Kognitív idegtudomány Introduction to neurosciences for MSs.

Az előadások a következő témára: "Kognitív idegtudomány Introduction to neurosciences for MSs."— Előadás másolata:

1 Kognitív idegtudomány Introduction to neurosciences for MSs. http://www.cogsci.bme.hu/~ktkuser/KURZUSOK/BMETE47MC23/2015_2016_2/

2 Mozgató rendszer 2 Agytörzs, kéreg, BG

3 Mozgató rendszer felépítése Izom összehúzódás Szenzoros receptorok Level 1 Gerincvelő Törzsdúcok Kisagy Level 2 Agytörzs Thalamus Level 3 Agykéreg, mozgató kérgi részek Reflexek szabályozása Testtartás szabályozása Automatikus mozgások (járás, légzés) Akaratlagos mozgások szabályozása

4 Motoros pályák a gerincvelőben 1. Akaratlagos mozgató pályák 2. Testtartási pályák

5 Leszálló pályák  Az automatikus reflexeket magasabb szintekről lehet módosítani  Egy vasaló érintése, hogy megnézzük forró-e, csak akkor okozza a forró tárgy eldobását, ha hiperszenzitív a hajlító reflexünk  Leszálló mozgató pályák: Az agynak több régiója is beidegzi az alfa motorneuronokat, gamma motorneuronokat és az interneuronokat.  A gerincvelői mozgató neuronok topográfiai szerveződése:  Flexor-extenzor szabály: a flexorokat beidegző motorneuronok az extenzorokat beidegző motorneuronoktól posterior irányban helyezkednek el  Proximális-disztális szabály: a disztális izmokat beidegző motorneuronok (kéz izmok) a proximális izmokat beidegző motorneuronoktól laterálisan helyezkednek el

6 6 Mozgás leszálló szabályozása Az agyből két fő leszállópályán haladnak az axonok: Laterális pályák Ventromediális pályák Ventromediális Dorsolaterális

7 Corticospinális traktus (piramis)  Motoros kéregből ered  A caudális nyúltvelőnél két traktusra oszlik a corticospinális traktus  Kb. az axonok 90%-a átkereszteződik a kontralaterális oldalra a piramidális átkereszteződésnél (dekusszáció), a laterális corticospinális traktust alkotva  A maradék 10% alkotja az anterior corticospinális traktust, amelyek az anterior funiculusban haladnak tovább a gerincvelőben, majd a kilépési hely előtt kereszteződnek át.  Funkciók: elsődleges mozgató pálya, az akaratlagos mozgási parancsokat szállítja. Laterális corticospinális pálya: disztális izmok. Anteriror corticospinális pálya: proximális izmok.

8 Akaratlagos pályák  laterális és anterior corticospinális rendszerek,

9 Dorsolaterálisok: disztális kontralaterális végtag Corticospinális: közvetlen. A nyúltvelőben átkereszteződés piramis alakot képez, alkar, kéz, ujjak, lábujjak Cortico-rubrospinális. N. rubernél átkereszteződés. Karok, lábak. Ha itt elvágják: tud járni, mászni az ember, de nem tudja mozgatni az ujjait vagy szorítást felengedni. Ventromedialális: proximális törzsi és végtag izmok mindkét oldalt Corticospinalális: közvetlen, ipsilaterális. Diffúz kapcsolatok mndkét oldalt. Cortico-agytörzs-spinális: közvetett. Tectum (látótető), -vizuál-audio-térbeli információ integráció Formatio reticularis: alap motoros programok Vesztibuláris magvak-egyensúly Bilateralálisan és diffúzan száll le. Testtartás. Ha itt elvágják: tudja a könyökét, kezeit, ujjait mozgatni, de nem tud járni vagy ülni.

10 Laterális CST Anterior CST Rostok mennyisége SokKevés Átkereszteződéspiramisgerincvelő Gv oszlop Antero- laterális szarv Mediális Kapcsolatok Monoszina ptikus, Ipsilateráli s Poliszinaptiku s, kontralaterális IzmokDisztális Proximális, Axialális Mozgás típus Finom független mozgás Testtartás

11 Testtartási pályák  Nem a motoros kéregből erednek  Gravitációval szembeni testtartás fenntartása, kis, nem tudatos  Három elsődleges pálya embereknél:  vesztibulospinális, tectospinális, reticulospinális pályák  rubrospinális rendszer (vörös magból) is ide tartozik, de embernél nem olyan fontos szerepű.  Olivospinális nucleus olivarisból

