Introduction to neurosciences for Cognitive MSs. Neurobiológia Introduction to neurosciences for Cognitive MSs.

Akciós potenciál (AP) © 2004 John Wiley & Sons, Inc. Huffman: PSYCHOLOGY IN ACTION, 7E

A szinaptikus átvitel és az agy neurokémiája

Szinapszis A szinapszis egy axon terminálisa, a hozzá közel lévő dendrit vagy sejttest, és a közöttük levő rés Neurotranszmitter (NT): molekulák, amelyek az axon végződésekből a szinapszisba szabadulnak fel, mikor az AP megérkezik a terminálisba. © 2004 John Wiley & Sons, Inc. Huffman: PSYCHOLOGY IN ACTION, 7E

A szinapszis

Transzmisszió a szinapszisnál

Kémiai szinaptikus transzmisszió lépései 1. NT szintézise („legyártása”), 2. Tárolása, 3. Felszabadulása AP hatására, 4. Posztszinaptikus receptorkötés, PSP (excitátoros/inhibitoros) 5. NT inaktiválódik

1. Felszabadulás Preszinaptikus AP eléri az axonterminálist Hatására a feszültség függő Ca2+ csatorna megnyílnak Ca2+ beáramlás Intracelluláris Ca2+ koncentráció növekedése és aktív helyekhez kötődése Exocitozis, kvantális NT felszabadulás NT a szinaptikus résbe diffundál

The synapse has adapted forms of vesicle cycling found in all cells.

Posztszinaptikus receptorkötés, NT+postszinaptikus receptor kötés Posztszin. csatorna nyitás/zárás VAGY másodlagos hírvivő rendszer aktiv. postsyn- IPSP/EPSP, ionális mech.

NT inaktiváció NT eltávolítása a szinaptikus résből diffúzió, lebontás, reuptake

A transzmitterek kritériumai: szintetizálódjon a neuronban szabaduljon fel és hasson kívülrõl beadva hozzon létre hasonló hatásokat legyen jelen a "takarító" apparátus

Pszioaktív szerek Agonisták elősegítik/ növelik a NT funkcióit Antagonisták blokkolják az NT funkcióit © 2004 John Wiley & Sons, Inc. Huffman: PSYCHOLOGY IN ACTION, 7E

Dale elv és kritikája: Dale elv: egy neuron azonos traszmittert használ minden szinapszison (!?) fejlõdõ neuronok felnõtt neuronok: koexisztencia : kicsi transmitter + peptid amakrin sejtek a retinában: ACh és GABA ACh és VIP: enterális idegek spinal motoneuron: ACh és CGRP vegetativ ganglionban: ACh és LHRH ATP mindkét típusúval ürülhet ATP és lebomlási termékei adenozin: purinerg (adenin és guanin) szívizom, bél símaizom, hátsó gyöki neuronok peptideknél: azonos prekurzor, különbözõ végtermékek update: egy neuron u. azt a transzmitterkombinációt használja minden szinapszisán felnõtt neuron differenciációja: biz. biokémiai apparátust használ csak

Brain Neurotransmitter Pathways

Klasszikus NT-ek: 1. Acetilkolin Szerkezet: nem aminosav származék, kolin acetilésztere Prekurzorok: kolin + acetil KoA Szintézis: ChAT Lebontás: AchE (hidrolízissel) Metabolitok: kolin + acetát Receptorok: Muscarinerg: M1, M2, M3, M4, M5 agonista: muscarin, antagonista: atropin Nikotinerg: agonista: nikotin, antagonista: d-tubokurarin Helye: -gerincvelõi motoneuronok az összes gerincesben, -vegetativ idegrendszerben a ganglionokban (N), és a paraszimpatikus postganglionáris végzõdésben -agy (nucleus basalis Meynertbõl cortex (M), hippocampus) (Alzheimer kór) -ideg-izom kapcs. (N), simaizmok (M) Hatása: N-ionbeáramlás, M-G-protein (IP3) Inaktiváció: bomlás

2. Biogén aminok szerkezet: szintézise: metabolitok: mandulasav -katekolaminok: dopamin (DA), adrenalin (A), noradrenalin(NA) -idolamin: szerotonin, -imidazolin: hisztamin szintézise: Prekurzorok: Fenilalanin- aminosav(Phe hidroxil, máj)- Tirozin-(Tirozin- hidroxil, sejtplazma) L-DOPA-(dopa dekarboxil, sejtplazma) -DA-(dopamin ß-hidroxil, synapt. végkész. vezikulái)-NA-(feniletanolamin-N-metil-transf, sejtplazma)-A metabolitok: mandulasav

