Ella升级当妈被曝水中分娩 劲宝要给大家见面了

Будова типового нейрона

Дендрит Перикар?он Аксон Ядро Перехоплення Ранв'? Терм?нали аксону Шванн?вська кл?тина М??л?н

Дендрит (в?д грец. δ?νδρον (déndron) — дерево) — це розгалужений в?дросток нейрону, який отриму? ?нформац?ю через х?м?чн? (або електричн?) синапси в?д аксон?в (або дендрит?в ? соми) ?нших нейрон?в ? переда? ?? через електричний сигнал т?лу нейрона (перикар?ону), в?д якого вироста?. Терм?н ?дендрит? вв?в до наукового об?гу швейцарський нейроанатом В?льгельм Г?с у 1889 роц?.

Сегмент дендрита п?рам?дного нейрону ?з stratum radiatum (CA1) г?покампа. Червоним показано синапси на дендритних шипиках, а син?м — синапси на дендритному стовбур?.

Складн?сть ? розгалужен?сть дендритного дерева визнача? те, ск?льки вх?дних нервових ?мпульс?в може отримати нейрон. Тому одне ?з головних призначень дендрит?в поляга? в зб?льшенн? поверхн? для синапс?в, що дозволя? ?м ?нтегрувати велику к?льк?сть ?нформац??, яка надходить до нейрону.

На дендритах знаходяться тисяч? синапс?в, мембрана яких м?стить спец?ал?зован? б?лков? макромолекули, рецептори, що реагують на появу нейромед?атор?в ?з пресинаптичного нейрона у синаптичн?й щ?лин?. Завдяки так?й ун?кальн?й та складн?й морфолог?? дендрити зб?льшують рецептивне поле нейрону у 10-20 раз?в, що уможливлю? значно б?льшу к?льк?сть синаптичних контакт?в (а отже ? зб?льшу? пропускну здатн?сть) м?ж нейронами.

Ультраструктура нейрону неокортексу миш?: т?ло нервово? кл?тини, яке м?стить ядро (блакитний контур), оточене перикар?оном (помаранчевий контур) ? дендритом (зелений контур). Поверхня перикар?она ? дендрита покрита цитоплазматичною мембраною (зелений ? помаранчевий контури). Середина кл?тини заповнена цитоплазмою та органелами. Масштаб: 5 мкм.

Величезне р?зноман?ття дендритних форм та розгалужень, як ? в?дкрит? нещодавно р?зн? види дендритних потенц?алзалежних ?онних канал?в (активних пров?дник?в) та рецептор?в нейромед?атор?в, ? св?дченням багатого репертуару обчислювальних та б?олог?чних функц?й, як? дендрит може виконувати в ход? обробки синаптично? ?нформац?? по всьому мозку.

З накопиченням нових емп?ричних даних ста? все очевидн?шим, що дендрити в?д?грають ключову роль в ?нтеграц?? та обробц? ?нформац??, а також здатн? генерувати потенц?али д?? та впливати на виникнення потенц?ал?в д?? в аксонах, постаючи як пластичн?, активн? механ?зми ?з складними обчислювальними властивостями. Досл?дження того, як дендрити обробляють тисяч? синаптичних ?мпульс?в, що до них надходять, ? необх?дним як для того аби зрозум?ти, наск?льки, в д?йсност?, складним ? один нейрон, його роль у обробц? ?нформац?? в ЦНС, так ? для виявлення причин багатьох психоневролог?чних захворювань.

Морфолог?я та функц??

Т?ло нейрона (сома) ? дендрити — це дв? головн? д?лянки нейрону, як? сприймають вх?дн? ?мпульси з ?нших нейрон?в. Зг?дно з класичною ?нейронною доктриною?, запропонованою Рамоном-?-Кахалем, ?нформац?я кр?зь б?льш?сть нейрон?в прот?ка? в одному напрямку (ортодром?чний ?мпульс) — в?д дендритних г?лок ? т?ла нейрона (що ? рецептивними частинами нейрону, до яких ?мпульс входить) до ?диного аксону (що ? ефекторною частиною нейрону, з яко? ?мпульс виходить). Таким чином, б?льш?сть нейрон?в мають два типи в?дростк?в (нейрит?в): один або б?льше дендрит?в, що реагують на вх?дн? ?мпульси, ? ?диний аксон, що проводить вих?дний ?мпульс. Вт?м, з в?дкриттям антидром?чних ?мпульс?в (як? прот?кають в?д аксона до соми ? до дендрит?в) та дендритних потенц?алзалежних канал?в, уявлення про природу дендрит?в почалось зм?нюватись.

Сутт?ва в?дм?нн?сть м?ж дендритним деревами та ?ншими под?бними деревопод?бними структурами у природ? це та, що дендритн? мають б?льше ступен?в свободи. Тож для того щоб зрозум?ти вплив морфолог?? дендрит?в на ?х електрично-обчислювальн? властивост? сл?д брати до уваги той факт, що нейрон це тривим?рна структура. Внасл?док тако? складност?, роль дендритно? структури виходить далеко за меж? просто бути м?сцем синаптичних контакт?в. Вже для Рамона-?-Кахаля було очевидним, що розгалужен?сть дендрит?в в?дпов?да? за к?льк?сть контакт?в, як? один нейрон може мати з ?ншими нейронами. Нейрон, без дендрит?в, маючи сферичне кл?тинне т?ло, волод?в би дуже обмеженою площею поверхн? для отримання вх?дних ?мпульс?в. Тому дендрити ? н?би розширенням т?ла нейрону, зб?льшуючи його площу поверхн? без надм?рного зб?льшення об'?му кл?тини. Так, 97 % площ? поверхн? мотонейрону (виключаючи аксон) ? дендритною.

Дендрити займають 370 000 мкм² площ? поверхн?, разом з тим надаючи 300 000 мкм² для синаптичних вход?в. Щоб надати екв?валентну поверхню, сферичне кл?тинне т?ло мало б мати д?аметр 340 мкм, а об'?м 20 000 000 мкм³ .

Той факт, що 80 % площ? поверхн? найближчих до соми дендрит?в мотонейрона вкрита синапсами, св?дчить, що зб?льшення площ? поверхн? д?йсно ? значущим для зб?льшення к?лькост? вх?дних ?мпульс?в до нейрону, разом з тим дозволяючи вм?стити б?льшу к?льк?сть нейрон?в в безпосередн?й близькост? один до одного ? розширити ?х досяжн?сть для б?льшого р?зноман?ття аксон?в в?д ?нших нейрон?в.

Функц?ональн? та морфолог?чн? в?дм?нност? м?ж аксонами та дендритами

Аксони	Дендрити
За р?дк?сними винятками, кожен нейрон ма? аксони.	Б?льш?сть нейрон?в мають дендрити.
Аксони з'являються першими п?д час нейронно? диференц?ац??.	Т?льки коли аксони сформувались, починають диференц?юватись дендрити.
Аксонн? початков? сегменти в?дд?лен? спец?альною плазматичною мембраною, що м?стить високу щ?льн?сть ?онних канал?в ? особливу орган?зац?ю цитоскелету.	Дендрити неперервн? з соматичною цитоплазмою ? точка переходу м?ж ними важко розр?знима.
Аксони, зазвичай, мають цил?ндричну форму ?з круглим або ел?птичним поперечним перер?зом.	Дендрити мають конусопод?бну форму та невелик? в?дростки, шипики, що надають йому неправильний поперечний перер?з.
Велик? аксони мають м??л?нову оболонку, товщина яко? пропорц?йна розм?ру аксона.	Дендрити не м??лован?, хоча р?дко деяк? з них мають к?лька шар?в м??л?ну.
Розм?р аксону залежить в?д нейроф?ламенту та к?лькост? м?кротрубочок, ?з перевагою нейроф?ламент?в у великих аксонах.	Дендритний цитоскелет ? менш орган?зованим, а м?кротрубочки переважають нав?ть у великих дендритах.
М?кротрубочки в аксонах мають однор?дну полярн?сть, ?з плюс-к?нцями, в?ддаленими в?д соми.	М?кротрубочки в найближчих дендритах мають зм?шану полярн?сть, ?з плюс- та м?нус-к?нцями зовн? спрямованими до соми.
Аксонн? м?ркотрубочки збагачен? тау-б?лками.	Дендрити можуть мати к?лька тау-б?лк?в, але вони мають багато MAP2, яких нема в аксонах.
Зр?л? аксони не мають рибосом, хоча к?лька й можуть бути наявн? в початковому сегмент?.	В дендритах наявн? ендоплазматичний ретикулум та цитоплазматичн? пол?соми, разом ?з великою к?льк?стю специф?чних мРНК.
Аксонн? г?лки в?ддален? в?д соми	Дендрити розпочинають сво? розгалуження близько б?ля соми
Аксонн? г?лки утворюють туп? кути ? мають д?аметри, схож? з батьк?вським стовбуром.	Дендритн? г?лки утворюють гостр? кути ? мають д?аметри, що ? меншими в?д батьк?вського стовбуру.
Аксони мають пресинаптичн? утворення, що знаходяться на к?нц? аксонних г?лок.	Дендрити мають велику к?льк?сть постсинаптичних утворень, шипик?в, як? виходять ?з дендритного стовбура.
Потенц?али д?? зазвичай виникають в аксонному горбику ? активно розповсюджуються в?д соми.	Хоча дендрити здатн? генерувати потенц?али д??, част?ше вони модулюють електричний стан соми та початкового сегменту аксона.
Традиц?йно, аксони спец?ал?зован? для проведення збудження та синаптично? передач? сигналу, ? нейронний ?вих?д?.	Дендритна арх?тектура найкраще прилаштована для ?нтеграц?? синаптичних ?мпульс?в з безл?ч? вход?в, ? нейронний ?вх?д?.

Реконструкц?я кл?тини Пурк?нь?

Реконструкц?я з?рчастого нейрона

Структура ? типи

На в?дм?ну в?д аксон?в, дендрити мають високий вм?ст рибосом ? утворюють в?дносно локальн? з'?днання, неперервно галузяться у вс? сторони та звужуються, що веде до зменшення в розм?рах доч?рн?х в?дростк?в на кожн?й г?лц?. Також, на в?дм?ну в?д р?вно? поверхн? аксон?в, поверхня б?льшост? дендрит?в ус?яна виступаючими маленькими органелами, як? називаються дендритними шипиками ? як? волод?ють високою пластичн?стю: здатн? народжуватись ? гинути, зм?нювати свою форму, об'?м ? к?льк?сть протягом короткого в?др?зку часу. Серед дендрит?в ? т?, як? ус?ян? шипиками (п?рам?дн? нейрони), як ? т?, як? шипик?в не мають (б?льш?сть ?нтернейрон?в), досягаючи максимально? к?лькост? шипик?в у кл?тинах Пурк?нь? — 100 000 шипик?в, тобто близько 10 шипик?в на 1 пм. ?нша в?дм?нна риса дендрит?в в тому, що вони характеризуються р?зною к?льк?стю контакт?в (аж до 150 000 на дендритному дерев? у кл?тин? Пурк?нь?) та р?зними типами контакт?в (аксон-шипик, аксон-стовбур, дендро-дендритн?).

П?рам?дний нейрон г?покампу. На зображенн? ч?тко пом?тно в?дм?нну рису п?рам?дних нейрон?в — один аксон, ап?кальний дендрит, що знаходиться вертикально над сомою (внизу на зображенн?) ? безл?ч базальних дендрит?в (зверху), як? поперечно розходяться в?д основи перикар?ону.

Одна з прийнятих, але ? найважчих, в нейроб?олог?? класиф?кац?й нейрон?в (започаткована Кахалем) ?рунту?ться на ?х дендритн?й структур? ? густот?. Однак, з ?ншого боку, ? нейрони, як? не мають дендрит?в (?адендритн? нейрони?), але т?льки розгалужен? аксони (наприклад, нейрони чутливих вузл?в спинномозкових нерв?в симпатичного гангл?я), а ? нейрони ?з надто складними дендритами. До нейронних тип?в ?з найб?льш характерними дендритними формами належать:

1. Б?полярн? нейрони, в яких два дендрити в?дходять в протилежних напрямках в?д соми;
2. Деяк? ?нтернейрони, в яких дендрити розходяться у вс?х напрямках в?д соми;
3. П?рам?дний нейрон (також в?дом?, як б?кон?чн?), — головн? збуджувальн? кл?тини у мозку, — що мають характерну п?рам?дну форму кл?тинного т?ла ? в яких дендрити поширюються в протилежн? сторони в?д соми, покриваючи дв? перевернут? кон?чн? площ?: вверх в?д соми простяга?ться великий ап?кальний дендрит, що п?дн?ма?ться кр?зь шари, а вниз — безл?ч базальних дендрит?в, як? простягаються латерально.
4. Кл?тини Пурк?нь? у мозочку, дендрити яких виходять ?з соми у форм? плоского в?яла.
5. З?рчаст? нейрони, дендрити яких виходять з р?зних бок?в соми, утворюючи форму з?рки.

У зв'язку ?з великою к?льк?стю тип?в нейрон?в ? ?хн?х дендрит?в, доц?льно розглянути морфолог?ю дендрит?в на приклад? одного конкретного нейрону — п?рам?дно? кл?тини. П?рам?дн? нейрони знаходяться в багатьох рег?онах мозку ссавц?в: г?покамп, мигдалина, неокортекс. Ц? нейрони ? найб?льш рясно представлен? в кор? головного мозку, складаючи б?льше н?ж 70-80 % вс?х нейрон?в ?зокортексу ссавц?в. Найб?льш популярними, ? тому краще досл?дженими, ? п?рам?дн? нейрони 5-го шару кори: вони отримують надзвичайно потужний пот?к ?нформац??, що пройшла через р?зн? попередн? шари кори, ? мають складну структуру на поверхн? м'яко? мозково? оболони (?ап?кальний пучок?), яка отриму? вх?дн? ?мпульси ?з ??рарх?чно в?докремлених структур; дал? ц? нейрони надсилають ?нформац?ю до ?нших к?ркових ? п?дк?ркових структур. Хоча, под?бно до ?нших нейрон?в, п?рам?дн? кл?тини мають ап?кальн? та базальн? дендритн? пучки, ?м також притаманн? додатков? в?дростки вздовж ап?кально? дендритно? ос? — це так званий ?нахилений дендрит?, який раз або дв?ч? розгалужу?ться в?д основи. Особлив?стю дендрит?в п?рам?дальних нейрон?в ? також те, що вони можуть надсилати ретроградн? сигнальн? молекули (наприклад, ендоканаб?но?ди), як? проходять в зворотному напрямку кр?зь х?м?чний синапс до аксону пресинаптичного нейрону.

Хоча часто дендритн? г?лки п?рам?дних нейрон?в пор?внюють ?з г?лками типового дерева, вони такими не ?. Тод? як д?аметр г?лок дерева поступово звужу?ться з кожним под?лом ? ста? все коротшим, д?аметр к?нцево? г?лки дендрита п?рам?дальних нейрон?в ? значно тоншим ан?ж ?? батьк?вська г?лка ? ця к?нцева г?лка часто ? найдовшим сегментом дендритного дерева. Тим б?льше, д?аметр к?нцевого дендрита не ? звуженим, на в?дм?ну в?д ап?кального стовбура чи г?лок дерева: в?н ма? менше 1 мкм в д?аметр?, як в точц? з'?днання з головним ап?кальним стовбуром, так ? на сво?му в?ддаленому к?нц?, у 100 мкм в?д стовбура. Така ун?кальна геометр?я дендрита добре п?дходить для електрично? сегментац?? та окремо? обробки ?нформац?? в цих сегментах, оск?льки тут синаптичн? струми з?бран? ?з в?дносно велико? площ? в межах рег?ону з високим опором. Тож нав?ть в?дносно невеликий синаптичний струм, що надходить в дендритне зак?нчення генеру? тут значну деполяризац?ю, достатню для породження локального дендритного потенц?алу д??.

Види дендритних розгалужень.

Розгалуження

Сво?ю функц?ональн?стю та високою рецептивн?стю дендрити завдячують складн?й геометричн?й розгалуженост?. Дендрити одного нейрону, взят? разом, називаються ?дендритним деревом?, кожна г?лка якого назива?ться ?дендритною г?лкою?. Хоча ?нколи площа поверхн? дендритно? г?лки може бути досить великою, найчаст?ше дендрити перебувають у в?дносн?й близькост? в?д т?ла нейрона (соми) з якого виходять, сягаючи в довжину не б?льше 1-2 мкм. К?льк?сть вх?дних ?мпульс?в, як? цей нейрон отриму?, залежить в?д його дендритного дерева: нейрони, що не мають дендрит?в, контактують лиш з одним чи к?лькома нейронами, тод? як нейрони ?з великою к?льк?стю розгалужених дерев здатн? приймати ?нформац?ю в?д безл?ч? ?нших нейрон?в. Найб?льш складну ? красиву дендритну форму мають кл?тини Пурк?нь?, дерево на яких ма? близько 400 верх?вок, тод? як α-мотонейрони в спинному мозку к?шки мають лише 8-12 дендритних дерев, кожне з близько 30 верх?вками.