12 Rubrospinális trakt.  Középagyi n. ruberből ered  Kontralaterális oldalra átkereszteződik  Agytörzsön keresztül a laterális funiculuson halad a gerincvelőben.  Funkció: alternatív út, amelyen keresztül az akaratlagos mozgások parancsai a gerincvelőbe küldhetőek.  Aktivációjakor a flexor izmok serkentődnek, az extenzor izmok gátlódnak.  Mozgás gyorsaságában szerep, léziójakor átmeneti lassúlás figyelhető meg a mozgásban  Cerebellumból kapja a legtöbb bemenetet  Szerep még: Kisagyi parancsok átadása az izmoknak

13 Vesztibulospinális trakt.  A 4 vesztibuláris mag közül 2-ből ered  Laterális:  Laterális vesztibuláris magból ered.  agytörzsön keresztül, az anterior funiculuson át az ipsilaterális oldalon halad a gerincvelőben  Ipsilateralálisan lép ki a gv minden szintjén  Mediális:  mediális vesztibuláris magból ered,  egyből szétválik bilaterálisan az agytörzsben a mediális longitudinális fasciculuson (MLF) és az anterior funiculuson keresztül a gv-be.  T6 csigolya szintjén vagy felett lép ki  Funkció: testtartási módosításokat és fejmozfulatokat mediál, segít az egyensúly fenntartásában

14 Reticulospinális trakt. Hídi: Hídi formatio reticularisból ered ipsilaterálisan halad a medialis longitudinális fasciculuson keresztül Ipsilaterálisan lép ki minden gv szinten. Nyúltvelői: Nyúltvelői formatio reticularisból ered, ipsilaterálisan halad az anterior funiculuson keresztül a gv-ben.  Funkció: hajlító válaszok szabályozása, hogy tényleg csak a fájdalomkeltő ingerek váltsanak ki választ. Ennek a traktusnak a sérülése során ártalmatlan ingerek, pl finom érintés is kiváltja a flexor reflexet.

15 Tectospinális trakt.  A superior colliculus mély rétegeiből ered  Átkereszteződik egyből  Hídon és nyúltvelőn át halad az anterior funiculuson keresztül a gvben.  A rostok többsége a cervikális szinten véget ér.  Funkció: Keveset tudunk, valószínűleg a fej reflexes fordításában van szerepe, amikor egy vizuális inger felé orientálódunk.

16 Összefoglaló a fő leszálló pályákról és az eredési helyükről corticospinal tract rubrospinal tract reticulospinal tracts tectospinal, vestibulospinal tracts

17 Agytörzsi mozgató központok  Hídi retikuláris magvak–  Antigravitációs izmokat serkentenek (gerincoszlop izmai és a végtag extensorok) –  hídi reticulospinális trakt.  Nyúltvelői retikuláris magvak–  Antigravitációs izmokat gátolnak–  nyúltvelői reticulospinális trakt. A hídi és a nyúltvelői rendszerek egyensúlyban vannak egymással.  Vesztibuláris magvak – kiegészíti a hídi rendszer serkentő funkcióját azáltal, hogy integrálja a vesztibuláris információt – laterális and mediális vesztibulospinális traktusok.

18

19 Agytörzsi reflexek  A. pislogó reflexek  B. evő mechanizmusok: ritmikus rágás és nyelvmozgás  C. vizeletürítési reflex  D. tekintet kontroll

20 Mesencephalon  Colliculus superior  Nucleus ruber Colliculus sup. n. ruber Subtantia nigra

21 Bazális ganglionok=Törzsdúcok  „Oldalág” a motoros rendszer hiearchiában  Elemei:  Globus pallidus: belső (GPint) és Külső szegmens(GPext)  Substantia nigra: pars compacta (SNc) és pars reticulata (SNr)

22 Bazális ganglionok afferensei  Fő befogadó: striatum  Caudatum:  Fej:frontalis lebeny, premotor cortex, szupplementer motor cortex  Test :pariet. and occipit. lebeny,  Farok: temporális lebenyből,  Putamen: frontal lebeny, primer motor cortex, primer somatosensory cortex,  Nucl. accumbens: limbikus cortex

23 Törzsdúcok efferensei  Fő kimenet:  GPint (GABA) thalamus: szenzomotoros info: ventrális anterior. (VA), és laterális (VL) Más info: dorsomediális és intralamináris magok  SNr (GABA): colliculus superior (szem mozgások)

