. Организатор может производить молекулы , такие как фоллистатин , башка и Chordin , которые ингибируют ВМР.

Вентральная нервная трубка формируется звуковым ежом (Shh) из хорды, которая действует как индуцирующая ткань. Shh, производное от нотохорда, передает сигнал плите пола и вызывает выражение Shh в плите пола. Shh, происходящий из донной пластинки, впоследствии передает сигналы другим клеткам нервной трубки и важен для правильной спецификации доменов предшественников вентральных нейронов. Потеря Shh из хорды и / или пластинки дна препятствует правильной спецификации этих доменов-предшественников. Shh связывает Patched1 , снимая опосредованное Patched ингибирование Smoothened , что приводит к активации транскрипционных факторов семейства Gli ( GLI1 , GLI2 и GLI3 ).

В этом контексте Shh действует как морфоген - он индуцирует дифференцировку клеток в зависимости от его концентрации. В низких концентрациях он образует вентральные интернейроны , в более высоких концентрациях вызывает развитие мотонейронов , а в высоких концентрациях вызывает дифференцировку пластинок дна. Нарушение дифференцировки, модулируемой Shh, вызывает голопрозэнцефалию .

Паттерн дорсальной нервной трубки формируется за счет BMP из эпидермальной эктодермы, фланкирующей нервную пластинку. Они индуцируют сенсорные интернейроны, активируя киназы Sr / Thr и изменяя уровни фактора транскрипции SMAD .

Рострокаудальная (переднезадняя) ось

Сигналы, которые контролируют переднезаднее нервное развитие, включают FGF и ретиноевую кислоту , которые действуют в заднем и спинном мозге. Задний мозг, например, формируется генами Hox , которые экспрессируются в перекрывающихся доменах вдоль переднезадней оси под контролем ретиноевой кислоты. В 3 ' (3 простого конца) генов в кластере Нох индуцируются ретиноевой кислоты в мозге, в то время как 5' (5 простого конца) гены Нох не индуцируется ретиноевой кислоты и выражены более кзади в спинном мозге. Hoxb-1 экспрессируется в ромбомере 4 и дает начало лицевому нерву . Без этой экспрессии Hoxb-1 возникает нерв, подобный тройничному нерву .

Нейрогенез

Нейрогенез - это процесс, при котором нейроны генерируются из нервных стволовых клеток и клеток-предшественников . Нейроны являются «постмитотическими», что означает, что они никогда больше не будут делиться на протяжении всей жизни организма.

Эпигенетические модификации играют ключевую роль в регуляции экспрессии генов в дифференцирующихся нервных стволовых клетках и имеют решающее значение для определения судьбы клеток в мозге развивающихся и взрослых млекопитающих. Эпигенетические модификации включают метилирование цитозина ДНК с образованием 5-метилцитозина и деметилирование 5-метилцитозина . Метилирование цитозина ДНК катализируется ДНК-метилтрансферазами (DNMT) . Деметилирование метилцитозина катализируется в несколько последовательных стадий ферментами TET, которые осуществляют окислительные реакции (например, 5-метилцитозин до 5-гидроксиметилцитозина ), и ферментами пути эксцизионной репарации оснований ДНК (BER).

Нейрональная миграция

Кортикогенез : молодые нейроны мигрируют мимо более старых, используя радиальную глию в качестве основы. Клетки Кахаля-Ретциуса (красные) выделяют катушку (оранжевый).

Нейронная миграция является методом , с помощью которого нейроны путешествуют из их происхождения или мест рождения до конечной позиции в головном мозге. Есть несколько способов сделать это, например, радиальная миграция или тангенциальная миграция. Последовательности радиальной миграции (также известной как глиальный ориентир) и транслокации сомов были зафиксированы с помощью покадровой микроскопии .

Тангенциальная миграция интернейронов от ганглиозного возвышения .

