Biologiczne mechanizmy zachowania I. Anatomia funkcjonalna...

Biologiczne mechanizmy zachowania I.

Anatomia funkcjonalna mózgu

Karolina Świder

Zakład Psychofizjologii UJ

1

BMZ I

2

- 30 godz. wykładów + 30 godzin ćwiczeń egzamin testowy

- obecność na ćwiczeniach: 2 dozwolone, nieusprawiedliwione

nieobecności

- materiały dostępne na stronie: http://zpf.psychologia.uj.edu.pl

- Hasło: student/zpfip

- lektura:

Systemie Zarządzania Badaniami

Instytutu Psychologii

UJ.

3

• Osoby zarejestrowane otrzymują, za pomocą newslettera,

zaproszenia do wzięcia udziału w aktualnie prowadzonych

badaniach w Instytucie Psychologii.

• Uczestnictwo w programie badań jest gratyfikowane w dwojaki

sposób. Za udział w badaniach można otrzymać albo punkty albo

wynagrodzenie, w zależności od deklaracji prowadzącego badanie.

• Po uzbieraniu odpowiedniej liczby punktów można otrzymać

zaliczenie w ramach kursu „Udział w badaniach naukowych w

psychologii” (3 punkty ECTS).

• Rejestracji w systemie należy dokonać pod tym adresem:

http://badania.psychologia.uj.edu.pl/new/site/login

Biologiczne mechanizmy zachowania I. Anatomia funkcjonalna mózgu

(ćwiczenia)

Biologia komórki (R2 i R3 z podręcznika):

1. Budowa komórki nerwowej

2. Potencjał czynnościowy i spoczynkowy

3. Przekaźnictwo chemiczne

Podstawy neuroanatomii:

4. Terminologia, podział układu nerwowego, anatomia rdzenia kręgowego

5. Anatomia pnia mózgu

6. Anatomia kresomózgowia, cz.1

7. Anatomia kresomózgowia, cz. 2

Układy funkcjonalne:

8. Układy neuromodulacyjne

9. Układ czucia somatycznego

10. Układ słuchowy i czucie równowagi

11. Budowa układu wzrokowego i mechanizmy fotorecepcji

12. Mechanizmy kontroli ruchowej

pytania???

4

BIOLOGICZNE MECHANIZMY

ZACHOWANIA

I. ANATOMIA FUNKCJONALNA MÓZGU

1. Budowa komórki nerwowej - Biologia komórki

5

Mózg gości w naszych ciałach na

dość szczególnych warunkach…

• ochrona mechaniczna mózgu

• ochrona biochemiczna mózgu

• zapotrzebowania energetyczne mózgu

6

Ochrona mechaniczna:

7kości czaszki i opony mózgu

Płyn mózgowo-rdzeniowy

• Przejrzysta ciecz, która wypełnia przestrzeń

podpajęczynówkową, układ komorowy i kanał rdzenia kręgowego (ok.

135 ml)

• Podlega czterokrotnej wymianie w ciągu 24 h

8

Funkcja:

- amortyzacja

- wyrównywanie zmian ciśnienia wewnątrz czaszki

(krążenie)

Ochrona

biochemiczna

• BARIERA KREW-MÓZG

• BLOOD-BRAIN BARRIER, BBB

pl… Bariera hematoencefaliczna

• Specyficzna budowa oraz właściwości

biochemiczne

śródbłonka naczyń mózgowych +

komórki glejowe.

9

- co nią jest?

- po co?

Co dostaje się do

mózgu, a co nie…tkanka mózgu

Połączenie

ścisłe (tight

junction)

Komórka

śródbłonka

tkanka mózgu 10

Aby substancja mogła przedostać

się do mózgu musi wniknąć do

komórek śródbłonka i przejść przez

ich cytoplazmę:

• Transport bierny (dyfuzja)

– O2, CO2, H20, cząsteczki

rozpuszczalne w tłuszczach z

których są zbudowane ściany

kapilar (heroina, morfina, nikotyna,

kannabinol, leki psychiatryczne)

