Серое вещество дорсальной части таламуса может быть подразделено на ряд отличающихся по цитоархитектонике ядер, основное расположение которых одинаково у видов млекопитающих. Восходящие входящие в таламус пути распределены в общем соответствии с границами этих ядер. Напр., нейроны, активируемые импульсами, получаемыми от кожных механорецепторов, в основном ограничены вентральным задним комплексом, тогда как сигналы от сетчатки с готовностью активируют нейроны в dorsal lateral geniculate (DLG) ядре. Т.о., ядра представляют собой ключевой принцип организации и функции таламуса (Sherman & Guillery, 2005; Jones, 2007).

Несмотря на центральную роль вычленения ядер в организации thalamocortical (TC) связей, сегодня имеется достаточно доказательств для присутствия самостоятельных типов ТС нейронов внутри цитоархитектоникой выделяемых ядер (Jones, 1998, 2007; Rubio-Garrido et al., 2009). Такое разнообразие в основном связано с различиями в тангенциально распространяющихся и lamina-специфичных окончаний TC аксонов в коре головного мозга, но также проникновением их в субкортикальные структуры, такие как полосатое тело (striatum) и миндалина (amygdala). По крайней мере, три широко распространенных типа TC клеток (Herkenham, 1986; Castro-Alamancos & Connors, 1997; Jones, 1998, 2007; Huang & Winer, 2000) могут быть идентифицированы на базе таких аксональных различий (Table 1): intralaminar-type (IL-type), matrix-type (M-type) and core-type (C-type) нейроны. Более того, дальнейшие отличия могут быть сделаны между M-type клетками с сильно разветвленными аксонами, достигающими множественные довольно удаленные кортикальные регионы, и M-type клетки с аксонами, которые ветвятся внутри одиночной или немногих соседних областях (Rubio-Garrido et al., 2009) (Table 1). Удивительно, что отличающиеся аксонами субтипы нейронов обнаруживаются в большинстве таламических ядер, хотя и в заметно отличающихся пропорциях, так что данное ядро может быть определено по типичному набору TC типов нейронов (Fig. 1).

Table 1. General features of the main TC cell types based on observations in rodents, carnivores and primates

В дополнение к этому hodological (т.e. связанному с соединениями) разнообразию, сегодня имеется достаточно доказательств разнообразия и в морфологии тел и дендритов TC нейронов (Jones, 2007). Хотя перемешивание определенных типов TC нейронов внутри таламуса и перекрывание их аксональных проекций в неокортексе затрудняют корреляцию между соматодендритным и аксональным фенотипами (LeVay & Gilbert, 1976; Penny et al., 1982; Avendaсo et al., 1985, 1990; Mitani et al., 1987; Rausell et al., 1992; Rubio-Garrido et al., 2007), новые техники мечения теперь открывают возможность корреляции на уровне индивидуальных клеток, аксональной архитектуры, формы тел и дендритов и даже генной экспрессии. В качестве примера, juxtacellular мечение (Pinault, 1996; Noceda et al., 2011) и трансфекция вирусами низких титров (Kuramoto et al., 2009) сделали возможным мечение одиночных клеток для идентификации нейронов с длинными проекциями и открыли новую возможность оценки разнообразия TC нейронов (Galazo et al., 2008; Kichula & Huntley, 2008).