Рамон-?-Кахаль, вивчаючи дендритн? розгалуження, д?йшов висновку, що ф?логенетичн? в?дм?нност? в специф?чн?й нейронн?й морфолог?? п?дтримують в?дношення м?ж дендритною складн?стю ? к?льк?стю контакт?в. Складн?сть та розгалужен?сть багатьох тип?в нейрон?в хребетних (як то п?рам?дн? нейрони кори, кл?тини Пурк?нь? мозочка, м?тральн? кл?тини нюхових цибулин) зроста? ?з зб?льшенням складност? нервово? системи. Ц? зм?ни пов'язан? як ?з потребою для нейрон?в формувати б?льше контакт?в, так ? з необх?дн?стю контактувати ?з додатковими нейронними типами в конкретному м?сц? нейронно? системи.

В?дтак, спос?б зв'язаност? м?ж нейронами ? одн??ю з найфундаментальн?ших властивостей ?х багатоман?тних морфолог?й, ? саме тому дендрити, як? формують одну з ланок цих зв'язк?в, визначають р?зноман?ття функц?й та складн?сть конкретного нейрону.

Вт?м, морфолог?я дендрит?в визнача? не т?льки к?льк?сть ? тип контакт?в, як? може утворити заданий нейрон з ?ншими нейронами, але ? його обчислювальн? операц??. Як моделювання, так ? електроф?з?олог?чн? досл?дження повед?нки нейрон?в in vitro та in vivo, продемонстрували, що нейрони з? складн?шою морфолог??ю (б?льш? ? розгалужен?ш? дендритн? дерева, б?льше г?лок ? шипик?в) характеризуються пачковою пульсац??ю, тод? як нейрони ?з прост?шою морфолог??ю мають тенденц?ю до тон?чних спайк?в. Також морфолог?я дендрит?в ма? сутт?вий вплив на поширення потенц?алу д??, виявлення дендритами зб?г?в у вх?дних синаптичних ?мпульсах.

Кл?тини Пурк?нь? в мозочку

Тривим?рний розпод?л дендритних г?лок також ма? важливе значення для визначення типу ?нформац??, яка надходить до нейрону. Тод? як нейрон ?з дендритними деревами, локал?зованими лише в даному шар? кори, може отримати дуже обмежену к?льк?сть та р?зноман?тн?сть контакт?в, то нейрони ?з розширеними дендритними г?лками, що сягають ?нших шар?в (наприклад, як велик? п?рам?дн? нейрони), здатн? отримувати значно р?зноман?тн?ш? та складн?ш? вх?дн? ?мпульси.

Але розгалужен?сть та р?зноман?ття дендритно? морфолог?? також ма? ? обмежувальний вплив на нейронн? обчислення, зокрема на ефективн?сть вх?дних синаптичних ?мпульс?в (синаптичну ?нформац?йну ефективн?сть, SIE): нейрони з б?льш розгалуженими дендритними деревами характеризуються р?зк?шим та швидшим зменшенням синаптично? ефективност? (ампл?туди синаптичних потенц?ал?в) вздовж шляху в?д в?ддаленого м?сця синаптичного входу до соми, що призводить до загасання постсинаптичного потенц?алу. Вт?м, значна нел?н?йн?сть дендрит?в, — яка зумовлена наявн?стю потенц?алзалежних ?онних канал?в, — здатна подолати це загасання, п?дтримуючи та п?дсилюючи ?мпульс на р?зних р?внях дендритного дерева.

Д?аметр ? довжина

Д?аметр дендрит?в близько б?ля соми ма? к?лька мкм, стаючи меншим 1 мкм коли вони поступово г?лкуються. Багато тип?в дендрит?в ус?ян? безл?ччю крих?тних в?дростк?в, дендритними шипиками, як? утворюють надзвичайно тонк? (~0,1 мкм) ? коротк? (1 мкм) дендритн? г?лочки. Ц? шипики ? головною м?шенню для збудливих синаптичних вход?в ? в?д?грають важливу роль у нейронн?й пластичност?. Довжина самих дендритних дерев колива?ться в?д надзвичайно коротких (100—200 мкм, як у шипикових з?рчастих кл?тинах кори ссавц?в) до досить великих (1-2 мм, як у спинному α-мотонейрон?). Загальна довжина дендрита може досягати 10⁴ мкм (1 см) ? б?льше.

В ц?лому, дендрити (не враховуючи шипики) займають приблизно такий же об'?м кори, як ? аксони (без включення т?ла кл?тин та кровоносних судин) (на приклад? кори миш?):

Аксони	34 %
Дендрити	35 %
Шипики (?шия? та ?голова?)	14 %
Гл?я	11 %
Позакл?тинний прост?р	6 %

Дендритна орган?зац?я п?рам?дного нейрону 5 шару кори

В деяких рег?онах ЦНС сус?дн? дендритн? дерева т?сно перепл?таються, дуже часто д?лячи м?ж собою ту саму область ? групу аксон?в, з якими формують синаптичн? контакти. Це особливо характерно для дендрит?в п?рам?дних нейрон?в в кор?, тод? як в ?нших рег?онах мозку дендритн? дерева (наприклад, кл?тин Пурк?нь? в мозочку) в?докремлен? один в?д одного ? не перекриваються, кожне маючи сво? ?ндив?дуальн? синаптичн? контакти. Саме тому на приклад? п?рам?дних кл?тин найкраще пом?тно значний вплив морфолог?? дендрит?в на складн?сть нейронних операц?й.

Якщо припустити, що дендрити мають цил?ндричну форму ? середн?й д?аметр 0,9 мкм (на основ? даних електронно? м?крофотограф??), то дендритна довжина в 1 мм³ складатиме 456 м, що майже на порядок величини менше, ан?ж аксонна довжина в тому самому об'?м?, ?люструючи б?льшу середню товщину дендрит?в. В?дтак, 9,2×10⁴ нейрон?в в 1 мм³ в?дпов?дало б ~276-460 м дендрит?в в 1 мм³ .

З цього виплива?, що в систем? зв'язк?в м?ж п?рам?дними нейронами, яка включа? б?льш?сть синапс?в кори, вплив одного нейрона на ?нший ? досить слабким, опосередковуючись здеб?льшого одним синапсом. Це означа?, що ск?льки кожен кортикальний п?рам?дний нейрон ма? синапс?в (а це ~4000) з? ст?лькома ж ?ншими п?рам?дними нейронами в?н утворю? контакти.

Под?бному максимальному розходженню сигнал?в в?д одн??? кл?тини до тисяч ?нших в?дпов?да? таке ж максимальне сходження: тисяч? синапс?в на дендритному дерев? одн??? п?рам?дно? кл?тини (при 3,3 синапсах на мкм дендритно? довжини) формують контакти ?з аксонами ст?лькох же р?зних п?рам?дних кл?тин.

Така ун?кальна дендритна морфолог?я п?рам?дних кл?тин, яка дозволя? ?м формувати не схожу на ?нш? нейрони мережу контакт?в, привела деяких досл?дник?в до думки, що ?кора поста?, як ?пристр?й“ для найширшого розповсюдження та найб?льш глибинного зм?шування сигнал?в, сум?сного з природними обмеженнями нервових кл?тин?.

Ф?з?олог?я

Морфолог?я дендрит?в нада? ?м ун?кальн? електричн? та пластичн? властивост?, ?, як насл?док, обумовлю? вар?ац?? в обчислювальних властивостях самих нейрон?в. Якщо, наприклад, розглядати дендрити як пасивн? пров?дники (класичне уявлення), то р?зноман?тна дендритна морфолог?я вплива? лише на частоту нейронного розряду (firing). Однак, якщо розглядати активну електричну пров?дн?сть в дендритах (сучасне уявлення), то ста? очевидним вплив морфолог?? дендрит?в: виника? вар?ац?я розряд?в м?ж пачками (bursts) та регулярними формами пульсац??, чи в?дбува?ться вплив на зворотне поширення потенц?ал?в д??.

Електрично, дендрити можуть бути охарактеризован? через ?х пасивн? властивост? (?к?стяк?), до яких додан? (нел?н?йн?) синаптично- ? потенц?ал-залежн? ?онн? канали. Пасивний (близький до потенц?алу спокою) к?стяк дендрита характеризу?ться питомим мембранним опором, R_m дендрит?в, який ? в?дносно високим (1000—100 000 Ω?см²), що означа?, дендритна мембрана ? д?електриком високого спротиву. ?з питомою ?мн?стю, C_m в приблизно 1 мкФ/см², мембранна часова стала, τ_m (яка визнача? часовий ?нтервал для ?нтеграц?? синаптичних вх?дних ?мпульс?в) ? порядку τ_m = R_mC_m = 10-100 мс. Залежно в?д типу ? морфолог??, площа поверхн? мембранного дендритного дерева колива?ться в?д 20 000 до 750 000 мкм², об'?м може досягати до 30 000 мкм³, довжина — 10 мм (напр., в поперекових мотонейронах). Внутр?шньокл?тинна цитоплазма та зовн?шньокл?тинне середовище дендрит?в м?стить ?они, як? здатн? проводити електричний струм. Дендритна мембрана також здатна проводити струм через специф?чн? трансмембранн? ?онн? канали, але струм, який проходить через мембрану зустр?ча? значно б?льший оп?р, ан?ж вздовж внутр?шньо? серцевини. Окр?м мембранних канал?в (мембранний оп?р), дендритна мембрана здатна накопичувати ?онн? заряди, тобто функц?онувати, як конденсатор.

Осьовий (поздовжн?й) оп?р дендритно? цитоплазми, R_i, колива?ться в?д 70 до 300 Ω?см, що разом ?з малими вим?рами в?ддалених г?лок, передбача? великий вх?дний оп?р (?мпеданс) в дендритах. Зб?льшення дендритного д?аметра з наближенням до соми означа? великий коеф?ц??нт загасання (~100) п?кового синаптичного потенц?алу, коли той поширю?ться в?д початку у в?ддален?й дендритн?й точц? до соми. Мембранний та цитоплазматичний питомий оп?р обумовлюють також внутр?шн?й оп?р R_in в кожн?й дан?й точц? на дендритному дерев?: R_in може зм?нюватись в?д 1 MΩ (товщ? та б?льш проникн? дендрити) до 1000 MΩ (тонк? в?дростки, як шипики). Найб?льш? значення R_in в дендритах передбачають, що мала збуджувальна синаптична зм?на пров?дност? (~1 нСм) приведе, локально, до значно? (в к?лька десятк?в мВ) зм?ни потенц?алу.

Дендрити, в?дтак, ? електрично розпод?леними ?механ?змами?, тож нейрони не ? екв?потенц?альними, — як ?х моделювали в класичних теор?ях, — бо м?ж р?зними рег?онами дендритного дерева (? соми) може ?снувати десятикратна р?зниця напруг, як результат локального синаптичного входу до дендрит?в

Деяк? типов? розм?ри дендрит?в для р?зних тип?в нейрон?в

Нейрон	Середн?й д?аметр соми (мкм)	К-сть дендрит?в на сом?	Д?аметр близьких до соми дендрит?в (мкм)	К?льк?сть точок розгалуження	Д?аметр в?ддалених в?д соми дендрит?в (мкм)	Протяжн?сть дендриту? (мкм)	Загальна довжина дендрита (мкм)
Гранулярн? кл?тини мозочка (к?шка)	7	4	1	0	0,2-2	15	60
З?рчаст? амакринов? кл?тини (резус)	9	1	1	40	0,2-2	120	--
Гранулярн? кл?тини зубчасто? звивини (щур)	14	2	3	14	0,5-1	300	3200
CA1 п?рам?дна кл?тина (щур)	21	—	—	—	—	—	11,900
базальн? дендрити	—	5	1	30	0,5-1	130	5500
s.radiatum	—	1	3	30	0,25-1	110	4100
s.lacunosum-moleculare	—	—	—	15	0,25-1	500	2300
Кл?тини Пурк?нь? мозочка (морська свинка)	25	1	3	440	0,8-2,2	200	9100
Довгоаксонна кл?тина бл?до? кул? (людина)	33	4	4	12	0,3-0,5	1000	7600
Кл?тини Мейнерта зорово? кори (макака)	35	—	—	—	—	—	15 400
базальн? дендрити	—	5	3	—	—	250	10 200
ап?кальн? дендрити	—	1	4	15	2-3	1800	5 200
Альфа-мотонейрон спинного мозку (к?шка)	58	11	8	120	0,5-1,5	1100	52 000

^? Середня в?дстань в?д т?ла кл?тини до к?нчик?в найдовших дендрит?в

Дендритн? синапси

3D реконструкц?я складного дендритного шипика ?з синапсами (червоний) та пол?рибосомами (чорний).

Хоча дендрити прилягають до багатьох аксон?в та ?нших дендрит?в, передача сигналу в?дбува?ться головним чином в синапсах. Синапси можуть перебувати безпосередньо на поверхн? дендриту (т. зв. стовбуров? синапси), або на дендритних шипиках.

Шипиковий дендрит ?з CA1 stratum radiatum. Збуджувальн? синапси показан? червоним, гальм?вн? — син?м.

Дендрити, синапси ? шипики в?зуал?зован? за допомогою GFP ? знят? наживо з використанням конфокального лазерного скануючого м?кроскопу (LSCM)

До 1960-х вважалось, що вза?мод?я в нервов?й систем? ? односторонньою — в?д аксона до дендрита до соми ? що т?льки аксони можуть бути пресинаптичними. В?дпов?дно до цього уявлення вид?ляли так? синаптичн? зв'язки, як: аксо-дендритн? (м?ж аксоном ? дендритом), аксо-соматичн? (м?ж аксоном ? кл?тинним т?лом), аксо-аксонн? (м?ж двома аксонами) ? аксо-шипиков? (м?ж аксоном ? шипиком). Але в 1966 роц?, В?лфр?д Ролл теоретично передбачив, а його колеги надали ф?з?олог?чн? докази ?снування нового ? неоч?куваного синаптичного зв'язку, який вони виявили в нюхов?й цибулин? — дендро-дендритного синапса. Ц? синапси утворюються м?ж дендритами м?трально? та гранулярно? кл?тин. Обидва компонента синапса ? дендритними по сво?й природ?, але ще дивн?шим було те, що сам? ц? синапси ? реципрокними (вза?мообумовлюючими), тож обидв? кл?тини д?яли як пресинаптичн? нейрони.

Це в?дкриття було наст?льки одночасно незвичним ? важливим, що десятил?ття п?сля його публ?кац?? нейроб?ологи згадували про нього, як ?тиху революц?ю? у розум?нн? нейрон?в та дендрит?в: ?Нове уявлення про нейрон [яке виплива? з цього в?дкриття], поляга? в тому, що дендрит це аж н?як не пасивна рецептивна поверхня, але також може поставати пресинаптичним, таким, що переда? ?нформац?ю до ?нших нейрон?в через дендроденритн? синапси?. ?нший р?дк?сний випадок синаптичного контакту, це ?autapse?, коли аксон утворю? синапс ?з власним дендритним деревом, але цей тип зв'язку нараз? мало зрозум?лий.

Синапси не ? хаотично розпод?лен? на дендритн?й поверхн?. В багатьох системах (п?рам?дних кл?тинах г?покампу чи кл?тинах Пурк?нь? в мозочку) джерело синаптичного ?мпульсу виб?рково спрямову?ться на заданий рег?он дендритного дерева, ан?ж просто випадково розпод?ля?ться по поверхн? дендритного дерева. До прикладу, в кор? ~79 % вс?х збуджувальних синапс?в знаходяться на шипиках, а ?нш? — на дендритних стовбурах, тод? як лише 31 % вс?х гальм?вних синапс?в локал?зован? на шипиках. Тим б?льше, що шипик ?з гальм?вним синапсом завжди також ма? збуджувальний синапс: ~15 % вс?х дендритних шипик?в мають як збуджувальн?, так ? гальм?вн?синапси. Гальм?вн? синапси част?ше локал?зуються на сом? або на стовбур? дендритного дерева. Внасл?док тако? локал?зац??, всього дек?лька гальм?вних вх?дних ?мпульс?в можуть шунтувати весь вх?дний збуджувальний ?мпульс, що збирався дендритним деревом ?з сотень синапс?в ап?кальних дендрит?в. Цей феномен назива?ться ??нг?б?торне шунтування?.