24 -Bemeneti egységek: Striatum (Caudatum, Putamen, N. Accumbens) serkentő input a cortextől (e.g., M1, SMA, PMC, SC) -Kimeneti egység: Globus Pallidum belső (GPi) és Substantia Nigra pars retic. (SNpr) gátló kimenet a talamusz felé: ventrolaterális nucleus (VLo), ventrális anterior (VA) mag -Indirekt pálya („gátló„ hálózat) : Putamen -> GPe -> SThN -> GPi/SNr -Direkt pálya („serkentő„ hálózat) : Putamen -> GPi/SNr Sérülése: -Striatum: akaratlagos mozgások lassulnak, akaratlan testmozdulatok (chorea) -STN: nagy területű kontralaterális akaratlan mozgások (hemiballizmus) -GP: akaratlagos mozgások lassulnak, akaratlan testmozdulatok -SNpr: akaratlan szemmozgás -SNpc: Parkinson kór tünetei(tremor, bradykinesia, akinesia, izom rigiditás, nem stabil testtartás)

25 Direkt és indirekt pályák  Direkt pálya  Serkenti a motoros talamuszt  Ezáltal aktiválja a thalamo-kortikális neuronokat  Aktiválja a motoros kérget  Serkenti a mozgást  Indirekt pálya  Gátolja a motoros talamuszt  Ezáltal gátolja a thalamo-kortikális neuronokat  Gátolja a motoros kérget  Gátolja a mozgást

26

27 -Indirekt pálya („gátló„ hálózat) : Putamen -> GPe -> SThN -> GPi/SNr -Direkt pálya („serkentő„ hálózat) : Putamen -> GPi/SNr

28

29

30 Direkt Indirekt Pálya Putamen  (+) GPi, SNr Putamen  (-) GPe  (-) STN  (+) GPi BG outputra hatás GPi, SNr gátolt GPi stimulált Thalamuson hatás stimuláltgátolt Mozgásra hatás stimuláltgátolt Sérülésekor Parkinson’s bradykinesia Huntington’s Chorea

31 Belső kapcsolatok  5 út: 1. Striatumpallidum: gátló, GABA 2. StriatumSNr: gátló, GABA 3. GPextsubthalamic nucl.: gátló, GABA 4. Subthalamic nucleusglobus pallidus & SNr: serkentő, GLU 5. Subst. nigra striatum: kevert, dopamin

32 Organization of the motor system Muscles Contraction Sensory receptors Level 1 Spinal Cord Basal Ganglia Cerebellum Level 2 Brain Stem Thalamus Level 3 Cerebral cortex motor areas

33 Mozgató kérgek  A motoros kéreg három területet foglal magába a frontális lebenyben:  elsődleges motor cortex (Brodmann 4)  premotoros cortex,  szupplementer motor area  Plus :frontal szem-mező  A premotoros kéreg és a szupplementer motoros területek komplex motoros kimeneti mintázatokat kódolnak, és kiválasztják a megfelelő mozgató terveket hogy a kívánt célt elérjék.  Szomatotópiás szerveződésű

34 Mozgató kérgek  Elsődleges motoros cortex  Premotor motoros cortex  Szupplementer motor area  Parietális cortex  Prefrontális cortex  Broca area

35

36 Psychology 35536 Motor cortex Area 4 = “ Elsődleges motor cortex ” Area 6 = “ Felsőbb motor area ” (Penfield) Laterális régió  Premotor area (PMA) Mediális régió  Supplementary motor area (SMA) Motoros térképek a PMAban és SMAban hasonló funkciók; különböző izomcsoportok beidegzése

37 Kérgi afferensek és efferensek  Leszálló pályák:  Corticorubrális trakt.  Corticotectális  Corticoreticuláris  Mellékhurkok efferensei:  Corticostriatális trakt. (caudate, putamen)  Corticopontine (híd) trakt. & corticooliváris (cerebellum)  Cortico-cortical kapcsolatok (közvetlen vagy közvetett)  Kétirányú pálya!!

