«In vivo και in vitro μελέτες της φυσιολογίας και της φαρμακολογίας της GABA-εργικής συναπτικής αναστολής στον εγκέφαλο μυών και επίμυων.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑΣ ΑΝΘΡΩΠΟΥ ΚΑΙ ΖΩΩΝ «In vivo και in vitro μελέτες της φυσιολογίας και της φαρμακολογίας της GABA-εργικής συναπτικής αναστολής στον εγκέφαλο μυών και επίμυων.» Θεόδωρος Πετρίδης Βιολόγος ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΠΑΤΡΑ 2008

Στην οικογένειά μου

Σε ένα πραγματικό άγγελο

ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΣΥΜΒΟΥΛΕΥΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΓΙΟΜΠΡΕΣ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ: Αναπληρωτής Καθηγητής, Τμήμα Βιολογίας, Πανεπιστήμιο Πατρών. Επιβλέπων Καθηγητής. ΚΩΣΤΟΠΟΥΛΟΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ: Καθηγητής, Τμήμα Ιατρικής, Πανεπιστήμιο Πατρών. Μέλος τριμελούς συμβουλευτικής επιτροπής. ΠΑΠΑΘΕΟΔΩΡΟΠΟΥΛΟΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ: Επίκουρος Καθηγητής, Τμήμα Ιατρικής, Πανεπιστήμιο Πατρών. Μέλος τριμελούς συμβουλευτικής επιτροπής. ΕΠΤΑΜΕΛΗΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΒΑΡΑΚΗΣ ΙΩΑΝΝΗΣ: Καθηγητής, Τμήμα Ιατρικής, Πανεπιστήμιο Πατρών. Μέλος επταμελούς εξεταστικής επιτροπής. ΓΙΟΜΠΡΕΣ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ: Αναπληρωτής Καθηγητής, Τμήμα Βιολογίας, Πανεπιστήμιο Πατρών. Μέλος επταμελούς εξεταστικής επιτροπής. ΚΩΣΤΟΠΟΥΛΟΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ: Καθηγητής, Τμήμα Ιατρικής, Πανεπιστήμιο Πατρών. Μέλος επταμελούς εξεταστικής επιτροπής. ΜΑΤΣΩΚΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ: Αναπληρωτής Καθηγητής, Τμήμα Βιολογίας, Πανεπιστήμιο Πατρών. Μέλος επταμελούς εξεταστικής επιτροπής. ΜΗΤΣΑΚΟΥ ΑΔΑΜΑΝΤΙΑ: Αναπληρώτρια Καθηγήτρια, Τμήμα Ιατρικής, Πανεπιστήμιο Πατρών. Μέλος επταμελούς εξεταστικής επιτροπής. ΠΑΠΑΘΕΟΔΩΡΟΠΟΥΛΟΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ: Επίκουρος Καθηγητής, Τμήμα Ιατρικής, Πανεπιστήμιο Πατρών. Μέλος επταμελούς εξεταστικής επιτροπής. ΦΛΩΡΔΕΛΛΗΣ ΧΡΙΣΤΟΔΟΥΛΟΣ: Καθηγητής, Τμήμα Ιατρικής, Πανεπιστήμιο Πατρών. Μέλος επταμελούς εξεταστικής επιτροπής. i

ii

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Θα ήθελα να ευχαριστήσω, αρχικά, τον αναπληρωτή καθηγητή κ. Παναγιώτη Γιομπρέ γιατί από τα φοιτητικά μου χρόνια στο τμήμα Βιολογίας έδειξε μεγάλο ενδιαφέρον και με οδήγησε στον κόσμο των νευροεπιστημών μέσα από τη διπλωματική μου εργασία. Επιπλέον με ώθησε να συνεχίσω και με βοήθησε στην επιλογή μου για τη συγκεκριμένη διδακτορική διατριβή. Ο καθηγητής κ. Γεώργιος Κωστόπουλος και ο επίκουρος καθηγητής κ. Κωνσταντίνος Παπαθεοδωρόπουλος αποτελούν για μένα μία οντότητα που βρισκόταν συνέχεια δίπλα μου και με καθοδηγούσε στο δύσκολο δρόμο που επέλεξα. Αποτελούν πρότυπα ερευνητικής δραστηριότητας και κάθε συζήτηση μαζί τους, κάθε συμβουλή τους επέφερε πάντα θετικά αποτελέσματα. Επιπλέον, η οικονομική υποστήριξη που μου εξασφάλισαν με ανεξαρτητοποίησε, σε μεγάλο βαθμό, με αποτέλεσμα να μπορώ να αφιερωθώ ολοκληρωτικά στην παρούσα μελέτη. Ειδικότερα θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επίκουρο καθηγητή κ. Κωνσταντίνο Παπαθεοδωρόπουλο που από την πρώτη στιγμή εισόδου μου στο εργαστήριο στάθηκε δίπλα μου σε οποιοδήποτε πρόβλημα επιστημονικής, τεχνικής ή άλλης φύσης, καθιστώντας τη σχέση μας πρώτα φιλική και μετά επιστημονική. Η εμψύχωσή του σε δύσκολες στιγμές αυτής της πορείας ήταν ότι σημαντικότερο. Τα πειράματα της παρούσας εργασίας έγιναν με τη βοήθεια του επιστημονικού συνεργάτη και φίλου Παναγιώτη Γεωργόπουλου, εκτός από τα πειράματα διαζεπάμης και θειοπεντάλης που πραγματοποίησα μόνος και τα πειράματα προποφόλης και μιδαζολάμης που πραγματοποίησε ο ίδιος. Θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω την αναπληρώτρια καθηγήτρια κ. Αδαμαντία Μητσάκου, τον αναπληρωτή καθηγητή κ. Νικόλαο Ματσώκη, τον καθηγητή κ. Βαράκη Ιωάννη και τον καθηγητή κ. Φλωρδέλλη Χριστόδουλο για την προθυμία τους να συμμετάσχουν στην εξεταστική επιτροπή. Επίσης, ένα μεγάλο ευχαριστώ σε όλους τους καθηγητές και μεταπτυχιακούς φοιτητές του εργαστηρίου Φυσιολογίας του τμήματος Ιατρικής για την πολύ φιλική διάθεση απέναντί μου σε όλη τη διάρκεια αυτής της μελέτης. Τα πειράματα έγιναν στη Μονάδα Νευροφυσιολογίας του Εργαστηρίου Φυσιολογίας του Τμήματος Ιατρικής και χρηματοδοτήθηκαν από το ΠΕΝΕΔ 2001 Νο 153 του καθηγητή Γεώργιου Κωστόπουλου. Επίσης η 36μηνη υποτροφία από το ίδιο πρόγραμμα καθώς και η χορηγία «Καραθεοδωρή» του Πανεπιστημίου Πατρών (Νο C-176) και η χορηγία του Εμπειρίκιου Ιδρύματος, μου έδωσαν μεγάλη οικονομική ανεξαρτησία. iii

iv

Οι γονείς μου σε όλη αυτή την πορεία ήταν δίπλα μου ηθικά και υλικά δείχνοντάς μου απόλυτη εμπιστοσύνη. Δεν θα έφταναν οι σελίδες όλων των διδακτορικών διατριβών του κόσμου για να τους ευχαριστήσω. v

vi

ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η συναπτική αναστολή αποτελεί βασικό μηχανισμό του νευρικού συστήματος, απαραίτητο για την φυσιολογική λειτουργία των νευρωνικών κυκλωμάτων, και διενεργείται κυρίως μέσω της δράσης του νευροδιαβιβαστή GABA στους GABA A και GABA B υποδοχείς. Διάφορα φάρμακα, όπως οι βενζοδιαζεπίνες, τα βαρβιτουρικά και τα νευροστεροειδή δρουν στο κεντρικό νευρικό σύστημα επηρεάζοντας, κατά κύριο λόγο, τη συναπτική αναστολή, με αποτέλεσμα να μεταβάλλουν τη φυσιολογική κατάσταση, προκαλώντας διάφορα επίπεδα καταστολής, από ήπια καταστολή/ηρεμία έως αναισθησία. Η επιληψία, μία ασθένεια του κεντρικού νευρικού συστήματος, οφείλεται, κατά κύριο λόγο, στη μείωση της δραστηριότητας των ανασταλτικών κυκλωμάτων, και κατά ένα μεγάλο ποσοστό, αντιμετωπίζεται κλινικά με χρήση φαρμάκων από τις παραπάνω κατηγορίες. Η παρούσα εργασία αποτελείται από δύο τμήματα, την in vitro και in vivo μελέτη της αναστολής. Στα in vitro πειράματα χρησιμοποιήθηκε ο ιππόκαμπος αρουραίου ως πειραματικό υλικό, για τη μελέτη της GABA-εργικής αναστολής και της φάρμακο επαγόμενης μεταβολής της. Ο ιππόκαμπος αποτελεί μία εγκεφαλική δομή που έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως ως μοντέλο μελέτης των ανασταλτικών κυκλωμάτων του πιο πολύπλοκου νεοφλοιού. Οι λειτουργίες του φαίνεται να διαφοροποιούνται κατά μήκος του ραχιαίο-κοιλιακού άξονά του. Σε αυτή τη διαφοροποίηση είναι πιθανό να παίζουν ρόλο διαφορές σε κυτταρικό επίπεδο αλλά και σε επίπεδο τοπικού νευρωνικού δικτύου. Πρώτος στόχος του in vitro τμήματος ήταν η μελέτη και ποσοτικοποίηση της παλίνδρομης αναστολής στην CA 1 περιοχή τομών ιππόκαμπου τόσο του ραχιαίου όσο και του κοιλιακού τμήματός του, χρησιμοποιώντας ηλεκτροφυσιολογικές τεχνικές. Ο δεύτερος στόχος ήταν η διευκρίνιση της επίδρασης κλινικά χρησιμοποιούμενων ουσιών στην συναπτική αναστολή στον ιππόκαμπο, ο συσχετισμός της δράσης τους με τα κλινικά τους αποτελέσματα και η διερεύνηση πιθανής διαφοροποίησης της δράσης τους μεταξύ του ραχιαίου και κοιλιακού τμήματος του ιππόκαμπου. Συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκαν φάρμακα διαφορετικών χημικών τάξεων και κλινικής χρήσης, που δρουν ως θετικοί αλλοστερικοί τροποποιητές στον GABA A υποδοχέα, όπως οι βενζοδιαζεπίνες διαζεπάμη και μιδαζολάμη, η φαινόλη προποφόλη, τα βαρβιτουρικά φαινοβαρβιτάλη, πεντοβαρβιτάλη και θειοπεντάλη, και το νευροστεροειδές αλφαξαλόνη. Στα in vivo πειράματα της εργασίας χρησιμοποιήθηκαν ενήλικοι μύες στο μοντέλο επιληπτικών κρίσεων με χορήγηση πεντυλενοτετραζόλης, για την αξιολόγηση της αντιεπιληπτικής δράσης φαρμάκων. Η πεντυλενοτετραζόλη έχει σημαντική επιληπτική δραστικότητα σε μύες, επίμυες, πιθήκους και στον άνθρωπο. Οι τονικό-κλονικές κρίσεις που vii