C-типа нейроны наиболее изученный тип TC нейронов. Их высокая топографическая прокладка и специфичность ламинарных мишеней согласуется с их ролью в аккуратной и пространственно точной 'bottom-up' передаче сигналов, или в восходящих системах к первичным кортикальным областям или от первичных областей к областям более высоким в иерархии кортикального процессинга посредством кортико-таламо-кортикальных соединений (Sherman & Guillery, 2005, 2011). Такая топографическая прокладка волокон вместе с сильной чувствительностью к периферической стимуляции, даже после анестезии, делает C-типа нейроны фокусом действительно всех экспериментальных и модельных исследований TC систем. Фактически, анатомия и функция C-типа нейронов, как всё ещё широко полагают, представляет таламус как целое, несмотря на доказательства, что такие нейроны находятся в меньшинстве вне сенсорных релейных (relay) ядер (Jones, 2007; Rubio-Garrido et al., 2009) (Fig. 1B). Прокладка волокон и функциональные свойства др. TC типов нейронов менее изучены (Theyel et al., 2010). Широко распространенный дивергентный и конвергентный и специфический ламинарный паттерн окончаний в коре аксонов M-типа клеток согласуется с мнением, что они могут поддерживать нисходящие ('top-down') межкортикальные взаимодействия посредством таламуса и/или синхронизации пространственно распределенных ансамблей кортикальных нейронов для когнитивной функции и памяти (Crick & Koch, 1998; Jones, 2001; Hawkins & Blakeslee, 2004; Rubio-Garrido et al., 2009; Saalmann & Kastner, 2011; Viaene et al., 2011). IL-типа нейроны, в свою очередь, могут быть частью мультисинаптических базальных ганглиолярных петель, но одновременно обеспечивают иннервацию моторного и лимбического кортекса (Parent & Parent, 2005).

В последние годы TC пути стали основой моделью для изучения ведения аксонов, кортикальной спецификации и пластичности в развитии; внимательное рассмотрение разнообразия TC нейронов важно для полного понимания клеточных и молекулярных механизмов, контролирующих формирование TC петель (circuit).

Diversity in axonal branching and target specificity of thalamocortical neurons

Наиболее подходящим критерием для различения разных субтипов TC нейронов является распределение их аксонов, включая (i) тангенциальное распространение их аксонов в коре, (ii) специфичность кортикальных ламинарных мишеней этих аксонов и (iii) присутствие или отсутствие коллатералей аксонов к субкортикальным структурам.

Tangential spread of thalamocortical axons

Классические исследования TC соединений базировались на методе повреждений, они подтвердили, что проекции от каждого ядра таламуса оказывались ограниченными специфическими регионами коры головного мозга (for a historical review, see Jones, 2007). Последующие электрофизиологические и коммуникабельности исследования проводились в основном на экспериментально доступных ядрах, таких как соматическое Ventroposterior ядро или визуальное Dorsal Lateral Geniculate ядро, они подтвердили мнение о довольно точном точка в точку пространственном соответствии между локализацией тел нейронов в таламусе и распределением аксонов в коре. В целом эти наблюдения привели к концепции, что таламические ядра являются ограниченными по своей цитоархитектонике регионами, получающими специфический набор афферентных волокон и проецирующиеся топографически внутрь границ специфического набора кортикальных полей.

Однако, ранняя работа Lorente de No (1938) с использование окраски Golgi уже предположила, что в то время как некоторые предполагаемые TC аксоны вступают в серое вещество коры в одной точке, чтобы иннервировать небольшую кортикальную область, др. ветвятся в субкортикальном белом веществе, чтобы проникнуть в серое вещество в нескольких местах; он назвал эти TC аксоны 'специфическими' и 'неспецифическими', соотв. Последующие исследования по отслеживанию соединений (Herkenham, 1979, 1986; Caviness & Frost, 1980; Macchi et al., 1996; Rubio-Garrido et al., 2009) показали, что в то время как некоторые таламические ядра содержат нейроны, чьи аксоны достигают одной или немногих кортикальных областей, др. ядра иннервируют широкие регионы полушарий головного мозга. Такая обширная иннервация может быть результатом того, что популяции в данном таламическом ядре состоят из нейронов, проецирующихся в разные кортикальные регионы (Spreafico et al., 1987; Cappe et al., 2009) или из нейронов, проецирующихся во множественные кортикальные мишени. Многочисленные доказательства, полученные на грызунах и приматах, подтвердили последний сценарий (Deschкnes et al., 1998; Rockland et al., 1999; Gauriau & Bernard, 2004; Kuramoto et al., 2009; Noseda et al., 2011; Ohno et al., 2011).