Загалом заведено вид?ляти к?лька синаптичних тип?в на дендритах:

1. Varicosities (варикозно розширен?) — синапси, найб?льше яких на амакринових кл?тинах с?тк?вки, а також серед деяких ?нтернейрон?в.
2. Filopodia (ф?лопод??). Вс? нейрони короткий час мають дендритн? ф?лопод?? протягом розвитку: вони ? дуже динам?чними, розширюючись та втягуючись протягом к?лькох хвилин. Однак п?сля пер?оду розвитку нейрона ф?лопод?? зникають, в?дтак, беручи роль у синаптогенез? (формуванн? синапс?в м?ж нейронами), часто утворюючи слабк? контакти. П?сля розвитку нейрона ф?лопод?? зам?няються стовбуровими синапсами.
3. Synaptic crests (синаптичн? греб?нц?) формуються двома аксонами з обох стор?н тонко? ламелярно? ши? греб?нця.
4. Thorny excrescences (тернист? нарости) утворюють 90 % дендритних в?дростк?в на близьких до соми ап?кальних дендритах.
5. Rasemose appendages (китицепод?бн? в?дростки)
6. Corralline excrescenec (коралов? в?дростки)

Синаптичн? спец?ал?зац?? дендрит?в. а) Дендритн? варикози (тонкий дендрит амакринових кл?тин с?тк?вки) b)Ф?лопод?я c)Безчерешковий, обрубок ? гачкуватий шипик (типовий для п?рам?дних нейрон?в кори та зубчастого ядра мозочка) d)Шипик на тонк?й н?жц?, грибопод?бний та брунечка (типовий для кори та нюхово? цибулини) e)Розгалужен? шипики, кожна г?лка яких ма? св?й власний пресинаптичний об'?кт (типово для CA1 та CA3 п?рам?дних нейрон?в, гранулярних кл?тин зубчасто? звивини та кл?тин Пурк?нь? мозочка) f)Тернист? в?дростки ?з под?леними на частини дендритними виступами (типов? для CA3 п?рам?дних кл?тин та нейрон?в зубчасто? звивини) g)Китицепод?бн? розгалужен? дендритн? сегменти ?з синаптичними варикозами, що зак?нчуються цибулино-под?бними к?нцями (типов? для нейрон?в нижньо? оливи та б?чного кол?нчастого т?ла) h)Коралопод?бний нар?ст з дендритними варикозами, що розтягуються в чисельн? тоненьк? в?дростки (типов? для дендрит?в нейрон?в зубчастого та латерального вестибулярного ядер)

Шипики

Вир?шальним чинником для здатност? нейронно? мереж? збер?гати ?нформац?ю ? к?льк?сть р?зних нейрон?в, що можуть бути синаптично з'?днан?. Одним з головних чинник?в зб?льшення р?зноман?ття форм синаптичних зв'язк?в у б?олог?чних нейронах ? ?снування дендритних шипик?в, в?дкритих 1888 року Кахалем. В?н же вперше висунув припущення, що шипики виконують функц?ю зб?льшення поверхн? для синаптичних контакт?в з аксонами, що знаходяться на далек?й в?дстан? в?д дендрит?в: ?…дендритн? шипики в?д?грають головну роль у зб?льшенн? поверхн? з'?днань протоплазматичного розгалуження [тобто, дендритного дерева], виступаючи, щоб з'?днатись з в?ддаленими нервовими волокнами, як? не можуть безпосередньо з'?днатись ?з дендритним в?дростком.?

У 1904 роц? Кахаль зробив припущення, що шипики можуть збер?гати електричний заряд, що виника? в результат? нейронно? активност?, тим самим заклавши основи розум?ння синаптично? пластичност?. Як показали п?зн?ш? досл?дження, шипики розширюють доступн?сть заданого дендрита для б?льшо? к?лькост? аксон?в, при цьому не надто зб?льшуючи об'?м мозку. Хоча б?льш?сть шипик?в м?стять один синапс, ?снують шипики з к?лькома синапсами. В?дношення реального синапса до числа потенц?йних синапс?в (т. зв. коеф?ц??нт заповнення) для п?рам?дних нейрон?в кори дор?вню? 0,26 у неокортекс? ? 0,22-0,34 у г?покамп?. Це означа?, що дендритн? шипики в?д?грають сутт?ву роль у визначенн? того, як? аксони утворюють контакти з дендритом.

Шипики знайден? в р?зних м?сцях нейронно? системи, не т?льки в кор? головного мозку, а в деяких випадках, як наприклад, на кл?тинах Пурк?нь? в мозочку, вони майже схож? до к?ркових шипик?в. Вт?м, найб?льш важлив? вони в кор? головного мозку, оск?льки тут вони пов'язан? ?з 75 % вс?х синапс?в.

Р?зн? рег?они дендритних г?лок мають р?зну щ?льн?сть шипик?в. До прикладу, CA1 п?рам?дн? нейрони в щура мають 30,000 шипик?в, 55 % яких зосереджен? в stratum radiatum, а 40 % — в stratum oriens. Щ?льн?сть шипик?в на латеральних г?лках ап?кального стовбура в stratum radiatum досяга?, в середньому, 3 на 1 мкм дендриту. В?ддален? дендрити базального конуса мають под?бну щ?льн?сть шипик?в, тод? як в нижчому ап?кальному пучку ?х щ?льн?сть значно нижча. Ап?кальний стовбур в stratum radiatum сам по соб? ма? найб?льшу щ?льн?сть шипик?в — 7 шипик?в на 1 мкм. Найближч? в?д соми дендрити п?рам?дного нейрона отримують гальм?вн? вх?дн? ?мпульси, тому ц? рег?они, так само як ? сома, позбавлен? шипик?в. У дорослого мозку щ?льн?сть простих шипик?в значно вар?ю?ться, в?д 0,01 мкм³ до б?льш н?ж 1,5 мкм³ . Той факт, що р?зн? рег?они дендритно? г?лки мають р?зну щ?льн?сть шипик?в св?дчить про в?дм?нност? у з'?днаннях з р?зними збуджуючими вх?дними синапсами.

Д?аметр шипик?в колива?ться в?д 0,1 до 0,4 мкм, а довжина в?д 0,4 до 2 мкм. В б?льшост? рег?он?в мозку, шипики мають два входи — збуджуючий та гальм?вний. Вт?м, в пол? CA1 г?покампа, кожен шипик п?рам?дно? кл?тини ма? т?льки один синапс, збуджуючий.

Цитоскелетна будова дендритного шипика

Дендритн? шипики формують б?ох?м?чний та електричний сегмент, де сигнали, що надходять, вперше ?нтегруються та обробляються. Шия шипика розд?ля? його голову в?д ?ншо? частини дендрита, тим самим роблячи шипика окремим б?ох?м?чним та обчислювальним рег?оном нейрона. Под?бна сегментац?я в?д?гра? ключову роль у виб?рков?й зм?н? сили синаптичних зв'язк?в протягом навчання та запам'ятовування. ?з шипиками також пов'язан? патолог?чн? зм?ни, оск?льки ?х щ?льн?сть зменшу?ться при багатьох в?кових та психоневролог?чних захворюваннях, (як деменц?я, хрон?чний алкогол?зм, шизофрен?я, трисом?я).

У нейроб?олог?? також ? прийнятою класиф?кац?я нейрон?в на основ? ?снування шипик?в на ?х дендритах. Т? нейрони, як? мають шипики, називаються шипиковими нейронами, а т?, як? ?х позбавлен? — безшипиковими. М?ж ними ?сну? не т?льки морфолог?чна в?дм?нн?сть, але й в?дм?нн?сть у передач? ?нформац??: шипиков? дендрити найчаст?ше ? збуджувальними, а безшипиков? — гальм?вними.

Хоча шипики важко вивчати за ф?з?олог?чних умов, накопичено низку даних, як? дозволяють зробити припущення про ?снування р?зних популяц?й стаб?льних та пластичн?ших шипик?в in vivo ? що ц? популяц?? можуть зм?нюватись з досв?дом. ?сну? к?лька здогад?в, що саме ц?, динам?чн? шипики можуть брати участь в навчанн?, тод? як б?льш велик?, стаб?льн? шипики можуть виконувати роль збер?гач?в накопичених спогад?в. Повторювана активац?я малих шипик?в веде до тривалого зб?льшення в ?х розм?рах та сприйнятливост? до глутамату. ? навпаки, незначна активац?я AMPA-рецептор?в стаб?л?зу? шипики, натякаючи на подв?йну роль активац?? глутамат-рецептора в п?дтримц? структурно? пластичност?.

На в?дм?ну в?д дендрит?в, шипики також швидше реорган?зуються ? зм?нюються. ?х пластичн?сть залежить в?д актинових ниток ? скор?ш за все корелю? з навчанням. Багат? актином шипики характеризуються особливими морфолог?чними зм?нами, що пов'язан? ?з довготривалою потенц?ац??ю (LTP) ? в?д?грають ключову роль в навчанн?.

Загальн? властивост? дендрит?в

Морфолог?я	Ф?з?олог?я	Синаптолог?я
Д?аметр б?ля соми: 1-6 мкм	Пасивн? властивост? дендрит?в	К-сть синапс?в/нейрон: 500—200 000
Д?аметр на в?ддалених к?нцях: 0,3-1 мкм	Мембранний оп?р (Rm): 1-100 кΩ?см2	Тип ? (збуджувальн?): 60 %-90 %, головним чином на шипиках
Середня довжина шляху: 0,15-1,5 мм	Осьовий оп?р (Ri): 70-300 Ω?см2	Тип II (гальм?вн?): 10 %-40 %, б?ля соми, лише деяк? на шипиках
Загальна дендритна довжина: 1-10 мм	Мембранна ?мн?сть (Cm): 1-2 мкФ/см2
Дендритна площа: 2000—750 000 мкм2	Мембранна часова стала (τm): 1-100 мс	Збуджувальний синаптичний вх?дний ?мпульс:
Дендритн? дерева/нейрон: 1-16	Дендритна просторова стала (λ): 0,2-1 мм	AMPA: gп?к: 0,1-0,3 нс: tп?к: 0,3-1 мс
Дендритн? к?нц?/нейрон: 10-400	Електротон?чна довжина (L = x/λ): 0,2-2	(може зб?льшуватись з в?дстанню в?д соми)
Дендритн? шипики/нейрон: 300—200,000	Вх?дний оп?р соми (RN): 1-103 ΩM	NMDA: gп?к: 0,05-0,5 нс: tп?к:5-50 мс
Щ?льн?сть шипик?в/1 мкм дендрит: 0,5-14	Вх?дний оп?р на к?нцях (RT) 102?103 ΩM
Довжина шипика: 0,1-2 мкм	Коеф?ц??нт загасання напруги:	Гальм?вний синаптичний вх?дний ?мпульс:
Д?аметр ши? шипика: 0,04-0,5 мкм	сома → к?нець: 1,1-2	ГАМКА: 0,4-1 нс; tп?к: 0,2-1,2 мс
Д?аметр голови шипика: 0,3-1 мкм	к?нець → сома: 2-15	ГАМКB: 0,1-0,3 нс; tп?к: 40-150 мс
Об'?м шипика: 0,0005-0,3 мкм2
	Активн? властивост? дендрит?в
	Ca2+ канали (L, N, P типи) — локальний дендритний Ca2+ спайк
	Ca2+концентрац?я в шипиках
	Na+ канали: Швидка активац?я/?нактивац?я — п?дтриму?
	сому → дендритний зворотнопоширюючийся ПД
	K+ канали, IA, та зм?шан? струми, Ih — Зб?льшення
	щ?льност? з в?дстанню в?д соми — ?поглинач? удар?в?, нел?н?йн?сть, часове нормування

Дендритний потенц?ал поля (DFP)

П?рам?дн? нейрони мають довгий дендритний стовбур, який в?дд?ля? збуджувальн? синапси на ап?кальному дендритному дерев? в?д гальм?вних синапс?в на базальних дендритах та сом?, утворюючи так зване ?в?дкрите поле?, в якому дендрити повернен? в одному напрямку, а соми в ?ншому. Кр?м того, ц? кл?тини характеризуються осьовою симетр??ю та розташован? в ряд паралельно один до одного ? перпендикулярно до поверхн? кори, формуючи пал?сад ?з кл?тинних т?л та дендритних стовбур?в. Коли обидва типи синапс?в активн? одночасно, то гальм?вн? синапси породжують джерела струму (з кл?тини до позакл?тинного простору), а збуджувальн? — струми стоку (?з позакл?тинного простору в кл?тину), змушуючи п?рам?дну кл?тину поводитись як м?кроскоп?чний диполь, оточений характерним полем, — дендритним потенц?алом поля (DFP). Щ?льно прилегл? одна до одно? п?рам?дн? кл?тини утворюють дипольний шар, накладен? струми якого породжують потенц?ал локального поля (LFP) нейронних популяц?й кори, який може бути ре?стрований з допомогою ЕЕГ.

Вважа?ться, що просторова сумац?я LFP в?добража? середн? зважене збуджувальних та гальм?вних постсинаптичних потенц?ал?в, як? ? пов?льн?шими, ан?ж потенц?али д??. Хоча вже довгий час вважа?ться, що LFP визнача?ться переважно синхрон?зованими дендритними вх?дними сигналами на п?рам?дних кл?тинах, але ще сьогодн? неясно, як саме ? наск?льки кореляц?? в синаптичн?й активност? впливають на LFP.

Пасивна електрична пров?дн?сть

Протягом к?лькох десятил?ть — попри ?х морфолог?чну складн?сть — дендритн? дерева моделювались при розрахунках, як ?дина точка ? розглядались б?льш?стю нейроб?олог?в як прост? ? пасивн? механ?зми передач? сигнал?в (зм?на мембранного потенц?алу) до соми, яка ц? сигнали ?нтегру? в л?н?йний спос?б ? в?дсила? до аксону, який ? генеру? потенц?ал д??. Вт?м, незабаром стало очевидним, що пасивн? властивост? дендрит?в, разом з ?х складною геометр??ю, дозволяють нейронам ?нтегрувати ?х вх?дн? ?мпульси в нел?н?йний спос?б.

Електротон?чний потенц?ал

Аби зрозум?ти, який саме внесок роблять дендрити у нейронну обробку ?нформац?? зг?дно з уявленням дендриту, як пасивного механ?зму, сл?д мати на уваз?, що нейрони генерують два типи електричних потенц?ал?в: електротон?чний потенц?ал ? потенц?ал д??. Електротон?чний потенц?ал — це локальний потенц?ал, який не розповсюджу?ться активно, але пасивно поширю?ться внасл?док зм?ни в ?онн?й пров?дност? (сенсорн?й або синаптичн?й, яка породжу? електричний струм).

В?лфр?д Ролл у 1960-х роках для опису пасивного електротон?чного потенц?алу, що експоненц?йно зменшу?ться проходячи уздовж д?лянки мембрани, використав ширший терм?н ?поширення? (spread), що позначав локальн? струми, як? ?снують до потенц?алу д??; цей терм?н по сво?й широт? також може застосовуватись ? до потенц?алу д??. Тод? як для опису власне потенц?алу д?? Ролл використовував терм?н ?розповсюдження? (буквально ?розмноження?) (propagation), оск?льки в?н точн?ше в?дпов?да? сутност? потенц?алу д??: проходження посл?довними активними процесами в?дтворення самого себе. Отож, електротон?чн? сигнали (напр., струм або потенц?ал) — це сигнали, як? не обумовлен? активними, потенц?ал-залежними властивостями мембрани, але ?? пасивними, RC властивостями. Однак, з в?дкриттям перших потенц?ал-залежних ?онних канал?в в дендритах ? ?х здатност? породжувати ПД (див. дал?), стало очевидним що не вс? дендрити п?дходять п?д терм?н ?електротон?чн??, але тим не менше в?н виявився досить корисним для розум?ння дендритно? електрично? пров?дност? ? широко використову?ться понин?.

Кабельна теор?я дендрит?в

Розум?ння того, як ?нформац?я сприйма?ться та коду?ться активними дендритними деревами неможлива без розум?ння модел? пасивних дендрит?в. Б?льше того, за певних умов, напр., для малого синаптичного вх?дного ?мпульсу, потенц?алзалежн? нел?н?йност? не в?д?грають значно? рол? ? дендрит д?? як пасивна структура.

В 1960-х та 1970-х роках американський математик та нейронауковець В?лфр?д Ролл ?з Нац?онального ?нституту здоров'я в сер?? статей, вперше застосував кабельну теор?ю для опису б?оф?зичних та ?нтегративних функц?й дендрит?в. В т? часи вважалось, що дендрити ? наст?льки електротон?чно довгими, що будь-як? вх?дн? ?мпульси до них не можуть сутт?во впливати на електричн? властивост? соми. Ут?м, по?днавши математичну кабельну теор?ю та т? незначн? ф?з?олог?чн? дан?, як? в той час ?снували, Ролл переконливо показав, що класичн? уявлення про дендрити сутт?во недооц?нюють ?х значний внесок у нейронн? обчислення та передачу ?нформац??.

Зв?вши складну морфолог?ю дендрит?в до ?екв?валентного цил?ндра?, кабельна теор?я Ролла вперше змогла описати електричн? та обчислювальн? властивост? пасивних дендритних дерев з будь-якою складн?стю, зокрема анал?тично вичислити чутлив?сть напруги в дов?льн?й точц? дендритного дерева до струму, поданого в будь-як?й ?нш?й точц?. Це дало можлив?сть оц?нити ампл?туду синаптичного потенц?алу ? його залежн?сть в?д часу в заданому дендритному м?сц?, як ? виявити, що кабельн? властивост? дендрит?в (швидка зарядка ?х мембранно? ?мност?) ф?льтрують висок? часов? частоти, як? складають постсинаптичн? потенц?али (ПСП), тим самим дозволяючи дендритам д?яти, як ф?льтр низьких частот. Теор?я переконливо довела, що нав?ть в пасивних дендритах в?ддален? синапси здатн? сутт?во впливати на вих?дний ?мпульс аксона, сприяючи значн?й деполяризац?? соми.

В ц?лому, кабельна теор?я, розроблена Роллом, продемонструвала, що комб?нац?я специф?чно? морфолог?? та електричних властивостей мембрани ? цитоплазми (зокрема електротон?чно? структури) визнача? обробку та поширення електричних сигнал?в в дендритах. ?накше кажучи, нав?ть два морфолог?чно ?дентичн? дендритн? дерева, але з р?зними електричними властивостями, можуть мати зовс?м р?зн? обчислювальн? характеристики.