επάγονται από τη χορήγησή της αποτελούν κλασσικό τεστ αποτελεσματικότητας αντιεπιληπτικών φαρμάκων. Ο πρώτος σκοπός αυτού του τμήματος της εργασίας ήταν να αξιολογηθεί και in vivo, η δράση ορισμένων από τα κατασταλτικά φάρμακα που χρησιμοποιήθηκαν in vitro. Δεύτερος σκοπός ήταν η αξιολόγηση της δράσης της αλλοπρεγνανολόνης, ενός αντιεπιληπτικού φαρμάκου. Τέλος διερευνήθηκε η αντιεπιληπτική δράση της βιταμίνης D 3, η οποία αποτελεί ένα νέο νευροστεροειδές, που πιθανώς να εμπλέκεται στον έλεγχο τον επιληπτικών κρίσεων. Τόσο η αλλοπρεγνανολόνη όσο και η βιταμίνη D 3 χρησιμοποιήθηκαν και in vitro για τον έλεγχο της επίδρασής τους στην παλίνδρομη αναστολή. viii

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 1 Εισαγωγή στον ιππόκαμπο...3 Ανατομική του ιππόκαμπου...7 Συναπτικές συνδέσεις των περιοχών του ιππόκαμπου...9 CA3 περιοχή...9 CA2 περιοχή...11 CA1 περιοχή...11 Οδοντωτή έλικα...13 Εσωτερικό νευρικό δίκτυο της οδοντωτής έλικας...15 Προσαγωγοι και απαγωγοί οδοί της οδοντωτής έλικας...17 Ενδονευρώνες του ιππόκαμπου...18 Η λειτουργία του ιππόκαμπου...23 Διαφορές στις διασυνδέσεις του διαφραγματικού και κροταφικού ιππόκαμπου...23 Διαφραγματικός ιππόκαμπος...26 Κροταφικός ιππόκαμπος...28 Μοριακές και ηλεκτροφυσιολογικές διαφορές κατά τον διαφραγματο-κροταφικό άξονα του ιππόκαμπου...29 Οξέα κύματα...30 Επιληψία...32 Πειραματικά in-vivo μοντέλα επιληπτικών κρίσεων...36 Το ΡΤΖ μοντέλο επιληπτικών κρίσεων...37 GABA και GABA A υποδοχείς...38 GABA B υποδοχείς...45 Αλλοστερική τροποποίηση των GABA A υποδοχέων...48 Βενζοδιαζεπίνες...48 Βαρβιτουρικά...52 Νευροστεροειδή...53 Βιταμίνη D...58 Προποφόλη (Propofol)...59 ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ... 61 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ... 63 ix

Πειραματόζωα... 65 Απομόνωση ιππόκαμπου και διατήρηση τομών in vitro... 65 Ηλεκτροφυσιολογία in vitro... 69 Θεωρία πληθυσμιακών δυναμικών πεδίου... 69 Ηλεκτρόδια ηλεκτροφυσιολογικής μελέτης... 71 Πρόκληση, καταγραφή και ανάλυση σήματος... 72 Μέθοδος ερεθισμού... 75 Στατιστική επεξεργασία... 79 In vivo μελέτη της αναστολής... 80 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ - ΣΥΖΗΤΗΣΗ... 83 Επιλογή οργανικού διαλύτη... 85 In vitro μελέτη της παλίνδρομης αναστολής στον ιππόκαμπο... 89 Παλίνδρομη αναστολή σε ραχιαίες και κοιλιακές τομές διαφορετικής γωνίας... 89 Παλίνδρομη αναστολή σε ραχιαίες και κοιλιακές τομές μέσω GABA A και GABA B υποδοχέων... 107 Συζήτηση αποτελεσμάτων της μελέτης της παλίνδρομης αναστολής... 122 Ιn vitro μελέτη της επίδρασης αλλοστερικών τροποποιητών στη συναπτική αναστολή στο ραχιαίο και τον κοιλιακό ιππόκαμπο... 127 Α. Βενζοδιαζεπίνες... 129 1. Διαζεπάμη... 129 2. Μιδαζολάμη... 135 Β. Φαινόλες... 143 1. Προποφόλη... 143 Δ. Βαρβιτουρικά... 148 1. Φαινοβαρβιτάλη... 148 2. Πεντοβαρβιτάλη... 154 3. Θειοπεντάλη... 159 Ε. Νευροστεροειδή... 166 1. Αλφαξαλόνη... 166 Αποκλεισμός της GABA B αναστολής και επακόλουθη μελέτη της επίδρασης αλλοστερικών τροποποιητών... 176 1. Θειοπεντάλη + CGP35348... 176 2. Αλφαξαλόνη + CGP35348... 180 x

Συζήτηση αποτελεσμάτων της επίδρασης αλλοστερικών τροποποιητών στην συναπτική αναστολή...183 Επίδραση των φαρμάκων στην παλίνδρομη αναστολή...183 Διαφορές μεταξύ ραχιαίου και κοιλιακού ιππόκαμπου...185 Συσχετισμός της επίδρασης των φαρμάκων στην παλίνδρομη αναστολή με το βαθμό καταστολής...187 Συμπεριφορικές επιπτώσεις...190 In vivo μελέτη της αναστολής...191 1. Διαζεπάμη...191 2. Αλφαξαλόνη...195 3. Αλλοπρεγνανολόνη...198 4. Βιταμίνη D 3 (1,25-(OH) 2 D 3 )...205 Συζήτηση In Vivo μελέτης της αναστολής...208 Επίδραση της πεντυλενοτετραζόλης (ΡΤΖ)...208 Αντιεπιληπτική δράση κατασταλτικών φαρμάκων...209 Διαζεπάμη...209 Αλφαξαλόνη...212 Σύγκριση της δράσης των κατασταλτικών φαρμάκων in vivo και συσχετισμός με την in vitro δράση τους...214 Αλλοπρεγνανολόνη: Αντιεπιληπτική δράση in vivo και διερεύνηση της επίδρασής της στην παλίνδρομη αναστολή in vitro...216 Εξέταση της αντιεπιληπτικής δράσης της βιταμίνης D και της επίδρασής της στην παλίνδρομη αναστολή...219 ΠΕΡΙΛΗΨΗ...221 SUMMARY...223 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... 225 xi

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

2

Εισαγωγή στον ιππόκαμπο Ο ιππόκαμπος αποτελεί μια από τις πιο καλά μελετημένες δομές του Κεντρικού Νευρικού Συστήματος. Η ονομασία του προέρχεται από τον ομώνυμο θαλάσσιο οργανισμό, λόγω της ομοιότητας που παρουσιάζουν στο σχήμα. Στον άνθρωπο βρίσκεται στον έσω κροταφικό λοβό και αποτελεί μια εν τω βάθει εγκεφαλική δομή σχήματος C, συμμετρική ως προς τη μέση γραμμή και εκτεινόμενη από το οπίσθιο τμήμα της υπομεσολόβιας περιοχής μέχρι το κάτω κέρας της πλάγιας κοιλίας (Εικ. 1). Στον επίμυ αποτελεί μια επιμήκη δομή που εκτείνεται επίσης σε σχήμα C από τους πυρήνες του διαφράγματος προσθιοραχιαία, πάνω και πίσω από το διεγκέφαλο προς τον κροταφικό λοβό οπισθοκοιλιακά (Johnston and Amaral 1998) (Εικ. 2). Αποτελεί το αρχαιότερο εξελικτικά τμήμα του φλοιού και συχνά απαντάται με το όνομα αρχαιοφλοιός. Το τμήμα του ιππόκαμπου προς τους πυρήνες του διαφράγματος αποτελεί το ραχιαίο (διαφραγματικό) ιππόκαμπο που αντιστοιχεί στον οπίσθιο του ανθρώπου, ενώ το τμήμα προς τον κροταφικό λοβό αποτελεί τον κοιλιακό (κροταφικό) ιππόκαμπο που αντιστοιχεί στον πρόσθιο του ανθρώπου. Εικόνα 1. Σχηματική παράσταση της μορφής και της θέσης του ιππόκαμπου ανθρώπινου εγκέφαλου (από συλλογή Carol Donner, τροποποιημένη). Εικόνα 2. Σχηματική παράσταση της μορφής και της θέσης του ιππόκαμπου στον εγκέφαλο αρουραίου (Amaral και Witter, 1995, τροποποιημένη). 3

