Granulecell

Nervbanor och kretsar i lillhjärnanRedigera

Neurala banor och kretsar i lillhjärnan. (+) representerar excitatoriska synapser, medan (-) representerar inhiberande synapser.

Cerebellära granuleceller får excitatorisk input från 3 eller 4 mossiga fibrer som har sitt ursprung i pontinska kärnor. Mossiga fibrer gör en excitatorisk koppling till granuleceller som får granulecellen att avfyra en aktionspotential.

Axonet från en cerebellär granulecell delar sig för att bilda en parallell fiber som innerverar Purkinjeceller. Den stora majoriteten av granulecellens axonala synapser finns på de parallella fibrerna.

De parallella fibrerna skickas upp genom Purkinje-skiktet till det molekylära skiktet där de förgrenar sig och sprider sig genom Purkinjecellernas dendritiska arbors. Dessa parallella fibrer bildar tusentals excitatoriska granule-cell-Purkinjecellsynapser på Purkinjecellernas dendriter.

Denna förbindelse är excitatorisk eftersom glutamat frigörs.

De parallella fibrerna och de uppåtgående axonsynapserna från samma granulecell avfyras synkront, vilket resulterar i excitatoriska signaler. I cerebellär cortex finns det en mängd olika hämmande neuroner (interneuroner). De enda excitatoriska neuronerna som finns i cerebellar cortex är granuleceller.

Plasticiteten hos synapsen mellan en parallellfiber och en Purkinjecell tros vara viktig för motorisk inlärning. Funktionen hos cerebellära kretsar är helt beroende av processer som utförs av granulära lagret. Därför bestämmer granulecellernas funktion den cerebellära funktionen som helhet.

Mossy fiber input på cerebellära granulecellerRedigera

Granulecellernas dendriter synapserar också med distinkta icke-myeliniserade axoner som Santiago Ramón y Cajal kallade för mossy fibers Mossy fibers och golgi-celler gör båda synaptiska kopplingar med granuleceller. Tillsammans bildar dessa celler glomeruli.

Granulecellerna är föremål för feed-forward-hämning: granulecellerna exciterar Purkinjecellerna men exciterar också GABAergiska interneuroner som hämmar Purkinjecellerna.

Granulecellerna är också föremål för feedback-hämning: Golgicellerna tar emot excitatoriska stimuli från granulecellerna och skickar i sin tur tillbaka hämmande signaler till granulecellen.

Mossy fiber inputkoder bevaras under synaptisk överföring mellan granulecellerna, vilket tyder på att innervation är specifik för den input som tas emot. Granulecellerna vidarebefordrar inte bara signaler från mossy fibers, utan utför olika, invecklade transformationer som krävs i den spatiotemporala domänen.

Varje granulecell tar emot en inmatning från två olika mossy fiberingångar. Inmatningen kommer alltså från två olika ställen i motsats till att granulecellen får flera inmatningar från samma källa.

Unskillnaderna mellan de mossiga fibrerna som sänder signaler till granulecellerna påverkar direkt den typ av information som granulecellerna översätter till Purkinjecellerna. Hur tillförlitlig denna översättning är beror på tillförlitligheten hos den synaptiska aktiviteten i granulecellerna och på arten av det stimulus som tas emot. Den signal som en granulecell tar emot från en mossig fiber beror på själva funktionen hos den mossiga fibern. Därför kan granulecellerna integrera information från de olika mossyfibrerna och generera nya aktivitetsmönster.

Klätterfiberinmatning på cerebellära granulecellerRedigera

Olika mönster av mossyfiberinmatning kommer att producera unika aktivitetsmönster i granulecellerna som kan modifieras av en undervisningssignal förmedlad av klätterfiberinmatningen. David Marr och James Albus föreslog att lillhjärnan fungerar som ett adaptivt filter som ändrar det motoriska beteendet baserat på arten av den sensoriska inmatningen.

Då flera (~200 000) granuleceller synapserar på en enda Purkinjecell, kan effekterna av varje parallell fiber ändras som svar på en ”lärarsignal” från inmatningen av den klättrande fibern.

Specifika funktioner hos olika granulecellerRedigera

Cerebellums granuleceller

David Marr föreslog att granulecellerna kodar för kombinationer av mossiga fiberingångar. För att granulecellen ska kunna reagera måste den ta emot aktiva ingångar från flera mossiga fibrer. Kombinationen av flera ingångar resulterar i att lillhjärnan kan göra mer exakta distinktioner mellan inmatningsmönster än vad en enskild mossig fiber skulle tillåta. De cerebellära granulecellerna spelar också en roll i orkestreringen av de toniska konduktanserna som styr sömnen i samband med de omgivande nivåerna av GABA som finns i hjärnan.

Dentate granuleceller

Förlust av dentate gyrus-neuroner från hippocampus resulterar i brister i det spatiala minnet. Därför tros dentate granule-cellerna fungera vid bildandet av rumsliga minnen och av episodiska minnen. Omogna och mogna dentata granule-celler har olika roller i minnesfunktionen. Vuxna granuleceller tros vara involverade i mönsterseparation medan gamla granuleceller bidrar till snabb mönsterkomplettering.

Dorsala cochleära granuleceller

Pyramidala celler från den primära hörselbarken projicerar direkt på den cochleära kärnan. Detta är viktigt vid den akustiska startle-reflexen, där pyramidcellerna modulerar den sekundära orienteringsreflexen och granulacellsinmatningen ansvarar för lämplig orientering. Detta beror på att de signaler som granulecellerna tar emot innehåller information om huvudets position. Granuleceller i den dorsala cochlearkärnan spelar en roll i uppfattningen av och reaktionen på ljud i vår omgivning.

Granuleceller i luktbulben

Hämning som genereras av granuleceller, den vanligaste GABAergiska celltypen i luktbulben, spelar en kritisk roll när det gäller att forma utflödet från luktbulben. Det finns två typer av excitatoriska ingångar som tas emot av GABAergiska granuleceller; de som aktiveras av en AMPA-receptor och de som aktiveras av en NMDA-receptor. Detta gör det möjligt för granulecellerna att reglera bearbetningen av den sensoriska insignalen i luktbulben. Olfactory bulb överför luktinformation från näsan till hjärnan och är således nödvändig för ett korrekt luktsinne. Granuleceller i luktbulben har också visat sig vara viktiga för att bilda minnen kopplade till dofter.

Kritiska faktorer för funktionenRedigera

Kalcium

Kalciumdynamiken är väsentlig för flera funktioner hos granulecellerna, t.ex. förändring av membranpotentialen, synaptisk plasticitet, apoptos och reglering av gentranskription. Karaktären av de kalciumsignaler som kontrollerar den presynaptiska och postsynaptiska funktionen hos luktbulbans granulecellers taggar är mestadels okänd.

Kväveoxid

Granuleneuronerna har höga nivåer av den neuronala isoformen av kväveoxidsyntas. Detta enzym är beroende av närvaron av kalcium och ansvarar för produktionen av kväveoxid (NO). Denna neurotransmittor är en negativ regulator av granulecells prekursorproliferation som främjar differentieringen av olika granuleceller. NO reglerar interaktionen mellan granuleceller och glia och är viktigt för att skydda granulecellerna från skador. NO är också ansvarig för neuroplasticitet och motorisk inlärning.