Helsingin yliopiston Avoin yliopisto Neuro- ja kognitiivinen psykologia I -neuro-osuuden luennot (12 h) Teemu Rinne, FT, dosentti, akatemiatutkija teemu.rinne@helsinki.fi Käyttäytymistieteiden laitos HY Kurssin tavoitteet Millainen on rakenne, jaottelut Miten hermosolut toimivat lepopotentiaali, aktiopotentiaali, synapsi Miten aistijärjestelmät toimivat miten fysikaalinen energia muutetaan aivoimpulseiksi näkö, kuulo Miten kognitiivisten toimintojen aivomekanismeja voidaan tutkia ihmisillä aivotoiminnan kuvantamismenetelmät Anatomian (vähän sekavia) termejä Lisää (edelleen vähän sekavia) anatomian termejä Dorsaalinen Ventraalinen Anteriorinen Posteriorinen Superiorinen Inferiorinen Lateraalinen Mediaalinen Proksimaalinen Distaalinen Ipsilateraalinen Kontralateraalinen selänpuoleinen vatsanpuoleinen etumainen, edessä oleva takimmainen, takana oleva ylempi alempi sivunpuoleinen, kaukana keskitasosta sisäpuolinen, lähellä keskitasoa/viivaa läheinen etäinen samalla puolella kehoa vastakkaisella kehon puolella tumake (nucleus) = hermosolujen soomaosien kasauma keskusssa eri tumakkeet säätelevät eri tyyppisiä tehtäviä (esim. aistitoiminnot, motoriikka) rata (tract)=keskusssa kulkeva aksonikimppu ganglio =hermosolujen soomaosien kasauma ääreisssa hermo (nerve)=ääreisssa kulkeva aksonikimppu
1. Horisontaalitaso, rakenne ylhäältä/alhaalta katsottuna 2. Sagittaalitaso, rakenne sivusta katsottuna 3. Koronaalitaso, rakenne edestä/takaa katsottuna 1 2 3 Neurologinen (aivokirurgi): vasen on vasen Radiologinen (jaloista ylöspäin): vasen on oikea Hermoston rakenne HERMOSTO KESKUSHERMOSTO (Central Nervous System, CNS) ÄÄREISHERMOSTO (Peripheral Nervous System, PNS) aivot selkäydin somaattinen autonominen etuaivot keskiaivot taka-aivot aivohermot selkäydinhermot isot aivot aivosilta väliaivot ydinjatkos pikkuaivot sympaattinen parasympaattinen
Hermoston kaksi pääosaa: Somaattinen 1. Keskus (luiden suojaamat osat sta): aivot (brain; pääkallon sisällä) selkäydin (spinal cord; selkärangan sisällä) 2. Ääreis autonominen (sisäelinten säätely) somaattinen (aistitieto, lihasliikkeet) Kytkeytyvät toisiinsa aivorungossa ja selkäytimessä keskuson päin aistitietoa tuovia sensorisia hermoja (=afferentteja hermoja) keskussta poispäin lihaksiin ja rauhasiin toimintakäskyjä vieviä motorisia hermoja (=efferenttejä hermoja) pääosin tahdonalaisia kaksi osaa: aivohermot - päänalueen aistinelimet (haju, näkö, kuulo jne) ja lihakset (kieli, leuka, kasvot jne) + mm. sydän ja keuhot - sensorisia ja motorisia - 12 aivorunkoon (paitsi I ja II aivohermo) kytkeytyvää paria selkäydinhermot - 31 selkäytimeen kytkeytyvää paria - päänalapuolisten kehonosien toiminnot: ihon tuntoaistitieto aivoihin, toimintakäskyt aivoista lihaksiin Aivohermot Aivohermot AIVOHERMO: SENSORINEN TEHTÄVÄ: MOTORINEN TEHTÄVÄ: I hajuhermo haju - kulkevat pääkallossa olevien reikien läpi kohde-elimiinsä aivorunko on aivohermojen keskus laskevat ja nousevat yhteydet selkäytimeen! aivorungon verenkiertohäiriöt aiheuttavat vakavia vaurioita II näköhermo näkö - III silmän liikehermo aistimukset silmien lihaksista silmien liikkeet, pupillin supistuminen IV telahermo aistimukset silmien lihaksista silmien liikkeet V kolmoishermo kasvojen iho, nenä, suu pureminen, nieleminen Vl loitontajahermo aistimukset silmien lihaksista silmien liikkeet VII kasvohermo maku kielen etuosista, tunto pään sisäosista ilmeet, itku, syljeneritys,pään versisuonten laajeneminen VIII kuulo-tasapainohermo kuulo, tasapaino - IX kieli-kitahermo X kiertäjähermo maku ja tunto kielen takaosista ja kurkusta tunto nielusta, kurkusta ja rinta- ja vatsaontelosta nieleminen, syljeneritys, verisuonten laajentaminen nieleminei, sydämen ja sisäelinten parasympaattinen säätely XI lisähermo - pään ja hartioiden likkeet XII kielen liikehermo aistimukset kielen liikuttajalihaksista kielen liikkeet