Ο ιππόκαμπος αποτέλεσε σημαντικό πεδίο ενδιαφέροντος των νευροανατόμων από τα πρώτα στάδια των μελετών του νευρικού συστήματος. Το εσωτερικό κύκλωμά του παρουσιάζει εξαιρετική στρωμάτωση. Το μεγαλύτερο μέρος των αξόνων των πυραμιδικών κυττάρων έχει παράλληλο προσανατολισμό με κατεύθυνση σχεδόν κάθετη ως προς τον επιμήκη άξονα του ιππόκαμπου. Το σύνολο των κυττάρων και των νευρικών ινών ενός στρώματος θεωρήθηκε ότι αποτελεί μια λειτουργική μονάδα του ιππόκαμπου (Andersen et al. 1971). Ένα μεγάλο ποσοστό της πληροφορίας σχετικά με την κυτταρική οργάνωση και τις διασυνδέσεις των διαφόρων περιοχών του ιπποκάμπειου σχηματισμού χρονολογείται από τις μελέτες των Ramόn y Cajal και Lorente de Nό (Ramon y Cajal 1911; Lorente de No 1933; Lorente de No 1934) οι οποίοι με τη χρήση της τεχνικής του Golgi ανέδειξαν ένα μεγάλο μέρος της ανατομικής οργάνωσης του ιππόκαμπου (Amaral and Witter 1995) (Εικ. 3). Εικόνα 3. Αριστερά φαίνεται μια σχηματική παράσταση εγκάρσιας τομής ιππόκαμπου μετά από χρώση Golgi (από αρχείο Camillo Golgi). Δεξιά απεικονίζεται μία πραγματική τομή ιππόκαμπου με χρώση Golgi (Institute of Pathology of the University of Pavia original Golgi s lab preparation). Μεγάλη ώθηση στην μελέτη του ιππόκαμπου έδωσε, στη δεκαετία του 1950, η αναγνώριση του σημαντικού ρόλου του σε συγκεκριμένους τύπους μνήμης και μάθησης. Σημείο αναφοράς αποτελεί η περίπτωση του ασθενούς Η.Μ. (Scoville and Milner 1957) ο οποίος αποτελεί το πιο εκτενώς μελετημένο υποκείμενο στην έρευνα για τη μνήμη. Ο Η.Μ. υποβλήθηκε σε χειρουργείο για την αμφίπλευρη αφαίρεση του ιππόκαμπου, με σκοπό την θεραπεία βαριάς μορφής επιληψίας. Αυτή η επέμβαση είχε ως συνέπεια την αδυναμία κωδικοποίησης νέων πληροφοριών σε μακρόχρονη μνήμη. Έκτοτε η έρευνα σχετικά με τους μηχανισμούς μνήμης και μάθησης και το ρόλο των περιοχών του ιππόκαμπου συνεχίζεται σε μεγάλη κλίμακα. Νευροφυσιολογικές μελέτες έχουν δείξει ότι ο ιππόκαμπος παίζει σημαντικό ρόλο στη 4

λειτουργία της βραχυπρόθεσμης λειτουργικής μνήμης και της μάθησης (Nadel and Moscovitch 1997; Fell et al. 2001; Small et al. 2001; Eichenbaum 2004; Jeffery and Hayman 2004). Πρόσφατες επίσης μελέτες έχουν δείξει ότι οι δυο πόλοι του ιππόκαμπου συμμετέχουν με διαφορετικό τρόπο στις διαδικασίες της μνήμης και της μάθησης (Moser et al. 1993; Becker et al. 1997; Moser and Moser 1998; Bannerman et al. 2004; Giovanello et al. 2004; Pothuizen et al. 2004; Rudy and Matus-Amat 2005; Hobin et al. 2006). Επιπλέον η μακρόχρονη ενδυνάμωση της σύναψης (Long Term Potentiation) που παρατηρήθηκε από τους Bliss και Lomo στον ιππόκαμπο (Bliss and Lomo 1973), αποτελεί ένα τύπο πλαστικότητας των νευρωνικών συνάψεων που παίζει σημαντικό ρόλο στις διαδικασίες της μνήμης και της μάθησης (Bliss and Collingridge 1993). Ένα τρίτο ενδιαφέρον χαρακτηριστικό του ιππόκαμπου είναι το χαμηλότερο κατώφλιο δημιουργίας επιληπτικών κρίσεων σε σχέση με κάθε άλλη εγκεφαλική περιοχή (Green 1964; Greco et al. 1994). Οι περισσότεροι επιληπτικοί ασθενείς παρουσιάζουν κρίσεις που περιλαμβάνουν τον ιππόκαμπο και αποτελούν συχνά τις πιο δύσκολες περιπτώσεις ιατρικής αντιμετώπισης. Ο όρος ιπποκάμπειος σχηματισμός περιλαμβάνει έξι διακριτές περιοχές: την οδοντωτή έλικά (dentate gyrus), τον κυρίως ιππόκαμπο ο οποίος υποδιαιρείται σε 3 πεδία (CA 1, CA 2 και CA 3 ), το υπόθεμα (subiculum), προϋπόθεμα (presubiculum), παραϋπόθεμα (parasubiculum) και τον ενδορινικό φλοιό (entorhinal cortex) (Εικ. 4). Η κύρια αιτία της ομαδοποίησης αυτών των περιοχών στον παραπάνω όρο είναι η σύνδεσή τους σε σειρά με μονόδρομες προβολές. Πιο συγκεκριμένα, νευρώνες του στρώματος ΙΙ του ενδορινικού φλοιού προβάλλουν μονόδρομα στην οδοντωτή έλικα μέσω της διατητραίνουσας οδού (perforant pathway). Στη συνέχεια από τα κοκκοειδή κύτταρα της οδοντωτής έλικας ξεκινούν οι βρυώδεις ίνες και καταλήγουν στους κορυφαίους δενδρίτες των πυραμιδικών κυττάρων της CA 3 περιοχής. Παρόλο που κάποιοι παράπλευροι κλάδοι των αξόνων των πυραμιδικών κυττάρων της CA 3 επιστρέφουν στην οδοντωτή έλικα, δεν νευρώνουν τα κοκκοειδή κύτταρα οπότε το κύκλωμα παραμένει μονόδρομο. Στη συνέχεια οι παράπλευρες ίνες του Schaffer των πυραμιδικών κυττάρων της CA 3 συνάπτονται στους κορυφαίους δενδρίτες των πυραμιδικών κυττάρων της CA 1 περιοχής επίσης μονόδρομα. Τα πυραμιδικά κύτταρα τέλος της CA 1 περιοχής προβάλουν μέσω του υποθέματος στον ενδορινικό φλοιό. Όλες οι παραπάνω προβολές είναι διεγερτικές και γλουταμινεργικές (Amaral and Witter 1995). Η παραπάνω συνδεσμολογία αποτελεί το βασικό τρισυναπτικό κύκλωμα του ιππόκαμπου (Εικ. 5), το οποίο επαναλαμβάνεται σε όλο τον επιμήκη άξονά του (Amaral and Witter 1995; Johnston and Amaral 1998). 5

Εικόνα 4. Σχηματικές παραστάσεις στεφανιαίων τομών από τον διαφραγματικό ιππόκαμπο, στις οποίες φαίνονται περιοχές, στιβάδες και οδοί ινών του ιπποκάμπειου σχηματισμού επίμυος. Α) so:stratum oriens: πολυμορφική στιβάδα; pcl:pyramidal cell layer: στιβάδα πυραμιδικών κυττάρων; sl:stratum lucidum: διαυγής στιβάδα; sr:stratum radiatum: ακτινωτή στιβάδα; sl-m:stratum lacunosum-moleculare: βοθριώδης-μοριώδης στιβάδα; alv:alveus:σκάφη; ab:angular bundle: τοξοειδής δεσμίδα; PaS:parasubiculum: παρα-υπόθεμα; PrS:presubiculum:προ-υπόθεμα; ML,GL and PoDG: molecular, granule cell and polymorphic layers of the dentate gyrus: μοριώδης, κοκκοειδής και πολυμορφική στιβάδα οδοντωτής έλικας; S:subiculum: υπόθεμα Β) Περιγραφή των 3 ζωνών της μοριώδους στιβάδας της οδοντωτής έλικας. Η έξω ζώνη δείχνει την πλευρική οδό perforant (lpp), η κεντρική περιοχή αντιστοιχεί στην τελική ζώνη της κεντρικής οδού perforant (mpp) και η εσωτερική ζώνη αντιστοιχεί στη ζώνη τερματισμού της συνειρμικής/συναρθρωτικής προβολής της οδοντωτής έλικας. fi: fribia: παρυφή; sl:stratum lucidum: διαυγαστική στιβάδα; mmp: medial perforant pathway: έσω διατητραίνουσα οδός; lpp: lateral perforant pathway: έξω διατητραίνουσα οδός; com/assoc: commissural/associational: συνδεσμική/συνδετική (Amaral and Witter 1995). Εικόνα 5. Εγκάρσια τομή του διαφραγματικού ιππόκαμπου όπου φαίνεται το ενδογενές τρισυναπτικό ιπποκαμπικό κύκλωμα (Centre for Synaptic Plasticity, University of Bristol). 6

