BASALIS GANGLIONOK ÉS IDEGI ÖSSZEKÖTTETÉSEIK Ágnes Nemeskéri 2012 Semmelweis Egyetem Humánmorfológiai és Fejlődésbiológiai Intézet nemeskeri.agnes@med.semmelweis-univ.hu

Basalis ganglionok (törzsdúcok) Fejlődés: * a telencephalicus agyhólyag ventrális fala neostriatum + paleostriatum corpus striatum Lokalizáció: a ventrális telencephalonban mediálisan, a diencephalonra lenövő központi magok: * nucleus caudatus – a striatum asszociációs áreája * putamen nucleus caudatus + putamen=striatum=neostriatum * globus pallidus (pallidum=paleostriatum)

Basális ganglionok Nucleus caudatus * a görbült agyhólyagnak megfelelően a kamra homorulatához fekszik * a striatum asszociációs része Putamen * a striatum szenzorimotoros része

Basális ganglionok Motoros aktivitás szándéka a motoros corticális mezőkben keletkezik - az aktivitás gyorsan átterjed a basális ganglionok neuronjaira Funkció: * specifikus corticális funkciókat modulál, regulál ( nem csak motor + limbikus, asszociációs corticális aktivitás) * neuroanatomiai hálózatok kapcsolják a basális ganglionokat a frontális lebeny specifikus areáihoz * a befutó információk feldolgozása, majd specifikus thalamikus magokon keresztül visszajut a cortexbe a feldolgozott információ *aktivitás megfigyelhető a mozgási feladat előkészítési, tervező fázisaiban és a motoros feladat végrehajtása során is

A basális ganglionok tágabb értelmezése Klinikai terminológia: „basális ganglionok” n. caudatus +putamen=neostriatum - telencephalon paleostriatum=globus pallidus - telencephalon Tágabb értelmezés funkcionális együttműködés alapján: nucleus subthalamicus - diencephalon substantia nigra - mesencephalon thalamus nuclei - ventral anterior , ventral lateral

Neuronális hálózatok a basális ganglionok és a cortex között Közvetlen kör (direct loop) Humán agy több mint 100 millió corticostriatális rostot/ hemispherium tartalmaz * Corticostriátális rostok aktiválják a striátum GABA-erg gátló neuronjait *Striátális neuronok gátolják a globus pallidus (int) és a subst. nigra (pars reticulata) GABA-erg gátló neuronjait: desinhibició (gátlás gátlása) * Thalamocorticális glutaminerg rostok specifikus corticális áreákat aktiválnak Eredmény: a frontális kéreg célterületén corticális aktivitás fokozódik „Direct loop” felelős a corticális szinten beindított motoros aktivitás megerősítéséért

Neuronális hálózatok a basális ganglionok és a cortex között Közvetett kör (indirect loop) -rostok zöme a sensorimotoros, associációs és limbikus corticális áreákból -motoros cortex *Corticostriátális rostok activálják a striatum GABA-erg gátló neuronjait *striátális neuronok gátolják a globus pal- lidus (ext) GABA-erg gátló neuronjait: desinhibició *Tehát a gátlás alól felszabaduló glutamin- erg neuronok aktiválódnak a nucleus subthalamusban *és activálják a globus pallidus (int) és a subst. nigra gátló neuronjait *GABA-erg gátló neuronok gátolják a dorsális thalamikus neuronokat Eredmény: a frontális cortex célterületén csökken az aktivitás „Indirect loop” felelős az ellentmondó mozgásmintázatok gátlásáért corticális szinten

Basális ganglionok A globus pallidus és a substantia nigra (SNr) idegsejtjeinek nagy frekvenciájú spontán kisülései gátolják az információ áramlást a thalamusból a frontális cortexbe

Moduláló neuronális körök substantia nigra (pars compacta) dopaminerg neuronjaiból (A9) indul a nigrostriatális pálya *Nigrostriatális axonok a striatális neuronok D1 receptorain végződnek és stimulálják a GABA-erg striatális neuronjait Eredmény: A nigrostriatális rendszer felerősíti a cortexből indított motoros activitást a direct loop stimulálásával és az indirect loop gátlásával

A basális ganglionokat érintő kórképek Parkinson-kór *akinesia (mozgásképtelenség), dyskinesia (akaratlan abnormális mozgás), bradykinesia (mozgás lassú), muscularis rigiditás (állandó izomkontrakció, ellenállás a passzív mozgatásnak), nyugalmi tremor kifejezéstelen, merev arc *a mozgás indításának késése * a mozgás végrehajtásának lassúsága * a komplex mozgások végrehajtásának nehézsége *A substantia nigra dopaminerg neuronjainak szelektív pusztulása *A dopaminerg rostok és terminálisok eltünése a striatumból

kék=stimuláció piros=gátlás normál Parkinson-kór Parkinson-kór Normálisan: dopaminerg projectio a striatumba valószínüleg gátolja thalamikus bursting activitást. DA hiányában: ritmikus bursting a thalamusban – tremor nyugalomban – eltűnik az akaratlagos mozgás idején. Bradykinésia : dopamin nem stimulálja a striátális neuronokat - a pallidum kiszabadul a striatum gátlása alól - fokozottan gátolja a thalamikus VLa magot - nem képes serkenteni a kérgi aktivitást –frontális kéreg aktivitása csökken.