• Transport czynny

– Peptydy i białka regulacyjne

– glukoza, niektóre witaminy i

hormony;

oksytocyna, opiaty, insulina,

somatostatyna, aminokwasy, kwasy

tłuszczowe, jony sodu i potasu,

niektóre leki

Wymagania energetyczne

• mózg waży 1,2-1,5 kg (mniej niż 1% wagi ciała)

• 15% krwi krążącej przepływa przez mózg

• jednocześnie zużywa:

– 25% puli tlenowej

– 20% energii (i to jedynie cukrów = glukozy)

– pobór cukru jest insulino-niezależny

11

Mózg nie czeka ze swoja aktywnością na duże stężenie

glukozy we krwi, jeśli jest jej za mało, uruchamiane są

inne pokłady energii, np. glikogen, skrajnie nawet tłuszcze

! Tiamina – niezbędna do metabolizmu glukozy

Stopień złożoności układu

• mózgowie składa się z około:

100,000,000,000

(1011 = sto miliardów) neuronów

• średnia połączeń między neuronami to około:

1000 na neuron, co daje około

100,000,000,000,000

(1014 = sto bilonów) połączeń…

12

Komórki układu nerwowego

NEURONY KOM. GLEJOWE

makroglej

mikrocyty oligodendrocyty

(w CNU)

i kom.Schwanna

(w OUN)

astrocyty

i

glej radialny

mikroglejprzekazywanie

informacji w UN

funkcje wspomagające w UN

13

Budowa komórki zwierzęcej:

14

Budowa komórki zwierzęcej: błona komórkowa

kontroluje wymianę substancji komórka-otocznie

jądro

zawiera materiał genetyczny, centrum obliczeniowe neuronu

mitochondrium

odpowiada za oddychanie wewnątrzkomórkowe (synteza ATP - cykl

Krebsa

rybosomy i retikulum endoplazmatyczne

odpowiadają za proces translacji i syntezy białek oraz ich transport w

obrębie komórki

Aparat Golgiego - służącą chemicznym modyfikacjom wytwarzanych

przez komórkę substancji, ich sortowaniu oraz dystrybucji w obrębie

komórki

15

16

Budowa wewnętrzna neuronu

The Nissl body at the perikarion periphery is separated from the outer membrane by the microtubule

layer ( Mt ). The trans –side of the Golgi dictyosome ( GA ) is faced to the inner microtubule bundle (

Mt ). ER – endoplasmic reticulum; Gl – glial cell, GN – glial nucleus; Mit – mitochondria; TL – tubular

lattice

Mt – mikrotubule

GA – apparat Golgiego

ER – reticulum

Endoplazmatyczne

Mit – mitochondrium

Gl – kom. glejowa

GN – jądro kom.glejowej

Fedorenko & Uzdensky, 2014

Czym neuron różni się od innych

komórek?

Ciało komórki = soma = perikarion

• odpowiedzialne za większość rutynowych funkcji

utrzymujących strukturę neuronu

• średnica 5-8 µm do 120 µm

• perikarion neuronu nie różni się bardzo od ciała komórki

nienerwowej, chociaż strukturalnie jest on

wyspecjalizowany w utrzymywaniu dużej aktywności

biosyntetycznej – wysokie tempo syntezy białek

18

19

specyficzna dla neuronów postać

szorstkiej siateczki śródplazmatycznej

i wolnych rybosomów; perykarion i

dendryty – nigdy akson!

Ciało komórki - Ziarnistości Nissla

Ziarnistości

Nissla

są jedną z przyczyn szarej barwy skupisk

ciał komórek nerwowych (istota szara)

20Buxhoeveden & Casanova 2002

Barwienie metodą Nissla,

uwidaczniające kadłuby

komórek

Barwienie na obecność

włókien nerwowych

Fragment ludzkiej kory mózgowej

• Skład organelli we wnętrzu dendrytów jest podobny do

tego w perykarionie, natomiast we wnętrzu aksonu brak

jest szorstkiego retikulum endoplazmatycznego i

rybosomów

• Zarówno w dendrytach jak i aksonach znajdują się

mitochondria

• Zakończenie aksonów zawiera bardzo dużo

mitochondriów, co jest odzwierciedleniem bardzo dużych

potrzeb energetycznych

21

Neuryty

Elementy cytoszkieletu

22

Różnice w składzie organelle w obu

typach neurytów wynikają z

odmiennej organizacji mikrotubul

- W dendrytach mikrotubule

ułożone są w obu kierunkach

- W aksonach “+” zawsze dystalnie

do ciała komórki

- Mitohondria od – do +, pozostałe od + do -

Akson

23

W aksonie transport odbywa się w

kierunku:

- do zakończenia aksonu (do

końca „+” mikrotubuli, transport

anterogradowy),

- do ciała komórki nerwowej (do

końca „–” mikrotubuli, transport

retrogradowy).