Laminar target specificity of thalamocortical axons

Заметные различия существуют в достижении окончаниями TC аксонов определенного слоя (laminae) неокортекса. Хотя внутрикортикальные древа аксонов TC нейронов сложны и доказательства на базе детальных исследований по реконструкции одиночных аксонов всё ещё ограничены, каждый основной TC клеточный тип имеет самостоятельный ламинарный паттерн проекций (Table 1, Fig. 1A). C-типа нейроны обнаруживают профузное древообразное ветвление в кортикальных слоях III-IV (и в меньшей степени, в верхнем слое VI), M-типа нейроны обнаруживают характерную расположенное под мягкой мозговой оболочкой ветвление в слое I (и обычно также в слое III и верхней части слоя V) и, наконец. IL-type нейроны ветвятся в слоях V и VI, со случайным проникновением в супрагранулярные слои (Killackey & Ebner, 1973; Jones & Burton, 1976; Herkenham, 1980, 1986; Frost & Caviness, 1980; Berendse & Groenewegen, 1991; Shinoda et al., 1993; Deschкnes et al., 1996, 1998; Jones, 2007; Kuramoto et al., 2009; Ohno et al., 2011).

Эти различия в ламинарных мишенях указывают на то, что разные подтипы TC нейронов контактируют со специфическими нейронами и доменами дендритов внутри кортикальных микропетель (microcircuit), и поэтому должны иметь разные постсинаптические механизмы трансдукции или численные (computational) значения (Castro-Alamancos & Connors, 1997; Spratling, 2002; Llinбs et al., 2002; Larkum et al., 2004; Petreanu et al., 2009; Meyer et al., 2010; Viaene et al., 2011). Напр., TC аксоны, заканчивающиеся в основном в слое IV, могут находить колючки (spiny) звездчатых нейронов и апикальные дендриты слоя VI нейронов (Jones, 2007), тогда как аксоны, заканчивающиеся в слое I, могут находить апикальные дендритные пучки слоёв II, III и Vb пирамидальных нейронов (Kubota et al., 2007). В сильно ламинированном визуальном кортексе приматов или хищников, ламинарная компартментализация TC афферентных волокон, как было установлено, даже более специфична, при этом разные C-типа варианты нейронов селективно ветвятся точно в sublaminae слоёв II-IV (Freund et al., 1989; Boyd & Matsubara, 1996; Callaway, 2005).

Presence of subcortical collaterals

Третьим аспектом фенотипического разнообразия среди аксонов TC клеток является присутствие или отсутствие коллатеральных веточке к некортикальными структурам переднего мозга, такими как полосатое тело и amygdala (Fig. 1A). Поскольку все TC аксоны проходят через серое вещество полосатого тела на своем пути к коре, возникает вопрос, представляют ли собой thalamostriatal проекции коллатерали аксонов TC нейронов или фактически происходят из отличающегося, специфического набора 'thalamostriatal' нейронов, остается неясным. Немногочисленные реконструкции одиночных аксонов показали, что большинство thalamostriatal проекций возникают из коллатералей TC аксонов, но также было установлено, что специфические субнаборы TC нейронов распространяют свои аксоны через полосатое тело без ответвлений (Deschкnes et al., 1996, 1998; Parent & Parent, 2005; Galazo et al., 2008; Kuramoto et al., 2009; Noceda et al., 2011; Ohno et al., 2011). Кроме того, специфические субнаборы TC нейронов, по-видимому, посылают коллатерали к amygdala в не-тонотопические слуховые ядра и соседние мультимодальные ядра (Namura et al., 1997; Doron & Ledoux, 2000; Gauriau & Bernard, 2004). Более того, в то время как субкортикальные коллатерали в полосатое тело или amygdala, по-видимому, ограничены M-типа или IL-типа нейронами, нейроны во всех ядрах таламуса распространяют коллатерали в reticular ядро. Итак, эти данные показывают, что разные субтипы TC нейронов распространяют коллатерали аксонов в специфические субкортикальные мишени, хотя молекулярные механизмы, контролирующие этот процесс, неизвестны. s