Could this bacterium cause Parkinson's disease?????? Toxin? – dopaminerg neuronok pusztulását okozza?? Helicobacter Pylori http://www.bbc.co.uk/news/health-13469716 Helicobacter pylori infection and Parkinson's disease: apoptosis as an underlying common contributor. Kountouras J. et al. European Journal of Neurology. 19(6):e56, 2012 Jun. DE: Karen Rees azt írja: „There is limited evidence to suggest that H Pylori eradication improves the absorption of levodopa and improves motor symptoms. „

Mozgásrendszer összefoglaló ábrája

BRAINGATE SYSTEM Presentation By Revathi.B Naga Praveena.CH

Introduction How Does Brain Control Motor Function ? The Mind-To-Movement System That Allows A Quadriplegic Man To Control A Computer Using Only His Thoughts Is A Scientific Milestone

Neuro Feedback Neuroprosthetic device Principle

NEURO CHIP:   Outer View Of Brain Gate System

Applications A Boon to the paralyzed -Brain Gate Neural Interface System Clinical trial on Nagle Statement Of Nagle “I can't put it into words. It's just—I use my brain. I just thought it. I said, "Cursor go up to the top right." And it did, and now I can control it all over the screen. It will give me a sense of independence.”

After taking part in a clinical trial of this system: he has opened e-mail, switched TV channels, turned on lights moved a robotic hand from his wheelchair - brain–machine interface Active tactile exploration using a brain–machine–brain interface Joseph E. O’Doherty 2011 Here we report the operation of a brain–machine–brain interface (BMBI) that both controls the exploratory reaching movements of an actuator and allows signalling of artificial tactile feedback through intracortical microstimulation (ICMS) of the primary somatosensory cortex.

Perfusiós CT felvétel – 73 éves beteg Perfusiós CT felvétel – 73 éves beteg. CT felvétel 30 perccel a hirtelen kialakuló jobboldali hemiplegia után agyi véráramlási térképen a kék szín: az agyi véráramlás lassú bal oldalon a basális ganglionok területe, a capsula interna kék: irreversibilisen károsodott agyszövet

Dyskinesia és hypotonia 1.Chorea -kiszámíthatatlan, kontrollálatlan izom-kontrakciók – a végtagok distális izmaiban -hypotonia -Huntington- chorea – örökletes, autosomalis, domináns betegség -massive, bilateralis neostriatalis sejtpusztulás 2.Ballismus - kiszámíthatatlan, kontrollálatlan izom-kontrakciók - proximalis végtagizmokban és függesztőövi izmokban – az egész végtagra kiterjedő vad mozgások -nucleus subthalamicus focalis léziója – az ellenoldali végtag ballisztikus mozgása -”direct loop”–nak nincs ellensúlya – thalamocorticalis stimuláció fokozott

„Mirror neuronok” a pre-motor áreában HOT SPOT! „How I know why you do what you do?” „Mirror neuronok” a premotoros cortexben, parietal cortexben Brain (1996), 119, 593-609 Action recognition in the premotor cortex V. Gallese, L. Fadiga, L. Fogassi and G. Rizzolatti E közlemény, az agyi tevékenység egy új értelmezését tette lehetővé és a mirror neuron teóriát mindmáig intenzív kutatják. Mirror neuronok tüzelnek egy adott motoros feladat végrehajtásakor ÉS Akkor is, ha valaki mozdulatlanul szemlél egy másik személyt amint az adott mozgást végzi mirror link

Agyi tevékenység által kontrollált funkcionális elektromos izom-stimuláció (FES) Remény! NEUROPROSTHETIC DEVICE CT Moritz et al. Nature , 1-4 (2008) This report created tremendous public interest as a perceived milestone in the development of a seamless neurotechnological solution for restoring function in paralysis!!!!!!! Neuroprosthetic devices: How far are we from recovering movement in paralyzed patients? Joseph J. Pancrazio1, and P. Hunter Peckham; 2009 Expert Rev Neurother. Combination of an implanted electrode array in the motor cortex + functional electrical stimulation (FES) to muscles in paralyzed wrist Coordinated stimulation of paralyzed muscles through FES has been shown to be effective for restoring hand grasp, bladder control , respiration, standing and walking, and coughing. Earlier trials: An implantable system for control of hand grasp achieved commercialization as the Freehand system in 1997, and has been successfully used by over 250 C5/C6 spinal cord injured persons. Freehand recipients control hand grasp through operation of an external joystick, controlled by the movement of the opposing non-paralyzed shoulder.

Felhasznált irodalom http://www.pbs.org/wgbh/nova/sciencenow/3204/01.html http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/94/DA-loops_in_PD.jpg