Ανατομική του ιππόκαμπου Ο ιππόκαμπος διαιρείται σε τρεις διακριτές περιοχές που ονομάζονται CA 3, CA 2 και CA 1. Αυτός ο διαχωρισμός έγινε από τον Lorente de Nό και χρησιμοποιείται ευρέως μέχρι σήμερα. Κύριος νευρώνας αυτών των περιοχών είναι το πυραμιδικό κύτταρο (Εικ. 6). Το μέγεθος των πυραμιδικών κυττάρων αλλά και οι διασυνδέσεις με άλλες περιοχές οδήγησαν στον παραπάνω διαχωρισμό. Συγκεκριμένα τα πυραμιδικά κύτταρα της CA 3 περιοχής είναι μεγαλύτερα από αυτά της CA 1 και δέχονται προβολές από τα κοκκοειδή κύτταρα της οδοντωτής έλικας ενώ τα πυραμιδικά κύτταρα της CA 1 όχι. Στην CA 2 περιοχή υπάρχουν πυραμιδικά κύτταρα παρόμοιου μεγέθους με αυτά της CA 3, αλλά δεν δέχονται προβολές από τα κοκκοειδή κύτταρα της οδοντωτής έλικας. Παρόλο που η ύπαρξη της CA 2 περιοχής τέθηκε υπό αμφισβήτηση, υπάρχουν δεδομένα που αποδεικνύουν την ύπαρξη της ως μια στενή περιοχή μεταξύ των CA 3 και CA 1, με διαφορές στη συνδεσιμότητα αλλά πιθανώς και στη λειτουργία σε σχέση με τις άλλες περιοχές του ιππόκαμπου (Amaral and Witter 1995; Johnston and Amaral 1998). Εικόνα 6. Πυραμιδικοί νευρώνες της CA 3 περιοχής του ιππόκαμπου με προσθήκη EGFP (Enhanced Green Fluorescent Protein). pl: pyramidal layer - πυραμιδική στιβάδα bd: basal dendrites βασικοί δενδρίτες ad: apical dendrites κορυφαίοι δενδρίτες s: soma σώμα (Dr..Matsuki, Tokyo University, Japan, τροποποιημένη). Η στρωματοποιημένη οργάνωση είναι παρόμοια στις περιοχές του ιππόκαμπου. Τα πυραμιδικά κύτταρα διατάσσονται στην πυραμιδική στιβάδα (stratum pyramidale). Αμέσως βαθύτερα βρίσκεται η σχετικά ακυτταρική πολυμορφική στιβάδα (stratum oriens) και βαθύτερα αυτής βρίσκεται η σκάφη (alveus) που περιλαμβάνει τους άξονες των πυραμιδικών κυττάρων. Στη CA 3 περιοχή επιφανειακά της πυραμιδικής στιβάδας βρίσκεται η διαυγής στιβάδα (stratum lucidum), η οποία αποτελείται από τις βρυώδεις ίνες που στέλνει η οδοντωτή έλικα στην CA 3 περιοχή. Επιφανειακά της διαυγούς στιβάδας στην CA 3 περιοχή και της πυραμιδικής στιβάδας 7

στις CA 2 και CA 1, βρίσκεται η ακτινωτή στιβάδα (stratum radiatum). Η ακτινωτή στιβάδα περιέχει τις παράπλευρες ίνες του Schaffer που ξεκινούν από τα πυραμιδικά κύτταρα της CA 3 και συνάπτονται στους δενδρίτες των πυραμιδικών κυττάρων της CA 1. Επίσης εκεί εντοπίζονται και οι συνειρμικές συνδέσεις των πυραμιδικών κυττάρων της CA 3 περιοχής. Η πιο επιφανειακή στιβάδα του ιππόκαμπου είναι η μοριώδης στιβάδα η οποία περιλαμβάνει την είσοδο από τον ενδορινικό φλοιό (διατητραίνουσα οδός) (Amaral and Witter 1995) (Εικ. 4, Εικ. 7). Εικόνα 7. Στεφανιαία τομή του κροταφικού ιππόκαμπου, στην οποία φαίνονται οι στιβάδες των CA 1, CA 2 και CA 3 περιοχών, καθώς και οι στοιβάδες της οδοντωτής έλικας. CA 1 περιοχή: a: σκάφη; o: πολυμορφική στιβάδα; p: πυραμιδική στιβάδα; r: ακτινωτή; lm: βοθριώδης-μοριώδης; CA 3 περιοχή: l: διαυγαστική στιβάδα. DG περιοχή: h: πολυμορφική στιβάδα g: στιβάδα κοκκιωδών κυττάρων; m: μοριώδης στιβάδα (Buzsaki 1995). Από τα πυραμιδικά κύτταρα εκφύονται οι βασικοί δεντρίτες που εξαπλώνονται στην πολυμορφική στιβάδα και οι κορυφαίοι δεντρίτες στην ακτινωτή στιβάδα. Στους τελευταίους καταλήγουν οι παράπλευρες ίνες του Schaffer των πυραμιδικών κυττάρων της CA 3 περιοχής. Οι δενδρίτες των πυραμιδικών κυττάρων καλύπτονται από άκανθες στις οποίες καταλήγουν όλες σχεδόν οι διεγερτικές συνάψεις. Τα δενδριτικά πεδία των πυραμιδικών κυττάρων της CA 3 περιοχής είναι μεγαλύτερα από αυτά των πυραμιδικών κυττάρων της CA 1 (συνολικό μήκος 16mm έναντι 13mm). Το 50% του συνολικού μήκους των δενδριτών των πυραμιδικών κυττάρων της CA 3 περιοχής εξαπλώνεται στην πολυμορφική στιβάδα. Το αντίστοιχο ποσοστό για την CA 1 περιοχή είναι 33%. Επιπλέον στην ακτινωτή στιβάδα εξαπλώνεται το 50% περίπου του συνολικού μήκους των δενδριτών των πυραμιδικών κυττάρων στην CA 1 περιοχή, ενώ μόνο το 25% στην CA 3 (Amaral and Witter 1995; Johnston and Amaral 1998). Από τα πυραμιδικά κύτταρα του ιππόκαμπου και το υπόθεμα ξεκινούν εμμύελες απαγωγές νευρικές ίνες που κατευθύνονται προς διάφορες υποφλοιϊκές δομές και προς τον αντίπλευρο ιπποκάμπειο σχηματισμό δημιουργώντας στην κοιλιακή επιφάνεια του ιππόκαμπου και του υποθέματος ένα λεπτό στρώμα, τη σκάφη (alveus). Οι ίνες αυτές εκτείνονται πλάγια 8

πάνω στην επιφάνεια του ιππόκαμπου και σχηματίζουν μια παχύτερη δέσμη στο ακραίο πλευρικό τμήμα του ιππόκαμπου που ονομάζεται παρυφή (fimbria). Οι ίνες αυτές απομακρυνόμενες από τον ιππόκαμπο και κατευθυνόμενες στον πρόσθιο εγκέφαλο, αποτελούν τις κολώνες της ψαλίδας (columns of fornix). Η ψαλίδα διχάζεται γύρω από τον πρόσθιο σύνδεσμο (anterior commissure), και το ένα τμήμα της νευρώνει τον διαφραγματικό πυρήνα και άλλες βασικές δομές του πρόσθιου εγκεφάλου, ενώ το δεύτερο κατευθύνεται ουραία προς τον διεγκέφαλο. Η ψαλίδα και η παρυφή περιλαμβάνουν ίνες μέσω των οποίων ο ιππόκαμπος συνδέεται αμφίδρομα με υποφλοιϊκές δομές(amaral and Witter 1995). Η ραχιαία ιπποκάμπεια σύμφυση διαπερνά τη μέση γραμμή πρόσθια και κοιλιακά του σπληνίου του μεσολόβιου (splenium of corpus callosum) και αποτελείται από ίνες οι οποίες προέρχονται ή προβάλουν κυρίως στο προϋπόθεμα, στο παραϋπόθεμα και στον ενδορινικό φλοιό. Οι ίνες της ραχιαίας ιπποκάμπειας σύμφυσης συνεχίζουν πλευρικά με ένα δέμα ινών που παρεμβάλλεται μεταξύ του προϋποθέματος, του παραϋποθέματος και του ενδορινικού φλοιού. Αυτό το σύνολο ινών ονομάζεται γωνιακή δεσμίδα (angular bundle). Μέσω της γωνιακής δεσμίδας ίνες από τον κοιλιακά τοποθετημένο ενδορινικό φλοιό μεταφέρονται σε όλα τα διάφραγματο-κροταφικά επίπεδα των υπόλοιπων περιοχών του ιππόκαμπου (Amaral and Witter 1995). Συναπτικές συνδέσεις των περιοχών του ιππόκαμπου CA3 περιοχή Από τους πυραμιδικούς νευρώνες της CA 3 περιοχής ξεκινούν άξονες οι οποίοι διακλαδίζονται έντονα και παρέχουν κλάδους τόσο στον ίδιο ιππόκαμπο στα πεδία CA 3, CA 2, CA 1 όσο και στα ίδια πεδία του ιππόκαμπου του άλλου ημισφαιρίου (συνδεσμικές συνδέσεις). Επίσης κάποιοι κλάδοι καταλήγουν υποφλοιϊκά στον πλευρικό διαφραγματικό πυρήνα. Αντίθετα δεν υπάρχουν προβολές προς το υπόθεμα, το παραϋπόθεμα ή τον ενδορινικό φλοιό. Τέλος κάποια κύτταρα της CA 3 (που βρίσκονται πιο κοντά στην οδοντωτή έλικα) και της CA 2 παρέχουν κλάδους στην πολυμορφική στιβάδα της οδοντωτής έλικας (Amaral and Witter 1995). Οι προβολές στην CA 3 και CA 2 ονομάζονται συνειρμικές συνδέσεις και οι προβολές στην CA 1 παράπλευρες ίνες του Schaffer. Η CA 3 προβάλλει με τοπογραφικά οργανωμένο τρόπο στην CA 1 και όχι τυχαία. Συγκεκριμένα, κύτταρα της CA 3 που βρίσκονται πιο κοντά στην οδοντωτή έλικα, προβάλλουν σε επίπεδα της CA 1 που βρίσκονται πιο διαφραγματικά, ενώ αυτά 9