38 Elsődleges motoros cortex  Egyedi mozgásokat vagy mozgások sorozatát szabja meg  Nem szabályozza közvetlenül az egyes izmokat  Mit kódol az M1 neuron? 1. Mozgató parancs az alfa motor neuronokhoz 2. Mozgás ereje (lufi tartása vs üveg tartása) 3. Mozgás iránya 4. Mozgás sebessége (harang alakú görbe amíg elérünk valamit)

39 Premotoros cortex  Közvetlen kapcsolat az elsődleges motoros kéreggel és a gerincvelővel is  Sokkal bonyolultabb, feladat-függő processzálás  Mozgás tervek  Mit kódol? 1. Mozgás előkészítése: 1. szelektíven tüzel mielőtt egy mozgás elkezdődne, motoros készlet neuronok 2. Szenzoros érzetekkel asszociált motoros cselekvés : hallás, látni vki más cselekedeteit: tükörneuronok 3. Viselkedési kontextus: 4. tele vagy üres a pohár (olcsó vagy drága porcelán) 2. Pontosság/pontatlanság: 1. Pontos cselekvések alatt aktiváció vagy mozgás-hiba-próbák

40 Szupplementer motor area  Mozgások kompex sorozatának programozása, bilaterális mozgások koordinálása  Emlékezet alapján történő motoros program választása  Mit kódol? 1. SMA mozgások sorrendje 2. Dinamikus információvá transzformálás  Asszociációs kéreg  Prefrontális és posterior parietális kéreg  Biztosítják, hogy viselkedéssel összhangban adaptív és megfelelő legyen a mozgás 1. Posterior pariet. cortex: tárgyakhoz pontos célzás (térbeli kapcsolatok), apraxia (komplex, koordinált mozgások hiánya) 2. Prefrontal. cortex: megfelelő mozgások kiválasztása, hiányában: nehézség a végrehajtó feldolgozásban, impulzivitás

41 Broca’s area

42  A kortikospinális rendszer sérülése lehet stimulált (pozitív) vagy paralitikus (negatív).  Stimulált (rohamok)  Jackson-féle rohamnak nevezik, ha a roham egy meghatározott területen kezdődik, majd fokozatosan más-más területekre is átterjed a folyamat (pl. a kézről a karra, onnan a vállra, majd az egész testfélre).  Paralitikus  Gyengeség – finom mozgás, képzett mozgások (disztális izmok); nincs atrófia; Babinski jel megvan és más primitív reflexek (felső motor neuron manifesztációk)

43 Motoros kéreg bemenetei  Subkortikális rostok más kérgi területekről: szomatoszenzoros, frontális, auditoros, vizuális.  Subkortikális rostok kontralaterális kéregből a corpus callosumon keresztül.  szomatoszenzoros rostok a talamikus ventrobazális komplexből  Rostok a talamikus VL and ventroanterior magokból – cerebellumból és bazális ganglionokból.  Rostok a talamikus intralamináris magokból – arousal.

44 CST léziók  CST léziók gyakori okai:  stroke  tumor  trauma  Upper motor neuron (UMN) betegség  A motoros kéreg léziói az ellenoldali végtag izmait érintik. Miért?

45 CST léziók – pozitív jelek  Abnormális válaszok az ignerre (hyperreflexia) vagy olyan motoros viselkedések, amik a lézió miatt jelennek meg.  Elsődlegesen a gátló hatások hiánya miatt vagy interneuron kapcsolatok sérülése miatt.

46 CST léziók – Negatív jelek  Funkcióvesztés, amit a CST szabályozna normál esetben (paralízis), nem lehetséges így finom akaratlagos mozgásokat kezdeményezni, vagy a frakcionálás elvesztése (egyes izmok független irányításának képtelensége)  Elsődlegesen a CST neuronok és alfa neuronok közti kapcsolatok vesznek el  Pl: hypotonia (csökkent izomtónus), gyengeség, redukált mozgás (paresis).

47 CST konklúzió  Közvetlen aktiválása az alfa, gamma motor neuronoknak és interneuronoknak.  Háttérben tónikus jelet a gerincvelő motoros területeinek

48 Organization of the motor system Muscles Contraction Sensory receptors Level 1 Spinal Cord Basal Ganglia Cerebellum Level 2 Brain Stem Thalamus Level 3 Cerebral cortex motor areas Control of Reflexes Control of Posture Control of automated movements (walking, breathing) Control of “purposeful” movements

49  http://www.dailymotion.com/video/x1j0j5_huntingtons- disease_family http://www.dailymotion.com/video/x1j0j5_huntingtons- disease_family  http://www.dailymotion.com/video/x1iqgs_parkinson-s- disease_news http://www.dailymotion.com/video/x1iqgs_parkinson-s- disease_news