Granule cel

Neurale paden en circuits van het cerebellumEdit

Neurale paden en circuits in het cerebellum. (+) staan voor excitatoire synapsen, terwijl (-) staan voor inhibitoire synapsen.

Cerebellaire granulecellen ontvangen excitatoire input van 3 of 4 mossy fibers afkomstig van pontine kernen. Mosvezels maken een excitatoire verbinding met granule cellen, waardoor de granule cel een actiepotentiaal gaat afvuren.

De axon van een cerebellaire granule cel splitst zich om een parallelle vezel te vormen die Purkinje cellen innerveert. De overgrote meerderheid van de axonale synapsen van de granulecellen wordt gevonden op de parallelle vezels.

De parallelle vezels worden omhoog gezonden door de Purkinje-laag naar de moleculaire laag waar ze zich vertakken en verspreiden door de dendritische arbors van de Purkinjecellen. Deze parallelle vezels vormen duizenden excitatoire granule-cel-Purkinje-cel synapsen op de dendrieten van Purkinje cellen.

Deze verbinding is excitatoir omdat glutamaat vrijkomt.

De parallelle vezels en opstijgende axon synapsen van dezelfde granule cel vuren synchroon wat resulteert in excitatoire signalen. In de cerebellaire cortex zijn er een verscheidenheid van remmende neuronen (interneuronen). De enige excitatoire neuronen die aanwezig zijn in de cerebellaire cortex zijn granule cellen.

Plasticiteit van de synaps tussen een parallelle vezel en een Purkinje cel wordt verondersteld belangrijk te zijn voor motorisch leren. De functie van cerebellaire circuits is volledig afhankelijk van processen die worden uitgevoerd door de granulaire laag. Daarom bepaalt de functie van granule cellen de cerebellaire functie als geheel.

Mossy fiber input op cerebellaire granule cellenEdit

Granule cel dendrieten synapsen ook met onderscheidende ongemyeliniseerde axonen die Santiago Ramón y Cajal mossy fibers noemde Mossy fibers en golgi cellen maken beide synaptische verbindingen met granule cellen. Samen vormen deze cellen de glomeruli.

Granule cellen zijn onderhevig aan feed-forward inhibitie: granule cellen exciteren Purkinje cellen maar exciteren ook GABA-erge interneuronen die Purkinje cellen inhiberen.

Granule cellen zijn ook onderhevig aan feedback inhibitie: Golgicellen ontvangen excitatoire stimuli van granulecellen en zenden op hun beurt remmende signalen terug naar de granulecel.

Mossy fiber inputcodes worden geconserveerd tijdens de synaptische transmissie tussen granulecellen, wat suggereert dat de innervatie specifiek is voor de input die wordt ontvangen. Granule cellen geven niet alleen signalen door van mossy fibers, maar ze voeren verschillende, ingewikkelde transformaties uit die nodig zijn in het spatiotemporele domein.

Elke granule cel ontvangt een input van twee verschillende mossy fiber inputs. De input komt dus van twee verschillende plaatsen in tegenstelling tot de granule cel die meerdere inputs van dezelfde bron ontvangt.

De verschillen in mossy fibers die signalen naar de granule cellen sturen, hebben directe gevolgen voor het type informatie dat granule cellen vertalen naar Purkinje cellen. De betrouwbaarheid van deze vertaling hangt af van de betrouwbaarheid van de synaptische activiteit in de granule cellen en van de aard van de stimulus die wordt ontvangen. Het signaal dat een granule cel ontvangt van een Mossy vezel is afhankelijk van de functie van de Mossy vezel zelf. Daarom zijn granule cellen in staat om informatie van de verschillende mossy vezels te integreren en nieuwe patronen van activiteit te genereren.

Klimvezelinput op cerebellaire granule cellenEdit

Verschillende patronen van mossy vezelinput zullen unieke patronen van activiteit in granule cellen produceren die kunnen worden gewijzigd door een leersignaal dat wordt overgebracht door de klimvezelinput. David Marr en James Albus suggereerden dat het cerebellum werkt als een adaptief filter, dat motorisch gedrag verandert op basis van de aard van de zintuiglijke input.

