Bevezetés a központi idegrendszer élettanába. Témák

Átírás

1 Bevezetés a központi idegrendszer élettanába Dr Berényi Antal Szegedi Tudományegyetem Élettani Intézet Április 1. 1 Témák I. rész: Az idegtudomány keretrendszere II. rész: Idegsejthálózatok kapcsolatrendszere III. rész: Kommunikáció az idegsejthálózatokban IV. rész: Klinikai vonatkozások 2 1

2 Az idegtudomány területei 3 Az alapvető kérdések 4 2

3 Az alapvető kérdések Mi a tudat / öntudat? Mely fajok rendelkeznek tudattal? Mitől tudatos egy agy/egyed? Mennyire stabil a tudat? Egy összetett rendszer megjelenő tulajdonsága (Emergent property of an extremely complex system) Struktúra ÉS működés! 5 A tudat megtestesülése Internalizáció Tudat / Öntudat Élőlény Inger Bemenet (Érzékszervek) Észlelet (percept) Interpretációs keretrendszer Akarat/szándék (will) Tett Kimenet (Motor rendszerek) Memória (Korábbi tapasztalatok) 6 3

4 A systems neuroscience területei Szenzoros rendszerek (Látás, hallás, ízérzékelés, szaglás) Motoros rendszerek (skeletomotor, beszéd, visceromotor) Érzelmek idegtudománya Vegetatív idegrendszer Memoria és térbeli tájékozódás Tudat és alvás 7 8 4

5 Diffusion MRI leipzig.de 10 5

6 x 11 Xiao et al. Neur. Reg. Res.,

7 Retikuláris teória Camillo Golgi 13 Santiago Ramón y Cajal 14 7

8 15 Neuron doktrina (Cajal vs Golgi 1906) 16 8

9 Immunhisztokémia N terminal EF hand calcium binding protein Immunhisztokémia 18 9

10 Brainbow 19 Weissman et al, Nature, wired.co.uk 10

11 21 wired.co.uk Hogyan jelölhetőek az idegpályák? 22 11

12 23 24 Ohara et al, Front Neurosci,

13 Intakt agyszövet leképezése: Clarity 25 Mi az a connectome? 26 13

14 27 Connectomics 28 14

15 Hálózattudomány (Network science)

16

17

18 Redundancia 35 Melyik az optimális arhitektúra? 36 18

19 Small world networks (kisvilág hálózatok) Skálafüggetlen hálózatok Szabályos Small world Véletlenszerű hálózat network hálózat Véletlenszerűség Gazdaságtalan Gazdaságos Gazdaságtalan L (távolság) log N 37 Small world networks (kisvilág hálózatok) Skálafüggetlen hálózatok Hat lépés távolság (1929 Karinthy Frigyes) A nehezebb feladatot: egy szögecselő munkást a Ford művek műhelyéből, ezek után magam vállaltam, és négy láncszemmel szerencsésen meg is oldottam. A munkás ismeri műhelyfőnökét, műhelyfőnöke magát Fordot, Ford jóban van a Hearst lapok vezérigazgatójával, a Hearst lapok vezérigazgatójával tavaly alaposan összeismerkedett Pásztor Árpád úr, aki nekem nemcsak ismerősöm, de tudtommal kitűnő barátom csak egy szavamba kerül, hogy sürgönyözzön a vezérigazgatónak, hogy szóljon Fordnak, hogy Ford szóljon a műhelyfőnöknek, hogy az a szögecselő munkás sürgősen szögecseljen nekem össze egy autót, éppen szükségem lenne rá. Karinthy: Láncszemek Milgram kísérlet Microsoft Facebook Erdős szám (Erdős Pál): 38 19

20 Kis világok az agyban 39 Kis világok az agyban 40 Chan et al, 2014, PNAS 20

21 III. rész: Hogyan kommunikálnak egymással ezek az alhálózatok? 41 Többféle idegsejt típus létezik 42 21

22 Szentágothai János Kérgi kolumna 43 A hippocampusz interneuronjai Klausberger and Somogyi, Science,

23 Kémiai szinapszis Idegsejtek interakciói Serkentés Gátlás Neuromoduláció Elektromos szinapszis Ephaptikus kapcsolás 45 Kémiai szinapszis Szimmetrikus és aszimmetrikus szinapszis 46 23

24 A gátló interneuronok szerepe 47 Feed forward és feed back inhibíció 48 24

25 A: Axo somatic B: Axo axonic A szinapszisok helye Pre synaptic inhibition C: Axo dendritic D: Dendro somatic E: Dendro dendritic Retina, olfactory bulb 49 A dendriteken nagyszámú tüskének (spine) nevezett kinövés található 50 25

26 A dendrittüskék önálló microcomputerek Tønnesen et al, Front Psych, Szinaptikus plaszticitás a tanulás alapjai LTP: Long term potentiation LTD: Long term depression Synaptogenesis 52 26

27 LTP/LTD/synaptogenesis 53 A dendritek is képesek AP generálásra (főként antidrómikus) 54 Casale and McCormick, J Neurosci,

28 Tripartit szinapszis (neuroglia) De Pittá et al, Front. Comput. Neurosci,

29 Az asztrociták Ca hullámok segítségével (is) kommunikálnak egymással 57 Elektromos szinapszis 58 29

30 Sejtfelbontású connectome? Túl sűrű a térképezéshez 59 Csak interneuronok 60 30

31 Automatizált szövettan Jeff Lichtmann (Harvard) Napi 1000 szelet; 30 nm vastagság

32 TB adat 64 32

33 Ephaptikus kapcsolás 65 Mezőpotenciálok (LFP): Az idegsejtaktivitás hatása az extracelluláris térre 66 33

34 Ephaptikus kapcsolás a populációs aktivitás és az egyes idegsejtek között 67 IV. rész: Klinikai vonatkozások 68 34

35 Hogyan tudjuk a szinkronitás fokát mérni? 69 Az agyi aktivitás mérésének neminvazív lehetőségei 70 35

36 Electroencephalográfia (EEG / ECoG)

37 Mezőpotenciálok és akciós potenciálok

38 Oszcillációk 75 Az oszcillációk eredete Headley and Paré, Sci Learn,

39 Az oszcillációk eredete Headley and Paré, Sci Learn, Az oszcillációk eredete Headley and Paré, Sci Learn,

40 Kommunikáció az oszcillációkon keresztül 79 Oszcillopátiák Epilepszia Depresszió ADHD Szorongás OCD Alzheimer kór 80 40