Радиальная миграция

Клетки-предшественники нейронов пролиферируют в желудочковой зоне развивающегося неокортекса , где основной нервной стволовой клеткой является радиальная глиальная клетка . Первые постмитотические клетки должны покинуть нишу стволовых клеток и мигрировать наружу, чтобы сформировать препланшет, которому суждено стать клетками Кахаля-Ретциуса и субпластинчатыми нейронами. Эти клетки делают это путем транслокации сомов. Нейроны, мигрирующие с этим способом передвижения, биполярны и прикрепляют передний край отростка к мягкой мозговой оболочке . Затем сома транспортируется к поверхности пиальной оболочки посредством нуклеокинеза , процесса, при котором «клетка» микротрубочек вокруг ядра удлиняется и сжимается вместе с центросомой, чтобы направлять ядро ​​к его конечному месту назначения. Радиальные глиальные клетки , волокна которых служат каркасом для мигрирующих клеток и средством радиальной коммуникации, опосредованной кальциевой динамической активностью, действуют как основные возбуждающие нейрональные стволовые клетки коры головного мозга или перемещаются в кортикальную пластинку и дифференцируются либо в астроциты, либо в нейроны. . Сомальная транслокация может произойти в любой момент развития.

Последующие волны нейронов расщепляют предварительную пластинку, мигрируя вдоль радиальных глиальных волокон, чтобы сформировать кортикальную пластинку. Каждая волна мигрирующих клеток проходит мимо своих предшественников, образуя слои наизнанку, а это означает, что самые молодые нейроны находятся ближе всего к поверхности. Подсчитано, что управляемая глиями миграция составляет 90% мигрирующих нейронов у человека и около 75% у грызунов.

Тангенциальная миграция

Большинство интернейронов перемещаются по касательной через несколько способов миграции, чтобы достичь своего соответствующего местоположения в коре головного мозга. Примером тангенциальной миграции является перемещение интернейронов от ганглиозного возвышения в кору головного мозга. Одним из примеров продолжающейся тангенциальной миграции в зрелом организме, наблюдаемой у некоторых животных, является ростральный миграционный поток, соединяющий субвентрикулярную зону и обонятельную луковицу .

Аксофильная миграция

Многие нейроны, мигрирующие вдоль передне-задней оси тела, используют существующие тракты аксонов для миграции вдоль; это называется аксофильной миграцией. Примером этого способа миграции являются нейроны , экспрессирующие гонадолиберин , которые совершают долгий путь от места своего рождения в носу, через передний мозг и в гипоталамус. Многие механизмы этой миграции были разработаны, начиная с внеклеточных управляющих сигналов, которые запускают внутриклеточную передачу сигналов. Эти внутриклеточные сигналы, такие как передача сигналов кальция , приводят к динамике цитоскелета актина и микротрубочек , которые создают клеточные силы, которые взаимодействуют с внеклеточной средой через белки клеточной адгезии, вызывая движение этих клеток.

Многополярная миграция

Существует также метод миграции нейронов, называемый мультиполярной миграцией . Это наблюдается в мультиполярных клетках, которые у человека в большом количестве присутствуют в промежуточной зоне коры . Они не похожи на клетки, мигрирующие путем локомоции или сомальной транслокации. Вместо этого эти мультиполярные клетки экспрессируют нейрональные маркеры и распространяют множество тонких отростков в различных направлениях независимо от радиальных глиальных волокон.

Нейротрофические факторы

Выживание нейронов регулируется факторами выживания, называемыми трофическими факторами. Нейротрофическая гипотеза была сформулирована Виктором Гамбургером и Ритой Леви Монтальчини на основе исследований развивающейся нервной системы. Виктор Гамбургер обнаружил, что имплантация дополнительной конечности развивающемуся цыпленку приводит к увеличению количества спинномозговых мотонейронов. Первоначально он думал, что дополнительная конечность вызывает пролиферацию моторных нейронов, но позже он и его коллеги показали, что во время нормального развития происходит большая гибель мотонейронов, а дополнительная конечность предотвращает гибель этих клеток. Согласно нейротрофической гипотезе, растущие аксоны конкурируют за ограниченное количество трофических факторов, производных от мишени, и аксоны, не получившие достаточной трофической поддержки, погибают в результате апоптоза. Теперь ясно, что факторы, производимые рядом источников, способствуют выживанию нейронов.

