显着性陈述我们在同一动物队列中获得了功能和结构指标,即传导速度,途径长度,轴突直径和G-RATIO。在大鼠运动皮质中对侧光遗传学刺激后,通过电生理测量获得了触及传导时间。组织的冷冻固定揭示了直径分布中不同亚种群的不同收缩。测得的潜伏期对应于小轴突亚群,直径延伸至用电子显微镜获得的分布模式。扩散-MRI在校正直径加权和收缩后,主要对用组织学获得的较大轴突敏感。不同的模态可能对轴突投影的结构 - 功能关系具有非常不同的敏感性,轴突投影必须在解释中解释。摘要神经纤维的结构功能关系描述了轴突直径,髓磷脂厚度(即G-Ratio)和传导速度之间的经验确定的线性关系。我们研究了通过啮齿动物大脑的call体突出的轴突中不同方式的结构 - 功能关系。我们使用光遗传学诱发的局部场电位(LFP)和基于扩散磁共振成像(DMRI)的拖拉术测量Callosal长度后测量了转基因传导时间。拖拉术遵循与call体中荧光标记的轴突相同的投影。在同一动物中,使用透射电子显微镜(TEM)和DMRI定量轴突直径。TEM的轴突分布表明双峰群体,其中较大的轴突比较小的轴突比较小的轴突与冷冻-TEM进行比较。将收缩校正施加到脱水组织TEM的轴突直径上时,它们与同一动物中获得的DMRI的估计更好地对齐。测量的LFP预测了与轴突分布的主要模式相一致的轴突直径,而由DMRI估计的大轴突预测潜伏期太短,无法通过LFPS测量。不同的方式显示出不同程度的变化,在动物之间较低,表明这种变异在方法论上是主导的 - 不是解剖学上。我们的结果表明,模式与整个轴突直径分布具有不同的灵敏度曲线。因此,在解释方法的度量预测时必须谨慎,因为它可能不代表完整的轴突投影的结构 - 功能关系的子部分。
大脑由 1000 到 1500 亿个神经元组成。每个神经元通过突触与 1000 到 10000 个其他神经元相连。神经元通过称为突触的连接点与 1000 到 10000 个其他神经元相连。神经元通过称为树突的短触角接收信号;它将这些信号汇总起来以确定它沿着单个轴突发送的信号强度。每个轴突具有多达一千个或更多的轴突终端,每个轴突终端将信号传输到其他神经元的树突。大多数轴突与附近的轴突相连,但一小部分神经元具有非常长的轴突,可以向大脑发送信号。所有神经元都在不断地激发,将神经递质从轴突通过突触发送到树突。信号的强度是指它每秒激发的次数。相对平静的神经元每秒激发不到 10 次;而高度活跃的神经元每秒激发 50 到 100 次。
•动作电位 - 一种电荷,该电荷从轴突沿细胞体驱逐到轴突末端,在该电荷触发或抑制神经递质的释放•轴突•轴突 - 轴突 - 神经元的一部分,该神经元将信号从细胞体和靶细胞/轴突末端 - 轴突末端 - 与轴突接触的轴突末端,使其与另一个细胞接触。神经递质释放•细胞体的点 - 神经元的一部分决定是否沿轴突•dendrite发送信号 - 神经元的一部分是从其他神经元接收信号的一部分。• excitatory neuron – a neuron whose neurotransmitter stimulates another neuron, increasing the probability that the target neuron will fire an action potential • inhibitory neuron – a neuron whose neurotransmitter inhibits another neuron, decreasing the probability that the target neuron will fire an action potential • neuromuscular junction – the special synapse onto a muscle • neuron – nerve cell专门用于发送信息;其特征是长长的纤维投影称为轴突,较短的分支样突起,称为树突•神经递质 - 神经元在突触时神经元释放的化学物质,以将信号发送给附近的邻近神经元的树突;与树突上的特殊受体分子结合以产生信号•突触后神经元 - 树突接收神经递质
图1(续)新型合并PN轴突侧支的例子。(c)腹侧轴突侧支从同侧的主轴突从背侧的轴突穿过laminaX。(d)越过中线后对侧轴突对侧的侧支分支。(e)显微照片显示了来自面板D的盒子区,那里的侧支分支来自中央运河下方的主轴子。(f)对齐层I的重建与紧凑的略微不对称的轴突,主导细胞的侧面。(g)薄片I与以soma为中心的更稀疏,更对称的轴突。请注意,在这两种情况下(F,G),轴突主要占据laminae I – II。(h)用横向位置的重建,并带有复发轴突,该轴突还填充了DH的内侧方面。(i)显微照片显示背侧跨越较低的侧支,该侧支以垂直的,类似蜡烛的方式从高阶轴突分支。请注意,对于所有对齐的重建,脊髓,灰质和中央运河轮廓都是从包含躯体的部分中取出的;因此,遥远部分中的某些过程似乎可能落在轮廓的边界之外。轮廓的不规则性是由于在组织学过程中发生收缩和扭曲后对截面轮廓的忠实表示。箭头,在ins中的pns/下阶分支中的轴突侧支;箭头,PNS/高级分支中的主轴突;虚线,灰质的边界向背funiculus。比例尺:重建中的250 µm;面板E中的50 µm;面板中100 µm。索马和树突为蓝色,在所有重建中,轴突均为橙色。