Omdat meerdere (~200.000) granule cellen synapsen op een enkele Purkinje cel, kunnen de effecten van elke parallelle vezel worden gewijzigd in reactie op een “leraar signaal” van de klimvezel input.

Specifieke functies van verschillende granule cellenEdit

Cerebellum granule cellen

David Marr suggereerde dat de granule cellen combinaties van mossy vezel inputs coderen. Om de granule cel te laten reageren, moet het actieve inputs ontvangen van meerdere mossy fibers. De combinatie van meerdere inputs resulteert in het cerebellum dat in staat is om nauwkeuriger onderscheid te maken tussen input patronen dan een enkele mossy vezel zou toestaan. De cerebellaire granule cellen spelen ook een rol in het orkestreren van de tonische geleidingen die de slaap controleren in combinatie met de omgevingsniveaus van GABA die worden gevonden in de hersenen.

Dentate granule cellen

Verlies van dentate gyrus neuronen van de hippocampus resulteert in ruimtelijke geheugen tekortkomingen. Daarom wordt gedacht dat dentate granule cellen een rol spelen bij de vorming van ruimtelijke herinneringen en episodische herinneringen. Onrijpe en rijpe dentate granule cellen spelen een verschillende rol in de geheugenfunctie. Volwassen granule cellen zouden betrokken zijn bij het scheiden van patronen, terwijl oude granule cellen bijdragen aan een snelle voltooiing van patronen.

Dorsale cochleaire granule cellen

Pyramidale cellen van de primaire auditieve cortex projecteren direct op de cochleaire kern. Dit is belangrijk bij de akoestische schrikreflex, waarbij de piramidale cellen de secundaire oriëntatiereflex moduleren en de input van de granulecellen verantwoordelijk is voor de juiste oriëntatie. Dit komt doordat de signalen die de granule cellen ontvangen informatie bevatten over de positie van het hoofd. Granule cellen in de dorsale cochleaire kern spelen een rol in de perceptie van en reactie op geluiden in onze omgeving.

Olfactorische bulbus granule cellen

Inhibitie opgewekt door granule cellen, het meest voorkomende GABA-erge celtype in de bulbus olfactorius, speelt een cruciale rol in het vormgeven van de output van de bulbus olfactorius. Er zijn twee soorten excitatoire inputs die door GABA-erge granule cellen worden ontvangen: die welke door een AMPA-receptor worden geactiveerd en die welke door een NMDA-receptor worden geactiveerd. Hierdoor kunnen de granulecellen de verwerking van de zintuiglijke input in de bulbus olfactorius regelen. De bulbus olfactorius geeft reukinformatie door van de neus naar de hersenen, en is dus noodzakelijk voor een goede reukzin. Granule cellen in de bulbus olfactorius zijn ook belangrijk gebleken bij de vorming van herinneringen die verband houden met geuren.

Kritische factoren voor functieEdit

Calcium

Calcium dynamiek is essentieel voor verschillende functies van granule cellen, zoals het veranderen van membraanpotentiaal, synaptische plasticiteit, apoptose, en regulering van gen transcriptie. De aard van de calciumsignalen die de presynaptische en postsynaptische functie van de olfactorische bulbus granule cellen spines controleren is grotendeels onbekend.

Stikstofmonoxide

Granule neuronen hebben hoge niveaus van de neuronale isovorm van stikstofmonoxide synthase. Dit enzym is afhankelijk van de aanwezigheid van calcium en is verantwoordelijk voor de produktie van stikstofoxyde (NO). Deze neurotransmitter is een negatieve regulator van de proliferatie van de voorlopers van de granulecellen, die de differentiatie van de verschillende granulecellen bevordert. NO reguleert de interacties tussen granulecellen en gliacellen en is essentieel voor de bescherming van de granulecellen tegen beschadiging. NO is ook verantwoordelijk voor neuroplasticiteit en motorisch leren.