Diversity in the somatodendritic morphology of thalamocortical neurons

Морфология TC нейронов, как было установлено, с помощью окраски Golgi или инъекций внутриклеточных красок, кажется примерно одинаковой во всём таламусе, даже у разных видов. TC нейроны обычно обнаруживают мультиполярную строму с многочисленными и сильно разветвленными дендритами с радиальным или биполярным распределением, это придает клеткам характерный вид 'кустистости' (Fig. 1B). При более тщательном исследовании, однако, отмечаются заметные отличия в размере тела, длине, толщине и количестве дендритов, даже внутри одиночных таламических ядер (Jones, 2007). Выявляются две широко распространенные морфологии: нейроны с крупными телами, толстым аксоном и обильными и профузно разветвленными дендритами. и нейроны с более мелкими телами, тонкими аксонами и тонкими редкими дендритами. Напр., морфологические различия TC нейронов в DLG ядре хищников и приматов могут быть подразделены на два морфологически отличающихся типа клеток (Guillery, 1966; Hickey & Guillery, 1981; Saini & Garey, 1981; Garey & de Court, 1983), которые обнаруживают разное мембранное проведение и обеспечивают разные специфические ретинальные сигналы (Crunelli et al., 1987; Boyd & Matsubara, 1996). Однако, основное отклонение от стереотипической 'bushy' морфологии обнаружено у TC нейронов внутриламинарных (Deschenes et al., 1996; Parent & Parent, 2005), вентромедиальных (Monconduit & Villanueva, 2005) и некоторых не-тонотопических слуховых ядрах (Smith et al., 2006). Такие TC нейроны содержат занчитеьно более длинные, менее многочисленные и менее разветвленные дендриты. В моторном, сенсорном и ассоциативном таламических ядрах хищников и приматов, нейроны, иннервирующие слой I являются значительно более мелкими, чем нейроны из того же ядра, иннервирующие только более глубокие кортикальные слои (LeVay & Gilbert, 1976; Carey et al., 1979a,b; Penny et al., 1982; Fitzpatrick et al., 1983; Rausell & Avendaсo, 1985; Mitani et al., 1987; Avendaсo et al., 1990; Rausell et al., 1992; Hendry & Yoshioka, 1994), и гигантские TC нейроны с широко распространенными кортикальными проекциями были описаны в медиальном geniculate ядре хищников и pulvinar ядре обезьян (Huang & Winer, 2000; Imura & Rockland, 2007). Сходным образом, недавнее мечение вирусами одиночных клеток вентрального переднего ядра крыс (Kuramoto et al., 2009) показало, что нейроны, проецирующиеся в поверхностные кортикальные слои моторного кортекса обнаруживают достоверно менее профузное ветвление дендритов, чем нейроны. проецирующиеся в глубокие кортикальные слои. Существование корреляции между специфичностью ламинарных мишеней и клеточной морфологией, являющееся следствием интеграции в специфический TC путь, или отражает разные аспекты программ дифференцировки, специфичных для типа нейронов, предстоит ещё выяснить.

Molecular and genetic diversity of thalamocortical neurons

Доказательства для hodological и морфологического разнообразия TC нейронов, данные по экспрессии специфической для типа нейрона генных транскриптов или белков сильно ограничены. Хотя недавние работы пролили некоторый свет на экспрессию генов у взрослых и во время развития разных ядрах у мышей и обезьян (Nakagawa & O'Leary, 2001; Migliore & Shepherd, 2005; Sugino et al., 2006; Murray et al., 2007; Horng et al., 2009; Diez-Roux et al., 2011; Yuge et al., 2011; Suzuki-Hirano et al., 2011; Otsuka & Kawaguchi, 2011), наше сегодняшнее понимание молекулярных характеристик разных субтипов TC нейронов в основном базируется на случайно идентифицированных генах. Это контрастирует с состоянием исследований на неокортексе, где несмотря на огромное клеточное разнообразие, был достигнут серьезный прогресс в нашем понимании молекулярных характеристик и онтогенетического контроля над разнообразными субтипами проекций нейронов (Molyneaux et al., 2007; Hattox & Nelson, 2007; Miller et al., 2008; Fame et al., 2011).

