Moduloivat hermoverkot. Tarja Stenberg

Transkriptio

1 Moduloivat hermoverkot Tarja Stenberg

2 Tausta

3 Aivot Ihmisen aivoissa noin 10*10 12 aivosolua ja 100*10 12 hermoston tukisolua vastasyntyneellä noin 2500 synapsia per neuroni, aikuisella keskimäärin (10 4 ) per neuroni Tämän hermoverkon (10*10 12 *10 4 ) toiminta = aivotoiminta

4 Verkon toimintaedellytykset Riittävästi energiaa -synapsien muodostus ja ylläpito Sopiva reagointiherkkyys (vireystila) - tärkeisiin asioihin kyettävä reagoimaan, muuten säästettävä energiaa

5 Vireystilojen kirjo Kooma Anestesia -eri syvyysasteet Uni -eri tyypit ja syvyysasteet Valve - eri vireystasoja

6 Vireystilan modulointi Aivokuori pidettävä sopivassa vireystilassa Perustila: korkea aktivoitumiskynnys ( hyperpolarisaatio ) Moduloivat välittäjäaineet alentavat aktivoitumiskynnystä

7 AIVOKUORI ETUAIVOJEN POHJA HYPOTALAMUS TALAMUS ACh, Glutamate Adenosiini NO GABA LH Orexin VLPOA GABA TM Histamine HYPOTH. NUCLEI GHRH... RETICULAR NUCLEUS GABA AIVORUNKO LDT/PPT Ach RAPHE 5-HT LOCUS COERULEUS NA

8 Aivorungon säätelykeskukset

9 Hypotalamuksen säätelykeskukset Oreksiini Histamiini

10 Etuaivojen pohjan säätelykeskukset Kolmenlaisia soluja: Ach, GABA ja glutamaatti Adenosiini Typpioksidi (NO)

11 Talamus

12 Talamokortikaalinen piiri Talamus on aistitiedon portti aivokuorelle

13 Talamussolujen sähköinen aktiivisuus

14 Talamokortikaalinen piiri Tooninen aktiivisuus: valve -TC solu välittää tietoa aivokuorelle Bursting aktiivisuus: uni -TC solu ei välitä tietoa

15 Mihin diffuusia hermoverkkojen modulaatiota tarvitaan? Perustoimintatason viritys: matala, jos ympäristössä ei aihetta muuhun Korkea kun tarvitaan toimenpiteitä esim. ravinnon saantiin, puolustukseen tai lisääntymiseen liittyen Tavoittavat suuria neuronijoukkoja kerralla korkea divergenssi

16 Keskeiset tehtävät Vireystilan säätely Mielialan säätely? Uni-valverytmin säätely Eri järjestelmillä myös erityistehtäviä mm. plastisuuden, oppimisen ja muistin ja motoriikan säätelyssä

17 Miksi monta järjestelmää tekee samaa asiaa? Vireystilan ylläpito keskeistä elämän säilymiselle: jos laskee liikaa, eliö ei pysty elämää säilyttäviin tehtäviin Toisaalta korkeaa vireystilaa ei pystytä ylläpitämään jatkuvasti (korkea energiakustannus, muita syitä?) Jos yksi järjestelmä pettää, toinen ottaa sen tehtävät

18 Monet lääkeaineet kohdistuvat näihin järjestelmiin Mielialalääkkeet Muut psyykenlääkkeet Piristeet Kipulääkkeet Anestesia-aineet Huumausaineet

19 Moduloivat järjestelmät

20 Yhteenveto Aminergiset - Noradrenaliini - Serotoniini - Dopamiini - Histamiini Kolinergiset -asetyylikoliini Peptidergiset - Oreksiini - Huom. Myös hypothalamuksen dopamiini-prolaktiini, CRH-ACTH-kortisoli, LHRH-LH/FSHtestosteroni/estrogeeni, GHRH-GH hormoniakselit - Sekä lisämunuaisytimen adrenaliini/autonominen hermosto

21 Historiaa

22 Klassinen retikulääriformaatio (Moruzzi & Magoun )

23 Nykytieto: monta rinnakkaista diffuusia modulatorista järjestelmää Monoamiinit: - histamiini - noradrenaliini - serotoniini - dopamiini Asetyylikoliini Peptidit: - oreksiini

24 Järjestelmät

25 Noradrenerginen järjestelmä - locus coeruleus (sinitäplä) - alfa1, alfa2, beta1, beta2-reseptorit (alfa2 = mm. autoreseptori) - valppaus, stressi, hormonit, plastisuus LC Lisäksi medullassa hypotalamuksen hormoneja ohjaava NA-tumake

26 LC neuronit aktiivisia Uusi, kivuton sensorinen ärsyke eläimen normaalissa ympäristössä Inaktiivisia kun eläin löhöää toimettomana ruokaansa sulatellen LC aktivaatio tekee neuronit alttiimmiksi sensoriselle stimulaatiolle

27 Dopamiinin ja noradrenaliinin metabolia Tyrosiini tyrosiinihydroksyylaasi L-DOPA L-DOPA dopadekarboksylaasi Dopamiini Jatkuu noradrergisissä soluissa: Dopamiini dopamiinibetahydroksylaasi Noradrenaliini (synteesi synaptisissa vesikkeileissä)

28 Locus Coeruleus: alfa2-autoreseptorit hillitsevät LC:n toimintaa (sedaatio) Alfa2-agonistit: Klonidiini, detomidiini, medetomidiini Alfa2-antagonistit: johimbiini, atipametsoli

29 Locus coeruleus ja HPA-akseli vuorovaikutus

30 Dopamiinijärjestelmä D1, D2, D3-reseptorit VTA: ventraalinen tegmentaalinen alue - limbiseen järjestelmään prefrontaalikuoreen SN: substantia nigra -striatumiin Hypotalamuksen DA-tumakkeet hypofyysiin TIDA VTA: mielihyvä, tuska SN: motoriikka (parkinson ym.) Hypotalamus: stressi, prolaktiinin säätely ym.