NA: -locus coeruleus cortex, cerebellum, gerincvelõ (új stimulusra figyelés, autonom integráció) bomlás: MAO (idegsejt mitokondriumában)—COMT (vérben) A: -mellékvesevelõ Dopamin: -agytörzsi magok: substancia nigra, striatum (Parkinson kór) bomlás: COMT (vér) receptorok:ALFA1,2 agonista: NA-A-IZO & BETA 1 agonista: IZO-A+NA BETA2 agonista: IZO- A-NA D1,D2 (D3,4,5) agonista: DA-A+NA effect: G-protein (AC, IP3-Ca) inactivation: reuptake (DAT, NET)

Ser (5-HT): -középvonali raphe magok cortex, limbikus rendszer, hippocampus Szintézise: Trp- (Trp hidroxil, dekarboxil)-5HT Bomlás: MAO Metabolit: 5-HIAA (5-hidroxyindol ecetsav) Receptorok: 5-HT1a,b, 2 Hatásmechanizmusa: K csatorna zárás - excitáció (LSD), nyitás - inhibició Inaktivációja: reuptake (SERT) His: transzmitter a gerinctelenekben, gerinces agy (hypothalamus), gyomorsósav szekréció, antidepresszánsok prekurzor: His -(His dekarboxil)- Lebontás: hisztamináz Receptorok: H1,2,3 Hatásmech: G-protein kapcsolt receptorok.

3. Aminosavak GABA: gátló transzmitter a bulbus olfactoriusban, retina amacrin sejtek, kisagy Purkinje sejtjei, kosársejtek a kisagyban és hippocampusban gátló, szorongásoldó, antidepresszáns prekurzor: Glu (Glu dekarboxil) Lebontása: GABA transamináz Receptorok: GABA A (antagonista:bicucullin), B (agonista:baclofen) BZD kötése: agonista:diazepam (Valium), antagonista: flumanezil hatásmech: Cl csat. nyitás

glycin: gerincvelõi gátló interneuronok (antagonista izmot- sztrichnin), a sejtben a metabolikus és transzmitter AS-t el kell választani: vezikulák? hatásmech: Cl csat. nyitás glutaminsav, asparaginsav: agyban, gerincvelõben, HC, retinában serkentő receptors: NMDA, Non-NMDA (kainát, kviszkalát) hatásmech: kationcsat. nyitás

Egyéb NT-ek: Peptidek különbség a peptidkötések és egyéb transzmitterek gyártása között: klasszikus transzmitter: gyorsan ürül, gyorsan pótlódik, peptid: valószínûleg Ca++ val ürül, lassan pótlódik (sejttestbõl jön) VIP, somatostatin, LHRH, substance P, NPY, CGRP, opioid peptidek (μ –morfin, κ – prodynorphine, σ –enkephalins))

Nem tipikus NT-k Purinerg synapsis adenozine, ATP Nitrogén-monoxid prekruzor: Arg Szintézise: NO synthetase nincs receptora hatásmech: guanilate cyclase aktív

Szinapszisok kölcsönhatásai: térbeli és idõbeli szummáció, a kód az AP frekvenciája -serkentés: posztszinaptikus és preszinaptikus facilitáció (K+ áram csökkentése) -gátlás:posztszinaptikus (tk. IPSP), Gly, a hatás az EPSP és IPSP eredője preszinaptikus (Ca++ gátlás- K+ serkentés, Cl- hyperpolarizációs, depolarizációs), GABA -syn. plaszticitás: a PSP kialakulása függ a syn. megelőző állapotától, tanulás, D. Hebb féle tanulás divergencia (azonos pályán, különbözõ pályákra) - általában szenzoros konvergencia (azonos forrásból, különbözõ forrásból) - általában motoros soros kapcsolatok, párhuzamos elrendezés, visszacsatolás (feed forward, feed back), reverberációs körök fáradás: transzmitter, receptor, postsynaptikus Ca++ felszaporodás (Ca++ dep. K csatornák)

Gyógyszerek hatása a neurotranszmisszióra

Extracelluláris mérés Extracelluláris mérés. Az idegszövetbe, a neuron mellé juttatott mikroelektródák segítségével regisztráljuk egy vagy néhány szomszédos idegsejt aktivitását.

