Трисинаптическая цепь или трисинаптическая петля — это реле синаптической передачи в гиппокампе . Трисинаптическая цепь — это нейронная цепь в гиппокампе , которая состоит из трех основных групп клеток: гранулярных клеток в зубчатой извилине , пирамидальных нейронов в CA3 и пирамидальных нейронов в CA1 . Гиппокампальное реле включает в себя 3 основных региона в гиппокампе, которые классифицируются в соответствии с их типом клеток и проекционными волокнами. Первая проекция гиппокампа происходит между энторинальной корой (EC) и зубчатой извилиной (DG). Энторинальная кора передает свои сигналы от парагиппокампальной извилины к зубчатой извилине через гранулярные клеточные волокна, известные под общим названием перфорантный путь . Затем зубчатая извилина синапсирует на пирамидальных клетках в CA3 через моховидные клеточные волокна . Затем CA3 активизируется в CA1 через коллатерали Шаффера , которые образуют синапсы в подложке и проходят через свод . Вместе зубчатая извилина, CA1 и CA3 гиппокампа составляют трисинаптическую петлю.
EC → DG через перфорантный путь (синапс 1), DG → CA3 через мшистые волокна (синапс 2), CA3 → CA1 через коллатерали Шаффера (синапс 3) [1]
Первоначально цепь была описана нейроанатомом Сантьяго Рамон-и-Кахалем [ 2] в начале двадцатого века с использованием метода окрашивания по Гольджи . После открытия трисинаптической цепи была проведена серия исследований для определения механизмов, управляющих этой цепью. Сегодня исследования сосредоточены на том, как эта петля взаимодействует с другими частями мозга и как она влияет на физиологию и поведение человека. Например, было показано, что нарушения в трисинаптической цепи приводят к поведенческим изменениям в моделях грызунов и кошек. [3]
Энторинальная кора (ЭК) — это структура в мозге, расположенная в медиальной височной доле . ЭК состоит из шести отдельных слоев. Поверхностные (внешние) слои, которые включают слои I–III, в основном являются входными слоями, которые получают сигналы от других частей ЭК, но также проецируются в структуры гиппокампа через перфорантный путь . Слой II энторинальной коры проецируется в основном на зубчатую извилину и CA3, в то время как слой III, как полагают, проецируется в основном на CA1 гиппокампа. Глубокие (внутренние) слои, слои IV–VI, являются основными выходными слоями и посылают сигналы в различные части ЭК и другие области коры.
Зубчатая извилина (ЗИ) является самой внутренней частью гиппокампальной формации. Зубчатая извилина состоит из трех слоев: молекулярного, зернистого и полиморфного. Гранулярные нейроны, которые являются наиболее заметным типом клеток ЗИ, в основном находятся в зернистом слое. Эти гранулярные клетки являются основным источником входных данных гиппокампальной формации, получая большую часть своей информации из слоя II энторинальной коры через перфорантный путь. Информация из ЗИ направляется в пирамидальные клетки СА3 через мшистые волокна . Нейроны в ЗИ известны тем, что являются одной из двух областей нервной системы, способных к нейрогенезу , росту или развитию нервной ткани.
CA3 — это часть гиппокампальной формации, прилегающая к зубчатой извилине. Входные данные поступают от гранулярных клеток зубчатой извилины через мшистые волокна. CA3 богата пирамидальными нейронами (подобными тем, которые встречаются по всему неокортексу), которые проецируются в основном на пирамидальные нейроны CA1 через коллатеральный путь Шаффера . Пирамидальные нейроны CA3 были аналогичны «водителю ритма» трисинаптической петли в генерации гиппокампального тета-ритма . Одно исследование [4] показало, что CA3 играет существенную роль в консолидации воспоминаний при исследовании областей CA3 с использованием водного лабиринта Морриса .
CA1 — это область внутри гиппокампа между субикулюмом , самой внутренней областью гиппокампальной формации, и областью CA2. CA1 отделена от зубчатой извилины гиппокампальной бороздой . Клетки внутри CA1 в основном пирамидальные, похожие на клетки в CA3. CA1 завершает цепь, обеспечивая обратную связь с глубокими слоями, в основном слоем V, энторинальной коры .
Существует множество структур мозга, которые передают информацию в трисинаптический контур и из него. Активность этих различных структур может напрямую или косвенно модулироваться активностью трисинаптического контура.
Свод представляет собой С-образный пучок аксонов, который начинается в гиппокампальной формации обоих полушарий, называемой фимбрией, и простирается через ножку свода , также известную как задние столбы. Фимбриальная часть свода напрямую связана с альвеусом, который является частью гиппокампальной формации, которая возникает из подложки и гиппокампа (в частности, CA1). Обе ножки свода образуют тесные связи с нижней стороной мозолистого тела и поддерживают гиппокампальную комиссуру , большой пучок аксонов, который соединяет левую и правую гиппокампальные формации. Свод играет ключевую роль в гиппокампальных выходах, в частности, в соединении CA3 с различными подкорковыми структурами и соединении CA1 и подложки с различными парагиппокампальными областями через фимбрии. Свод также необходим для поступления информации от гиппокампа и нейромодуляторного сигнала, в частности от медиальной перегородки, диэнцефальных структур мозга и ствола мозга.
