Az idegrendszer plaszticitása röviden változásra való képességét jelenti

Az idegrendszer plaszticitása röviden változásra való képességét jelenti Több megjelenési formája van, pl. szerkezeti/morfológiai plaszticitás, funkcionális plaszticitás Speciális formája a tanulás (sejtszintű mechanizmusa az LTP, LTD) Nature vs. nurture Nurture is stronger than nature (?) DEVELOPMENTAL PLASTICITY Genetikailag determinált, vagy a tanulás/környezet hatásai érvényesülnek-e elsődlegesen? - Sejtszám szabályozás (pre-és posztnatalis) - Axonal pathfinding - Dendritic modelling and remodelling - Synaptic development + overshot - Synaptic stabilization - Kritikus időszak (látó-és szomaszenzoros) - Reaktív szinaptogenezis (axon és dendrit) - Üres szinapszisok reszaturációja - Adaptív (funkcionális) dendritikus atrophia - Neurokémiai plaszticitás - neurotranszmitterek - pre- és posztszinaptikus receptorok

A kisagy pre-és posztnatalis fejlődése

A kisagykéreg szerkezete Rétegei: molekuláris réteg ganglionáris réteg (Pu-sejtek) szemcsesejt réteg Sejttipusai: Purkinje sejtek szemcse-sejtek unipolaris ecsetsejtek Golgi-sejtek Lugaro sejtek kosár-sejtek csillag sejtek Bemenetei: Climbing fibers (kúszórostok) Mossy fibers (moharostok)

A patkány kisagy fejlődése I.

A patkány kisagy fejlődése II.

Gének szabályozzák a kisagy sejtes szerkezetének kialakulását

Sejtek vándorlása a fejlődő kisagyban I.

Sejtek vándorlása a fejlődő kisagyban II.

A Purkinje sejtek és a kisagyi magok sejtjeinek vándorlása a patkány kisagy fejlődése során

A kisagylebenyek fejlődése térben és időben szabályozott, a különböző sejt-klaszterek migrációja és integrációja során.

A kisagylebenyek fejlődése térben és időben szigorúan szabályozott menetrend szerint lejátszódó folyamat

A kisagylebenyek fejlődése a születés után C57Bl/6 egérben A képek a Purkinje sejtek laminájának kamera lucidával készült rajzai különböző postnatalis időpontokban

Migráló Pukinje sejtek újszülött macska kisagyában (mglur1 immunoreakció)

Changes of the number of Purkinje cells in the ganglionic layer of the cat cerebellum after birth No cells x 10 6 2.4 1.8 1.2 0.6 PO P42 P72 Ad 1.141 + 0.089 1.705 + 0.094 1.896 + 0.103 1.429 + 0.084

A kisagykéreg szerkezete Rétegei: molekuláris réteg ganglionáris réteg (Pu-sejtek) szemcsesejt réteg Sejttipusai: Purkinje sejtek szemcse-sejtek unipolaris ecsetsejtek Golgi-sejtek Lugaro sejtek kosár-sejtek csillag sejtek Bemenetei: Climbing fibers (kúszórostok) Mossy fibers (moharostok)

Kúszó rostok (climbing fibers) plaszticitása felnőtt

EGL (külső szemcsés réteg) proliferáció Szemcsesejtek proliferációja és migrációja ptkány kisagyában a születés után migráció

DCX (doublecortin) expressziójának változása C57Bl6 egerek kisagykérgében

A fejlődő kisagykéreg szerkezetének (rétegvastagságok) változása a születés után C56Bl/6 egérben

DCX immunofestés a fejlődő kisagykéregben

Parvalbumin immunreaktív sejtek a fejlődő kisagykéregben Félvékony metszetek, toluidinkék festés, fejlődő kisagykéreg

A PA immunoreaktív interneuronok számának és denzitásának változása fejlődő kisagykéregben C57Bl6 egérben

Number of LC s/sectio Average number of migrating LCs/section at different postnatal ages 10 8 6 4 2 0 P1 P8 P15 P22 P42 P62-72 P135 Age (postnatal days)

Table 2. Approximation of the total number of migrating Lugaro cells in the cerebellum at different postnatal days Postnatal days Volume of sections (mm 3 ) Volume of the cerebellum* (mm 3 ) Number of LCs in the sections Approximate number of migrating LCs in the whole cb P1 28.81 476 56 900 P8 49.08 710 185 2700 P15 59.58 1068 330 6000 P22 87.31 1436 217 3600 P42 120.33 1628 211 2900 P62-72 115.87 2076 86 1500 P135 96.80 2460 32 800 *Calculated as the ratio of the mass of the cerebellum (measured before sectioning) and the density of cerebellar tissue (1g/cm 3 )

Graph 2. Density of LCs presented in function of the distance from the midsagittal plane in the two halves of the vermis.

Table I. Appearance and relative density of mglur1a immunoreactive UBCs in the cerebellar cortex of kittens in the vermis, in the transitory zone between the vermis and hemisperium and in the neocerebellum postnatal s e c t i o n a l p l a i n s days Midsagittal Transitory zone Neocerebellum --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- P0 0 0 0 P1 +/---- 0 0 P8 +/-- +/---- 0 P15 + + /- + /- + P22 + + +/ + + + + P42 + + + + + + + P62 + + + + + + + + + + P132 + + + + + + + + + + + + + + adult + + + + + + + + + + + + + + + Takács et al., JNR 61:107-115 (2000)

A Purkinje sejtek dendrittüskéin parallel rostok szinaptizálnak

A kisagykéreg szerkezetének változása a születés után patkányban

A Purkinje sejt dendrittüskéinek születés utáni fejlődése J. Neuroscience Res.