Elementy cytoszkieletu

24

Neuryty• Cylindryczne wypustki dwojakiego rodzaju – czym się jeszcze

różnią?

25

aksondendryty

• silnie rozgałęzione; zwężają się ku końcowi

• długość nawet ponad 1 mm

• stanowią do 90% powierzchni

• większości neuronów

• dochodzi do nich większość połączeń

synaptycznych z innych neuronów

• zwykle pojedynczy; wyrównana średnica

• długość nawet kilku µm do ponad metra;

średnica 0.2-20 µm

• przeważnie wychodzi z ciała komórki ale

czasami może mieć początek na dendrycie

proksymalnym

• Niektóre aksony kończą się pęczkiem

gałązek (rozgałęzienia aksonu) i każda jest

zakończona guziczkiem inne mają guziczki

na całej swojej długości (tzw.

żylakowatości)

• Zakończenia aksonu tworzą komponenty

presynaptyczne synaps chemicznych

• ! wzgórek aksonalny

• ! kolaterale aksonu

• ! kolbki aksonu (guziczki)

Neuron „na żywo”Co widać?

10 -9 m !!!

26Wypustki

Ciało

komórki/perikarion

Kolce

dendrytyczne

Kolce dendrytyczne

- wypustka pokrywająca dendryty

niektórych neuronów, odbiera sygnały

pobudzające od innych neuronów

- duża plastyczność; związane z

procesami uczenia się

- występują na dendrytach neuronów

piramidowych kory mózgu, komórek

Purkiniego w móżdżku oraz

neuronów prążkowa.

- ponad 1013 kolców dendrytycznych.

- średnie zagęszczenie kolców

pokrywających dendryt to ok. 2-10

kolców/1 μm dendrytu.

J Neurosci 23(8):3251-3261 (2003 April 15)

27

Osłonka mielinowa

o

28

• Aksony otoczone są segmentowanymi osłonkami wytworzonymi przez komórki

neurogleju: kom. Schwanna w obwodowym układzie nerwowym, astrocyty i

oligodendrocyty w centralnym układzie nerwowym.

• Akson otoczony osłonką nosi nazwę włókna nerwowego

• przewężenia Ranviera (50 μm–1 mm); 1 oligodendrocyt oplata 30-40 aksonów

Pokrycie otoczką zapewnia:

• szybsze przewodzenie

impulsu nerwowego (funkcja

izolatora elektrycznego)

• ochronę mechaniczną.

Błona komórkowa

białkaCząsteczki

fosfolipidów

29

Struktury białkowe

! Ważną cechą neuronów jest to, iż skład białek na ich błonie zależny

jest od tego, czy otacza ona obszar somy, dendrytów czy aksonu.

Dwuwarstwa

fosfolipidowa

(5 nm)

Struktury białkowe?

kanały jonowe

30

• Niektóre z nich tworzą pompę sodowo-potasową,

inne tworzą kanały warunkujące jakie substancje

dostać się mogą do wnętrza komórki.

• Kanały sodowe, potasowe, chlorowe i wapniowe

Schemat budowy nie(typowego)

neuronu – osłonka mielinowa

dendryty

jądro osłonka mielinowa

wzgórek

aksonalny

kolce

dendrytyczne ciało komórki

akson

zakończenia

presynaptyczne

włókno

mięśniowe

31

Budowa wewnętrzna neuronu - podsumowanie

32

Klasyfikacja neuronów

• Strukturalna

• Funkcjonalna

33

Nie wszystkie neurony wyglądają tak samo!!!

34

Rodzaje komórek nerwowych – klasyfikacja

strukturalna

1. Podział ze względu na

liczbę wypustek odchodzących od ciała komórki ,

• 1) jednobiegunowe posiadające tylko jeden neuryt

(np. w podwzgórzu).