που βρίσκονται κοντά στην CA 1 προβάλλουν σε πιο κροταφικά επίπεδα της CA 1. Τα πυραμιδικά κύτταρα της CA 3 περιοχής που βρίσκονται πιο κοντά στην οδοντωτή έλικα τείνουν να προβάλλουν πιο ισχυρά στα πιο μακρινά σημεία της CA 1, στα όρια με το υπόθεμα, ενώ αυτά που βρίσκονται πιο κοντά στη CA 1 προβάλλουν στα πυραμιδικά της CA 1 που βρίσκονται στο όριο με αυτά της CA 2 (Amaral and Witter 1995; Johnston and Amaral 1998) (Εικ. 8). Εικόνα 8. Σχηματική αναπαράσταση των προβολών της CA 3 στην CA 1 περιοχή του ιππόκαμπου. Τα τρίγωνα συμβολίζουν νευρώνες εκκίνησης προβολών που καταλήγουν στις περιοχές όμοιας σκίασης (Amaral and Witter 1995). Κάθε νευρώνας της CA 3 περιοχής παρέχει ένα ευρύ αξονικό δίκτυο. Οι άξονες ακολουθούν είτε ευθεία τροχιά είτε και πιο διαγώνια, με αποτέλεσμα ένας άξονας να μπορεί να δημιουργήσει σύναψη με έναν κορυφαίο δενδρίτη ενός πυραμιδικού κυττάρου της CA 1 και με έναν βασικό δενδρίτη ενός άλλου πυραμιδικού κυττάρου. Έτσι, οι παράπλευρες ίνες του Schaffer εκτός από την ακτινωτή στιβάδα, όπου συνάπτονται με τους κορυφαίους δενδρίτες των πυραμιδικών κυττάρων, εισέρχονται και στην πολυμορφική στιβάδα της CA 1 όπου συνάπτονται με τους βασικούς δενδρίτες. Συνεπώς η CA 3 νευρώνει έντονα τόσο την ακτινωτή όσο και την πολυμορφική στιβάδα της CA 1 περιοχής (Amaral and Witter 1995). Οι συνειρμικές συνδέσεις στην CA 3 περιοχή παρουσιάζουν επίσης μια συστηματοποίηση. Πυραμιδικά κύτταρα που βρίσκονται πιο κοντά στην οδοντωτή έλικα συνάπτονται με άλλα πυραμιδικά κύτταρα σε μια μικρή περιοχή τόσο κατά τον εγκάρσιο όσο και κατά τον επιμήκη άξονα του ιππόκαμπου. Απεναντίας, πυραμιδικά κύτταρα που βρίσκονται μεσαία στην CA 3 ή κοντά στην CA 2 έχουν μία ευρεία ζώνη συνάψεων με άλλα πυραμιδικά κατά τους δύο άξονες (Amaral and Witter 1995). Τα πυραμιδικά κύτταρα της CA 3 περιοχής προβάλλουν στον πλευρικό διαφραγματικό πυρήνα αμφίπλευρα, δηλαδή κάποιες νευρικές ίνες περνούν στην κοιλιακή ιπποκαμπική σύμφυση, και νευρωνουν την ομόλογη περιοχή του αντίπλευρου πλευρικού διαφραγματικού 10

πυρήνα. Αυτή η οδός είναι τοπογραφικά οργανωμένη. Συγκεκριμένα, διαφραγματικά τμήματα της CA 3 προβάλλουν ραχιαία ενώ πιο κροταφικά τμήματα προβάλλουν κοιλιακά στον πλευρικό δαφραγματικό πυρήνα. Γενικά όλα τα πυραμιδικά κύτταρα της CA 3 περιοχής στέλνουν άξονες τόσο στην CA 1 όσο και στον πλευρικό διαφραγματικό πυρήνα (Amaral and Witter 1995). Η CA 3 περιοχή δέχεται κύρια υποφλοιϊκή είσοδο από τον διαφραγματικό πυρήνα. Οι διαφραγματικές προβολές ξεκινούν από τον κεντρικό διαφραγματικό πυρήνα και τον πυρήνα της διαγώνιας ταινίας του Broca. Οι προβολές αυτές έχουν ως κύριο στόχο την πολυμορφική στιβάδα της CA 3, ενώ σε μικρότερο βαθμό καταλήγουν και στην ακτινωτή στιβάδα. Επίσης, η CA 3 περιοχή δέχεται νοραδρενεργική είσοδο από τον υπομέλανα τόπο. Οι νοραδρενεργικές ίνες κατανέμονται πυκνότερα στη διαυγή στιβάδα και στο πιο επιφανειακό τμήμα της μοριώδους στιβάδας. Η CA 3 περιοχή δέχεται επίσης διάχυτη και αραιή σεροτονεργική και χολινεργική νεύρωση, ενώ υπάρχουν και λίγες ντοπανινεργικές ίνες. Οι σεροτονινεργικές φαίνεται να απολήγουν επιλεκτικά στους ενδονευρώνες, οι οποίοι έχουν άξονες που νευρώνουν τους κορυφαίους δενδρίτες των πυραμιδικών κυττάρων (Amaral and Witter 1995). CA2 περιοχή Τα πυραμιδικά κύτταρα της CA 2 περιοχής προβάλλουν στην CA 1 περιοχή αραιά και διάχυτα και όχι συστηματοποιημένα όπως οι προβολές της CA 3 στην CA 1. Επιπλέον, περισσότερες παράπλευρες ίνες από τη CA 2 περιοχή κατανέμονται στην πολυμορφική στιβάδα της οδοντωτής έλικας σε σχέση με αυτές της CA 3 περιοχής. Φαίνεται ότι η CA 2 περιοχή μοιράζεται τις συνδέσεις της CA 3 περιοχής δέχεται όμως και μια ιδιαίτερα ισχυρή νεύρωση από τμήματα του οπίσθιου υποθαλάμου, την υπερθηλώδη περιοχή και τον φυματιοθηλώδη πυρήνα (Amaral and Witter 1995). CA1 περιοχή Σε αντίθεση με τη CA 3 περιοχή, από τα πυραμιδικά κύτταρα της CA 1 περιοχής ξεκινούν λίγοι παράπλευροι άξονες που διανέμονται μέσα στην ίδια περιοχή, με αποτέλεσμα το συνειρμικό δίκτυο της CA 1 περιοχής να είναι σχετικά αδύναμο. Επιπλέον υπήρχε η υπόθεση ότι δεν υπάρχουν καθόλου συνδεσμικές συνδέσεις της CA 1 περιοχής, αλλά πλέον είναι γνωστό ότι ένας μικρός αριθμός νευρώνων προβάλλει στην ετερόπλευρη CA 1 περιοχή (Amaral and Witter 1995). Η CA 1 περιοχή δέχεται ασθενέστερη προβολή από το διαφραγματικό πυρήνα σε σχέση με την CA 3, αλλά η πυκνότητα της νεύρωσης παραμένει υψηλή στην πολυμορφική στιβάδα. 11

Όπως και η CA 3 περιοχή έτσι και η CA 1 δέχεται ασθενή νοραδρενεργική και σεροτονεργική νεύρωση. Το ακραίο τμήμα της CA 1 δέχεται προβολή από την αμυγδαλή, η οποία περιορίζεται στο κροταφικό 1/3 τμήμα. Επίσης στην μοριώδη στιβάδα καταλήγουν ίνες προερχόμενες από τον βασικοπλευρικό πυρήνα. Η ίδια στιβάδα δέχεται σημαντική προβολή από τον συναρθρωτικό πυρήνα (nucleus reuniens) του θαλάμου. Οι ίνες του διαπερνούν την έσω κάψα (internal capsule) και το προσαγώγιο δέμα (cingulum bundle) και καταλήγουν μαζικά στη μοριώδη στιβάδα σε όλα τα διαφραγματο-κροταφικά επίπεδα. Η προβολή αυτή είναι τοπογραφικά οργανωμένη ώστε το ραχιαίο τμήμα του πυρήνα να νευρώνει περισσότερο διαφραγματικά τμήματα της CA 1 περιοχής, ενώ το κοιλιακό τμήμα περισσότερο κροταφικά (Amaral and Witter 1995). Η CA 1 περιοχή παρουσιάζει μεγαλύτερο αριθμό εξωτερικών συνδέσεων σε σχέση με τη CA 3, διότι εκτός από υποφλοιικές περιοχές, όπως τον πλευρικό διαφραγματικό πυρήνα, νευρώνει και αρκετές φλοιικές. Η νεύρωση αυτή είναι τοπογραφικά οργανωμένη διαφραγματο-κροταφικά. Συγκεκριμένα, ίνες που ξεκινούν από τα διαφραγματικά επίπεδα της CA 1 περιοχής καταλήγουν στον οπισθιοσπληνικό φλοιό, τον περιρινικό φλοιό, στον πλευρικό διαφραγματικό πυρήνα και στον πυρήνα της διαγώνιας περιοχής του Broca. Αυτές οι προβολές είναι σχεδόν εξολοκλήρου μονόδρομες. Από τα κεντρικά διαφραγματο-κροταφικά επίπεδα της CA 1 περιοχής προβάλουν ίνες εμπρόσθια και κοιλιακά στην καλυπτρική ταινία για να καταλήξουν στην κοιλιακή μοίρα της υπερακτινωτής περιοχής του κεντρικού πρόσθιου φλοιού (προμεταιχμιακό σύστημα). Τέλος από τα κροταφικά επίπεδα της CA 1 περιοχής προβάλουν ίνες στην καλυπτρική ταινία, στην υπερακτινωτή περιοχή καθώς και στον πρόσθιο οσφρητικό πυρήνα, τον οσφρητικό βολβό, τον επικλινή πυρήνα, τον βασικό πυρήνα της αμυγδαλής και τις πρόσθιες και ραχιαιοκεντρικές υποθαλάμιες περιοχές (Amaral and Witter 1995). H CA 1 περιοχή παρέχει δύο ενδοϊπποκαμπικές προβολές, μια προς το υπόθεμα του ιππόκαμπου και μια προς τις βαθιές στιβάδες του ενδορινικού φλοιού. Οι άξονες των πυραμιδικών κυττάρων της CA 1 περιοχής διαπερνούν την πολυμορφική στιβάδα και μέσω της σκάφης καταλήγουν στο υπόθεμα. Η προβολή αυτή καταλήγει στο υπόθεμα τοπογραφικά οργανωμένη σε στήλες. Τα πυραμιδικά κύτταρα της CA 1 περιοχής που βρίσκονται πιο κοντά στη CA 2 περιοχή, στέλνουν άξονες στο ακραίο 1/3 του υποθέματος, ενώ αυτά που βρίσκονται ακραία προβάλουν στην περιοχή του υποθέματος που βρίσκεται στο όριο με τη CA 1. H κεντρική μοίρα της CA 1 περιοχής προβάλει στην κεντρική μοίρα του υποθέματος (Εικ. 9). Η προβολή της CA 1 περιοχής στο υπόθεμα χαρακτηρίζεται αποκλίνουσα, διότι κάθε επίπεδο της CA 1 φαίνεται να προβάλει στο 1/3 περίπου της διαφραγμοτο-κροταφικής έκτασης του υποθέματος. (Amaral and Witter 1995). 12