Електричн? та морфолог?чн? властивост? пасивних дендрит?в

В пасивному дендритному дерев? вплив ?збуджувального постсинаптичного потенц?алу? (ЗПСП) на нейронний к?нцевий вих?дний сигнал залежить в?д його здатност? деполяризувати аксон, що, в свою чергу, залежить в?д а) первинного розм?ру та форми синаптично? в?дпов?д?, ? б) в?д того, наск?льки кабельн? властивост? дендритного дерева ф?льтрують цю в?дпов?дь протягом ?? поширення в?д синапса до аксонного горбика.

Кабельна теор?я та компартментне моделювання показали, що дендритна морфолог?я в?д?гра? важливу роль у формуванн? локальних синаптичних в?дпов?дей: в?ддален? вх?дн? ?мпульси мають значно б?льш? ампл?туди локальних реакц?й, ан?ж под?бн? синаптичн? сигнали в ближчих до соми рег?онах. Причиною цього ? те, що в?ддален? дендрити б?льш звужен? (<1 мкм), ан?ж ближч?, а тому вони створюють значно б?льший локальний вх?дний ?мпеданс ? меншу локальну мембранну ?мн?сть, що веде до зб?льшення ампл?туди та прискорення проходження локальних зм?н напруги. З ?ншого боку, синаптичн? в?дпов?д?, що виникають в дендритах, ближчих до соми, ф?льтруються ?снуючою тут великою локальною ?мн?стю, що зменшу? ?х ампл?туду та упов?льню? ?х часову ходу. В п?дсумку, швидк? синаптичн? пров?дност? у в?ддалених дендритних сегментах генерують б?льш? та швидш? локальн? зм?ни напруги, ан?ж так? ж сам? пров?дност? у ближчих рег?онах.

Просторово-часова сумац?я вх?дних ?мпульс?в

Незалежно в?д локал?зац?? на дендритному дерев?, в б?льшост? нейрон?в ?дина синаптична в?дпов?дь сама по соб? не в змоз? деполяризувати мембрану для генерац?? потенц?алу д??. В б?льшост? випадк?в генерац?я ПД потребу? сумац?? множини ЗПСП?в, вза?мод?я м?ж якими обмежу?ться тими самими пасивними властивостями дендрит?в, що й локальна ампл?туда та поширення одиничних синаптичних в?дпов?дей. Кабельна теор?я передбача?, що р?вень сумац?? залежить в?д в?дносно? ?золяц?? ?ндив?дуальних синаптичних пров?дностей: збуджувальн? синапси, що знаходяться в безпосередн?й близькост? ? зб?гаються у час?, сумуються субл?н?йно через зменшення руш?йно? сили (р?зниця м?ж мембранним потенц?алом ? потенц?алом р?вноваги ?он?в); тод? як просторово ? часово розпод?лен? синаптичн? в?дпов?д? сумуються майже л?н?йно. Ц? припущення згодом були п?дтверджен? експериментально ? лягли в основу розум?ння того, як сигнали ?нтегруються в пасивних дендритах.

Просторова сумац?я опису? вза?мод?ю зб?жних синаптичних вх?дних сигнал?в ? залежить в?д ?х в?дносно? локал?зац?? на дендритному дерев?. В пасивному дендрит? максимальна (л?н?йна) сумац?я в?дбува?ться т?льки тод?, коли одночасно активован? синапси ? наст?льки просторово в?ддаленими, що деполяризац?я, викликана одним синаптичним ?мпульсом сутт?во не зменшу? руш?йно? сили в ?ншому рег?он? дендрита. З цього випливало, що одна з можливих функц?й дендритних дерев поляга? в просторов?й ?золяц?? синаптичних вх?дних сигнал?в для подальшого посилення ?х сумац?? в м?сц? генерування потенц?алу д??. Ця ?дея збер?га? свою силу ? сьогодн?, оск?льки в ряд? досл?джень було показано, що вх?дн? ?мпульси до нейрон?в ? розпод?леними вздовж дендритного дерева.

З ?ншого боку, тод? як збуджувальн? близьк? синапси, коли одночасно активуються, сумуються субл?н?йно, то синаптичн? в?дпов?д?, як? зм?щен? в час? ? ?х зм?ни пров?дност? не перекриваються, сумуються л?н?йно. Важливим для просторово-часово? сумац?? в дендритах ? те, що, постсинаптичн? потенц?али зазвичай розпадаються з частотою, яка в к?лька раз?в пов?льн?ша, ан?ж зм?ни пров?дностей, що лежать в основ? швидко? синаптично? передач? сигналу, тож р?вень ? сила синаптичного вза?мозв'язку не ? сталими ? залежать як в?д к?нетики тип?в рецептор?в в синапс?, так ? в?д мембранних властивостей та морфолог?? дендритного дерева.

В ц?лому, як виплива? з кабельно? теор?? дендрит?в, насл?дком вза?мод?? м?ж дендритною морфолог??ю та просторово-часовими формами синаптично? активац?? ? асиметрична в?дпов?дь соми, що виника? в результат? посл?довно? активац?? синаптичних ?мпульс?в в дендрит?. Як Ролл вперше показав, посл?довна активац?я збуджувальних синапс?в на в?ддалених рег?онах дендрита спричинить б?льшу мембранну деполяризац?ю, ан?ж под?бна посл?довна активац?я, яка б поширювалась в?д ближчих до в?ддалених рег?он?в. Це поясню? те, чому нейрони по-р?зному реагують на зм?ни в просторових формах посл?довних синаптичних ?мпульс?в.

Вза?мод?я збуджувальних та гальм?вних синапс?в

В кабельн?й теор?? т? сам? властивост?, що визначають просторову та часову вза?мод?? збуджувальних в?дпов?дей, також контролюють вза?мод?ю збуджувальних вх?дних ?мпульс?в ?з синаптичним гальмуванням. Нейромед?атором швидкого синаптичного гальмування в мозку ссавц?в ?, головним чином, γ-ам?номасляна кислота (ГАМК). ГАМК д?? на ГАМК_A-рецептор та зумовлю? ан?онну мембранну пров?дн?сть ?з потенц?алом реверс?? близьким до потенц?алу спокою. Тож ГАМК може призвести або до г?перполяризуючих, або до деполяризуючих в?дпов?дей в нейронах. Спроможн?сть ГАМК гальмувати генерац?ю потенц?алу д?? лежить в ?? здатност? послаблювати зб?жн? ЗПСПи через ?затискання? мембранного потенц?алу нижче порогу потенц?алу д??. Ролл та ?нш? досл?дники того часу передбачили, що цей вид шунтуючого ?нг?бування повинен бути ефективн?шим, ан?ж звичайна постсинаптична г?перполяризац?я.

Шунтуюче ?нг?бування нада? нейрону к?лька важливих обчислювальних переваг. По-перше, оск?льки ГАМКерг?чн? вх?дн? ?мпульси ? гальм?вними лише протягом пер?оду ?х зм?ни пров?дност?, ?нг?бування ? дуже точним в час?, гальмуючи генерац?ю потенц?алу д?? т?льки к?лька м?л?секунд, протягом яких ГАМКерг?чна пров?дн?сть активна. По-друге, оск?льки зм?ни пров?дност? значно б?льш просторово обмежен?, ан?ж зумовлен? ними зм?ни напруги, то шунтуюче ?нг?бування забезпечу? ефективне гальмування для заданого рег?ону дендридтного дерева, при цьому надто сутт?во впливаючи на збудлив?сть в ?нших рег?онах дендрит?в. По-трет?, ?ндив?дуальн? деполяризуюч? в?дпов?д? на ГАМК можуть (залежно в?д ?х часу та м?сця в?дносно ?нших збуджувальних вх?дних ?мпульс?в) бути як гальм?вними, так ? збуджувальними.

Новим, що принесла кабельна теор?я в розум?ння синапс?в, було те, що синаптичн? ?мпульси ?, скор?ш, зм?нами пров?дност?, ан?ж джерелами напруги, ? що ?х вза?мод?я сутт?во обмежу?ться дендритною морфолог??ю.

Хоча сьогодн? вже в?домо, що дендрити не ? пасивними та здатн? активно впливати на проходження синаптичного потенц?алу, кабельна теор?я пасивних дендрит?в ? понин? використову?ться нейроб?ологами для вивчення б?оф?зичних властивостей дендрит?в. А дендрити деяких тип?в нейрон?в, нав?ть т?, як? мають потенц?ал-залежн? канали (?нтернейрони мозочку, нейрони-восьминоги слухово? системи, корзинчаст? нейрони г?покампа, гранулярних кл?тинах зубчасто? звивини, нейрони грибопод?бного т?ла, п?рам?дн? нейрони нюхово? кори (pyriform cortex)), характеризуються пасивними властивостями, ан?ж активною пров?дн?стю, а тому краще можуть бути пояснен? з допомогою кабельно? теор??.

Активна природа дендрит?в

Хоча вже в 1950-х роках було достатньо багато емп?ричних даних, що св?дчили на користь активно? рол? дендрит?в в нейронних процесах (напр., в?дкриття розповсюдження потенц?алу д?? по дендритах п?рам?дних нейрон?в), але вони все одно були в меншост? у пор?внянн? ?з протилежними даними. Саме тому в?дкриття потенц?ал-залежних ?онних канал?в в дендритах стало одним ?з найб?льш переконливих св?дчень того, що дендрити волод?ють активними властивостями у обробц? вх?дно? ?нформац??.

?сну? сутт?ва р?зниця м?ж пасивною ? активною дендритною пров?дн?стю струму. У випадку, коли дендрити пасивн?, а сома активна, то обробка дендритами збуджувальних постсинаптичних потенц?ал?в (ЗПСП) ? м?н?мальною: найб?льше, що в?дбудеться ?з ЗПСП, коли в?н поширю?ться до соми, це зменшення в його ампл?туд? та зб?льшення в ширин?, як результат м?жмембранного витоку та ф?льтрування. ?нтеграц?я ЗПСП?в в пасивних дендритах опису?ться к?лькома простими правилами: потенц?али, як? виходять ?з м?сць, електротон?чно в?ддалених один в?д одного, л?н?йно сумуються (в протилежному випадку ЗПСПи будуть сумуватись субл?н?йно через зменшення руш?йно? сили синаптичного струму та зб?льшення шунтування); коли ж вже об'?днаний ЗПСП, що досяга? соми, ? достатньо великим, виника? потенц?ал д?? (ПД) в аксонному горбику. Дал?, ПД проходить назад до соми та вперед по аксону, де в?н ?переда?ться? ?ншим нейронам. За тако? модел? нейрону тривале подразнення веде до повторюваного розряду в нейрон? з частотою, пропорц?йною величин? синаптичного струму, який надходить до соми.

Однак, дан? правила важко застосувати до нейрону, який волод?? дендритами з активною пров?дн?стю струму, як показали останн? досл?дження. Залежно в?д того, яка активу?ться дендритна пров?дн?сть, ЗПСПи можуть прискорюватись або затухати до досягнення соми; ЗПСПли можуть сумуватись л?йн?йно, субл?н?йно чи суперл?н?йно. Потенц?ал д?? та ?нш? регенеративн? под?? можуть бути ?н?ц?йован? нав?ть в дендритах, утворюючи р?зноман?тну пал?тру спайкових форм: в?д повторюваних спалах?в до пачок. Така докор?нна в?дм?нн?сть пасивних дендрит?в в?д активних пов'язана з наявн?стю в останн?х потенц?ал-залежних канал?в, природа ? розташування яких ? ключовою для формування ун?кально? повед?нки дендрит?в. Коли ц? канали активуються, струми через них можуть зм?нювати ампл?туду ? часов? характеристики синаптичного ?мпульсу, та нав?ть за певних умов генерувати ?все-або-н?чого? регенеративн? потенц?али. В?дтак, синаптичний ?мпульс, який надходить до соми, буде дуже зм?неною верс??ю первинного ?мпульсу.

Потенц?ал-залежн? ?онн? канали в дендритах

PALM в?зуал?зац?я з надвисокою розд?льн?стю динам?ки дендритних шипик?в дорослого нейрону г?покампа (DIV27)

В?дкриття, з використанням м?кроелектрод?в, ?снування в дендритах великих, короткочасних деполяризац?й (спайк?в), приводило до думки, що дендрити повинн? м?стити ?онн? канали. Ц? канали повинн? були б в?дкриватись у в?дпов?дь на мембранну деполяризац?ю ?, в свою чергу, спричиняти подальшу мембранну деполяризац?ю, яка в?дпов?дальна за ?х регенеративну природу. Подальше використання петч-клемп метод?в для вивчення дендритних властивостей в зр?зах мозку д?йсно п?дтвердило ?снування великого багатоман?ття потенц?алзалежних ?онних канал?в в дендритн?й мембран?. Разом ?з даними, отриманими з допомогою перфорованого петч-клемпу, ц? досл?дження дозволили створити к?льк?сн? ?карти? розпод?лу потенц?алзалежних канал?в в деяких типах нейрон?в. ? хоча дендрити мають т? ж потенц?алзалежн? канали, що й аксон, щ?льн?сть цих канал?в в дендритн?й мембран? менша н?ж 10 канал?в на м?крометр квадратний, тод? як перехоплення Ранв'? в аксон? м?стить до 1000—2000 швидких натр??вих канал?в.

Под?бно до того, наск?льки багато у ЦНС ? р?зноман?тних дендритних морфолог?й, так само багато ? р?зних вар?ац?й ?онних канал?в в дендритних деревах. ? хоча ?сну? сутт?ва р?зниця м?ж дендритними каналами нав?ть в межах одного класу нейрон?в (напр., м?ж к?рковими ? г?покампними п?рам?дним нейронами), накопичен? дан? дозволяють вид?лити ?х сп?льн? риси та функц??. Так, б?льш?сть дендритних дерев (кр?м кл?тин Пурк?нь?) м?стять деяк? з тип?в N⁺, K⁺ та Ca²⁺ ?онних канал?в, як ? г?перполяризац?йно активован? та внутр?шньо-випрямляюч? кал??в? канали. Перевага потенц?ал-залежних ?онних канал?в в ЦНС поляга? в тому, що ?х фундаментальн? властивост? (р?зноман?тн? потенц?альн? залежност?) ? щ?льн?сть можуть бути легко модульован?, що у випадку дендрит?в дозволя? ?х нейронам докор?нно зм?нювати спос?б, в який вони збер?гають та обробляють ?нформац?ю, зм?нюючи саму обчислювальну природу нейрону.

PALM в?зуал?зац?я великого дендритного сегмента дорослого нейрона г?покампа (DIV28), обробленого з 10 мкмоль AMPA.

Na⁺

Як ? в аксонах, у дендритах також були виявлен? Na⁺ канали, як? в?дпов?дають за генерац?ю та розповсюдження потенц?алу д?? майже у вс?х аксонах. У деяких нейронах (неокортикальних п?рам?дних нейронах, м?тральних нейронах ? CA1 п?рам?дних нейронах) щ?льн?сть Na⁺ канал?в ? в?дносно високою ? пост?йною по всьому дендритному дерев?, що дозволя? ?м впливати на проходження постсинаптичного потенц?алу, прискорювати його. Найб?льша щ?льн?сть Na⁺ в дендритах була виявлена в CA1 ?нтернейронах. Однак в ?н. типах нейрон?в (напр., гангл?озних кл?тинах с?тк?вки, дофам?нерг?чних нейронах чорно? субстанц??, гранулярних кл?тинах тощо) ця щ?льн?сть не ? такою великою, що поясню? те, чому деяк? з цих дендрит?в не можуть згенерувати потенц?ал д??.

В?дносно однор?дн? властивост? активац?? Na⁺ канал?в породжують швидкий вх?дний струм, що радикально зб?льшу? збудження дендрит?в, дозволяючи ?м генерувати ? розповсюджувати потенц?ал д?? так само, як ? аксонам та п?дтримувати зворотне поширення аксонного потенц?алу д?? в дендритн? дерева. Дендритн? Na⁺ канали мають т? сам? б?оф?зичн? та фармаколог?чн? властивост?, як ? ?нш? нейронн? TTX-уразлив? канали. Б?льш?сть (>80 %) цих канал?в активуються в стан? мембранного потенц?алу спокою, а значна активац?я Na⁺ каналу почина?ться, коли деполяризац?я досяга? ~20 мВ. Ц? канали мають швидку активац?йну та ?нактивац?йну к?нетики ? основоположну пров?дн?сть окремого каналу в середньому = 15 пСм. Ц? канали, зазвичай, модулюються проте?нк?назами ? G-б?лками, як? здатн? сильно впливати на потенц?ал-залежн? властивост? дендрит?в.

