Motoriikan säätely. 2 Supraspinaaliset Mekanismit Pertti Panula. Biolääketieteen laitos ja Neurotieteen Tutkimuskeskus

Transkriptio

1 Motoriikan säätely 2 Supraspinaaliset Mekanismit 2013 Pertti Panula Biolääketieteen laitos ja Neurotieteen Tutkimuskeskus

2 15.1 Overall organization of neural structures involved in the control of movement.

3 15.2 Organization of lower motor neurons in the ventral horn of the spinal cord. (Part 1)

4 15.2 Organization of lower motor neurons in the ventral horn of the spinal cord. (Part 2)

5 Selkäytimen motoneuronien laskeva säätely Alemmat motoneuronit ovat somatotooppisesti järjestyneet Mediaaliset solut hermottavat aksiaalisia lihaksia ja raajojen tyviosia Lateraaliset osat hermottavat raajojen distaalisia lihaksia Järjestyminen tärkeä asentokontrollin vuoksi

6 15.3 Somatotopic organization of lower motor neurons in ventral horn at cervical level of spinal cord.

7 Interneuronien järjestyminen Etusarven mediaaliosan hermosolut ulottuvat usean segmentin yli ja hermottavat bilateraalisesti Lateraaliosan neuronit hermottavat vain pari segmenttiä selkäytimessä

8 Ylempien motoneuronien järjestyminen Mediaalisiin soluihin tulevat laskevat radat alkavat vestibulaaritumakkeista ja formatio reticulariksesta (asentokontrolli) Lateraalisten solujen ylemmät motoneuronit lähtevät motoriselta aivokuorelta Colliculus superior hermottaa kaula-alueen mediaalisia soluryhmiä (pään niskan asento, näkökontrolli) Nucleus ruber hermottaa kaulaselkäytimen alueen lateraalisia soluja (yläraajan proksimaaliset lihakset)

9 Laskevien ratojen järjestyminen

10 Formatio reticulariksen paikantuminen

11 Asentokontrollin mekanismit

12 Suorat ja epäsuorat radat isoaivokuorelta selkäytimeen

13 Primäärinen motorinen ja premotorinen aivokuori

14 Kortikospinaalirata aksonit capsula internassa muodostavat lateraalisen kortikospinaalisen radan suurin osa ristitsee, loppuosa muodostaa ventraalisen kortikospinaalisen radan

15 Lihastonus Ekstensoritonus helpottaa seisomista ja asennon ylläpitoa Ia-tyyppiset afferentit lihassukkuloista ylläpitävät alfamotoneuronien aktiivisuutta, joka vaaditaan lihastonukseen vaurio alfa-motoneuroneissa tai Ia-säikeissä vähentää tonusta aivojen laskevan hermotuksen vaurio kohottaa tonusta kohonnut tonus voidaan laukaista tuhoamalla spinaaligangliot tai takajuuret

16 Babinskin refleksi

17 Motoneuronien vauriot Babinski positiivinen ennen ylemmän motoneuronin kehittymistä ja sen vaurion jälkeen Spastisuuteen kuuluu lisääntynyt lihastonus, hyperaktiiviset venytysrefleksit ja klonus Spastisuuden syynä todennäköisesti vestibulaaritumakkeiden ja formatio reticulariksen puuttuva inhibitio

18 Tyvitumakkeiden motoriset osat

19 Nucleus caudatus ja putamen putamen ja nucleus caudatus ovat tärkeimmät vastaanottavat keskukset keskikokoiset väkäsekkäät hermosolut (medium spiny neuron, MSN) tärkeä solutyyppi MSN integroivat cortexin, talamuksen ja aivorungon tulevaa hermotusta lähes koko cortex hermottaa

20 Tyvitumakkeisiin tuleva hermotus

21 Nucleus caudatuksen ja putamenin hermotusalueet isoaivokuorella

22 Putamenin hermosoluun tulevat yhteydet

23 Putamenin solut (MSN) normaalitilassa ei aktiivisuutta aktivoituvat ennen liikkeen aloittamista (jopa useita sekunteja)