• 2) dwubiegunowe posiadające dwa neuryty (np.

komórki w siatkówki oka, błony węchowej).

• 3) wielobiegunowe posiadające trzy lub więcej

neurytów (zdecydowana większość.

neuronów układu nerwowego kręgowców)

• 4) pseudojednobiegunowe posiadające dwa

neuryty, które uległy fuzji na początkowym odcinku

(np. zwoje czuciowe nerwów czaszkowych i

rdzeniowych).

35

2. Podział ze względu na długość aksonów:

neurony typu Golgi I (projekcyjne) o długich aksonach, przenoszące

informacje na duże odległości

neurony typu Golgi II (interneurony) o krótkich aksonach, przenoszące

informacje na małe odległości)

Klasyfikacja funkcjonalna

Pod względem kierunku przekazywania sygnału neurony dzieli

się na:

• czuciowe - biegnące od receptora do ośrodka;

• ruchowe - biegnące od ośrodka do efektora;

• kojarzeniowe - występujące między innymi pomiędzy

neuronami czuciowymi i ruchowymi.

36

37

Pod względem wydzielanego głównego neuroprzekaźnika

• GABA-ergiczne – kwas gamma-aminomasłowy (GABA)

• noradrenergiczne – noradrenalina

• cholinergiczne – acetylocholina

• dopaminergiczne – dopamina

Klasyfikacja funkcjonalna

Neurony:

Eferentne lub

Aferentne

Eferentny

(od A)

Aferentny

(do B)

38

Każdy neuron czuciowy jest aferentny w stosunku do całego ukł.

nerwowego, a każdy neuron ruchowy jest eferentny do całego ukł.

nerwowego

Komórki układu nerwowego

NEURONY KOM. GLEJOWE

makroglej

mikrocyty oligodendrocyty

(w CNU)

i kom.Schwanna

(w OUN)

astrocyty

i

glej radialny

mikroglejprzekazywanie

informacji w UN

funkcje wspomagające w UN

39

Komórki glejowe

• Nie przesyła informacji na długie dystanse

• Wymienia informacje z sąsiadującymi

komórkami nerwowymi

• Przeciętnie 10 krotnie mniejsza od

neuronu

• 10 razy więcej niż neuronów

40

Komórki glejwe - BBB

• są one łącznikami pomiędzy ścianką naczynia

włosowatego a neuronami.

• wypustki komórek glejowych pokrywają około

90% powierzchni ścian naczyń włosowatych.

• Astrocyty transportują substancje zarówno z

naczynia do neuronów, jak i z neuronów do

naczynia.

41

Glej (komórki glejowe):

42

astrocyt

glej

radialny

obwodowy układ

nerwowy

komórka

Schwanna

osłonka

mielinowaoligodendrocyt

ośrodkowy układ nerwowy

mikroglej

Astrocyty

43

- Komunikacja”, zsynchronizowanie działania

neuronów, umożliwia przewodzenie inf. falami;

usuwanie pozostałości po obumarłych

komórkach; ochrona i regulacja procesów w

szczelinie synaptycznej, utrzymywanie

homeostazy jonowej, tworzenie BBB,

wydzielanie czynników wzrostu, funkcja

odżywcza.

- Glej radialny - przewodnik we wczesnej migracji

neuronów; tworzy matryce pod rozrost nowych

połączeń

Jeszcze raz o gleju:przeczytać znaczy zapamiętać…

MIKROCYTY

- Usuwanie pozostałości komórek ~ ukł. odpornościowy; namnażają

się w miejscu uszkodzenia mózgu

OLIGODENDROCYTY i KOM. SCHWANNA

- Tworzenie osłonek mielinowych

44

Mikrocyt

Astrocyt

Skup, M. (2000). Komórka glejowa w normie i patologii

[w:] Mózg a zachowanie, (red.) Górska, Grabowska, Zagrodzka 45

Neuroscience [neuronauka] może być jak sztuka…

Neurons or Pollock?

Scientists Create Technicolor ‘Brainbow’

www.livescience.com/animals/071031-brainbow.html

Neurony się

ze sobą

komunikują…

47