Granulecelle

Neurale baner og kredsløb i lillehjernen. (+) repræsenterer excitatoriske synapser, mens (-) repræsenterer hæmmende synapser.

Cerebellære granuleceller modtager excitatorisk input fra 3 eller 4 mossy fibers, der stammer fra pontine kerner. Mossy fibre laver en excitatorisk forbindelse til granuleceller, som får granulecellen til at udløse et aktionspotentiale.

Aksonet fra en cerebellær granulecelle deler sig og danner en parallel fiber, som innerverer Purkinjeceller. Langt de fleste af granulecellens axonale synapser findes på de parallelle fibre.

De parallelle fibre sendes op gennem Purkinje-laget til det molekylære lag, hvor de forgrener sig og spredes gennem Purkinjecellens dendritiske arborer. Disse parallelfibre danner tusindvis af excitatoriske Granule-celle-Purkinje-celle-synapser på Purkinje-cellernes dendritter.

Denne forbindelse er excitatorisk, da glutamat frigives.

Parallelfibrene og de opstigende axon-synapser fra den samme granulecelle affyres synkront, hvilket resulterer i excitatoriske signaler. I den cerebellære cortex findes der en række hæmmende neuroner (interneuroner). De eneste excitatoriske neuroner, der findes i cerebellar cortex, er granuleceller.

Plasticiteten af synapsen mellem en parallelfiber og en Purkinjecelle menes at være vigtig for motorisk indlæring. Funktionen af cerebellære kredsløb er helt afhængig af processer, der udføres af det granulære lag. Derfor bestemmer granulecellers funktion den cerebellære funktion som helhed.

Mossy fiber input på cerebellære granulecellerRediger

Granulecellers dendritter synapserer også med karakteristiske ikke-myeliniserede axoner, som Santiago Ramón y Cajal kaldte mossy fibers Mossy fibers og golgi-celler laver begge synaptiske forbindelser med granuleceller. Tilsammen danner disse celler glomeruli.

Granuleceller er underlagt feed-forward-hæmning: Granuleceller ophidser Purkinjeceller, men ophidser også GABAergiske interneuroner, som hæmmer Purkinjecellerne.

Granuleceller er også underlagt feedback-hæmning: Golgi-celler modtager excitatoriske stimuli fra granuleceller og sender til gengæld inhiberende signaler tilbage til granulecellen.

Mossy fiber inputkoder er bevaret under synaptisk transmission mellem granuleceller, hvilket tyder på, at innervation er specifik for det input, der modtages. Granulecellerne videresender ikke bare signaler fra mossy fibre, men udfører snarere forskellige, indviklede transformationer, som er nødvendige i det spatiotemporale domæne.

Hver granulecelle modtager et input fra to forskellige mossy fiber-indgange. Input kommer således fra to forskellige steder i modsætning til, at granulecellen modtager flere input fra samme kilde.

De forskellige mossy fibre, der sender signaler til granulecellerne, har direkte indflydelse på den type information, som granulecellerne oversætter til Purkinjecellerne. Pålideligheden af denne oversættelse vil afhænge af pålideligheden af den synaptiske aktivitet i granulecellerne og af arten af den stimulus, der modtages. Det signal, som en granulecelle modtager fra en mossy fiber, afhænger af selve mossy fibers funktion. Derfor er granulecellerne i stand til at integrere information fra de forskellige mossy fibre og generere nye aktivitetsmønstre.

Klatrefiberinput på cerebellære granulecellerRediger

Differente mønstre af mossy fiber-input vil producere unikke aktivitetsmønstre i granuleceller, der kan ændres af et undervisningssignal formidlet af klatrefiber-inputet. David Marr og James Albus foreslog, at lillehjernen fungerer som et adaptivt filter, der ændrer motorisk adfærd baseret på arten af det sensoriske input.

Da flere (~200.000) granuleceller synapserer på en enkelt Purkinjecelle, kan virkningerne af hver parallel fiber ændres som reaktion på et “lærersignal” fra klatrefiberinputet.

Specifikke funktioner af forskellige granulecellerRediger

Cerebellum granuleceller

David Marr foreslog, at granulecellerne koder for kombinationer af mossy fiberinput. For at granulecellen kan reagere, skal den modtage aktive input fra flere mossy fibers. Kombinationen af flere input resulterer i, at lillehjernen er i stand til at skelne mere præcist mellem inputmønstre, end en enkelt mossy fiber ville gøre det muligt. De cerebellære granuleceller spiller også en rolle i orkestreringen af de toniske konduktanser, der styrer søvnen i forbindelse med de omgivende niveauer af GABA, der findes i hjernen.

Dentate granuleceller

Tab af dentate gyrus-neuroner fra hippocampus resulterer i mangler i den rumlige hukommelse. Derfor menes dentate granuleceller at fungere i dannelsen af rumlige erindringer og af episodiske erindringer. Umodne og modne dentate granuleceller har forskellige roller i hukommelsesfunktionen. Voksenfødte granuleceller menes at være involveret i mønsteradskillelse, mens gamle granuleceller bidrager til hurtig mønsterkomplettering.

Dorsale cochleare granuleceller

Pyramidale celler fra den primære auditive cortex projicerer direkte videre til den cochleare kerne. Dette er vigtigt i den akustiske startle-refleks, hvor pyramidecellerne modulerer den sekundære orienteringsrefleks, og granulecelleinputtet er ansvarlig for den rette orientering. Det skyldes, at de signaler, som granulecellerne modtager, indeholder oplysninger om hovedets position. Granuleceller i den dorsale cochlear nucleus spiller en rolle i opfattelsen af og reaktionen på lyde i vores omgivelser.

Lugtbulbens granuleceller

Hæmning genereret af granuleceller, den mest almindelige GABAergiske celletype i lugtbulben, spiller en afgørende rolle i udformningen af lugtbulbens output. Der er to typer excitatoriske input, der modtages af GABAergiske granuleceller; dem, der aktiveres af en AMPA-receptor, og dem, der aktiveres af en NMDA-receptor. Dette gør det muligt for granulecellerne at regulere behandlingen af det sensoriske input i lugtekolben. Løgsløgspulben overfører lugtinformation fra næsen til hjernen og er således nødvendig for en korrekt lugtesans. Granuleceller i lugtekolben har også vist sig at være vigtige for dannelsen af minder knyttet til dufte.

Kritiske faktorer for funktionenRediger

Calcium

Calciumdynamikken er afgørende for flere funktioner i granulecellerne, såsom ændring af membranpotentialet, synaptisk plasticitet, apoptose og regulering af gentranskription. Karakteren af de kalciumsignaler, der styrer den præsynaptiske og postsynaptiske funktion af olfaktoriske bulb granulecellers pigge, er for det meste ukendt.

Nitrogenoxid

Granule neuroner har høje niveauer af den neuronale isoform af nitrogenoxidsyntase. Dette enzym er afhængig af tilstedeværelsen af calcium og er ansvarlig for produktionen af nitrogenoxid (NO). Denne neurotransmitter er en negativ regulator af granulecelleforstadiernes proliferation, som fremmer differentieringen af forskellige granuleceller. NO regulerer interaktionerne mellem granuleceller og glia og er afgørende for at beskytte granulecellerne mod skader. NO er også ansvarlig for neuroplasticitet og motorisk indlæring.