24 Tyvitumakkeiden yhteydet

25 Tyvitumakkeista lähtevä hermotus

26 Tyvitumakkeista lähtevä hermotus

27 Disinhibitorinen hermoverkko

28 Suora ja epäsuora rata tyvitumakkeissa

29 Parkinsonin tauti substantia nigran dopamiinisolut degeneroituvat sekä D1-välitteinen eksitaatio (suora rata) että D2-välitteinen inhibitio (epäsuora rata) estyvät, molempien seurauksena cortexin vähentynyt epäsuora eksitaatio ja vaikeus aloittaa liikkeitä

30

31

32 Taxation should be in proportion to an individuals s ability to pay Excise taxes on necessities of life should be abolished Workmen should not be imprisoned for uniting to obtain an increase in wages Punishment should be proportional to the severity of the crime Provisions should be made to aid the aged and disabled who could not support themselves Tradesmen who became bankrupt should not be imprisoned

33

34

35 Parkinsonin taudin mekanismit

36 Huntingtonin taudin mekanismit

37 Pikkuaivojen rakenne

38 Pikkuaivot Cerebrocerebellum (suurin osa lateraalisista osista, säikeet isoaivokuorelta, tarkasti säädellyt liikkeet) Vestibulocerebellum (vestibulaaritumakkeista radat, asennon ja tasapainon säätely) Spinocerebellum (radat selkäytimestä, liikkeiden hienosäätö)

39 Pikkuaivojen toiminnalliset osat

40 Pikkuaivot (aivorunko poistettu)

41 Pikkuaivojen tärkeimmät yhteysalueet muualla aivoissa

42 Pikkuaivojen yhteydet isoihin aivoihin Nucleus ruberin motoneuroneihin superiorisen colliculuksen kerroksiin dorsaalisen talamuksen kautta motoriselle ja premotoriselle aivokuorelle

43 Pikkuaivojen yhteydet ylempään motoneuroniin syvät pikkuaivotumakkeet hermottavat talamuksen ventrolateraalisia tumakkeita nämä hermottavat primaarista motorista ja premotorista cortexia näin pikkuaivot kontrolloivat niitä ylempiä motoneuroneita, jotka vastaavat monimutkaisten tahdonalaisten liikkeiden vaatimista lihastoiminnoista

44 Pikkuaivojen hermotuksen toiminnallinen organisaatio

45 Pikkuaivojen tuleva hermotus Parietaalinen aivokuori (visuaalinen ja somatosensorinen) Limbinen aivokuori (cortex cinguli) Frontaalinen aivokuori (motorinen) Nucleus ruber Colliculus superior Selkäydin (Clarken t.) Vestibulaaritumakkeet Formatio reticularis N. olivarius inferior locus coeruleus

46 Pikkuaivojen tuleva hermotus

47 Pikkuaivoja hermottavat isoaivokuoren alueet

48 Pikkuaivojen somatotooppinen järjestyminen

49 Pikkuaivot säätelevät isoaivokuorta

50 Pikkuaivoista lähtevä hermotus isoaivokuorelle

51 Pikkuaivojen ja isojen aivojen yhteydet motoriikan säätelyssä

52 Pikkuaivokuoren solut

53 Purkinjen solujen hermotus

54 Pikkuaivokuoren ja syvien tumakkeiden yhteydet

55 Pikkuaivovauriot vauriot haittaavat käynnissä olevan liikkeen hienosäätöä ja koordinaatiota liikkeet muuttuvat nykiviksi ja epätarkoiksi (ataksia) pikkuaivot eivät enää korjaa liikevirheitä vauriot samalla puolella kuin liikehäiriö alkoholisteilla etuosan vaurio: alaraajahäiriö

56 Zebrafish (9 dpf, 210 hpf), catecholaminergic and serotonergic system (Kaslin et al. in preparation) TH/5-HT

57 Locus coeruleus neuron histaminergic contacts

58 Zebrafish (7 dpf), whole HA-ergic system (Kaslin and Panula, J Comp Neurol 2001) Telencephalon Diencephalon Medulla Resolution: XY=0.488 mm XZ=0.600 mm 100 mm

59 Effect of 6-OHDA on zebrafish movement Peitsaro et al. 2004

60 Kiinnostaako neurotiede? Mahdollisuus biolääketieteellisiin syventäviin tutkimuksiin mm. motoriikan säätelyn, addiktion mekanismien ym. tutkimuksessa hiirillä, rotilla ja seeprakaloilla Ota yhteyttä: Pertti Panula