Связывающие кальций белки исторически были широко использованы в качестве молекулярных 'маркеров', чтобы идентифицировать разные субтипы TC нейронов. В большинстве ядер обезьян и крыс Calbindin 28K экспрессируется TC нейронами, проецирующимися в слой I, но не нейронами, иннервирующими кортикальные слои III-IV (Rausell et al., 1992; Hashikawa et al., 1995; Rubio-Garrido et al., 2007). Напротив, во многих таламических ядрах приматов, др. связывающий кальций белок, parvalbumin, экспрессируется в группах TC нейронов, в основном комплементарных тем, что экспрессируют Calbindin 28K. Итак, parvalbumin-экспрессирующие и Calbindin 28K-экспрессирующие клетки, как полагают, составляют всю популяцию TC нейронов у обезьян макак (Jones, 2007). Более того, по крайней мере, в сенсорных ядрах макак parvalbumin-экспрессирующие TC нейроны иннервируют слои II-IV. Однако, эта корреляция не может быть распространена на грызунов, у которых в действительности нет клеток в дорсальной части таламуса, которые экспрессируют parvalbumin, или на хищников, у которых parvalbumin экспрессируется не только TC клетками. но и прирожденными интернейронами. Наконец, calcium-dependent calmodulin kinase 2a, как было установлено, специфически экспрессируется нейронами в некоторых слоях DLG обезьян (Hendry & Yoshioka, 1994; Jones, 2007), а calmodulin-binding protein Purkinje Cell Protein 4 (PCP4) экспрессируется в дискретных ядрах взрослых обезьян (Murray et al., 2007). Несмотря на их широкое использование в качестве молекулярных маркеров для различения классов таламических ядер, функциональное значение раздельного распределения этих связывающих кальций белков, остается неясным.

Помимо этих 'классических' маркеров недавний скрининг экспрессируемых генов в таламусе взрослых макак в отобранных ядрах привел к идентификации нескольких генов со специфичным для ядер паттерном экспрессии (Murray et al., 2007). Сходным образом, ранняя экспрессия постнатальных генов была сравнена в мышином DLG и медиальном geniculate ядре (Horng et al., 2009), а недавнее исследование изучало экспрессию избранных гипоталамических генов в эмбриональном и постнатальном таламусе (Suzuki-Hirano et al., 2011; Yuge et al., 2011), а Eurexpress консорциум идентифицировал несколько генов с действительно исключительной экспрессией в раннем (postconceptional day 14, 'E14') эмбриональном таламусе (Diez-Roux et al., 2011). Идентифицированные гены кандидаты в этом и др. (Nakagawa & O'Leary, 2001) исследованиях обнаруживают очень широкую онтологию и включают транскрипционные факторы, белки внеклеточного матрикса и продукты генов синапсов и мембран. Хотя эти находки представляют важное основание для нашего будущего понимания разнообразия TC нейронов, функциональное значение этих генов кандидатов в целом не исследовано (but see Horng et al., 2009), и неизвестно, участвуют ли они в генерации и специфической дифференцировке субтипов TC нейронов.

Теперь имеется достаточно доказательств дробления эмбрионального таламического эпителия и области мантии на самостоятельные домены генной экспрессии (Nakagawa & O'Leary, 2001; Bluske et al., 2009; Diez-Roux et al., 2011; other articles in this Special Issue). Хотя эти различающиеся домены предшественников, как было установлено, дают возбуждаемые проекции нейронов (дорсальная часть таламуса) или ингибирующие промежуточные нейроны (prethalamus: reticular nucleus, ventral lateral geniculate nucleus и zona incerta), не выявлено маркера или комбинации маркеров, пригодных для идентификации нейронов, предназначенных занять специфические ядра таламуса. Сходным образом, хотя появляются анатомически отличающиеся ядра во время развития, предполагается, что это результат временной экспрессии анизотропных (имеющих разные характеистики) паттернов экспрессии регуляторных генов и молекул клеточной адгезии (Nakagawa & O'Leary, 2001; Murray et al., 2007; see other articles in this Special Issue), прямые доказательства такого процесса преобразования в основном отсутствуют. На поздних стадиях развития, однако, некоторые гены прогрессивно экспрессируются внутри границ таламических ядер (see references above), но соответствие этих маркеров субтипам TC нейронов, обсуждаемым здесь, неясно. Различия в экспрессии генов, такие как те, чтоб были подчеркнуты выше, по-видимому, лежат в корне различий в морфологии и коммуникабельности субтипов TC нейронов. Возможно. что использование рекомбинантной (напр., Cre/lox) генетических техник позволит картировать судьбы, базируясь на комбинаторной экспрессии множественных генов, это внесет вклад в будущем в наше понимание клональных взаимоотношений и молекулярных биографий разных субтипов TC нейронов.