轴突非常复杂,分布广泛,可以形成细小的分支,通过动作电位传输信号。• 轴突的长度可以从微米到米不等,并且可以遍布整个大脑。• 轴突的分支模式不同,因为分支模式与树突相比变化更大。• 细胞轴突的密度和分布可以跨大脑区域和大脑区域内变化,具体取决于细胞类型。例如,在人类和小鼠的视觉皮层中,相同细胞类型的轴突会因胞体位于皮层的哪个皮层层而有很大差异。皮层层是大脑外皮层的不同层,从第 1 层(浅层)到第 6 层(深层)排列。• 轴突可以包裹在髓鞘中,髓鞘就像电线上的绝缘层。这可以提高动作电位的速度。在大脑区域之间移动的轴突通常有髓鞘,可能会提高信号传输的速度和可靠性。 • 下图是同一个人类神经元,但标出了轴突。请注意,与树突相比,轴突要细得多。
要紧密地拉开(图1 C)。这允许众所周知的盐酸在兰维尔的一个节点到下一个节点的作用电位传播,轴突离子电流还涉及少突胶质细胞中的胞质细胞质空间[2]。轴突髓鞘形成加快神经传导速度的速度与轴突直径的函数[3],因此,髓磷脂特别与大脊椎动物的演化特别相关,这些大脊椎动物需要在长距离远距离进行快速的轴突传导。脊椎动物髓磷脂发生在系统发育时间轴中相对较晚,但是在几乎所有其他门的门中都观察到了轴突的神经胶片[4]。轴突覆盖神经胶质细胞也被认为可以防止相邻轴突之间的“边缘耦合”,即通过密切接触未定期激活。在脊椎动物中,这可能与并行[5](例如视神经,callosum callosum或脊髓的大型轴突段)有关,但是对此假设的实验支持很难获得。
。CC-BY-NC-ND 4.0 国际许可证下可用(未经同行评审认证)是作者/资助者,他已授予 bioRxiv 永久展示预印本的许可。它是此预印本的版权持有者此版本于 2023 年 3 月 2 日发布。;https://doi.org/10.1101/2023.03.01.530710 doi:bioRxiv 预印本
与轴突渗透性相关的参数 - 轴内水交换时间(𝜏I)可能是理解和治疗脱髓鞘病理(例如多发性硬化症)的重要生物标志物。di usion加权MRI(DW-MRI)对渗透性的变化敏感;但是,由于缺乏合并其的一般生物物理模型,因此该参数仍然难以捉摸。基于机器学习的计算模型可以可能用于估计此类参数。最近,第一次使用随机森林(RF)回归器的理论框架表明,这是一种有希望的渗透性估计方法。在这项研究中,我们采用了一种方法,并且在第一次实验中,通过与组织学直接进行比较,对其进行了实验研究,以脱髓鞘。
该方法还突出了结构内的多个重要的分子信号通路。其中之一,一种称为MTOR的途径,与细胞生长和代谢有关,在轴突球体中过度活跃。因此,团队进行了一个其他实验,在该实验中,他们将淀粉样蛋白施加到培养皿中的神经元中,导致他们开发类似于人和小鼠组织中轴突球体类似的结构。当他们引入阻断MTOR途径的药理剂时,球体会缩小。这也是在小鼠组织中真实的。
机械和航空航天工程罗格斯大学 - 新不伦瑞克省,皮斯卡塔维,新泽西州08854,美国摘要提出了一种新颖的有限元模型,以研究嵌入细胞外基质中轴突的机械响应,当时纯粹在纯粹的非伴随kinematic Kinematic Bounders条件下伸长额。Ogden超弹性材料模型描述了轴突和细胞外矩阵材料的特征。对白质中的两个轴突绑定方案进行了研究,其中一个少突胶质细胞(单ol)具有多个连接的多oligodendrocyte(Multi-Ol)。在多ol绑定构型中,将产生的力随机定向为分布式神经胶质细胞在其附近的轴突周围任意包裹。在单摩尔设置中,位于中央的少突胶质细胞在附近的多个轴突。绑定力针对这种少突胶质细胞,从而导致更大的方向性和较远的应力分布。与轴突的少突胶质连接由弹簧式仪表板模型表示。髓磷脂的材料特性是少突胶质细胞刚度参数化的上限(“ K”)。提出的FE模型可以实现连接机制及其对轴突刚度的影响,以准确确定由此导致的应力状态。对不同连接场景的应力应变图的根平方偏差分析显示,轴突刚度随着束缚的增加而增加,表明少突胶质细胞在应力再分布中的作用。在单醇子模型中,对于每个轴突相同数量的连接,RMSD值随着“ K”(少突胶质细胞弹簧刚度)值的增加而增加。RMSD计算表明,对于“ K”值,与多OL相比,单摩尔模型产生的略微更硬模型。当前的研究还通过随机化和添加连接以确保更大的响应能力来解决多OL模型的潜在几何局限性。两个子模型中注意到的环状弯曲应力表明,轴突损伤积累和重复负载故障的风险。关键字:微力学,有限元素,少突胶质细胞,轴突损伤,CNS白色物质,多尺度模拟,超弹性材料,Abaqus incenclature