  • Фактор роста нервов (NGF): Рита Леви Монтальчини и Стэнли Коэн очистили первый трофический фактор, фактор роста нервов (NGF), за что получили Нобелевскую премию. Существует три связанных с NGF трофических фактора: BDNF, NT3 и NT4, которые регулируют выживание различных популяций нейронов. Белки Trk действуют как рецепторы для NGF и родственных факторов. Trk - рецепторная тирозинкиназа. Димеризация и фосфорилирование Trk приводит к активации различных внутриклеточных сигнальных путей, включая пути киназы MAP, Akt и PKC.
  • CNTF: Цилиарный нейротрофический фактор - еще один белок, который действует как фактор выживания мотонейронов. CNTF действует через рецепторный комплекс, который включает CNTFRα, GP130 и LIFRβ. Активация рецептора приводит к фосфорилированию и привлечению киназы JAK, которая, в свою очередь, фосфорилирует LIFR β. LIFRβ действует как стыковочный сайт для факторов транскрипции STAT. Киназа JAK фосфорилирует белки STAT, которые отделяются от рецептора и перемещаются в ядро ​​для регулирования экспрессии генов.
  • GDNF: нейротрофический фактор глиального происхождения является членом семейства белков TGFb и является мощным трофическим фактором для нейронов полосатого тела. Функциональный рецептор представляет собой гетеродимер, состоящий из рецепторов типа 1 и типа 2. Активация рецептора типа 1 приводит к фосфорилированию белков Smad, которые перемещаются в ядро ​​для активации экспрессии генов.

Формирование синапсов

Нервно-мышечное соединение

Многие наши представления о формировании синапсов основаны на исследованиях нервно-мышечного соединения. Передатчик в этом синапсе - ацетилхолин. Рецептор ацетилхолина (AchR) присутствует на поверхности мышечных клеток до образования синапсов. Прибытие нерва вызывает кластеризацию рецепторов в синапсе. McMahan и Sanes показали, что синаптогенный сигнал сконцентрирован в базальной пластинке . Они также показали, что синаптогенный сигнал вырабатывается нервом, и определили этот фактор как агрин . Агрин индуцирует кластеризацию AchR на поверхности мышц, и образование синапсов нарушается у мышей с нокаутом агрина. Агрин преобразует сигнал через рецептор MuSK в рапсин . Фишбах и его коллеги показали, что субъединицы рецептора избирательно транскрибируются из ядер, расположенных рядом с синаптическим сайтом. Это опосредуется нейрегулином.

В зрелом синапсе каждое мышечное волокно иннервируется одним двигательным нейроном. Однако во время развития многие волокна иннервируются множеством аксонов. Лихтман и его коллеги изучали процесс удаления синапсов. Это событие зависит от активности. Частичная блокада рецептора приводит к втягиванию соответствующих пресинаптических окончаний. Позже они использовали коннектомный подход, т. Е. Отслеживая все связи между двигательными нейронами и мышечными волокнами, чтобы охарактеризовать элиминацию синапсов в процессе развития на уровне полного цикла. Анализ подтвердил массивную перестройку, 10-кратное уменьшение количества синапсов, которое происходит, когда аксоны сокращают свои двигательные единицы, но добавляют больше синаптических областей в НМС, с которыми они остаются в контакте.