Electrophysiological diversity of thalamocortical neurons

Исследования разных видов млекопитающих показали, что TC нейроны обладают приблизительно сходными общими свойствами мембран. Сюда входит потенциал покоя приблизительно в -60 mV (Turner et al., 1997; Aguilar et al., 2008; Li et al., 2003; Bartlett & Smith, 1999; Smith et al., 2006), входное сопротивление в 55-80 O (Turner et al., 1997; Smith et al., 2006), и порог возбуждения в -40 mV (Turner et al., 1997). Кроме того, TC нейроны обнаруживают низкий порог проводимости Ca²⁺, это делает возможным взрыв возбуждения, когда потенциал клеточной мембраны более отрицательный, чем -65 mV (Deschкnes et al., 1982; Llinбs & Jahnsen, 1982; Sherman, 2001). При более положительных уровнях мембранного потенциала, однако, нейроны вступают в способ тонического возбуждения (tonic firing), это, как полагают, является критическим для аккуратного проведения информации на периферию. Более того, взаимодействия между этой и др. проводимостями мембраны позволяет TC клеткам обладать разными прирожденными ритмами, подобными медленным (0.5-4 Hz) (Nuсez et al., 1992), очень медленным (0.05-0.2 Hz) (Leresche et al., 1991) или спонтанными высокочастотными (20-80 Hz) осцилляциями мембранного потенциала из -45 mV (Pedroarena & Llinбs, 1997).

Как упоминалось ранее действительно все эти исследования проводились , на lemniscal подразделениях главных сенсорных relay ядрах. Хотя такие ядра, в свою очередь, почти исключительно занимались C-типа клетками, некоторые исследования описали разные профили функциональных реакций. Напр., в зрительных и соматических relay ядрах, специфические субнаборы TC нейронов обнаруживались в ответ на кратковременные периферические стимулы с быстро адаптирующимся (transient) разрядами, тогда как др. нейроны отвечали медленно адаптирующимися (sustained) разрядами (Yen et al., 1985; Turner et al., 1994, 1997). Пока нет исследований на non-lemniscal ядрах, коррелирующих различия в свойствах мембран с TC клеток с соматодендрической и аксональной морфологией (Smith et al., 2006).

В целом ситуация контрастирует с кортикальными проекциями нейронов, так недавнее исследование выявило поразительные электрофизиологические различия между во всем остальном выглядевшими как пирамидальные нейроны в том же самом кортикальном слое (Christophe et al., 2005; Molnar and Cheung 2006; Hattox & Nelson, 2007; Miller et al., 2008). Эти исследования коры показали, что в принципе за пределами базового сходства в электротонических свойствах, обусловленных сходством морфологии тел и дендритов, отличающиеся электрофизиологические свойства могут возникать в результате специфической комбинаторной экспрессии и/или субклеточной локализации белков ионных каналов. Мы полагаем, что вполне возможно, что более детальный анализ проводимости мембраны TC нейронов помимо классических relay ядер может в будущем установить специфичность проведения и/или динамику мембран, которые ассоциируют с разными типами TC нейронов.