K⁺

?нший важливий тип ?онних канал?в, знайдених в дендритах, ? K⁺ канали, як? ? головними регуляторами збудливост? в нейронах. Потенц?алзалежн? кал?в? (Kv) канали б?льш чи менш однор?дно розпод?лен? у в?ддалених дендритах пор?вняно з сомою. Винятком ? канали п?дродини Kv4, як? переважно локал?зован? в дендритах Kv4 субодиниц? формують швидко активован? та ?нактивован? струми в гетеролог?чних системах експрес??, що схож? на K⁺ струм А-типу (IA) в нейронах. фармаколог?чн?, електроф?з?олог?чн? та ?муног?стох?м?чн? досл?дження показали, що K⁺ канали А-типу в деяких тип?в центральних нейрон?в ? активн?шими в ап?кальних, рад?ально нахилених та базальних дендритах, ан?ж в сом?. Дендрити неокортикальних та CA1 п?рам?дних нейрон?в мають K⁺ ?онн? канали ?з властивостями, схожими до K⁺ канал?в з затриманим випрямленням.

Короткочасн? K⁺ канали типу А (K_A) були знайден? в мозочкових кл?тинах Пурк?нь?, де вони в?дпов?дають за ще б?льше посилення сильно згасаючих зворотно-прот?каючих потенц?ал?в д??. Одн??ю з найщ?льн?ших ? присутн?сть А-типу K⁺ канал?в в пучкових та м?тральних кл?тинах нюхово? системи, як ? в CA1 п?рам?дних нейронах. Тод? як в таламо-кортикальних нейронах та глибинних кл?тинах неокортексу K_A канали розпод?лен? менш щ?льно. В ц?лому, ц? дендритн? кал??в? канали знижують дендритну збудлив?сть; обмежують розповсюдження локальних дендритних спайк?в та Ca²⁺ сигнал?в, породжених синаптичними вх?дними ?мпульсами або потенц?алами д?? зворотного поширення; зад?ян? в реполяризац?? фази потенц?алу д??; обмежують ампл?туду потенц?алу д?? зворотного поширення; зб?льшують пор?г для генерац?? потенц?алу д?? в дендрит?, а також контролюють частоту його спалах?в. Тому ц? канали впливають на форми синаптично? пластичност?, як? залежать в?д потенц?ал?в д?? зворотного поширення чи локальних спайк?в.

Розташування потенц?ал-залежних ?онних канал?в в модел? нейрона(вгор?). Дендритний розпод?л активних ?онних канал?в у р?зних типах нейрон?в (внизу) (детал? див. в текст?)

Дендрити ? шипики к?лькох центральних нейрон?в також м?сять кальц?й-активован? кал??в? (KCa) канали. K_Ca2 (кальц?й-активован? кал??в? канали мало? пров?дност?, або SK) канали локал?зован? близько до синаптичних та екстрасинаптичних глутаматних рецептор?в, тобто вони мають синаптичн? функц??. Зокрема, ц? канали зменшують дендритну ?нтеграц?ю через обмеження Ca²⁺ спайк?в (плато-потенц?ал?в), викликаних сильним синаптичним вх?дним ?мпульсом. Також, в г?покамп? та мигдалин? входження Ca²⁺ через NMDA-рецептори активу? K_Ca2 канали, г?перполяризу? мембрану та сприя? блокуванню NMDA-рецептора магн??м (Mg2+), обмежуючи подальшу активац?ю. В?дтак, K_Ca2-опосередкований негативний зворотний зв'язок до NMDA-рецептор?в вплива? на стимуляц?ю хебб?всько? пластичност?.

?ншою групою K⁺ канал?в, як? зокрема присутн? в ап?кальних дендритах неокортикальних та г?покампних CA1 нейрон?в, ? кал??в? канали вх?дного випрямлення (K_ir), тобто канали, як? б?льш легко проводять струм у внутр?шньому напрямку (всередину кл?тини), ан?ж в зовн?шньому напрямку (з кл?тини). Ц? канали характеризуються односпрямованим внутр?шн?м випрямленням, керованим внутр?шньокл?тинним кат?онним блокуванням. В?дтак, при мембранних потенц?алах негативн?ших, ан?ж потенц?ал спокою, K_ir канали проводять внутр?шн?й струм, повертаючи мембрану до потенц?алу спокою. Однак, при потенц?ал?, позитивн?шому, ан?ж потенц?ал спокою, кат?они запоб?гають г?перполяризац?? мембрани зовн?шн?ми K⁺ струмами. Так? фундаментальн? випрямляюч? властивост? K_ir канал?в ? визначальними для п?дтримки мембранного потенц?алу. ?з семи п?дтип?в K_ir канал?в, K_ir3.x канали ун?кальн? тим, що вони активуються G-б?лок пов'язаними рецепторами (G-protein coupled receptors (GPCR)).

HCN

Дендрити ? шипики нейрон?в г?покампа та кори мають особливо високу щ?льн?сть HCN (?г?перполяризац?йно-активуючихся керованих цикл?чними нуклеотидами?) канал?в, зокрема HCN1 та HCN2 канали зосереджен? переважно в дендритах. Найб?льше HCN-канал?в в CA1 нейронах г?покампа, де ?х щ?льн?сть в?д соми до найближчих дендрит?в зроста? ушестеро. Але особливо важливою ? ?х роль у функц?онуванн? кл?тин Пурк?нь?, — де HCN-канали наявн? як у сом?, так ? в дендритах, — п?дтримуючи ?х тон?чн? ?мпульси.

HCN-канали мають незвичн? б?оф?зичн? властивост?: вони проникн? як для Na⁺, так ? для K⁺; активуються г?перполяризац??ю (-50 мВ), а деактивуються деполяризац??ю. Тож, ц? канали активн? в стан? мембранного потенц?алу спокою ? контролюють його у б?льшост? нейрон?в. I_h кат?онний струм, який проходить через ц? канали, сприя? генерац?? ритм?чних ?мпульс?в (зокрема в серц? та неокортекс?), знижу? вх?дний оп?р кл?тини, зменшу? збудлив?сть дендрит?в та регулю? розм?р ? час прот?кання синаптичних потенц?ал?в до соми. Внасл?док зменшення вх?дного опору (?мпедансу), I_h послаблю? глутаматерг?чн? вх?дн? ?мпульси та прискорю? загасання збуджувальних постсинаптичних потенц?ал?в, що значно обмежу? часову сумац?ю ЗПСП'?в та дендритну ?нтеграц?ю.

Под?бно до ?нших активних пров?дник?в, HCN канали модулюються внутр?шньокл?тинними мед?аторами. Блокування I_h зменшу? пор?г для генерац?? дендритних спайк?в пачками потенц?ал?в д?? зворотного поширення, тод? як п?двищуюча регуляц?я I_h знижу? збудлив?сть дендрит?в CA1 п?рам?дних нейрон?в, зменшуючи можлив?сть породження потенц?алу д?? синаптичними вх?дними ?мпульсами.

Кр?м того, дендритн? I_h можуть зб?льшувати точн?сть виявлення ко?нциденц?й (зб?г?в) в?ддалених вх?дних сигнал?в, а також д?яти, як ф?льтр, що оптим?зу? ап?кальн? дендрити для низькочастотних осцилюючих вх?дних ?мпульс?в. Також ключову роль I_h в?д?гра? в е синаптичн?й пластичност?: NMDA-зумовлена LTP зб?льшу? активн?сть HCN канал?в в CA1 нейронах г?покампа, тод? як LTD ?? зменшу?.

Ca²⁺

Одними з найважлив?ших для активних функц?й дендрит?в ? Ca2+ канали (VGCC, voltage-gated Ca²⁺ channels), як?, под?бно до Na⁺, здатн? прискорювати ЗПСП'и. ?муног?стох?м?чн? та електоф?з?олог?чн? досл?дження виявили ?снування вс?х п?дтип?в VGCC в дендритних стовбурах ? ряд п?дтип?в в дендритних шипиках багатьох нейрон?в.

Серед Ca²⁺ найпоширен?шими ? три типи потенц?ал-залежних канал?в:

1. Ca_T (Cav3.x)(низькопорогов? кальц??в? канали, LVA) активн?сть одного каналу яких, на в?дм?ну в?д ?нших тип?в Ca²⁺ канал?в, ма? малу пров?дн?сть (~9 пСм) та високу кальц??ву проникн?сть. Початок активац?? LVA канал?в близький до потенц?алу спокою (>-70 мВ), ?з в?дносно пов?льною активац?йною (~5 мск при 0 мВ) та швидкою ?нактивац?йною (~30 мск при -60мВ) к?нетикою. У пор?внянн? з ?ншими кальц??вими потенц?алзалженими каналами, LVA канали мають ун?кально пов?льну к?нетику деактивац?? (~4 мск при -60 мВ). Ц? канали можуть бути активован? ?диним п?дпороговим ЗПСП, прискорювати ЗПСП ? лежать в основ? суперл?н?йно? сумац?? ЗПСП?в. LVA присутн? в дендритах багатьох тип?в нейрон?в: кл?тинах Пурк?нь?, п?рам?дних нейронах г?покампа, таламокротикальних релейних нейронах, м?тральних кл?тинах та гранулярних кл?тинах.
2. Ca_L (Cav1.2 ? Cav1.3) (вископорогов? канали, HVA) найб?льш локал?зован? у близьких до соми дендритах (~25 пСм) ? обумовлюють тривалий прит?к Ca²⁺. Це ? струм, що в?дносно швидко активу?ться (~1 мск при 0 мВ) та деактиву?ться ? внасл?док в?дсутност? потенц?алзалежно? ?нактивац?? ? досить тривалим. Дв? ?зоформи HVA в ЦНС (Cav1.2 та Cav1.3) мають в?дм?нн? д?апазони активац??. Cav1.3 канали починають активац?ю в стан? значно б?льш г?перполяризованих потенц?ал?в (>-60 мВ) у пор?внянн? з Cav1.2 каналами (>-30 мВ).
3. Ca_N, Ca_P/Q та Ca_R (Cav2.1, Cav2.2. ? Cav2.3)  — високопорогов? канали, найб?льш однор?дно розпод?лен? на деяких шипиках по всьому дендритному дерев?. Ц? HVA струми передаються швидко активуючимися (час досягнення п?ку ~1 мск при 0 мВ) каналами ?з одиничною пров?дн?стю ~15 пСм. Ц? канали мають р?зний д?апазон ?нактивац??, де Cav2.3 мають швидшу, а Cav2.1 пов?льн?шу к?нетику ?нактивац??. Д?апазони напруги активац?? для ц??? групи канал?в ? майже однор?дними (Cav2.1 ? Cav2.3 починають активуватись при >-40 мВ), хоча Cav2.2 канали мають в?дносно б?льш деполяризований д?апазон активац?? (починають активуватись при >-20 мВ).

Дендрити деяких нейрон?в, як к?рков? 5 шару, CA1 п?рам?дн? нейрони та нейрони в базальних гангл?ях, мають вс? п?дтипи HVA канал?в (L-, N-, P/Q-, та R-тип). В?дносно пов?льний, тривал?ший внутр?шн?й струм, який постача?ться Ca²⁺ каналами, ще б?льше дода? до збудження дендритно? мембрани та викону? ряд важливих ролей в дендритах: в?дкриття VGCC посилю?ться синаптичними потенц?алами та зворотн?м поширенням аксонного потенц?алу д??, ?нколи призводячи до генерац?? Ca²⁺ спайк?в та плато-потецн?ал?в; локал?зован? в дендритних шипиках к?ркових п?рам?дних кл?тин, вони ? основою п?дсилення синаптичних ?мпульс?в; ?нш? сприяють генерац?? пачок потенц?ал?в д??, дендритних спайк?в, а в м?тральних кл?тинах та дофам?нерг?чних нейронах обумовлюють кальц?й-залежне вив?льнення мед?атора.

Оск?льки внутр?шньокл?тинний кальц?й може д?яти як вторинний посередник, то потенц?ал-залежн? канали в дендритах мають здатн?сть з'?днувати електричн? сигнали з внутр?шньок?лтинною б?ох?м??ю. Тож, дендритн? Ca²⁺ канали важлив? не т?льки для синаптично? ?нтеграц??, але й синаптично? пластичност?. Потенц?алзалежн? Ca²⁺ канали модулюються G-б?лками, к?назами, фосфатами та л?п?дними модуляторами

В?дкриття потенц?ал-залежних ?онних канал?в ?з р?зною щ?льн?стю та б?оф?зичними властивостями вздовж аксо-сома-дендритно? ос? вперше засв?дчило, що не т?льки сома, але й дендрити в?д?грають активну роль у формуванн? нейронних збуджень. Оск?льки пров?дн?сть та розпод?л потенц?алзалежних канал?в р?зниться серед р?зних тип?в нейрон?в та дендритних г?лок (наприклад, ап?кальн? в?д базальних дендрит?в), то ?нтеграц?я вх?дних синаптичних ?мпульс?в залежить не т?льки в?д специф?чних морфолог?чних та пасивних властивостей дендритного дерева, але й в?д експрес?? та к?нетики активно? пров?дност? його ?онних канал?в.

?онн? канали в дендритах
	Потенц?алзалежн?сть	Потенц?алзалежн?сть	К?нетика	К?нетика	К?нетика
Канали	Активац?я *	?нактивац?я **	Активац?я	Деактивац?я	?нактивац?я	Фармаколог?я	Модулю?
Na+	>-45 мВ	>80 %	<1 мс	<1 мс	-1 мс	TTX	PKC
CaT	>-70 мВ	<25 %	5 мс	5 мс	25 мс	Ni	?
CaL	>-60 мВ	~100 %	~1 мс	<1 мс	м?н?мальна	Диг?дроп?ридин	PKA
CaN	>-20 мВ	>70 %	~1 мс	<1 мс	50 мс	GVIA	G-б?лок
CaP	>-40 мВ	>90 %	~1 мс	<1 мс	100 мс	Aga IVA	G-б?лок
CaR	>-40 мВ	>50 %	~1 мс	<1 мс	50 мс	Ni	?
Kтранз??нт	>-50 мВ	>70 %	~1 мс	<1 мс	~7 мс	4AP	К?нази
KD	>-50 мВ	>70 %	~1 мс	<1 мс	~20 мс	αDTX	К?нази
KS	>-30 мВ	~100 %	~3 мс	<1 мс	м?н?мальна	TEA	К?нази
H	<-50 мв	~100 %	~50 мс	5 мс	жодно?	ZD-7288	CNT

• Потенц?али при яких канали починають активуватись
  • В?дсоток популяц?? канал?в, доступних при -70 мВ

Дендритний потенц?ал д??

Хоча потенц?ал д?? генеру?ться переважно на низькопороговому початковому сегмент? аксона (AIS), ?сну? багато даних на користь того, що спайки також можуть генеруватись в дендритах (зв?дси ?нколи ? в?дм?нн?сть у назвах: ?потенц?ал д?? аксону? ? ?дендритний спайк?).

Завдяки наявност? р?зних потенц?алзалежних канал?в з р?зною к?нетикою, дендрити волод?ють р?зноман?тним репертуаром активних властивостей, включаючи активне зворотне поширення аксонного потенц?алу д?? в дендритне дерево. Генерування в дендритах спайк?в найчаст?ше пов'язане ?з активною пров?дн?стю Ca²⁺ чи Na⁺ канал?в, або ?х обох. Кр?м того, дендритн? спайки також породжуються завдяки NMDA (N-метил-D-аспартат) каналам, як? активуються глутамат нейромед?аторами.

Оск?льки локальний пор?г для генерац?? цих дендритних спайк?в ? значно вищим, ан?ж для потенц?алу д?? в аксон?, то ?х виникнення зазвичай вимага? в?дносно сильно? синхронно? синаптично? активац?? ? тому може поставати, як форма детектора ко?нциденц?й (зб?г?в). В?дтак, зворотне поширення потенц?ал?в д?? та дендритн? Ca²⁺ ? Na⁺ спайки повинн? генеруватись р?зними формами та механ?змами синаптично? активност?.

Породжен? в дендритах спайки не ? однор?дними в способ?, швидкост? та ефективност? ?х поширення до соми. В деяких нейронах дендритн? спайки усп?шно поширюються в б?к соми, майже не зменшуючись в ампл?туд?. В ?нших нейронах дендритн? спайки можуть залишатись ?зольованими в дендритах.

Наявн?сть такого р?зноман?ття дендритних спайк?в ? ?х вар?абельност? в р?зних нейронах дозволя? дендритам не т?льки активно впливати на те, як нейрони ?нтегрують та обробляють вх?дн? синаптичн? ?мпульси, але й на нейронну синаптичну пластичн?сть, навчання та пам'ять.

Модуляц?я синаптичних ?мпульс?в

З часу в?дкриття перших ?онних канал?в постало питання, нав?що на дендритах ст?льки багато р?зних пров?дних структур, якщо ?х вплив не в?дчутний на аксонному потенц?ал? д??? Одн??ю з найпоширен?ших ?дей щодо функц?й потенц?ал-залежних (внутр?шн?й струм) канал?в в дендритах ? та, що вони п?дсилюють в?ддален? синаптичн? ?мпульси. Хоча В. Ролл дов?в, що ?рунтуючись на суто пасивних властивостях, в?ддален? ЗПСПи не убувають до нуля в сом?, як спочатку вважалось, вони тим не менше сутт?во зменшаться в ампл?туд?. В?дтак, Na⁺ ? Ca⁺ канали, в?дкрит? завдяки ЗПСПм, протистоятимуть пасивному убуванню ?мпульсу через модуляц?ю чи п?дсилення величини ЗПСП?в.

Багато канал?в в дендритах можуть бути активован? п?дпороговими ЗПСПми. Застосування метод?в кальц??во? в?зуал?зац?? та петч-клемп з прикр?пленою кл?тиною показало, що викликан? стимуляц??ю складн? ЗПСПи можуть породити в дендритах деполяризац?ю, достатню для в?дкриття Na⁺ та низько-порогових Ca²⁺ канал?в. В дендритах ?сну? дек?лька канал?в, на як? можуть впливати п?дпорогов? ЗПСПи: I_NaP, I_CaT, I_h та ?н. Коли ц? канали активуються, струм через них може зм?нити форму ЗПСП?в: активац?я канал?в, що генерують внутр?шн?й струм (I_NaP ? I_CaT), посилить ампл?туду ЗПСП?в, тод? як активац?я канал?в, що генерують зовн?шн? струми (як I_А), послабить ЗПСПи. З ?ншого боку, деактивац?я канал?в, що вже ? активними в стан? спокою (як I_h), зб?льшить нейронний вх?дний оп?р ? тому зб?льшить ампл?туду ЗПСП. В реальност? ЗПСП зм?ню? стани активац?? к?лькох канал?в одночасно. Загальний вплив на форму ЗПСП?в залежать в?д балансу м?ж каналами, що генерують внутр?шн? та зовн?шн? струми.

П?дсилення збуджуючих постсинаптичних потенц?ал?в

Натр??в? та кальц??в? канали, локал?зован? в шипиках та ?нших в?ддалених дендритних в?дростках, в по?днанн? ?з NMDA-рецепторами, забезпечують ун?кальний механ?зм п?дсилення вх?дних локальних синаптичних ?мпульс?в. В типовому дендритному дерев?, вх?дн? ?мпеданси на в?ддалених г?лках та шипиках зростають у пор?внянн? з ?х низьким значенням ближче до соми. В?дтак, в?ддален? збуджувальн? синаптичн? вх?дн? ?мпульси зустр?чають б?льш сприятлив? умови для породження локальних регенеративних потенц?ал?в та набагато б?льше п?дсилюються завдяки локальним збуджуючим потенц?алзалежним каналам, у пор?внянн? ?з синапсами на ближчих до соми дендритах.

Результати к?лькох експеримент?в ?з CA1 п?рам?дними кл?тинами г?покампа ч?тко показали, що дендритн? I_NaP ? I_CaT канали здатн? посилювати ЗПСПи по дороз? до соми. В цих досл?дах петч-клемп ре?страц?я ц?ло? кл?тини була зроблена на сом?, а ЗПСПи були викликан? через стимуляц?ю аферентних волокон на в?ддалених ап?кальних дендритах. Фокальне прикладення антагон?ст?в до найближчих сегмент?в ап?кальних дендрит?в зменшило ампл?туду ЗПСП, залежно в?д блокатор?в, на 27 % ? 33 %. Тод? як застосування антагон?ст?в до соми мало незначний вплив на ампл?туду ЗПСП, тим самим п?дтверджуючи, що дендритн? I_NaP ? I_CaT активно зб?льшили ЗПСП. Б?льше того, моделювання I_NaP канал?в показало, що ?х локальна щ?льн?сть та просторова розпод?лен?сть розширюють часовий х?д п?дсилених ЗПСП?в, тобто ц? канали можуть зб?льшувати ймов?рн?сть генерац?? потенц?алу д??.

I_NaT та високопорогов? Ca²⁺ канали також здатн? посилювати ЗПСПи. Власне найб?льш разюч? приклади посилення сигнал?в спостер?гаються, коли викликан? стимуляц??ю ЗПСПи запускають в дендритах Na⁺-опосередкован? потенц?али д??, Ca²⁺-опосередкован? регенеративн? потенц?али або плато-потенц?али. Хоча, сл?д зазначити, ?снують ? протилежн? експериментальн? дан?, котр? не так однозначно вказують на важливу роль цього посилення для проходження ЗПСП?в, як ? те, чи воно в?дбува?ться завдяки дендритним чи соматичним струмам.

Детектор зб?г?в

?снування дендритних потенц?алзалежних канал?в та NMDA-спайку ? важливими механ?змами для м?ждендритних вза?мод?й в безпосередн?й близькост? синаптичних вход?в. Потенц?алзалежн? канали можуть зм?нювати локальний вх?дний оп?р та часову сталу, що сво?ю чергою сутт?во вплине на просторову та часову сумац?ю ЗПСП та ГПСП. Вза?мод?я синапс?в також може бути надзвичайно нел?н?йною: зустр?ч багатьох ЗПСП?в на одн?й ? т? й же дендритн?й г?лц? в межах вузького часового ?нтервалу може активувати потенц?алзалежн? канали та породити значно б?льшу в?дпов?дь, ан?ж якби вони були на р?зних г?лках чи трапились поза цим часовим ?нтервалом. Такий сценар?й можливо? вза?мод?? синаптичних потенц?ал?в в дендритах прив?в нейроб?олог?в до думки, що дендрити ?з активними властивостями ? детекторами зб?г?в (coincidence detectors) (див. також критичн? зауваги та в?дпов?дь на них), тобто вони мають здатн?сть ?в?дчувати? одночасне надходження синаптичних вх?дних ?мпульс?в в р?зних точках того самого нейрона. Традиц?йно, виявлення ко?нциденц?й(зб?г?в) означало лише зб?г активац?? достатньо велико? к?лькост? вх?дних ?мпульс?в для досягнення порогу генерац?? потенц?алу д??. Вт?м, дендрити, як активн? механ?зми, вводять нов? форми виявлення зб?г?в: зб?г спайк?в в багатьох дендритних г?лках або зб?г активац?? багатьох дендритних рег?он?в.

Одним з таких детектор?в зб?г?в може бути NMDA-рецептор. Через його проникн?сть для кальц?ю, ? через те, що його блокатор у потенц?ал? спокою Mg²⁺ може бути розблокований постсинаптичною деполяризац??ю, NMDA рецептор розгляда?ться як ?деальний кандидат для виявлення зб?г?в м?ж пре- та постсинаптичною активн?стю ? для переведення ?? в постсинаптичну кальц??ву концентрац?ю. В?дтак, постсинаптично локал?зован? NMDA рецептори можуть виявити зб?г у вив?льненн? глутамату внасл?док пресинаптично? активност? та деполяризац?ю внасл?док постинаптичних спайк?в. Результатом цього ? суперл?н?йний р?ст концентрац?? Ca²⁺, у пор?внянн? ?з самою лише пре- або постсинаптичною активн?стю. Св?дчення такого виявлення зб?г?в на основ? NMDA-рецептора були виявлен? в г?покамп? та неокортекс?. Под?бне дендритне виявлення зб?г?в було виявлене ? для потенц?алзалежних канал?в. У в?ддалених синапсах на ап?кальних дендритах п?рам?дних нейрон?в 5-го шару, об'?днання постсинаптичного потенц?алу д?? та синаптичного вх?дного ?мпульсу може викликати вельми нел?н?йне п?дсилення дендритних потенц?ал?в д?? зворотного поширення завдяки залученню потенц?алзалежних Na⁺ канал?в.

Хоча г?потеза дендрит?в, як детектора зб?г?в, ? темою палких дебат?в м?ж вченими, ?снування такого механ?зму ма? ряд експериментальних п?дтверджень. До прикладу, в CA1 п?рам?дних нейронах, синапси ап?кального пучка не проявляють синаптичного масштабування ? тому, ймов?рно, впливають на потенц?ал д?? або через сумування ?з синаптичними вх?дними ?мпульсами в?д колатералей Шафера (в'язка волокон, яка йде в?д поля CA3 до поля CA1 г?покампу), або через генерац?ю дендритних спайк?в. Як показали експерименти та симуляц??, в?ддален? дендритн? спайки над?йно не поширюються в?д ап?кального пучка до головного ап?кального дендрита. Ця неспроможн?сть поширення дендритного спайку пов'язана ?з значним пад?нням вх?дного ?мпеданса в точках, де мал? г?лки з'?днан? ?з великими дендритами. Коли ж колатераль Шаффера та перфорантний шлях (perforant path) активуються разом, дендритн? спайки можуть поширюватись над?йно до соми. ? навпаки, ?нг?бування, нац?лене на ап?кальний дендрит, унеможливлю? поширення дендритного спайка. Отож, синаптичний вх?дний ?мпульс до ап?кального дендрита може в?дкрити або закрити ?ворота?, що регулюють вплив в?ддалено генерованих дендритних спайк?в на початок аксонного потенц?алу д??.

Один з найяскрав?ших експериментальних приклад?в, що св?дчить на користь ?снування дендритного детектора зб?г?в, був виявлений в п?рам?дних нейронах 5-го шару: збуджувальн? синаптичн? вх?дн? ?мпульси на в?ддаленому ап?кальному пучку, зб?гаючись ?з потенц?алом д?? зворотного поширення, генерують довгий (10 мс ? б?льше) Ca⁺ спайк (BAC firing), який, в свою чергу, поширю?ться в б?к соми ? спонука? аксон породити пачков? (burst) натр??в? потенц?али д??. Натр??вий потенц?ал д?? зворотного поширення слугу? як ?зв'язуючий? механ?зм для специф?чно? комб?нац?? вх?дних ?мпульс?в в дендритному дерев?. Цей механ?зм дозволя? виявити зб?г активац?й синаптичних вх?дних ?мпульс?в до двох головних сегмент?в дендритного дерева ?, в?дтак, може бути залучений у одночасну активн?сть (синхрон?зац?ю) в р?зних шарах кори.

Дендритний детектор зб?г?в
Ан?мована симуляц?я детектора зб?г?в в ап?кальних та нахилених дендритах п?рам?дного нейрону г?покампа. Л?воруч: Кольорове подання надходження окремих збуджувальних вх?дних ?мпульс?в до ап?кального пучка ? близьких рег?он?в ап?кальних дендрит?в та генерац?я потенц?алу д?? п?сля зб?гу. Вх?дний ?мпульс до ближчих в?д соми дендрит?в слабший, але в?н сприя? поширенню дендритного спайка, який виник в результат? сильного вх?дного ?мпульсу до ап?кального пучка (зверху). Праворуч: Зверху: Залежн?сть зм?ни потенц?алу в?д часу для дендрит?в в трьох м?сцях дерева (чорний — сома; зелений — ап?кальний дендрит; червоний — ап?кальний пучок); ц? м?сця позначен? кольоровими точками на модел? нейрона, де червона — перфорантний шлях, а зелена — колатераль Шаффера; Внизу: Граф?к п?ково? напруги (чорний), як залежност? в?д в?дстан? в?д соми по шляху уздовж головного ап?кального дендрита до к?нця ап?кального пучка. Червона л?н?я вказу? р?вень напруги наприк?нц? симуляц??, зм?ну одночасно? напруги в?д в?дстан?. Дендритн? спайки були викликан? сильним збуджувальним ?мпульсом перфорантного шляху, але ?х поширення до соми було п?дсилене збуджувальними ?мпульсами колатерал? Шаффера. За в?дсутност? останнього, дендритний спайк з ап?кального пучка не в змоз? досягти соми ? не генеру? потенц?алу д??. Однак, нав?ть незначн? ?мпульси колатерал? здатн? наст?льки п?дсилити просування цих дендритних спайк?в до соми, що т? нав?ть можуть генерувати потенц?ал д?? в аксон? та сом?.

?Дендритна демократ?я?

Типи дендритно? ?нтеграц??: А. Одна з перших моделей дендритно? ?нтеграц??. Кластерон — обмежена генерал?зац?я другого порядку порогово? л?н?йно? одиниц?, в як?й збуджувальн? ефекти кожного синаптичного вх?дного сигналу залежать в?д активност? ?нших сус?дн?х синапс?в (активн? входи позначен? стр?лками). Тип хебб?вського навчання для кластерона поляга? в тому, що синапси, як? часто сп?вактивуються з ?х сус?дн?ми синапсами мають стаб?л?зуватись, в ?ншому випадку вони дестаб?л?зуються ? можуть в?дновити з'?днання но новому дендритному м?сц?. B. Майже-митт?вий vs. ?нтегративний способи дендритних обчислень. Л?воруч: протягом майже-митт?во? обробки вх?дних сигнал?в, сумарний сигнал до соми залежить лише в?д поточного р?вня вх?дних сигнал?в, що обумовлюють р?зн? дендритн? субодиниц?. Ця класична нейронна мережа припуска?, що дендритн? сигнали спочатку сумуються глобально ? вже пот?м проходять через нел?н?йн?сть, яка визнача? частоту спайк?в нейрона. Праворуч: Сучасне уявлення про дендрити ?рунту?ться на тому, що дендритн? субодиниц? виконують локальн? нел?н?йн? операц?? перед тим, як ?х сигнали сумуються в сом?. C. Двошарова модель нейрону (див. текст)

Кабельна структура дендритного дерева, як виплива? з кабельно? теор?? та експериментальних даних, призводить до загасання синаптичного потенц?алу. Зокрема, довг? тонк? дендрити, як? мають великий осьовий оп?р, сутт?во послаблюють потенц?ал в п?дпорогов?й фаз?. До прикладу, загасання п?ково? ампл?туди ЗПСП?в в ход? ?х поширення в?д м?сця виникнення до соми може бути б?льш н?ж стократним для найв?ддален?ших синапс?в в к?ркових L5 п?рам?дних нейронах. Частково це пов'язано ?з низькочастотною ф?льтрац??ю, що проявля?ться швидкими стрибками напруги в дендритах, ? що також може призвести до сутт?вих упов?льнень електрично? пров?дност?. Через таке загасання дендритно? напруги, синапси в р?зних точках дендрит?в не ? р?вно ефективними у ?х вплив? на аксонний потенц?ал д??. Цей факт породив поняття ?дендритно? демократ???, тобто, в як?й ступен? вс? синаптичн? вх?дн? ?мпульси будь-якого нейронного типу можуть бути однаково ?почут?? ? майже митт?во разом оброблен? сомою.

Загасання заряду в довгих та тонких дендритах п?рам?дних кл?тин сутт?во зменшу? соматичну ампл?туду ЗПСП?в, як? виникають в синапсах у в?ддалених дендрит?в, у пор?внянн? з ЗПСПми, що виникають в ближчих синапсах з т??ю самою синаптичною пров?дн?стю, тим самим роблячи ц? нейрони скор?ш ?дендритно не-демократичними?. Але зовс?м ?нша ситуац?я ?з кл?тинами Пурк?нь?, чи? шипиков? г?лочки ? в?дносно короткими ? безпосередньо сполучен? ?з товст?шими головними дендритами. В?дтак, р?вна синаптична пров?дн?сть на в?ддалених та близьких шипикових г?лках кл?тини Пурк?нь? зумовлю? дуже схож? соматичн? ампл?туди ЗПСП?в. Це, також, черговий приклад впливу морфолог?? дендрит?в на ?х пров?дн?сть та ц?л?сну нейронну повед?нку: дендритна геометр?я кл?тин Пурк?нь? по сво?й природ? ? б?льш ?демократична?, ан?ж, наприклад, п?рам?дних кл?тин. ?Деф?цит демократ??? п?рам?дних кл?тин частково компенсу?ться пов'язаним з в?дстанню масштабуванням синаптично? пров?дност? в ап?кальних дендритах CA1 нейрон?в.

Проте цей тип компенсуючого синаптичного масштабування не був знайдений в базальних та ап?кальних дендритах нейрон?в 5 шару кори. Одне з р?шень ц??? ключово? для розум?ння активно? природи дендрит?в проблеми поляга? в тому, що ?не ц?лком демократичн?? дендрити неокортикальних п?рам?дних нейрон?в, — в силу складност? ?нформац??, яку вони оброблять, — складаються ?з в?дносно незалежних обчислювальних субодинць, як? сигмо?дально модулюють ?х синаптичн? вх?дн? ?мпульси до глобального сумування ? кожна з яких здатна породжувати дендритний спайк. Чи приведуть ц? спайки до аксонного потенц?алу д?? залежатиме в?д ?нтеграц?? одиничних в?дпов?дей цих субодиниць.

Один з можливих компром?с?в м?ж ?демократ??ю? ? ?незалежн?стю? в дендритн?й обробц? ?нформац?? нещодавно був знайдений при вивченн? не п?рам?дних кл?тин, а т. зв. координатних (grid) кл?тин (з?рчастих нейрон?в ентор?ально? кори) ? поляга? в тому, що якщо дендрити мають сильний вплив на соматичний мембранний потенц?ал (?демократ?я?), тод?, через двосторонн?сть електротон?чного з'?днання (?снування град??нту напруги м?ж дендритами ? сомою, як результат потенц?алу д?? зворотного поширення), сома сильн?ше впливатиме на дендритн? процеси (втрата ?незалежност?? — здатност? самост?йно в?д ?нших дендрит?в ?нтегрувати сво? вх?дн? сигнали), вироджуючи ?х локально сумовану ?нформац?ю. ?накше кажучи, зб?льшення дендритно? незалежност? веде до зменшення ?х впливу на сому ?, як насл?док, до зменшення синаптичних вх?дних сигнал?в на сам? дендрити.

Шипиковий з?рчастий нейрон ентор?ально? кори

Дендритн? спайки можуть бути породжен? кластерними або розпод?леними вх?дними ?мпульсами до одн??? дендритно? г?лки. Однак вх?дн? ?мпульси, розпод?лен? на багатьох дендритних г?лках будуть менш ефективн?, тож вони, скор?ш за все, повинн? групуватись в кластери. За таким сценар??м сус?дн? вх?дн? ?мпульси на т?й сам?й г?лц? сумуються сигмо?дально, тод? як надто в?ддален? вх?дн? ?мпульси або ?мпульси до р?зних г?лок сумуються л?н?йно. Под?бна просторова сегментац?я обробки ?мпульс?в у дендритах не п?дтриму? ?дею про глобальну сумац?ю ?, натом?сть, дозволя? говорити про п?рам?дний нейрон, як двошарову ?нейронну мережу?, де дендрити постають, як ?нейрони в нейронах?: на першому шар? синаптичн? вх?дн? ?мпульси ?нтегруються ?ндив?дуальними г?лками, сигмо?дальними субодиницями (що в?дпов?да? довгим, тонким дендритам кл?тини), а на другому шар? вих?дн? ?мпульси цих субодиниць сумуються в головному дендритному пучку ? сом?, перш н?ж досягнути конечного порогу генерац?? потенц?алу д??.

Ця ?дея також може бути розширена: п?рам?дний нейрон розгляда?ться, яка багатошарова мережа, де ?нтеграц?я окремо в?дбува?ться в ап?кальному пучку, ап?кальному нахиленн?, а базальн? дендритн? г?лки д?ють як пром?жн? шари. Ц? ?де? нещодавно знайшли ряд експериментальних п?дтверджень. Див. приклад з CA1 п?рам?дними нейронами в попередньому розд?л?. Так само було в?дкрито, що поширення дендритних спайк?в п?дтриму?ться синаптично активн?стю на задньому тл? в п?рам?дних нейронах 5-го шару.

Вт?м, двошарова модель нейрону опису? т?льки просторове групування синаптичних вх?дних ?мпульс?в, залишаючи поза увагою, як нейрон обробля? часов? форми вх?дних ?мпульс?в. Нараз? запропонована т?льки одна компартментна модель, яка здатна пояснити часову ?нтеграц?ю ?мпульс?в дендритами. В?дпов?дно до ц??? модел?, в?дпов?дь дендритних сегмент?в може бути описана як нел?н?йна сигмо?дальна функц?я одночасно ? ступеня часово? синхронност?, ? просторового групування синаптичних вход?в. Тод? нейрон поста? як багатошарова мережа: дендрити виб?рково п?дсилюють в?дпов?д? до релевантних просторово-часових вх?дних спайк?в, тим самим д?ючи в р?зних ?нтегративних режимах як багатошаровий детектор зб?г?в. Ця модель також узгоджу?ться ?з експериментальними даними, як? показують, що в р?зних повед?нкових станах можуть бути залучен? р?зн? форми нейронно? ?нтеграц??.

Кластеризац?я ? недемократичн?сть згаданих нейрон?в обумовлена складною морфолог??ю ?х дендрит?в, ?снуванням активних струм?в та локальних спайк?в, як? по-р?зному впливають на ?нтеграц?ю ПСП. Значно демократичн?шими ? нейрони, дендрити яких мають пасивн? кабельн? властивост?, як до прикладу, CA3 п?рам?дн? ? не-п?рам?дн? нейрони, ?нтернейрони мозочка, чи гранулярн? кл?тини зубчасто? звивини. Моделювання та in vivo досл?дження пасивних дендрит?в засв?дчують, що синаптичний ?мпульс до проксимального дендрита викличе соматичний ПСП, який т?льки на 10-12 % б?льший, в?д ПСП, викликаного синапсом на найв?ддален?шому дендрит?.

Тобто, для пасивних дендрит?в, на в?дм?ну в?д активних, положення синапса не ма? значного впливу на соматичний ПСП ? вс? синапси мають р?вний ?голос? в сом?. Механ?змом тако? демократизац?? ? т. зв. ?пасивна синаптична нормал?зац?я? вх?дних ?мпульс?в, яка трансформу? локальн? високоампл?тудн? ПСП'и, — як? широко розс?юються по кл?тин?, але мають обмежений д?апазон, — в низькоампл?тудн? коливання мембранного потенц?алу близько до соми.

Дендрити, як обчислювальн? субодиниц? нейрон?в

В?домий постулат Дональда Хебба, який ? основою класично? теор?? синаптично? пластичност?, тракту? вс? синапси р?вними та ?гнору? будь-який внесок дендрит?в в синаптичну пластичн?сть. Як в?н писав у сво?му п?дручнику з психолог??: ?…[Ф]ункц??ю дендрит?в ? отримання збуджень в?д ?нших кл?тин… Дендритна пров?дн?сть ? пов?льною та неефективною, вважа?ться, що вони ? прим?тивними структурами, а безпосередн? збудження т?ла кл?тини ? еволюц?йне удосконалення, яке дозволя? ефективн?шу пров?дн?сть?. Под?бно до Хебба, ?нш? нейроб?ологи довгий час також вважали, що дендрити виконують лише з'?днувальну функц?ю ? т?льки передають ?нформац?ю в?д синапс?в до соми, не в?д?граючи яко?-небудь значно? рол? в синаптичн?й пластичност?, зм?н? вх?дних ?мпульс?в ? обчисленнях нейрону.

Докор?нна зм?на в уявленн? про природу та функц?? дендрит?в була пов'язана з теоретичними працями В?лфр?да Ролла та його учн?в ? колег, як? показали, що нав?ть пасивн? дендрити мають значний вплив на електричн? властивост? соми. Вт?м, з обчислювально? точки зору, пасивн? дендрити можуть виконувати лише к?лька елементарних операц?й: ф?льтр низьких частот, арифметику з насиченням ? схож? на множення вза?мод?? м?ж синаптичними вх?дними ?мпульсами. Однак значно багатший та складн?ший репертуар нел?н?йних ? нестац?онарних операц?й з'явля?ться, якщо дендритн? дерева мають потенц?ал-залежн? мембранн? пров?дност?.

Окр?м вже зазначених ?нтегративних властивостей, активн? дендрити волод?ють складним ? поки що мало зрозум?лим апаратом для синаптично? пластичност?. За останн? к?лька десятил?ть було знайдено ц?лий масив св?дчень дендритно? пластичност?, як то синаптична (гомо- ? гетеросинаптична) та внутр?шня пластичн?сть ? гомеостатичн? механ?зми, що часто д?ють локально ? паралельно один з одним, регулюючи активн? властивост? дендрит?в, тим самим впливаючи не т?льки на дендритн? обчислення, але й на формування пам'ят? та навчання на субкл?тинному р?вн?.

Окр?м того, завдяки складн?й морфолог?? та ?снуванню чисельних потенц?ал-залежних ?онних канал?в, дендрити перетворюють одиничн? нейрони на потужн? функц?ональн? обчислювальн? м?кросхеми, як? здатн? виконувати операц??, що ран?ше вважались можливими лише для популяц?? нейронних мереж. Зокрема, протягом останн?х двох десятил?ть було в?дкрито, що дендрити спроможн? виконувати синхрон?зац?ю та класиф?кац?ю вх?дних синаптичних сигнал?в, виявляти напрямок руху (напрямкова виб?рков?сть) в зоров?й систем?, паралельно обчислювати р?зн? потоки ?нформац??, локал?зувати джерело звуку в слухов? систем?, а дендритн? шипики нав?ть можуть бути налаштован? на р?зн? частоти та ?нтенсивн?сть тон?в.

Вс? ц? обчислювальн? властивост? дендрит?в роблять нав?ть ?ндив?дуальний нейрон здатним до активно? обробки складно? ?нформац?? та ?? збер?гання, тим самим вир?шуючи ряд класичних проблем в нейроб?олог??, як? довгий час не могли бути вир?шен?, оск?льки б?льш?сть п?дход?в до них ?рунтувалось головним чином на точков?й модел? нейрону, без урахування активно? рол? дендрит?в.

Патолог?я дендрит?в

Одним ?з найб?льш переконливих св?дчень щодо активно? ? важливо? рол? дендрит?в у нейронних процесах ? нейродегенративн?, в?ков? та псих?атричн? розлади, як? з ними пов'язан?. ?з зб?льшенням даних про ?нтегративн? та пластичн? функц?? дендрит?в, також зб?льшу?ться розум?ння, чому нав?ть невелик? структурн? зм?ни в дендритах здатн? призвести до (чи супроводжувати) значних порушень у нормальному функц?онуванн? мозку.

1974 року Дом?н?к Пурпура (Dominick Purpura) у сво?й вже класичн?й статт? в Science висунув г?потезу, що в?дкрит? в т? часи аномал?? дендритних шипик?в (дисгенез) лежать в основ? деяких ?з тип?в розумово? в?дсталост?. Ця стаття, разом з ?ншими, започаткувала детальне вивчення дендрит?в та шипик?в ? ?х зв'язку з психоневролог?чними захворюваннями. В?дтод? було в?дкрито сильну кореляц?ю м?ж дендритною патолог??ю та розумовою в?дстал?стю, зокрема такими захворюваннями, як аутизм, синдроми Дауна, Ретта, Март?на-Белл, В?льямса та Руб?нштейна-Тейб?.

Дистроф?я дендрит?в у трансгенних мишей з хворобою Альцгеймера (3xTg-AD). Протягом 60-денно? двофотонно? в?зуал?зац?? in vivo та конфокально? в?зуал?зац?? було пом?чено значне зменшення в щ?льност? дендритних шипик?в (в?д 0,40±0,03 мкм^?1 до 0,26±0,04 мкм^?1) разом ?з зб?льшенням дендритного об'?му. Масштаб: 10 мкм.

В ц?лому, ц? та ?нш? в?ков? розлади характеризуються зменшенням дендритно? довжини, скороченням форм розгалужень та к?лькост? шипик?в. Т? ж шипики, що залишаються, часто ? дуже довгими та тонкими. Зрозум?ло, що виконуючи важлив? б?олог?чн? та обчислювальн? функц??, так кардинально зм?нен? дендрити не можуть функц?онувати нормально. Разом з тим, зм?нена морфолог?я може й не бути первинною причиною розлад?в, натом?сть виступати, як компенсац?йна або вторинна зм?на, пов'язана з ?ншою, б?льш первинною патолог??ю. До прикладу, багато ?з зазначених зм?н дендритно? морфолог?? можуть виникати внасл?док деаферентац?? (втрати можливост? проведення сенсорного збудження в?д перифер?? до центру).

Перш? св?дчення про зм?ни в морфолог?? дендрит?в, зумовлених патолог?чними порушеннями, були отриман? при досл?дженн? уражень викликаних деаферентац??ю ?, як насл?док, втратою синаптичних вх?дних ?мпульс?в. Було виявлено, що ц? ураження привели до ц?лковитого зменшення, деформац?? та дезор??нтац?? дендрит?в в мозочкових кл?тинах Пурк?нь?. Зумовлен? ураженнями дендритн? зм?ни (сутт?ве скорочення довжини в?ддалених дендрит?в) також були виявлен? в гранулярних кл?тинах в зубчат?й звивин? як насл?док деаферентац?? ентор?ально? кори. З ?ншого боку, був виявлений ? зворотний ефект — розпускання базальних дендрит?в гранулярних кл?тин г?покампа, спричинене тривалою еп?лептиформною активн?стю.

Досить давно в?домо, що втрата нейрон?в та синапс?в в певних рег?онах мозку ? одним ?з насл?дк?в нормального стар?ння в здорових дорослих. Окр?м того, в процес? стар?ння було виявлено також зм?ни в дендритн?й структур? та к?лькост? шипик?в, хоча ступ?нь та специф?ка цих зм?н нараз? не в?дом?. Тож сьогодн? ще важко пов'язувати ц? морфолог?чн? зм?ни ?з когн?тивними порушеннями.

Окр?м того, ряд досл?джень показало, що значн? зм?ни в морфолог?? дендрит?в, шипик?в та синапс?в характерн? для хвороби Альцгеймера та шизофрен??. Бета-ам?ло?дний пептид, який може вести до утворення ам?ло?дних бляшок ? пов'язаний ?з хворобою Альцгеймера, може блокувати А-тип потенц?ал-залежного кал??вого каналу в дендритах п?рам?дних кл?тин. Особливо вразлив? до руйн?вного впливу бета-ам?ло?д?в кал??в? канали тонких г?лок нахилених дендрит?в, внасл?док чого можуть виникати пог?ршення когн?тивних функц?й.

Накопичення особливих проте?н?в (т. зв. т?льця Лев?) в дендритах часто характерне для хвороби Парк?нсона. Однак нараз? важко говорити про функц?ональн? насл?дки таких зм?н та про ступ?нь ?х зв'язку ?з даними захворюваннями.

Методи досл?дження та моделювання

Важлив? в?хи у методолог?? вивчення дендрит?в

Дата	Методи ? технолог??	Результати
1870	Метод Гольдж?	Дендритна морфолог?я
1930-т?	Зовн?шньокл?тинн? поля	пов?льн? хвил? кори
1950-т?	Внутр?шньокл?тинна ре?страц?я	ЗПСП; за окремими винятками, пасивн? дендрити
1959	Кабельна теор?я	Дендрити впливають на електричн? властивост? соми
1960-т?	К?льк?сна м?кроанатом?я	Дендритн? параметри ? вим?ри
1970-т?	М?ждендритна ре?страц?я	Дендритн? потенц?али д??
1980-т?	Компартментне моделювання	Активн? ? пасивн? властивост?
1980-т?	Молекулярна б?олог?я	Молекулярне р?зноман?ття канал?в
1990-т?	Флуоресцентна м?кроскоп?я	[Ca2+]i входження в дендритах, шипиках
1990-т?	Петч-клемп дендрит?в	Активн?сть та ?нтегративн?сть канал?в
1997	Дво-фотонна м?кроскоп?я	Ре?страц?я одиничного дендрита, кальц??в? ?мпульси та детектор зб?г?в
1999	Потенц?ал-залежн? барвники	Одночасна ре?страц?я соми ? дендрита, аксонний ПД, дендритний спайк ? bAP
2006	Вив?льнення глутамату (glutamate uncaging)	Дендритна пластичн?сть
2002-07	Динам?чний клемп (dynamic clamp)	Двор?внева структура, дендритна демократ?я ? дендритн? обчислення
2010-2013	Моносинаптичне в?дсл?дковування з використання в?русних вектор?в; GCaMP	Кластеризац?я шипик?в; В?зуал?зац?я дендритного потенц?алу д??, LTP та напрямкова виб?рков?сть

?стор?я

Перший детальний опис дендрит?в (або ?протоплазматичних в?дростк?в?, як вони спочатку називались) був зроблений Кам?лло Гольдж? в 1873 роц?. Вт?м в?н не зрозум?в ?х функц??, вважаючи, що вони виконують лише живильну роль для нейрона. Першим, хто почав трактувати дендрити, як самост?йн? функц?ональн? одиниц?, був Сантьяго Рамон-?-Кахаль, який, використавши розроблений Гольдж? метод фарбування нервових тканин, запропонував нейронну доктрину, зг?дно з якою дендрити поставали як м?сце синаптичних контакт?в м?ж нейронами та виконували функц?ю приймання ? передач? синаптичних ?мпульс?в. Коли функц?? та типи дендритних дерев були вивчен? б?льш детально, В?льям Г?с у 1889 роц? зам?нив терм?н ?протоплазматичн? в?дростки? на ?дендрити?.

П?зн?ше Рамон-?-Кахаль для пояснення механ?зм?в нейронно? обробки ?нформац?? запропонував концепц?ю ?динам?чно? поляризац???, зг?дно з якою ?нформац?я прот?ка? в одному напрямку: синапс ? дендрит ? сома ? аксон. Г?потеза, яка лежала в основ? такого припущення, полягала в тому, що для виконання ?нтегративних функц?й нейроном, в ньому ма? в?дбуватись поступова сумац?я гальм?вних та збуджувальних ?мпульс?в, ?накше нейрони та дендрити функц?онуватимуть лише як реле, не зм?нюючи та не додаючи ?нформац?ю в процес? ?? передач?.

До 1930-х рок?в вивчення дендрит?в було головним чином анатом?чним ? лише коли методи досл?дження аксон?в (отриман? на основ? вивчення перифер?йних нерв?в) були застосован? до вивчення електричних сигнал?в в кор? головного мозку, дендрити почали вивчатись електроф?з?олог?чно. Стимулювання зорового нерва або поверхн? кори вело до появи в?д'?много потенц?алу (к?лька м?л?вольт) на поверхн?, що був надто пов?льним, аби бути насл?дком аксонних потенц?ал?в д??, що ре?струвались в ?зольованих перифер?йних нервах. Тод? Джордж Б?шоп (George H. Bishop) з колегами, використовуючи велик? електроди для ре?страц?? в дендритних шарах зорово? кори, зробили припущення, що ц? в?д'?мн? хвил? поверхн? кори ? непров?дними, пост?йними потенц?алами, як? згодом Екклс трактував, як синаптичн? потенц?али в дендритах. ?рунтуючись на цих здогадах та власних досл?дженнях, Б?шоп прийшов до висновку, що ?головна ? найхарактерн?ша функц?я нервових та ?нших збуджувальних тканин зд?йсню?ться за допомогою поступових реакц?й?. Оск?льки таке уявлення електротон?чного поширення реакц?й в дендритах узгоджувалось з ?деями динам?чно? поляризац?? Кахаля та нейронно? ?нтеграц?? Чарлза Шерр?нгтона, то воно було найпоширен?шим (за окремими винятками) серед нейроб?олог?в аж до початку 1960-х рок?в.