Синапсы ЦНС

Агрин, по-видимому, не является центральным медиатором образования синапсов в ЦНС, и существует активный интерес к идентификации сигналов, которые опосредуют синаптогенез в ЦНС. Нейроны в культуре развивают синапсы, подобные тем, которые образуются in vivo, что позволяет предположить, что синаптогенные сигналы могут правильно функционировать in vitro. Исследования синаптогенеза ЦНС были сосредоточены в основном на глутаматергических синапсах. Эксперименты по визуализации показывают, что дендриты очень динамичны во время развития и часто инициируют контакт с аксонами. За этим следует привлечение постсинаптических белков к месту контакта. Стивен Смит и его коллеги показали, что контакт, инициированный дендритными филоподиями, может развиваться в синапсы.

Индукция образования синапсов глиальными факторами: Баррес и его коллеги сделали наблюдение, что факторы в глиальных кондиционированных средах индуцируют образование синапсов в культурах ганглиозных клеток сетчатки. Образование синапсов в ЦНС коррелирует с дифференцировкой астроцитов, предполагая, что астроциты могут обеспечивать синаптогенный фактор. Идентичность астроцитарных факторов пока не известна.

Нейролигины и SynCAM как синаптогенные сигналы: Sudhof, Serafini, Scheiffele и др. Показали, что нейролигины и SynCAM могут действовать как факторы, вызывающие пресинаптическую дифференцировку. Нейролигины концентрируются в постсинаптическом участке и действуют через нейрексины, сконцентрированные в пресинаптических аксонах. SynCAM - это молекула клеточной адгезии, которая присутствует как в пре-, так и в постсинаптических мембранах.

Механизмы, зависящие от активности в сборке нейронных цепей

Обычно считается, что процессы миграции нейронов , дифференциации и управления аксонами являются независимыми от активности механизмами и зависят от жестко запрограммированных генетических программ в самих нейронах. Однако результаты исследований указывают на роль зависимых от активности механизмов в опосредовании некоторых аспектов этих процессов, таких как скорость миграции нейронов, аспекты дифференцировки нейронов и поиск пути аксонов. Механизмы, зависящие от активности, влияют на развитие нейронных цепей и имеют решающее значение для построения ранних карт связности и постоянного уточнения синапсов, которое происходит во время развития. В развивающихся цепях мы наблюдаем два различных типа нейронной активности - ранняя спонтанная активность и сенсорно-вызванная активность. Спонтанная активность возникает на ранней стадии развития нервной цепи, даже когда сенсорный ввод отсутствует, и наблюдается во многих системах, таких как развивающаяся зрительная система , слуховая система , двигательная система , гиппокамп , мозжечок и неокортекс .

Экспериментальные методы, такие как прямая электрофизиологическая запись, флуоресцентная визуализация с использованием индикаторов кальция и оптогенетические методы, пролили свет на природу и функцию этих ранних всплесков активности. У них есть отчетливые пространственные и временные паттерны во время развития, и их устранение во время развития, как известно, приводит к недостаткам в уточнении сети в зрительной системе. В незрелой сетчатке волны потенциалов спонтанного действия возникают из ганглиозных клеток сетчатки и распространяются по поверхности сетчатки в первые несколько постнатальных недель. Эти волны опосредуются нейромедиатором ацетилхолином в начальной фазе, а затем глутаматом . Считается, что они определяют формирование двух сенсорных карт - ретинотопной карты и специфической для глаза сегрегации. Retinotopic карта уточнение происходит в последующих зрительных мишенях в головном мозге-за двухолмия (SC) и спинной боковой коленчатое ядро (LGN). Фармакологические нарушения и мышиные модели, лишенные β2-субъединицы никотинового ацетилхолинового рецептора , показали, что отсутствие спонтанной активности приводит к заметным дефектам ретинотопии и специфической для глаза сегрегации.

