Τα πυραμιδικά κύτταρα, συνιστούν την πλειονότητα των νευρικών κυττάρων του εγκεφαλικού φλοιού και η δράση τους συσχετίζεται με ανώτερες γνωστικές και συναισθηματικές λειτουργίες. Πρόκειται για νευρώνες με χαρακτηριστική δομή, αποτελούμενη από ένα πυραμοειδές κυτταρικό σώμα, από το οποίο εκφύονται δύο εκτενή και πολύπλοκα δενδριτικά πλέγματα και ένας μακρύς διακλαδισμένος άξονας. Τα συστατικά της μορφολογικά χαρακτηριστικά των πυραμιδικών νευρώνων παρουσιάζουν εξαιρετική ποικιλομορφία ανάλογα την περιοχή ή τη στιβάδα στην οποία ανήκουν. Αυτοί οι νευρώνες δέχονται πλήθος συναπτικών σημάτων καθ' όλη την έκταση της δομής τους και ο χωροχρονικός συνεντοπισμός τους δημιουργεί τοπικά δενδριτικά δυναμικά που, καθορίζουν το σχέδιο εκφόρτισης τους. Με βάση τη συχνότητα των δυναμικών ενεργείας που παράγονται, σε ένα δεδομένο σωματικό ερέθισμα, προκύπτουν δύο γενικές ηλεκτροφυσιολογικές κατηγορίες πυραμιδικών κυττάρων: (1) αυτά που εκφορτίζουν τονικά δυναμικά ενεργείας (Regular Spiking-RS), και (2) αυτά που εκφορτίζουν ομάδες (ριπές) 2-5 δυναμικών ενεργείας (Intrinsic Bursting-IB). Επιστημονικές in vitro και in silico μελέτες, συσχετίζουν τα σχέδια εκφόρτισης των πυραμιδικών νευρώνων με τα ιδιαίτερα μορφολογικά χαρακτηριστικά τους. Στην παρούσα πτυχιακή εργασία, γίνεται ανάλυση της μορφολογίας πυραμιδικών κυττάρων, που ανήκουν στην στιβάδα V του προμετωπιαίου φλοιού αρουραίου και εξετάζεται η επίδραση των επιμέρους τμημάτων της δομής των κυττάρων στα σχέδια εκφόρτισης τους. Δίδεται ιδιαίτερη σημασία στο βασικό δενδριτικό πλέγμα, καθότι μέχρι του παρόντος, οι μελέτες αφορούν κυρίως τους κορυφαίους δενδρίτες. Επιπλέον, εξετάζονται κάποια χαρακτηριστικά της εκπόλωσης που προκαλείται από την ενεργοποίηση του NMDA υποδοχέα τοπικά στους βασικούς δενδρίτες. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι τα πιο πολύπλοκα κορυφαία και τα πιο απλά βασικά δενδριτικά πλέγματα συσχετίζονται με σχέδια εκφόρτισης με ομάδες δυναμικών ενεργείας. Επίσης, τα πιο απλά βασικά δενδριτκά πλέγματα, συσχετίζονται τόσο με δημιουργία μεγαλύτερου αριθμού δυναμικών ενεργείας, όσο και με μικρότερο χρόνο μετάδοσής τους στο σώμα, μετά από την ενεργοποίηση των NMDA υποδοχέων. Συμπερασματικά, φαίνεται η μορφολογία των πυραμιδικών κυττάρων να έχει επίδραση στα σχέδια εκφόρτισης τους και κατ' επέκταση στον τρόπο με τον οποίο κωδικοποιούν ένα ερέθισμα.
~ iv ~
Abstract
Λέξεις-κλειδιά: μορφολογία, σχέδια εκφόρτισης, πυραμιδικοί νευρώνες στιβάδας V, βασικό δενδριτικό πλέγμα, δενδριτκά δυναμικά NMDA
(EL)
Pyramidal cells are the most abundant type of neurons found in the cerebral cortex and their action has been associated with higher cognitive and emotional functions. These neurons have characteristic structure, consisting of a triangular shaped soma whereon descend two extended and complex dendritic trees, and a long bifurcated axon. All the morphological components of the pyramidal neurons exhibit significant variability across different brain areas and layers. Pyramidal neurons receive numerous synaptic inputs along their structure, whose integration in space and in time generates local dendritic spikes that shape their firing pattern. Two major electrophysiological categories of pyramidal cells have been established, based on the action potential frequency, generated from a fixed somatic stimulus: (1) cells that fire repetitive action potentials (Regular Spiking-RS) and (2) cells that fire clusters of 2-5 action potentials (Intrinsic Bursting-IB). In vitro and in silico scientific studies, correlate the firing patterns of the pyramidal neurons to their morphological features. This dissertation study provides a morphology analysis of the pyramidal cells, residing in the layer V of the rat prefrontal cortex and exams the influence of each part of the cell structure to their firing pattern. The role of the basal dendritic tree is pointed out, due to the so far focusing of the scientific approach on the apical tree. Moreover, the properties of the local generated NMDA dentritic spikes and their contribution to the somatic action potentials are investigated. The results suggest a correlation of the more complex apical and simpler basal trees to bursting firing patterns. Additionally, the more simple basal trees are correlated to greater number and lower latency of action potentials that are generated from the activation of the NMDA receptor. Consequently, it appears that the morphology of the pyramidal cells influences their firing patterns and, as a step further, the information coding that these neurons support.
Keywords: morphology, firing patterns, layer V pyramidal neurons, basal tree, NMDA spikes
(EN)
University of Crete