Εικονα 9. Σχηματική παράσταση της προβολής της CA 1 περιοχής στo υπόθεμα. Οι προβολές τριών περιοχών εκκίνησης στο ίδιο εγκάρσιο επίπεδο (αριστερά) ή σε διαφορετικά επίπεδα του επιμήκη άξονα του ιππόκαμπου (δεξιά) παρουσιάζονται με αντίστοιχα χρώματα (Amaral and Witter 1995). Οδοντωτή έλικα Η οδοντωτή έλικα αποτελείται από τρεις στιβάδες. Πλησιέστερα προς την ιπποκαμπική σχισμή υπάρχει μια σχετικώς ακυτταρική στιβάδα, η μοριώδης στιβάδα. Βαθύτερα αυτής υπάρχει η κύρια κυτταρική στιβάδα που λέγεται κοκκοειδής στιβάδα και αποτελείται από τα κοκκοειδή κύτταρα διαταγμένα πυκνά σε στήλες. Οι δύο αυτές στιβάδες σχηματίζουν μία δομή σε σχήμα U ή V, ανάλογα με το διαφραγματο-κροταφικό επίπεδο, περικλείοντας μια κυτταρική στιβάδα (την τρίτη στιβάδα της οδοντωτής έλικας) που ονομάζεται πολυμορφική (Εικ. 4, Εικ. 10). Ο κύριος κυτταρικός τύπος που απαντάται στην οδοντωτή έλικα είναι το κοκκοειδές κύτταρο. Ο αριθμός των κοκκοειδών κυττάρων στην οδοντωτή έλικα του αρουραίου ποικίλει ανάλογα με την ηλικία του ζώου, καθώς και με τον τρόπο κυτταρικής μέτρησης που ακολουθείται, και κυμαίνεται από 0.6 x 10 6 μέχρι 2.2 x 10 6. Η πυκνότητα των κοκκοειδών κυττάρων και το πάχος της κοκκοειδούς στιβάδας ποικίλει ανάλογα με το διαφραγματοκροταφικό επίπεδο. Συγκεκριμένα η πυκνότητα των κυττάρων είναι μεγαλύτερη διαφραγματικά παρά κροταφικά. Το σχήμα τους είναι ελλειψοειδές με πλάτος περίπου 10μm και ύψος 18μm. Μεταξύ των κοκκοειδών κυττάρων δεν παρεμβάλλονται κύτταρα της γλοίας, με αποτέλεσμα να βρίσκονται σε στενή επαφή. Το δενδριτικό δίκτυο (ακανθωτοί δενδρίτες) αυτών των κυττάρων 13

έχει κωνοειδές σχήμα και εξαπλώνεται στο επιφανειακό στρώμα της μοριώδους στιβάδας της οδοντωτής έλικας (Εικ. 10). Εικόνα 10. Τμήμα της οδοντωτής έλικας από εγκάρσια τομή ιππόκαμπου. Φαίνονται τα κοκκοειδή κύτταρα στην κοκκοειδή στιβάδα (GL Granule layer), καθώς και το δενδριτικό τους δίκτυο που εξαπλώνεται στη μοριώδη στιβάδα (ML Molecular layer). Επιπλέον διακρίνεται και η πολυμορφική στιβάδα (PL Polymorphic layer) όπου κατευθύνονται οι άξονες των κοκκοειδών κυττάρων. Κατά μήκος της εν τω βάθει πλευράς της κοκκοειδούς στιβάδας βρίσκονται τα καλαθιοφόρα κύτταρα (basket cells), τα οποία έχουν πυραμιδοειδούς σχήματος κυτταρικά σώματα διαμέτρου 25-30μm και βρίσκονται μεταξύ της κοκκοειδούς και της πολυμορφικής στιβάδας. Ο άξονάς τους διαμορφώνει ένα δίκτυο γύρω από τα σώματα των κοκκοειδών κυττάρων, ενώ τους διακρίνει ένας κορυφαίος μη-ακανθωτός δενδρίτης που εισέρχεται στη μοριώδη στιβάδα και χωρίζεται σε αρκετούς κλάδους και 2-3 βασικοί δενδρίτες που διακλαδίζονται και εισέρχονται στην πολυμορφική στιβάδα. Στην ίδια περιοχή με τα καλαθιοφόρα κύτταρα υπάρχουν και άλλοι κυτταρικοί τύποι με διαφορετικό μέγεθος σώματος και διάταξη των δενδριτών τους, που έχουν λειτουργία ανασταλτικών ενδονευρώνων (GABAεργικοί). Κάποια από αυτά είναι πολυπολικά και έχουν λίγους μη-ακανθωτούς δενδρίτες που εισέρχονται στη μοριώδη και στην πολυμορφική στιβάδα, και τα ακτοειδή κύτταρα που έχουν παρόμοια δενδριτική κατανομή (Amaral and Witter 1995). Η μοριώδης στιβάδα αποτελείται από τους δενδρίτες των κοκκοειδών, των καλαθοειδών, και διάφορων πολυμορφικών κυττάρων καθώς και αξονικά δίκτυα από διάφορες πηγές. Δύο τουλάχιστον τύποι κυττάρων υπάρχουν στη μοριώδη στιβάδα. Κύτταρα βαθιά στη μοριώδη στιβάδα με πολυπολικό ή τριγωνικό σχήμα σώματος με άξονα που φαίνεται να συνεισφέρει στο καλαθοειδές δίκτυο γύρω από το κοκκοειδές κύτταρο. Τα κύτταρα αυτά έχουν μη-ακανθωτούς δενδρίτες που παραμένουν κυρίως μέσα στη μοριώδη στιβάδα. Ο δεύτερος τύπος κυττάρων 14

μοιάζει με τα chandelier αξο-αξονικά κύτταρα που αναγνωρίστηκαν αρχικά στο νεοφλοιό. Ονομάζονται έτσι διότι ο άξονάς τους διασχίζει τη μοριώδη στιβάδα και εισέρχεται στην κοκκοειδή στιβάδα, διακλαδίζεται και καταλήγει στον εκφυτικό κώνο των κοκκοειδών κυττάρων με συμμετρικές συνάψεις. Επειδή αυτά τα κύτταρα εμφανίζονται ανοσοθετικά για δείκτες του GABA όπως η αποκαρβοξυλάση του γλουταμινικού οξέος (GAD) και η παρβαλβουμίνη, θεωρείται ότι παίζουν ρόλο στον ανασταλτικό έλεγχο των κοκκοειδών κυττάρων (Amaral and Witter 1995). Η πολυμορφική στιβάδα περιλαμβάνει μια ποικιλία νευρικών κυττάρων, με πιο κοινά τα βρυώδη κύτταρα (mossy cells). Τα βρυώδη κύτταρα έχουν μεγάλα σώματα (25-35μm) με συνήθως τριγωνικό ή πολυπολικό σχήμα. Τρεις ή περισσότεροι παχείς δενδρίτες ξεκινούν από το σώμα και εκτείνονται σε μεγάλες αποστάσεις στην πολυμορφική στιβάδα. Το κύριο χαρακτηριστικό αυτών των κυττάρων είναι η κάλυψη των άμεσων δενδριτών τους με πολύ μεγάλες και σύνθετες άκανθες που ονομάζονται «ακανθωτά εκφύματα» ( thorny excrescences ) και αποτελούν τις περιοχές απόληξης των βρυωδών ινών. Επιπλέον υπάρχει κι ένας αριθμός ατρακτοειδών κυττάρων με κύριες διαφορές μεταξύ των, τον αριθμό και την πυκνότητα των ακάνθων. Τέλος υπάρχουν μικρά, κυκλικά ή πολυπολικά κύτταρα με αστεροειδές δενδριτικό δίκτυο (μη-ακανθωτοί δενδρίτες) και με τοπικό διακλαδισμένο αξονικό πλέγμα (Amaral and Witter 1995). Εσωτερικό νευρικό δίκτυο της οδοντωτής έλικας Από τον κύριο κυτταρικό τύπο της οδοντωτής έλικας, τα κοκκοειδή κύτταρα, ξεκινούν αμμύελοι άξονες, οι οποίοι περιγράφηκαν από τον Ramon y Cajal και ονομάστηκαν βρυώδεις ίνες. Κάθε βρυώδης ίνα έχει διάμετρο 0,2-0,5μm και διακλαδίζεται σε 7 λεπτότερους κλάδους στην πολυμορφική στιβάδα πριν εισέλθει στην CA 3 περιοχή (Εικ. 4, Εικ 11). Οι κλάδοι που παραμένουν στην πολυμορφική στιβάδα συνάπτονται κυρίως με εγγείς δενδρίτες των βρυωδών κυττάρων και βασικούς δενδρίτες καλαθοειδών κυττάρων. Εικόνα 11. Εγκάρσια τομή ιππόκαμπου όπου διακρίνεται η είσοδος των βρυωδών ινών των κοκκοειδών κυττάρων της οδοντωτής έλικας στην CA 3 περιοχή (Dr. German Barrionuevo, M.D., Department of Neuroscience University of Pittsburgh, Pennsylvania, U.S.A.) 15