В развивающейся слуховой системе развивающаяся улитка генерирует всплески активности, которая распространяется по внутренним волосковым клеткам и нейронам спиральных ганглиев, которые передают слуховую информацию в мозг. Высвобождение АТФ из поддерживающих клеток запускает потенциалы действия во внутренних волосковых клетках . В слуховой системе считается, что спонтанная активность участвует в формировании тонотопической карты путем разделения аксонов кохлеарных нейронов, настроенных на высокие и низкие частоты. В двигательной системе периодические всплески спонтанной активности вызываются возбуждающей ГАМК и глутаматом на ранних стадиях и ацетилхолином и глутаматом на более поздних стадиях. В развивающемся спинном мозге рыбок данио ранняя спонтанная активность необходима для формирования все более синхронных чередующихся всплесков между ипсилатеральными и контралатеральными областями спинного мозга и для интеграции новых клеток в цепь. Считается, что двигательные нейроны, иннервирующие одни и те же мышечные волокна, поддерживают синхронную активность, что позволяет обоим нейронам оставаться в контакте с мышечным волокном во взрослом возрасте. В коре первые волны активности наблюдались в мозжечке и срезах коры. Как только сенсорный стимул становится доступным, окончательная тонкая настройка карт сенсорного кодирования и уточнение схемы начинает все больше и больше полагаться на сенсорно-вызванную активность, что продемонстрировано классическими экспериментами о влиянии сенсорной депривации в критические периоды .

Современные методы диффузионно-взвешенной МРТ также могут раскрыть макроскопический процесс развития аксонов. Коннект может быть построен из диффузионной МРТ данных: вершины графа соответствует анатомическому меченой серым областям материи, и две таких вершин, например U и V , которые соединены ребром , если трактография фаза обработки данных находит аксоны волокна который соединяет две области, соответствующие u и v .

Консенсус Connectome Dynamics

Многочисленные брайнграфы, вычисленные в рамках проекта Human Connectome Project, можно загрузить с сайта http://braingraph.org . Consensus Connectome Dynamics (CCD) - замечательное явление, которое было обнаружено путем постоянного уменьшения минимального параметра достоверности в графическом интерфейсе Будапештского эталонного сервера Connectome . Будапештский эталонный сервер Connectome ( http://connectome.pitgroup.org ) отображает церебральные связи n = 418 субъектов с частотным параметром k: для любого k = 1,2, ..., n можно просмотреть график ребер, присутствующих не менее чем в k коннектомах. Если параметр k уменьшается один за другим с k = n до k = 1, то в графе появляется все больше и больше ребер, так как условие включения ослабляется. Удивительное наблюдение заключается в том, что внешний вид краев далеко не случайный: он напоминает растущую сложную структуру, такую ​​как дерево или куст (визуализировано на анимации слева).

Предполагается, что растущая структура копирует развитие аксонов человеческого мозга : самые ранние развивающиеся связи (аксональные волокна) являются общими для большинства субъектов, а развивающиеся впоследствии связи имеют все большую и большую дисперсию, поскольку их вариации накапливаются в процесс развития аксонов.

Устранение синапсов

За каждое нервно-мышечное соединение соревнуются несколько мотонейронов, но доживает только один. Было показано, что конкуренция in vitro включает ограниченное количество выделяемого нейротрофического вещества или что нервная активность дает преимущество сильным постсинаптическим связям, давая устойчивость к токсину, также высвобождающемуся при нервной стимуляции. In vivo предполагается, что мышечные волокна выбирают самый сильный нейрон посредством ретроградного сигнала или что зависимые от активности механизмы элиминации синапсов определяют идентичность «победившего» аксона на моторной замыкательной пластинке.

Картография

Картирование мозга может показать, как мозг животного изменяется на протяжении всей его жизни. По состоянию на 2021 год ученые составили карту и сравнили весь мозг восьми червей C. elegans в процессе их развития на нейронном уровне и полную проводку одной мышцы млекопитающего от рождения до взрослого возраста.

Взрослый нейрогенез

Нейрогенез также происходит в определенных частях мозга взрослого человека.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки