Welke factoren beïnvloeden de groei van axonen?
Axongroei en de factoren die het beïnvloeden spelen een belangrijke rol bij het bepalen van het circuit van de hersenen. Moleculaire gradiënten en concentraties, evenals schietpatronen, helpen de richting voor axonale groei te bepalen en waar dat axon zijn synapsen vormt. Een belangrijke inspanning die binnen de wetenschappelijke gemeenschap wordt geleverd, is gericht op het catalogiseren en creëren van een uitgebreid overzicht van alle factoren die axon-groei bepalen. Het proces van axongroei en de bijbehorende synapsvorming bepalen welke cellen in de hersenen rechtstreeks met elkaar communiceren en hoe informatie wordt verwerkt.
Semaphorins en plexines zijn klassen van moleculen die tot expressie worden gebracht in de hersenen. Ze kunnen worden uitgedrukt als liganden op celoppervlakken of als vrij zwevende, vrijgegeven moleculen die moleculaire dichtheidsgradiënten in de hersenen vormen. Bij bepaalde concentraties hebben ze het vermogen om axonen van bepaalde celtypen aan te trekken om naar hen toe te groeien en bij andere concentraties hebben ze het vermogen om als afstotende middelen te fungeren. Dit stelt hen in staat om te fungeren als gidsen tijdens axon-groeifasen, maar om te voorkomen dat alle lokale axonen eenvoudig naar de cel worden getrokken om de moleculaire geleidingsmoleculen vrij te geven.
Er zijn nog meer axon-groeiverbindingen tot uitdrukking gebracht in het adagium, "cellen die samen vuren, verbinden elkaar." Dat wil zeggen dat cellen van bepaalde klassen of cellen die een bepaalde klasse van informatie verwerken, een bepaalde waarschijnlijkheid hebben om synapsen te vormen met andere cellen in motieven van neurale circuits. Dit fenomeen creëert herhaalde schakelingspatronen in de hersenen, die wetenschappers kunnen gebruiken om te helpen begrijpen hoe de hersenen informatie verwerken.
Heel vroeg in de cellulaire ontwikkeling heeft een neuron veel ongedifferentieerde neurieten. Deze cellulaire somatische processen blijven onbepaald totdat bepaalde omstandigheden zich voordoen, zoals contact met andere nabijgelegen cellen of blootstelling aan bepaalde moleculen of groeifactoren die differentiatie veroorzaken, waarbij één neuriet een axon wordt en de resterende neurieten op de cel soma zich ontwikkelen als dendrieten. Wanneer dit gebeurt, begint de neuriet die het axon wordt, zich uit te breiden en axon-achtige kenmerken te ontwikkelen. Deze kenmerken omvatten een gebrek aan dendritische stekels, een dunner uiterlijk dan de andere neurieten en gemeenschappelijke terminale arborisaties.
Tijdens de ontwikkeling van de hersenen hebben axonen ook de neiging om te groeien in richtingen die later worden weggesnoeid als het organisme rijpt. Dit wordt beschouwd als een evolutionaire terugslag, omdat deze ingangen misschien ooit zijn gebruikt, maar niet meer zijn, ongeveer op dezelfde manier als een menselijke foetus een staart ontwikkelt, maar dat kenmerk verdwijnt snel. Hoewel het misschien overbodig lijkt om axongroei alleen te laten ontwikkelen om consequent teruggesnoeid te worden, moet men rekening houden met de vele factoren die de manier hebben bepaald waarop neurale circuits zijn gevormd. Een beetje schijnbaar redundantie in ontwikkeling kan zijn eigen toepassingen hebben die momenteel het wetenschappelijk begrip te boven gaan.