Τα κοκκοειδή κύτταρα δέχονται έναν αριθμό ανασταλτικών επιδράσεων από τοπικούς ενδονευρώνες. Αρχικά, τα καλαθιοφόρα κύτταρα δημιουργούν ένα πυκνό πλέγμα GABAεργικών απολήξεων στην οδοντωτή έλικα περιορισμένο στην κοκκοειδή στιβάδα. Οι απολήξεις αυτών των κυττάρων σχηματίζουν συμμετρικές ανασταλτικές συνάψεις, κυρίως στο σώμα και στους κορυφαίους δενδρίτες των κοκκοειδών κυττάρων. Παρόλο το μικρό αριθμό των καλαθοειδών κυττάρων σε σχέση με τα κοκκοειδή, είναι γνωστό ότι το αξονικό τους πλέγμα εκτείνεται περίπου 400μm κατά τον κάθετο άξονα και 1.1mm κατά το διαφραγματο-κροταφικό άξονα, συνεπώς ένα καλαθοειδές κύτταρο επηρεάζει πολλά κοκκοειδή. Επιπλέον τα κοκκοειδή κύτταρα δέχονται ανασταλτική είσοδο από τα αξο-αξονικά chandelier-type κύτταρα της μοριώδους στιβάδας, μέσω συμμετρικών συνάψεων στον εκφυτικό κώνο τους. Τέλος μια άλλη ενδογενής ανασταλτική προβολή στην οδοντωτή έλικα είναι οι GABA-εργικοί νευρώνες που βρίσκονται στην πολυμορφική στιβάδα και συνεκφράζουν το πεπτίδιο σωματοστατίνη. Ένα πυκνό αξονικό δίκτυο αυτών των νευρώνων εξαπλώνεται και στα εξωτερικά 2/3 της μοριώδους στιβάδας δημιουργώντας συνάψεις με τους απομακρυσμένους δενδρίτες των κοκκοειδών κυττάρων (Amaral and Witter 1995). Το εσωτερικό 1/3 της μοριώδους στιβάδας της οδοντωτής έλικας δέχεται μια προβολή αποκλειστικά από κύτταρα της πολυμορφικής στιβάδας. Επειδή οι ίνες αυτής της προβολής προέρχονται τόσο ομόπλευρα όσο και ετερόπλευρα, ονομάστηκε συνειρμική/συναρθρωτική προβολή. Κύρια κύτταρα που συμβάλλουν σε αυτή την προβολή είναι τα μεγάλα βρυώδη κύτταρα της πολυμορφικής στιβάδας, καθένα από τα οποία μπορεί να συνεισφέρει κλάδους τόσο στην συνειρμική όσο και στη συναρθρωτική προβολή. Η πλειοψηφία των απολήξεων αυτής της προβολής σχηματίζουν ασυμμετρικές διεγερτικές συνάψεις με τις άκανθες των δενδριτών των κοκκοειδών κυττάρων. Είναι χαρακτηριστικό ότι η προβολή αυτή είναι περισσότερο ισχυρή σε απομακρυσμένα σημεία της οδοντωτής έλικας σε σχέση με την περιοχή εκκίνησης. Επιπλέον, η συνειρμική προβολή δημιουργεί συνάψεις με GABA-εργικούς καλαθοειδείς νευρώνες οι οποίοι με τη σειρά τους αναστέλλουν τα κοκκοειδή κύτταρα. Συνεπώς η συνειρμική/συναρθρωτική προβολή μπορεί να λειτουργεί ως διεγερτική και ταυτόχρονα ως δισυναπτικώς ανασταλτική. Επιπλέον τα GABA-εργικά κύτταρα που συνεκφράζουν σωματοστατίνη φαίνεται να έχουν ένα τοπικά περιορισμένο δίκτυο απολήξεων. Συνεπώς οι βρυώδεις ίνες που διεγείρουν αυτά τα κύτταρα προκαλούν μια άμεση αναστολή των κοκκοειδών κυττάρων σε μια στενή ζώνη, ενώ ταυτόχρονα μέσω της συνειρμικής οδού προκαλούν διέγερση ή αναστολή σε πιο απομακρυσμένα σημεία της οδοντωτής έλικας (Amaral and Witter 1995). 16

Προσαγωγοι και απαγωγοί οδοί της οδοντωτής έλικας Η οδοντωτή έλικα προβάλει αποκλειστικά στην CA 3 περιοχή του ιππόκαμπου μέσω των βρυωδών ινών που συνάπτονται στους δενδρίτες των πυραμιδικών κυττάρων. Η κύρια είσοδός της προέρχεται από τον ενδορινικό φλοιό, ενώ καμία φλοιική περιοχή δεν προβάλλει απευθείας στην οδοντωτή έλικα. Αντίθετα υπάρχουν είσοδοι από υποφλοιικές περιοχές όπως ο διαφραγματικός πυρήνας, η υπερμαστιακή περιοχή του οπίσθιου υποθαλάμου και κάποιοι μονοαμινεργικοί πυρήνες του εγκεφαλικού στελέχους, κυρίως ο πυρήνας της ραφής και ο υπομέλανας τόπος (Amaral and Witter 1995). Η διαφραγματική προβολή ξεκινά από τον κεντρικό διαφραγματικό πυρήνα και τον πυρήνα της διαγώνιας περιοχής του Broca και φτάνει στον ιπποκάμπειο σχηματισμό μέσω τεσσάρων οδών, του κροσσού, της ραχιαίας ψαλίδας, της υπερτυλώδους ταινίας και του αμυγδαλοειδούς συμπλόκου. Οι διαφραγματικές ίνες καταλήγουν σε όλες τις περιοχές του ιπποκάμπειου σχηματισμού με ιδιαίτερο εντοπισμό στην οδοντωτή έλικα, όπου νευρώνουν έντονα την πολυμορφική στιβάδα και πιο ήπια την μοριώδη στιβάδα. Η προβολή αυτή είναι τοπογραφικά οργανωμένη. Συγκεκριμένα, κύτταρα που βρίσκονται κεντρικά στον κεντρικό διαφραγματικό πυρήνα έχουν την τάση να προβάλλουν σε διαφραγματικά επίπεδα του ιπποκάμπειου σχηματισμού, ενώ κύτταρα που βρίσκονται πιο πλευρικά προβάλλουν σε κροταφικά επίπεδα του ιπποκάμπειου σχηματισμού. Το 30-50% περίπου των κυττάρων του κεντρικού διαφραγματικού πυρήνα και το 50-75% των κυττάρων του πυρήνα της διαγώνιας περιοχής του Broca είναι χολινεργικά. Τα διαφραγματικά επίπεδα της οδοντωτής έλικας και των άλλων ιπποκαμπικών περιοχών λαμβάνουν χολινεργική νεύρωση κυρίως από τον πυρήνα της διαγώνιας περιοχής του Broca, ενώ τα κροταφικά επίπεδα κυρίως από τον κεντρικό διαφραγματικό πυρήνα. Τέλος πολλά από τα κύτταρα του κεντρικού διαφραγματικού πυρήνα που προβάλλουν στην οδοντωτή έλικα και στις άλλες ιπποκαμπικές περιοχές περιέχουν το ένζυμο GAD συνεπώς είναι GABA-εργικά. Οι απολήξεις τους καταλήγουν κυρίως σε μη πυραμιδικά GABA-εργικά κύτταρα (Amaral and Witter 1995). Η κύρια υποθαλαμική προβολή στην οδοντωτή έλικα προέρχεται από ένα πληθυσμό μεγάλων κυττάρων που πλαισιώνουν τον θηλώδη πυρήνα σε μια περιοχή που ονομάζεται υπερθηλώδης. Η υπερθηλώδης προβολή νευρώνει έντονα μια στενή ζώνη της μοριώδους στιβάδας επιφανειακά των κοκκοειδών κυττάρων. Αντίθετα η γενικότερη νεύρωση της μοριώδους και πολυμορφικής στιβάδας είναι ήπια (Amaral and Witter 1995). Η οδοντωτή έλικα δέχεται νοραδρενεργική προβολή από τον υπομέλανα τόπο, η οποία καταλήγει κυρίως στην πολυμορφική στιβάδα. Η σεροτονεργική προβολή που προέρχεται από 17