З появою внутр?шньокл?тинно? ре?страц?? з допомогою м?кроелектрод?в, в багатьох типах нейрон?в були в?дкрит? збуджувальн? та гальм?вн? постсинаптичн? потенц?али (ЗПСП та ГПСП). Також були визначен? властивост? синапс?в (потенц?ал р?вноваги) та вим?рян? ключов? параметри постсинаптично? кл?тини (мембранн? часова та просторова стал?). Накопичена нова ?нформац?я дозволила поставити ряд питань щодо того, як зд?йсню?ться ?нтеграц?я пасивних синаптичних потенц?ал?в в дендритах, ?х просторова ? часова сумац?я. Було висунуто к?лька припущень, що дендрити мають прим?тивн?шу мембрану, ан?ж аксони, ? тому не мають можливост? для активно? електрично? пров?дност?. В?дпов?дно, вважалось (на основ? досл?джень мотонейрон?в та сенсорних рецептор?в, що потенц?ал д?? виника? т?льки в аксонному горбику, як насл?док алгебра?чно? сумац?? ЗПСП та ГПСП, що надходять до р?зних частин нейрону.

Оск?льки ?рунтован? на тод?шн?х електроф?з?олг?чних даних розрахунки для мотонейрон?в показали, що просторова стала (λ) ? в?дносно малою, то ряд досл?дник?в, особливо Джон Екклс, вважали, що ЗПСПи ?з синапс?в у в?ддалених рег?онах дендрит?в не мають значного впливу на електричну повед?нку нейрон?в та генерац?ю потенц?алу д?? з огляду на швидке зниження ?хньо? ампл?туди; т?льки синапси на ближчих до соми дендритах могли брати участь у нейронн?й активност?.

Тому для багатьох нейроб?олог?в стала великою неспод?ванкою опубл?кована в 1957 роц? стаття малов?домого В?лфр?да Ролла (1922 р.н.), колишнього постдока Екклса, п?сля яко? з'явилась сер?я ?нших його статей, як? зм?нили не т?льки уявлення про дендрити, але й про нейрони. П?сля в?дм?нного навчання на ф?зичному факультет? ?льського ун?верситету, з початком в?йни в?н був залучений до анал?тично? роботи в Мангеттенському про?кт?. П?сля в?йни, працюючи як постдок в Чиказькому ун?верситет?, Ролл отримав навички в електроф?з?олог?? та брав участь в експериментах з аксоном кальмара, як? проводив в?домий американський б?оф?зик Кеннет Коул, ? як? в результат? призвели до в?дкриття потенц?ла д??. З початку 1950-х рр. в?н продовжив сво? досл?дження в лаборатор?? Екклса в Нов?й Зеланд??, де вивчав з його групою передачу сигнал?в в мотонейронах, та використання м?кроелектрод?в для ре?страц?? цих сигнал?в. Попрацювавши деякий час в лаборатор?? Бернарда Каца в Лондон?, в?н повернувся до США, де розпочав роботу в математичному в?дд?ленн? Нац?ональних ?нститут?в здоров'я.

В 1957 роц? Екклс та ?нш? досл?дники опубл?кували результати досл?джень мотонейрон?в, як? показували поширення потенц?ал?в, викликаних ?нжекц??ю струму в т?ло кл?тини. Фази розпаду потенц?ал?в, вважав Екклс, виражаються лише одн??ю експонентою, так, як у прост?й схем? опору та ?мност?, якими моделю?ться мембрана соми. Проанал?зувавши дан? Екклса та його групи, Ролл виявив, що ре?строван? ними короткотривал? потенц?али були значно пов?льн?шими, ан?ж оч?кувалось, ? най?мов?рн?ше це пов'язано з тим, що струм йде в дендрити, а отже часова ? просторова стал? нейрон?в ? значно б?льшими. Того ж 1957 року в?н опубл?кував коротку зам?тку в Science, де показав, що ф?ксован? Екклсом короткотривал? потенц?али б?льше узгоджуються ?з моделлю соми, до яко? при?днаний довгий цил?ндр, яким ? дендритне дерево.

Коли Ролл усв?домив, що дендрити в?д?грають значну роль в електричн?й пров?дност? нейрон?в, в?н почав детальне вивчення геометр?? розгалужень дендрит?в мотонейрон?в, що дозволило йому застосувати до них кабельну теор?ю, зв?вши все р?зноман?ття дендритних дерев до одного цил?ндра. Це не т?льки спрощувало вивчення дендрит?в, але й дозволяло в?дкрити ?х нов? властивост?: зокрема, Ролл передбачив, що синапси на в?ддалених дендритах також впливають на соматичну деполяризац?ю. Однак вс? статт?, як? в?н надсилав до журнал?в, в?дхилялись редакторами, з аргументац??ю, що знайдене Роллом зниження короткотривалого потенц?алу було пов'язане з особливостями техн?чних прилад?в ? не мало сутт?вого значення. Вт?м, на к?лькох статтях Ролл побачив коментар? та редагування, характер яких ц?лком св?дчив, що ?х читав Екклс. Тод? Ролл опубл?кував сво? теоретичн? статт? у новому, малов?домому журнал? ?Experimental Neurology?, в якому Екклс не був рецензентом.

Т?льки через десятил?ття, коли накопичилось нов? дан?, теор?? Ролла отримали п?дтвердження та визнання, а його кабельн? р?вняння та математичн? модел? дендрит?в заклали основу ново? галуз? нейронаук — обчислювально? нейронауки (computational neuroscience). Його подальш? науков? роботи були черговим яскравим прикладом того, як в б?олог?? можуть ефективно по?днуватись математика та експеримент, а теор?я може мати не менш важливе значення, ан?ж практика. Багато з проблем у вивченн? дендрит?в, як? пот?м сформувались у окрем? теми, були так чи ?накше п?днят?, передбачен? чи вир?шен? Роллом. Тож, ??стор?я кабельно? теор?? та дендрит?в ? багато в чому ?стор?я одн??? людини — В?лфр?да Ролла?.

Вт?м, для того, аби обчислювальн? модел? могли пояснити дендритн? властивост?, бракувало даних щодо ?х детально? анатом?? та ф?з?олог??. Саме тому в 1970-х роках нову стор?нку у вивченн? дендрит?в започаткувала к?льк?сна м?кроанатом?я, тобто детальне ? точне вим?рювання дендритних д?аметр?в та довжини г?лок. Завдяки кроп?тк?й прац? анатом?в, ф?з?олог?в та математик?в були отриман? перш? детальн? параметри к?ркових нейрон?в, мотонейрон?в, кл?тин Пурк?нь? тощо. Завдяки появ? обчислювально? техн?ки та б?льш-менш гнучких мов програмування, отриман? м?кроанатом?чн? дан? лягли в основу обчислювальних моделей, на основ? яких було в?дкрито ц?лий ряд нових дендритних властивостей.

Хоча в 1950-х та ранн?х 1960-х пан?вним було уявлення, що дендрити ? пасивними в?дростками нейрон?в, як? просто ?нтегрують збуджувальн? та гальм?вн? ?мпульси, накопичувались поодинок? св?дчення, що в дендритах також може поширюватись потенц?ал д??. Вперше його заф?ксував у 1951 роц? видатний китайський нейроф?з?олог Hsiang-Tung Chang, який тод? працював в ?льському ун?верситет? ? мав ще драматичн?шу долю, ан?ж Ролл. В опубл?кован?й того року статт? в?н пов?домив про те, що дендрити можуть збуджуватись п?д впливом електрично? стимуляц?? ? здатн? генерувати потенц?али д??, як? в?др?зняються в?д аксонних тим, що не ? ?все-або-н?чого? потенц?алами. У наступних восьми сво?х публ?кац?ях в?н п?дтвердив сво? знах?дки ? нав?ть висунув радикальний здогад, що синапси на дендритах, на в?дм?ну в?д соми, пов'язан? ?з св?дом?стю, сприйняттям та мисленням.

?ншим важливим здогадом Чанга було визнання за дендритними шипиками (як? в?н називав ?брунечки?) функц?? обмеження синаптично? збудливост?, оск?льки вони постають як механ?чний бар'?р, що запоб?га? досяганню синаптичними виступами стовбура дендрит?в. Шипики, через ?х високий ом?чий оп?р, пов'язаний з ?х надто тонкими ?стеблами?, повинн? упов?льнювати та послаблювати синаптичн? збуджувальн? ?мпульси, тим самим в?д?граючи активну, а не пасивну роль в синаптичн?й ?нтеграц??. Саме на основ? цих результат?в Чанга в 1970-х роках виникла нова ц?кав?сть до шипик?в та ?х рол? в навчанн? та запам'ятовуванн?.

Також в 1950-х роках ряд досл?дник?в пов?домляв про ре?страц?ю антидром?чних потенц?ал?в д?? та дендритних спайк?в, що повинно було б схилити б?льше нейроб?олог?в до визнання активно? рол? дендрит?в. Вт?м, лише з к?нця 1980-х — початку 1990-х вчен? почали поступово схилятись до думки, що дендрити не т?льки передають ?нформац?ю, але й зм?нюють та збер?гають. Найб?льш однозначно ?снування дендритних спайк?в було показано в сер?? статей Грега Стюарта та Берта Закмана протягом 1993—1998 рок?в, як? використали ц?ло-кл?тинн? петч-електроди для ре?страц?? одночасно соматичного потенц?алу д?? та дендритного спайка. Це були перш? безпосередн? св?дчення ?снування потенц?алзалежних ?онних канал?в в дендритах, що слугують для генерац?? та п?дтримки потенц?ал?в д??.

1990-т? та 2000-н? роки справедливо можуть бути названими пер?одом розкв?ту досл?джень дендрит?в. Стр?мкий прогрес технолог?й, молекулярно? б?олог?? та обчислювальних техн?к призв?в до швидко? появи нових в?дкритт?в, пов'язаних з дендритними обчисленнями та пластичн?стю, як структурною, так ? функц?ональною.

Див. також

• Нейрон
• Синапс
• Мембранний потенц?ал спокою
• Аксон
• Потенц?ал д??
• Синаптична пластичн?сть
• Неокортекс

Прим?тки

1) ↑  Дендритне поле — це весь рег?он, який покрива?ться дендритом заданого нейрона ? в якому дендрит отриму? сенсорн? або синаптичн? вх?дн? ?мпульси.

2) ↑  Дана величина вим?рю?ться в сантиметрах ? означа?, що в?дстань, на яку поширю?ться зм?на потенц?алу, ма? зростати ?з зб?льшенням опору мембрани (який перешкоджа? втрат? струму внасл?док витоку струму) ?, навпаки, ма? зменшуватись ?з зб?льшенням внутр?шнього опору (що перешкоджа? проходженню струму вздовж волокна). В?дтак, чим б?льше значення r_m, тим б?льше значення $\lambda$, а чим б?льше значення $r_{i}$, тим менше значення $\lambda$ (див. детальн?ше Кабельна теор?я дендрит?в).

3) ↑  Самоп?дтримуюча под?я (?мпульс), включаючи зворотний зв'язок, напр., м?ж напругою та струмом, або кальц??м та напругою тощо.

4) ↑  Все-або-н?чого — потенц?ал, який бувши генерований (п?сля досягнення порогу збудження) розповсюджу?ться сам по соб? до завершення.

5) ↑  Ц?каво, що ?зворотне поширення? (англ. backpropagation) було запропоноване в теор?? штучних нейронних мереж, ще до його в?дкриття в нейронах, як один з метод?в нейронного навчання. Див. метод зворотного поширення помилки. Под?бно до навчання перцептрона, б?олог?чне зворотне поширення також сприя? навчанню, посилюючи чи послаблюючи синаптичну пластичн?сть. Однак, на в?дм?ну в?д перцептрона, зворотне поширення потенц?алу д?? в?дбува?ться в межах одного нейрона ? завдяки ?снуванню дендритних локальних спайк?в може бути ц?лком незалежним в?д пост- ? пресинаптичних нейрон?в, над?ляючи один нейрон властивостями ц?ло? нейронно? мереж?.

Л?тература

Монограф?? та п?дручники

• В?льям Ф. ?анон?. Ф?з?олог?я людини: П?дручник/Переклад з англ. Наук.ред.перекладу М.Гжегоцький, В.Шевчук, О.Заячк?вська.—Льв?в: БаК, 2002.—784 с. ISBN 966-7065-38-3
• Николлс, Джон Г. (2012). От нейрона к мозгу. с. 671. ISBN 9785397022163.
• Stuart G, Spruston N, Hausser M., ред. (1999). Dendrites. Oxford University Press. с. 139—160. ISBN 0198566565.
• Segev I., Rinzel J. and Shepherd G., ред. (1995). The Theoretical Foundation of Dendritic Function: Selected Papers of Wilfrid Rall with Commentaries. MIT Press. с. 456. ISBN 9780262193566.
• Yuste, Rafael (2010). Dendritic Spines. MIT Press. с. 264. ISBN 9780262013505.
• Hille, Bertil (2001). Ionic Channels of Excitable Membranes. Sinauer Associates, Incorporated. с. 814. ISBN 9780878933211.
• Korogod Sergey M. and Suzanne Ty?-Dumont (2009). Electrical Dynamics of the Dendritic Space. Cambridge University Press. с. 211. ISBN 9781139481229.
• Tuckwell, Henry C. (1988). Introduction to Theoretical Neurobiology: volume 1, Linear Cable Theory and Dendritic Structure. Cambridge University Press. с. 304. ISBN 9780521350969.
• Koch, Christof (2004). Biophysics of Computation: Information Processing in Single Neurons. Oxford University Press. с. 562. ISBN 9780195181999.
• Koch Christof and Segev Idan, ред. (1998). Methods in Neuronal Modeling: From Ions to Networks. MIT Press. с. 671. ISBN 9780262112314.
• Galizia, C. Giovanni and Lledo, Pierre-Marie, ред. (2013). Neurosciences - From Molecule to Behavior: a university textbook. Springer. с. 736. ISBN 978-3-642-10769-6.
• Shepherd, Gordon M. (2009). Creating Modern Neuroscience: The Revolutionary 1950s. Oxford University Press. с. 304. ISBN 9780199741472.
• Squire, Larry, ред. (2008). Fundamental Neuroscience (вид. 3). с. 63. ISBN 978-0-12-374019-9.
• Ermentrout Bard and Terman David H. (2010). Mathematical Foundations of Neuroscience. Springer. с. 422. ISBN 9780387877075.
• Людина. / Навч. пос?бник з анатом?? та ф?з?олог??. — Льв?в. 2002. — 240 с.

Оглядов? статт?

• Magee Jeffrey C and Johnston Daniel (2005). Plasticity of dendritic function. Current Opinion in Neurobiology. 15 (3): 334—342. doi:10.1016/j.conb.2005.05.013. ISSN 0959-4388.
• Sjostrom P. J., Rancz E. A., Roth A., Hausser M. (2008). Dendritic Excitability and Synaptic Plasticity. Physiological Reviews. 88 (2): 769—840. doi:10.1152/physrev.00016.2007. ISSN 0031-9333.
• Hausser M. (27 жовтня 2000). Diversity and Dynamics of Dendritic Signaling. Science. 290: 739—744. doi:10.1126/science.290.5492.739. Арх?в ориг?налу за 28 вересня 2014. Процитовано 4 жовтня 2013.
• Major Guy, Larkum Matthew E. and Schiller Jackie (2013). Active Properties of Neocortical Pyramidal Neuron Dendrites. Annual Review of Neuroscience. 36 (1): 1—24. doi:10.1146/annurev-neuro-062111-150343. ISSN 0147-006X.
• London Michael and H?usser Michael (2005). Dendritic computation. Annual Review of Neuroscience. 28 (1): 503—532. doi:10.1146/annurev.neuro.28.061604.135703. ISSN 0147-006X.
• Johnston D, Magee JC, Colbert CM, Christie BR (1996). Active Properties of Neuronal Dendrites. Annual Review of Neuroscience. 19 (1): 165—186. doi:10.1146/annurev.ne.19.030196.001121. ISSN 0147-006X.
• Mel Bartlett W. (1994). Information Processing in Dendritic Trees. Neural Computation. 6 (6): 1031—1085. doi:10.1162/neco.1994.6.6.1031. ISSN 0899-7667.
• Kasai Haruo, Fukuda Masahiro, Watanabe Satoshi, Hayashi-Takag Akiko, and Noguchi Jun (2010). Structural dynamics of dendritic spines in memory and cognition. Trends in Neurosciences. 33 (3): 121—129. doi:10.1016/j.tins.2010.01.001. ISSN 0166-2236.
• Johnston Daniel & Narayanan Rishikesh (2008). Active dendrites: colorful wings of the mysterious butterflies. Trends in Neurosciences. 31 (6): 309—316. doi:10.1016/j.tins.2008.03.004. ISSN 0166-2236.