Intracelluláris mérés. Sejtmembrán feszültség mérését jelenti Intracelluláris mérés. Sejtmembrán feszültség mérését jelenti. Éles-elektróda (sharp electrode). A sejt membránján áthatoló, a sejt belső potenciálját elvezető elektróda. Az egyik elektródát az axon belsejébe helyezték, a másik elektródát a külső felszínére. Ez lehetővé tette a külső és belső oldal közötti feszültség mérését.

Folt-feszültségzár (patch clamp) Folt-feszültségzár (patch clamp). A patch clamp technika lehetővé teszi hogy akár egyetlen, az elektróda alatti membrándarabra eso ioncsatorna nyitását/csukását kövessük a rajta át folyó áram alapján. Üvegpipetta a membrán felszínéhez tapad -> enyhe szívás -> érintkezés helyén szigetelés keletkezik, áram csak a pipetta nyílásával érintkező membránrészen keresztül folyhat. Így minden ion, ami a csatorna megnyitásakor átáramlik a csatornán, a pipettába áramlik – ezt az áramot mérik. "Feszültségzár”: Elektrofiziológiai mérési technika, amely során a membránpotenciál közvetlen mérése helyett egy rögzített membránpotenciál-érték fenntartásához szükséges áramot mérik.

In vivo optikai képalkotás In vivo optikai képalkotás. Arra használják, hogy felmérjék az egyes agykérgi területek funkcionális jellemzőit. Inger -> megváltozik a véráramlás (oxy-/deoxyhemoglobin aránya) -> aktívabb területekben nagyobb mértékben -> ezt detektálják, a kérget vörös fénnyel világítják meg, és megmérik, mennyit ver vissza: aktívabb kérgi területek több fényt nyelnek el, mint a kevésbé aktívak. Ezt egy érzékeny videokamera segítségével vizuálizálhatják -> kérgi aktivitás térképei. Oszlopok. Okuláris dominancia oszlopok: bal szem ingerlésekor kapott aktivitást kivonják a jobb szem ingerlésekor kapott aktivitásból, és fordítva. Orientációs térképek:

Receptív mezők (RM) Place an electrode near a cell in a monkey brain Make the monkey stare at a fixation spot without moving its eyes Stimulate various regions of visual space A cell will respond to stimulation in one part of space more than any others The region of visual space that drives a particular cell forms its receptive field (RF) Different cells have different RFs In early visual areas, RFs are small In later visual areas, RFs become larger Some cells’ responses are tuned not only to the location of the stimulus but also other properties (shape, color, direction of motion) Receptív mező. Egysejt regisztráció – elektróda az idegsejt mellé. Látótér különböző pontjain mutatnak be ingereket. A sejt a látótér egy kitüntetett pontján megjelenő ingerre fog leginkább reagálni, a látótérnek ez a része képezi a sejt receptív mezeje. RF sejtenként eltér. Korai vizuális kérgi területeken kisebb, magasabb területeken nagyobb, pl. IT sejtek receptív mezeje gyakran lefedi a teljes ellenoldali látótérfelet. Sejtek nem csak az inger helyzetére, hanem egyéb tulajdonáságra is hangoltak – alakra (IT sejtek bizonyos alakzatokra reagálnak leginkább), színre, mozgásirányra (V1 komplex sejtjei, MT). Source: Gazzaniga, Ivry & Mangun, 2002

Mi a kód? inger receptor Membrán potenciál változás Jelenlegi tudásunk szerint az egyedüli Információ átviteli kód az idegrendszerben Az akciós potenciálok száma Tüzelési frekvencia (firing rate) Akciós potenciál keletkezik Akciós potenciál tovaterjed a sejten Transzmittert Szabadít fel Az agy kódja jelenlegi tudásunk szerint az akciós potenciálok frekvenciájának megváltozásában és az időben eltérő tüzelésben, vagyis a tüzelési mintázatban rejlik. Egy adott inger erősségét (pl. nyomás erősségét a kezünkön vagy a fény intenzitásának növekedését) bizonyos neuronok AP kibocsájtási frekvenciájának megnövekedése kódolja. Mbr potenciál Változás a köv. neuronon Az információ integrálása