τον πυρήνα της ραφής καταλήγει επίσης στην πολυμορφική στιβάδα, αλλά περιορίζεται στην περιοχή ακριβώς κάτω από τα κοκκοειδή κύτταρα. Οι σεροτονεργικές ίνες καταλήγουν κυρίως σε μια τάξη ενδονευρώνων της οδοντωτής έλικας που επηρεάζουν κυρίως τους απομακρυσμένους δενδρίτες των κοκκοειδών κυττάρων. Επίσης η οδοντωτή έλικα δέχεται μικρή και διάχυτη ντοπαμινεργική προβολή που προέρχεται από κύτταρα της κοιλιακής καλυπτρικής περιοχής (Amaral and Witter 1995). Η μόνη έξοδος της οδοντωτής έλικας είναι η προβολή μέσω των βρυωδών ινών στη CA 3 περιοχή. Ασχέτως της θέσης των κοκκοειδών κυττάρων, οι βρυώδεις ίνες εξαπλώνονται σε όλο τον κάθετο άξονα της CA 3. Οι βρυώδεις ίνες είναι γλουταμινεργικές, κάποιες όμως περιέχουν και οπιοειδη πεπτίδια όπως δυνορφίνη. Μια βρυώδης ίνα μπορεί να δημιουργήσει μέχρι και 37 συνάψεις με ένα δενδρίτη πυραμιδικού κυττάρου. Κάθε κοκκοειδές κύτταρο μπορεί να επηρεάζει 14-28 πυραμιδικά. Αντίθετα κάθε πυραμιδικό κύτταρο μπορεί να δεχτεί είσοδο από 50 περίπου κοκκοειδή κύτταρα (Amaral and Witter 1995). Ενδονευρώνες του ιππόκαμπου Οι ενδονευρώνες του ιππόκαμπου ή διαφορετικά nonprincipal (δευτερεύοντες) νευρώνες στην πλειοψηφία τους είναι GABA-εργικοί και πολύ ετερογενείς. Απόδειξη για την ύπαρξη του GABA ήταν το εύρημα των Ribak και συνεργατών το 1978, ότι στους ενδονευρώνες υπάρχει το ένζυμο αποκαρβοξυλάση του γλουταμικού οξέος (GAD) το οποίο εμπλέκεται στη σύνθεση του GABA (Ribak et al. 1978). Πρόκειται για κύτταρα που έχουν ένα περιορισμένο τοπικά δίκτυο, αλλά κάποιοι από αυτούς εκτός από τους τοπικούς κλάδους μπορεί να προβάλλουν και έξω από τον ιππόκαμπο ή και στον αντίπλευρο ιππόκαμπο. Δημιουργούν συνάψεις με τα πυραμιδικά κύτταρα (κύριοι νευρώνες) αλλά και με άλλους ενδονευρώνες (Sik et al. 1995; Gulyas et al. 1999), σχηματίζοντας δίκτυα αμοιβαίας αναστολής, σημαντικά στη δημιουργία ορισμένων ρυθμών (Wang and Buzsaki 1996). Οι ενδονευρώνες του ιππόκαμπου έχουν τεράστια ποικιλία στη μορφολογία, τη συνδεσμολογία και ακόμη περισσότερο τους νευροχημικούς δείκτες τους. Ο πιο κοινός διαχωρισμός μεταξύ των ενδονευρώνων έγκειται στη νεύρωση της δενδριτικής ή της περισωματικής περιοχής των πυραμιδικών κυττάρων. Περισωματική αναστολή ασκούν κυρίως τα καλαθιοφόρα κύτταρα. Τα σώματά τους εντοπίζονται συνήθως στην πυραμιδική στοιβάδα ή στο όριο με την πολυμορφική. Οι δενδρίτες τους εκτείνονται στην πολυμορφική και την ακτινωτή στοιβάδα και οι άξονές τους διακλαδίζονται και σχηματίζουν «καλάθια» γύρω από τα σώματα των πυραμιδικών κυττάρων. Επιπλέον τα αξο-αξονικά κύτταρα ασκούν επίσης περισωματική αναστολή. Εντοπίζονται σε παρόμοιες θέσεις με τα καλαθιοφόρα με μόνη διαφορά την έκταση του άξονά τους σε μια λεπτή ζώνη στο όριο πυραμιδικής και 18

πολυμορφικής στοιβάδας, ο οποίος καταλήγει και συνάπτεται στoν εκφυτικό κώνο των πυραμιδικών κυττάρων. Δενδριτικά ανασταλτικά κύτταρα είναι τα διστρωματικά κύτταρα των οποίων οι δενδρίτες και οι άξονες εντοπίζονται στην ακτινωτή και πολυμορφική στιβάδα και τα κύτταρα O-LM (oriens - lacunosum moleculare) με σώματα και δενδρίτες στην πολυμορφική στοιβάδα και άξονες στην μοριώδη-βοθριώδη στοιβάδα (Freund and Buzsaki 1996) (Εικ. 12). Εικόνα 12. Κύριοι τύποι ενδονευρώνων που ασκούν περισωματική ή δενδριτική αναστολή. Bis διστρωματικά, Axo αξο-αξονικά, Basket καλαθιοφόρα, SO-πολυμορφική στιβάδα, SP-πυραμιδική στιβάδα, SR-ακτινωτή στιβάδα, SLM-μοριώδης-βοθριώδης στιβάδα. Οι μαύροι κύκλοι συμβολίζουν το σώμα των ενδονευρώνων, οι μαύρες γραμμές την έκταση των δενδριτών τους και τα σκιασμένα παραλληλόγραμμα την έκταση του αξονικού τους δικτύου. Δεξιά απεικονίζεται ένα πυραμιδικό κύτταρο (Pawelzik et al. 2002). Υπάρχουν σημαντικές φυσιολογικές και μορφολογικές διαφορές μεταξύ περισωματικής και δενδριτικής αναστολής. Η δενδριτική αναστολή ελέγχει την αποτελεσματικότητα, την ειδικότητα και την πλαστικότητα των διεγερτικών συνάψεων στα πυραμιδικά κύτταρα, ενώ η περισωματική αναστολή ελέγχει την έξοδο, συγχρονίζοντας την πυροδότηση δυναμικών ενέργειας μεγάλων πληθυσμών πυραμιδικών κυττάρων (Freund 2003). Οι περισωματικές απολήξεις είναι μεγαλύτερες σε μέγεθος από τις δενδριτικές. Επιπλέον ένας ενδονευρώνας που ασκεί περισωματική αναστολή έχει απολήξεις σε μικρή απόσταση μεταξύ τους στο σώμα ενός πυραμιδικού κυττάρου. Αντίθετα οι απολήξεις δενδριτικών ανασταλτικών κυττάρων απέχουν πολύ μεταξύ τους και μπορεί συχνά να καταλήγουν σε διαφορετικούς δενδρίτες. Τα ανασταλτικά μετασυναπτικά δυναμικά (IPSPs) των περισωματικών ανασταλτικών κυττάρων έχουν πιο γρήγορη κινητική από αυτά των δενδριτικών. Επιπλέον η συχνότητα πυροδότησης των δενδριτικών ανασταλτικών κυττάρων είναι μικρότερη από αυτή των περισωματικών (Miles et al. 1996). 19

Οι κύριοι υποπληθυσμοί των GABAεργικών ενδονευρώνων στον ιππόκαμπο του επίμυος μπορούν να διακριθούν επιπλέον με βάση την Ca 2+ - δεσμευτική τους πρωτεΐνη και το νευροπεπτίδιο το οποίο φέρουν. Οι πιο βασικοί μάρτυρες που τους χαρακτηρίζουν είναι η συνθετάση του νιτρικού οξέος (NOS), η καλρετινίνη (CR), η σωματοστατίνη (SS), η παρβαλβουμίνη (PV), η χολεκυστοκινίνη (CCK), το αγγειοενεργό εντερικό πολυπεπτίδιο (VIP) και η καλβιδίνη (calbindin) (Nomura et al. 1997). Οι ενδονευρώνες που περιέχουν παρβαλβουμίνη (PV) είναι τα καλαθιοφόρα και τα αξο-αξονικά κύτταρα τα οποία ασκούν ισχυρή περισωματική αναστολή και ελέγχουν την δημιουργία δυναμικών ενέργειας, συνεπώς ρυθμίζουν την έξοδο των πυραμιδικών κυττάρων (Kosaka et al. 1987; Freund 2003). Η χολεκυστοκινίνη (CCK) περιέχεται σε καλαθιοφόρα κύτταρα που ασκούν επίσης περισωματική αναστολή (Freund 2003). Οι ενδονευρώνες που περιέχουν καλβιδίνη (CB κύτταρα) έχουν αξονικό δίκτυο που επικαλύπτει τις παράπλευρες ίνες του Schaffer στην δενδριτική περιοχή των πυραμιδικών κυττάρων και ασκούν έλεγχο στη δημιουργία των δενδριτικών μετασυναπτικών δυναμικών (Gulyas and Freund 1996). Τέλος κύτταρα που περιέχουν καλρετινίνη βρίσκονται σε όλες τις περιοχές και τις στιβάδες στον ιππόκαμπο και σχηματίζουν δενδρο-δενδριτικές ή αξο-δενδριτικές επαφές μεταξύ τους, ενώ νευρώνουν επιλεκτικά άλλους ενδονευρώνες. Αυτός ο τρόπος σύνδεσής τους φαίνεται να παίζει ρόλο στη δημιουργία τοπικής ρυθμικής δραστηριότητας (Gulyas et al. 1996). Κύριο ενδιαφέρον παρουσιάζουν τα καλαθιοφόρα κύτταρα τα οποία ασκούν περισωματική αναστολή και μπορούν να διακριθούν σε δύο τουλάχιστον τύπους: σε αυτά που φέρουν την ασβεστιοδεσμευτική πρωτεΐνη παρβαλβουμίνη (PV) και αυτά που φέρουν την ορμόνη/διαβιβαστή χολεκυστοκινίνη (CCK) και/ή το αγγειοενεργό εντερικό πεπτίδιο (VIP) (Freund 2003). Τα μορφολογικά χαρακτηριστικά είναι κοινά για τους δύο παραπάνω τύπους κυττάρων. Οι δενδρίτες τους εκτείνονται σε όλες τις στιβάδες, αλλά πιο αραιά στη μοριώδηβοθριώδη στιβάδα υποδεικνύοντας ήπια νεύρωση από τον ενδορινικό φλοιό. Το αξονικό τους δίκτυο περιορίζεται κατά το μέγιστο ποσοστό στην πυραμιδική στιβάδα και καταλήγει στα σώματα και στους εγγείς δενδρίτες των πυραμιδικών κυττάρων (Εικ. 12, Εικ. 13). Εικόνα 13. Σχηματική παράσταση καλαθιοφόρου κυττάρου. Με έντονο μαύρο χρώμα απεικονίζονται οι δενδρίτες που εξαπλώνονται στην πολυμορφική (SO) και την ακτινωτή (SR) στιβάδα, ενώ με γκρι χρώμα παριστάνεται το αξονικό δίκτυο, το οποίο περιορίζεται στην πυραμιδική στιβάδα. Κάτω δεξιά φαίνεται μία εγκάρσια τομή ιππόκαμπου. Το αστεράκι υποδηλώνει τη θέση του εικονιζόμενου ενδονευρώνα (Pawelzik et al. 2002). 20