Поясная извилина играет ключевую роль в формировании и обработке эмоций лимбической системы . Поясная кора разделена на переднюю и заднюю области, которые соответствуют областям 24, 32, 33 (передняя) и 23 (задняя) областей Бродмана . Передняя область получает информацию в основном от мамиллярных тел, тогда как задняя поясная извилина получает информацию от подлежащего слоя через цепь Папеца .
Сосцевидные тела представляют собой два кластера клеточных тел, обнаруженных на концах задних волокон свода в промежуточном мозге. Сосцевидные тела передают информацию из гиппокампальной формации (через свод) в таламус (через соско-таламический тракт ). Сосковидные тела являются неотъемлемой частью лимбической системы и, как было показано, играют важную роль в запоминающей памяти. [5]
Таламус — это пучок ядер, расположенный между корой головного мозга и средним мозгом. Многие из ядер таламуса получают входные сигналы от гиппокампальной формации. Маммиллоталамический тракт передает информацию, полученную от мамиллярных тел (через свод) и передает ее в передние ядра таламуса. Исследования показали, что таламус играет ключевую роль в отношении пространственной и эпизодической памяти. [6]
Ассоциативная кора включает большую часть мозговой поверхности мозга и отвечает за обработку, которая происходит между поступлением входных данных в первичную сенсорную кору и генерацией поведения. Получает и интегрирует информацию из различных частей мозга и влияет на многие корковые и подкорковые цели. Входные данные в ассоциативную кору включают первичную и вторичную сенсорную и моторную кору, таламус и ствол мозга. Ассоциативная кора проецируется в такие места, как гиппокамп, базальные ганглии и мозжечок, а также другие ассоциативные коры. Обследование пациентов с повреждениями одной или нескольких из этих областей, а также неинвазивная визуализация мозга показали, что ассоциативная кора особенно важна для реагирования на сложные стимулы во внешней и внутренней среде. Височная ассоциативная кора определяет природу стимулов, в то время как фронтальная ассоциативная кора планирует поведенческие реакции на стимулы. [7]
Миндалевидное тело — это миндалевидная группа ядер, расположенных глубоко и медиально в височных долях мозга. Известно, что это область мозга, отвечающая за эмоциональные реакции, но также играет важную роль в обработке памяти и принятии решений. Это часть лимбической системы. Миндалевидное тело проецируется на различные структуры мозга, включая гипоталамус, ретикулярное ядро таламуса и другие.
Медиальная перегородка играет роль в генерации тета-волн в мозге. В эксперименте [8] было высказано предположение, что генерация тета-колебаний включает восходящий путь, ведущий от ствола мозга к гипоталамусу, медиальной перегородке и гиппокампу. Тот же эксперимент продемонстрировал, что инъекция лидокаина, местного анестетика, подавляет тета-колебания от медиальной перегородки, проецирующиеся на гиппокамп.
Было высказано предположение, что трисинаптическая цепь отвечает за генерацию гиппокампальных тета-волн . Эти волны отвечают за синхронизацию различных областей мозга, особенно лимбической системы. [9] У крыс тета-волны находятся в диапазоне от 3 до 8 Гц, а их амплитуда составляет от 50 до 100 мкВ. Тета-волны особенно заметны во время текущего поведения и во время быстрого сна (БДГ). [10]
Исследования показали, что дыхательная система взаимодействует с мозгом при генерации тета-колебаний в гиппокампе. Существует множество исследований различных эффектов концентрации кислорода на тета-колебания гиппокампа, что приводит к последствиям использования анестезии во время операций и влиянию на режим сна. Некоторые из этих кислородных сред включают гипероксические условия , то есть состояние, при котором наблюдается избыток кислорода (более 21%). Существуют неблагоприятные эффекты, связанные с помещением крыс в условия гипероксии. Гиперкапния — это состояние, при котором наблюдается высокая концентрация кислорода со смесью углекислого газа (95% и 5% соответственно). В нормоксических условиях, которые в основном представляют собой воздух, которым мы дышим (с концентрацией кислорода 21%). Воздух, которым мы дышим, состоит из следующих пяти газов: [11] азот (78%), кислород (21%), водяной пар (5%), аргон (1%) и углекислый газ (0,03%). Наконец, в гипоксических условиях , то есть состояние низкой концентрации кислорода (менее 21% концентрации кислорода).
Существуют физиологические и психологические расстройства, связанные с длительным воздействием гипоксических условий. Например, апноэ во сне [12] — это состояние, при котором происходит частичная или полная блокировка дыхания во время сна. Кроме того, дыхательная система связана с центральной нервной системой через основание мозга. Таким образом, длительное воздействие низкой концентрации кислорода оказывает пагубное воздействие на мозг.
Экспериментальные исследования показали, что существует два основных типа тета-колебаний, каждый из которых связан с различной двигательной реакцией. [13] Тета-волны типа I соответствуют исследовательскому поведению, включая ходьбу, бег и вставание на дыбы. Тета-волны типа II связаны с неподвижностью во время инициации или намерения инициации двигательной реакции.
Было показано, что тета-колебания, генерируемые трисинаптической петлей, синхронизируются с мозговой активностью в переднем вентральном таламусе. Тета-колебания гиппокампа также связаны с активацией передней медиальной и передней дорсальной областей таламуса. [14] Синхронизация между этими лимбическими структурами и трисинаптической петлей имеет важное значение для правильной обработки эмоций.
См. также: Система EC-гиппокамп