31 Dopamiinijärjestelmä Substatia nigra (projektio striatumiin): motorinen säätely (liikkeen aloitus) VTA (projektiot frontaaliaivokuoreen ja limbiseen järjestelmään) mesolimbinen dopamiinijärjestelmä: mielihyvä palkkiojärjestelmä, addiktio Hypothalamuksen dopamiinijärjestelmä TIDA: prolaktiinin erityksen säätely Useat skitsofrenian hoitoon tarkoitetut lääkkeet ovat D2 reseptori antagonisteja

32 Dopamiinin ja noradrenaliinin metabolia

33 Serotoniinijärjestelmä - keskiviivan eli raphe-tumakkeet - kraniaalinen ja kaudaalinen ryhmä - valve, stressi, mieliala (kran.) - kivun modulaatio, motoriikka (kaud.) Lukuisia reseptorityyppejä 5-HT1A, B, D (inhib.) 5-HT2A, C (excit.) 5-HT-3 (ionoforiin, excit.) sekä muita

34 Serotoniinijärjestelmä Kaudaaliset tumakkeet: kivun säätely selkäytimen tasolla Rostraaliset tumakkeet: vigilanssitason säätely, mielialan säätely

35 Serotoniinin metabolia Tryptofaani tryptofaanihydroksylaasi 5-hydroksitryptofaani (5-HTP) 5-HTP 5-HTTPdekarboksylaasi 5-hydroksitryptamiini (5-HT, serotoniini)

36 Asetyylikoliinijärjestelmä - etummainen ryhmä: basal forebrain - taaimmainen ryhmä: LDT, PPT - LDT-PPT ohjaa etummaista ryhmää - valve, vireys, kognitio (Alzheimer!), REM-uni Muskariinireseptorit keskeisempiä aivoissa kuin nikotiinireseptorit Lukuisia M- reseptorityyppejä, eksitoivia sekä inhiboivia

37 Kolinerginen järjestelmä Etuaivojen pohjaosa (basal forebrain) ihmisellä nukleus basalis Meynert (projektiot aivokuorelle ja hippokampukseen) - oppiminen ja muisti?, vireystila Ponsin LDT/PPT tumakkeet (projektiot thalamukseen ja BF:ään): - Sensoristen impulssien läpipääsyn säätely, REM unen säätely

38 Asetyylikoliinin metabolia Koliini + AcetylCoA kolinasetyltransferaasi Asetyylikoliini Asetylkolinesteraasi hajottaa (koliini+etikkahappo)

39 Histamiinijärjestelmä tuberomamillaaritumakkeet H1-, H2-, H3-reseptorit mm. valve, verenpaine

40 Histamiini erittyy valveen aikana

41 Hypokretiini = oreksiini: peptiderginen diffuusi modulatorinen järjestelmä Oreksiini A ja B = hypokretiini 1 ja 2 - ravinnonotto - valve - muita autonomisia funktioita

42 Oreksiiniradat aivoissa

43 Vireystilan säätely Valve nonrem-uni REM-uni Amiinit Kolinerginen

44

45 Psykoaktiiviset molekyylit Vaikuttavat välittäjäaineiden pitoisuuteen synapsissa Useat vaikuttavat modulatorisiin järjestelmiin, erityisesti noradrenaliini-, serotoniini- ja dopamiinisynapseihin

46 Psykoaktiiviset molekyylit LSD hallusinogeeni. Serotoniinin kaltainen rakenne vaikuttaa aivojen serotoniinijärjestelmän kautta Kokaiini piriste. Estää dopamiinin takaisinoton synapsiraosta Amfetamiini piriste. Estää dopamiinin ja noradrenaliinin takaisinoton synapsiraosta

47 Psykiatriset sairaudet Skitsofrenia dopamiinijärjestelmä - Lääkket D2 antagonisteja Masennus serotoniinijärjestelmä - Lääkkeet serotoniinin takaisinoton estäjiä Paniikkihäiriöt HPA-akseli - Lääkkeet GABA-A reseptorin toimintaa moduloivia

48 Tietoisuus KESKEISIÄ KOMPONENTTEJA Informaation käsittely useilla aivoalueilla Informaation integrointi Yhteydet eri aivoalueiden välillä

49 Wake Tässäkö tietoisuuden salaisuus? -aivojen stimulointi valveessa ja unen aikana Sleep Massimini et al. Science 2005

50 Tietoinen vaste A. Tietoinen tila B. Stimuluksen ymmärrys C. Tahto regoida stimulukseen D. Kyky reagoida Långsjö J W et al. J. Neurosci. 2012;32:

51 Tietoisuuden palaaminen Anterior cingulate Talamus Locus coeruleus ångsjö J W et al.. Neurosci. 2012;32:

52 Kiitos