Developmental diversity of thalamocortical connectivity

В последние 20 лет проекции нейронов таламуса стали ключевой моделью для изучения ведения аксонов таламуса во время развития, зависимого от активности нахождения путей и пластичности, а также спецификации кортикальных областей (reviewed in Sur & Rubenstein, 2005; Price et al., 2006). Все эти исследования, однако, сфокусированы на таламических ядрах грызунов, которые содержат подавляющее число или исключительно C-типа нейроны, обычно VP и DLG ядра. Эти исследования установили, что ростовые конусы TC аксонов перемещаются быстро через преталамус и медиальное и латеральное ганглиолярные возвышения, чтобы вступить в плащ (pallium), где они проникают в промежуточную зону приблизительно по прямой траектории до тех пор, пока они не достигнут subplate (SP) , лежащей под кортикальными областями мишенями (Lуpez-Bendito & Molnбr, 2003; Lуpez-Bendito et al., 2006). Достигнув SP, ростовые конусы поворачиваются к поверхности и их продвижение заметно замедляется. Аксоны обычно дают немного коротких веточек в SP и глубокие слои кортикальной пластинки (Fig. 2), где, как полагают, устанавливаются временные функциональные рефлекторные дуги (circuits) (Kanold & Luhman, 2010). У хищников и приматов, у которых кортикальный нейрогенез и миграционные процессы более затяжные, чем у грызунов, продвижение аксонов C-типа нейронов в кортикальную пластинку практически останавливается в SP на несколько недель (т.наз 'период ожидания') (Rakic, 1977; Shatz & Luskin, 1986). У грызунов, хищников и приматов врастание, ветвление и синаптогенез C-типа аксонов в средние кортикальные слои относительно медленные и удивительно точны с самого начала (Agmon et al., 1995, Yamamoto et al., 2000).

Хотя значительно меньше известно о развитии связей M-типа таламических нейронов, проводится мало исследований процессов нахождения аксонами пути этими нейронами, но выявляются четкие отличия от C-типа нейронов (Galazo et al., 2008; Kichula & Huntley, 2008) (Fig. 2). Хотя на ранних стадиях развития аксоны M-типа и C-типа TC неронов не могут быть различены, кортикальная инвазия происходит по разному. В TC нейронах, которые нацелены на множественные удаленные кортикальные области, развиваются множественные ветвления из интерстициальных веточек, которые распространяются перпендикулярно от ствола аксона под соотв. кортикальными регионами (Galazo et al., 2008). Кортикальные области, расположенные более проксимально на аксоне не обязательно иннервируются первыми; в нейронах задних таламических ядер веточки к соматосенсорному кортексу отходят позднее, чем веточки к моторному кортексу, несмотря на тот факт, что основной стержень аксона этих нейронов первым распространяется по презумптивный соматосенсорный кортекс чтобы достичь дорсально расположенного моторного кортекса (Galazo et al., 2008). Следовательно, даже внутри одиночного аксона существуют механизмы, которые регулируют разрастание коллатералей зависимым от области способом. Интересно, что веточки в полосатое тело хотя и находятся на наиболее проксимальном уровне стержня аксона, распространяются позднее, чем кортикальные веточки, подкрепляя тесный сайт-специфический контроль в ходе образования коллатералей аксоном.

Доставка в специфический слой M-типа веточек аксона удивительно избирательна; они пересекают слой IV или VI не образуя веточек, но ветвятся с самого начала в их соотв. слоях мишенях (I и Va) (Galazo et al., 2008; Kichula & Huntley, 2008), указывая тем самым, что они отвечают на разные сигналы ведения или реагируют на те же самые сигналы др. способом, чем C-типа аксоны (Yamamoto et al., 2000; Maruyama et al., 2008). В случае тангенциального ветвления в слое I у грызунов, радиально восходящие ростовые конусы делают паузу примерно на 48 ч после достижения этого слоя, затем они делают поворот на 90 ° и начинают быстрое удлинение м ветвление под мягкой мозговой оболочкой (Portera-Cailliau et al., 2005; Galazo et al., 2008).