A kisagy fejlődése során a Purkinje sejtek dentrit-tüskéi a szükségesnél nagyobb számban találhatók néhány héttel a születés után (túlkínálat), majd számuk csökken (elimináció) és kialakul az optimálisan működő kisagyi neuronhálózat (stabilizáció).

A fejlődő kisagy szinaptikus plaszticitása - aszimmetrikus, jobbra (az időben) elnyújtott Gauss-görbe (szinaptikus túlkínálat, ami a működés során stabilizálódik) - a patkány (rágcsálók) agyában meglepően hosszú ideig tart (90+, ivarérettség után is!) - a csecsemő/kisgyermek mozgásfejlődése emberben is az egyik leghosszabb posztnatalis fejlődési periódus, (korábbi vizsgálatok szerint kb. 10 éves korig, újabb megfigyelések alapján akár 18 éves korig is tarthat) - ha a fejlődés egyes periódusai (pl. a négykézláb mászás) kimaradnak, a mozgás minősége (ügyesség, egyensúlyozás stb.) rosszabb lesz, zavartalanul fejlődő kisgyermek mozgásával összehasonlítva

A csecsemő születésétől fogva szigorú, sorrendjüket illetően genetikailag meghatározott mozgásmintázatok elsajátításával nyomul be a gravitációs térbe, idegrendszere és mozgásszervei fejlődésével összhangban. A folyamat a fej emelésével kezdődik, a felső végtagokra támaszkodó homorítással, majd a forgással, üléssel, feltápászkodással folytatódik, és a lábra állással, valamint a járással fejeződik be. Ezzel ellentétben a jellegzetes humán mozgásmintázatok valamennyi konfigurációja, mint a vertikalizáció, kúszás, bipedális lépkedés, elemi formában jelen van a születéstől kezdve, és meghatározott helyzetekben aktiválható. Berényi M, et al. (2011) Clinical Neuroscience 64(7-8) 239-24

A levegőben ülés, és a mozgásminta kiválthatósága különböző korú csecsemőkben Berényi M, et al. (2011) Clinical Neuroscience 64(7-8) 239-24

Anencephal, majd hydranencephal fiatal csecsemőkön kimutatták, hogy az elemi mozgásmintázatok a nagyagykéreg teljes vagy motoros területeinek hiányában is kiválthatóak, ha a basalis ganglionok épen maradtak Az elemi mozgásmintázatok előhívhatósága elsősorban a vestibularis és basalisganglion-rendszer, illetve a formatio reticularis épségén múlik. Berényi M, et al. (2011) Clinical Neuroscience 64(7-8) 239-24

A lejtőn kúszás, és a mozgásminta kiválthatósága különböző korú csecsemőkben Berényi M, et al. (2011) Clinical Neuroscience 64(7-8) 239-24

Az elemi járás, és a mozgásminta kiválthatósága különböző korú csecsemőkben Berényi M, et al. (2011) Clinical Neuroscience 64(7-8) 239-24

Fentiekből arra következtethetünk, hogy a humán mozgásformák végrehajtási tervvázlata veleszületett, és a végleges mozgásformák ezek közreműködésével alakulnak ki. A 300-400 grammos csecsemőagyban már olyan ideghálózatok működnek, amelyek egész sor izom, illetve izomcsoport tónusát különböző sztereotip, automatikus mozdulat-kombinációk végrehajtására mozgósítják. Az elemi mozgásmintázatok fokozatos leváltására jellemző, hogy a levegőben felülés és a fejemelés nem váltható ki azt követően, hogy a spontán vertikalizáció már önállóan létrejön. Az elemi kúszás sem hozható létre többé a spontán kúszás megjelenésekor. Az elemi mozgásmintázatok végleges mozgásmintázatokká történő átalakulási sorrendjében utoljára marad az elemi járás, amely még 6-8 hónapos korban is kiváltható. Az elemi mozgásmintázatok előhívhatósága elsősorban a vestibularis és basalisganglion-rendszer, illetve a formatio reticularis épségén múlik. Az elemi mozgásmintázatok kiváltása rendszeresen felhasználható diagnosztikai és prognosztikai célra. Hiánytalan működésük biztosíték arra, hogy a későbbi, végleges mozgásmintázatok is akadálymentesen létrejönnek. Berényi M, et al. (2011) Clinical Neuroscience 64(7-8) 239-24

Az elemi mozgásmintázatok, mint a spontán mintázatok fejlôdéstani elôzményei, nemcsak diagnosztikai és speciális prognosztikai, hanem terápiás célra is alkalmazhatók. Rendszeres gyakoroltatásuk minden alkalommal szembeállítja az elemi mozgásmintázatok kivitelezéséhez szükséges izomtónus-konfiguráció genetikailag megalapozott tervét a végrehajtásukat gátló kóros izomtónussal. Kezelés közben a csecsemő központi idegrendszere az, amely az izomtónus-szabályozást gyakoroltatja a csak elégtelenül, kórosan aktiválható elemi mozgásmintákkal. A rendszeres gyakorlás azonban fokozatosan javítja az elemi mintázatok végrehajtását, ami előkészíti a spontán, végleges mozgásminták megfelelő kialakulását. Az első hetekben kezdett kezelés a leghatékonyabb, tekintettel az agyi plaszticitás állapotára. Súlyos mozgásbeli károsodás is rendbe hozható a terápiás program maradéktalan betartásával. Az elemi mozgásminták, mint a speciális humán mozgásfejlôdés letéteményesei, messzemenően alkalmasnak bizonyultak a veszélybe került akaratlagos humán mozgások gyógykezelésében. Berényi M, et al. (2011) Clinical Neuroscience 64(7-8) 239-24

Az idegsejtek pusztulásának formái

Az apoptozis molekuláris mechanizmusa