Хотя в быстро развивающемся головном мозге грызунов M-типа и C-типа аксоны проникают и ветвятся в коре приблизительно в один и тот же день (Galazo et al., 2008) (Fig. 2), это не заслуживает внимания, поскольку в медленно развивающейся коре хищников, время кортикальной инвазии и специфичного для слоя ветвления M-типа и C-типа аксонов сильно отличается. У кошек и хорьков C-типа аксоны дожидаются несколько недель в SP, как упоминалось выше, тогда как M-типа аксоны быстро распространяются по кортикальной пластинке, чтобы разветвиться и сформировать функциональные синапсы в слое I, за неделю до того, как C-типа аксоны начинают проникать к своему слою мишени (слой IV) (Shatz & Luskin, 1986; Kato, 1896, 1987; Clascб & Sur, 1996). Поскольку SP нейроны, как полагают, играют критическую роль о временном образовании каркасов из TC петель (Kanold & Luhmann, 2010), то было бы интересно обсудить, какие отличия в природе взаимодействий с SP нейронами могут вносить вклад в разные связи C-типа и M-типа TC нейронов в коре взрослых.

Сегодня неизвестно затрагиваются ли C-типа и M-типа TC нейроны в равной степени клеточно неавтономными процессами, такими как возникающими в кортексе сигналами или зависимыми от активности сигналами с периферии. Напр., в то время как генетическое переподчинение кортикальных характеристик с помощью эктопической экспрессии морфогена fibroblast growth factor 8 (FGF8) ведет к зеркальному удвоению S1 и соотв. ветвления (otherwise unbranched) C-типа аксонов ventroposterior медиального таламического ядра к обим областям (Shimogori & Grove, 2005), неизвестно, как это влияет на M-типа аксоны S1-проецирующегося заднего таламического ядра.

Возникает мысль того же плана, хотя некоторые гены, как было установлено, играют критическую роль в ведении аксонов и коммуникациях в отобранных C-типа ядрах (напр., 5 hydroxy-tryptamine transporter (5HTT) или adenylate cyclase 1 (AdCy1) в TC нейронах ventroposterior комплекса) (for review see Lуpez-Bendito & Molnбr, 2003), неизвестно, происходит ли потеря этих генов, когда они широко экспрессируется, и также затрагивает нейроны M-типа. Сходным образом, хотя процессы, зависимые от входящего импульса и активности, как было установлено, играют критическую роль в сборке C-type TC петель, в основном неизвестно, как периферические стимулы влияют на M-типа TC нейроны. Напр., периферическая сенсорная депривация в системе тройничного нерва вызывает быстрые и драматические изменения в ветвлении TC C-типа аксонов, иннервирующих слой IV 'barrels' в mystacial репрезентации вибрисс грызунов в S1 (Jensen and Killackey, 1987; Catalano et al., 1991), но влияет ли это на S1-проецирующиеся M-типа нейроны в заднем ядре таламуса, не было исследовано.

Наконец, помимо базового значения в понимании TC петель и физиологии, необходимо детальное понимание молекулярных механизмов, которые объяснили бы разнаобразие TC проекций нейронов и возможно могли оказаться критическими для понимания нейральной основы и эволюции нормального и патологического восприятия, волевых движений, познавательной способности и внимания. В самом деле, дисфункция TC нейронов была выявлена в ряде нейрологических нарушений, наиболее заметным было отсутствие судорог (Beenhakker & Huguenard, 2009), а также при когнитивных и нейропсихиатрических нарушениях, таких как шизофрения, Tourette's болезнь и хронические боли (Llinбs et al., 1999; Albin & Mink, 2006; Jones, 2010). Поскольку некоторые из этих нарушений были связаны с генетическими дефектами у пациентов, то было бы интересно в будущем изучить, является ли генетически обусловленная аномальная дифференцировка специфических подтипов TC нейронов основой некоторых клинических проявлений этих нарушений.

Unveiling the diversity of thalamocortical neuron subtypes Francisco Clasc, Pablo Rubio-Garrido, Denis Jabaudon European Journal of Neuroscience Special Issue: Special Feature: Development And Plasticity Of Thalamocortical Systems Volume 35, Issue 10, pages 1524–1532, May 2012

Unveiling the diversity of thalamocortical neuron subtypes
Francisco Clasc, Pablo Rubio-Garrido, Denis Jabaudon
European Journal of Neuroscience Special Issue: Special Feature: Development And Plasticity Of Thalamocortical Systems Volume 35, Issue 10, pages 1524–1532, May 2012