Selkäydinhermot (spinal nerves) 31 selkäytimeen kytkeytyvää paria säätelevät pään alapuolisten kehon osien toimintoja: tuovat aivoihin tuntoaistitietoa iholta ja vievät aivoista lihaksiin toimintakäskyjä kullakin selkäydinhermolla oma ihoalue eli dermatomi, jolta tuo aistitietoa Selkäydinhermojen kytkeytyminen selkäytimeen sensorinen, afferentti tieto selänpuolelta (dorsal) motorinen, efferentti tieto mahanpuolelta (ventral) pullistumat selkärangassa enemmän soluja raajojen käsittelyyn harmaa aine (ytimen keskusta) soluytimet ja dendriitit valkea aine myelinisoidut aksonit Hermoston rakenne HERMOSTO Autonominen l. vegetatiivinen KESKUSHERMOSTO (Central Nervous System, CNS) aivot selkäydin etuaivot keskiaivot taka-aivot ÄÄREISHERMOSTO (Peripheral Nervous System, PNS) somaattinen aivohermot selkäydinhermot autonominen ei-tahdonalaisia afferentteja ja efferenttejä sisäelinten toimintoja sääteleviä ratoja kaksi vastakkaisvaikutuksista osaa: sympaattinen vallitsee aktiivisessa toiminnassa, esim. kiihdyttää sydänsykettä parasympaattinen vallitsee lepotilassa, esim. hidastaa sydänsykettä myös muutamat aivohermot (esim. X aivohermo eli kiertäjähermo) tärkeä osa parasympaattista a isot aivot aivosilta väliaivot ydinjatkos pikkuaivot sympaattinen parasympaattinen
SYMPAATTINEN HERMOSTO Sympaattisen ja parasympaattisen n vaikutuksia PARASYMPAATTINEN HERMOSTO Keskus (Central Nervous System, CNS) laajentaa pupillia vähentää syljeneritystä laajentaa keuhkojen ilmatiehyeitä nostaa sydänsykettä nostaa verenpainetta ja lisää lihasten verenkiertoa hidastaa ruoansulatusta lisää hien eritystä nostaa verensokeria ja adrenaliinineritystä supistaa pupillia lisää syljeneritystä supistaa keuhkojen ilmatiehyeitä laskee sydänsykettä laajentaa pintaverisuonia kiihdyttää ruoansulatusta lisää suoliston verenkiertoa luiden suojaamat osat sta: aivot (brain; pääkallon sisällä) selkäydin (spinal cord; selkärangan sisällä) 1. Etuaivot (forebrain) isot aivot (telencephalon, cerebrum) väliaivot (diencephalon) 2. Keskiaivot (midbrain, mesencephalon) nelikukkulatumakkeet (superior & inferior colliculus), mustatumake (substantia nigra) 3. Taka-aivot (hindbrain, metencephalon) aivosilta (pons) ydinjatkos (medulla) pikkuaivot (cerebellum) Aivojen osien jaottelu 1 2 3 Isojenaivojen rakenne (2 aivopuoliskoa eli hemisfääriä) 1) aivokuori (cortex) koostuu lähinnä neuronien soomaosista ja gliasta ( harmaa aine ) poimut (gyrus) ja uurteet (sulcus, fissure) frontaali-, parietaali-, temporaali ja okkipitaalilohkot (otsa-, päälaen-, ohimo-, ja takaraivolohkot) kerros (laminae)- ja pylväs (column) rakenne neokorteksissa 6 solukerrosta, limbisessä korteksissa (pihtipoimu ja hippokampus) 3-4 samassa pylväässä olevat solut erikoistuneet samantyyppiseen tiedonkäsittelyyn (esim. näköaivokuoren silmädominanssipylväät) sytoarkkitektuurin mukaan jaettu ns. Brodmannin alueisiin
Isojen aivojen rakenne (jatkoa) Aivokuoren kerros- ja pylväsrakenne 2) aivokuoren alapuolinen valkoinen aine (lähinnä aivokuoren neuronien aksoneita) assosiaatioradat: yhdistävät saman aivopuoliskon aivokuoren eri osia (mm. superior longitudinal fasciculus, cingulum) komissuraaliradat: yhdistävät aivopuoliskoja (mm. corpus callosum, anterior comissura) projektioradat: laskevia ja nousevia, yhdistävät aivokuorta ja n alaosia mm. talamuksen kautta Aivokuoren lohkot 1-3 Brodmannin alueet
Aivokuoren poimurakenne STG=superior temporal gyrus ITG=inferior temporal gyrus IFG=inferior frontal gyrus pocg=postcentral gyrus STS=superior temporal sulcus SFS=superior frontal sulcus CS=central sulcus http://www.meduniwien.ac.at/plastination/plastinatedbrain/main.html http://www.cabiatl.com/mricro/anatomy/home.html http://da.biostr.washington.edu -> Neuroanat Interact Atlas -> Click for atlas -> (brain surface) Assosiaatioratoja Projektiorata (nousee talamuksesta aivokuorelle) Komissuraalirata Aivokuoren alla valkeassa aineessa kulkevia ratoja (kuvassa aivokuori osaksi poistettu) Talamus Isojen aivojen rakenne (jatkoa) 3. Tyvitumakkeet (basal ganglia, uudempi termi basal nuclei) tumake=keskusssa sijaitseva, anatomisesti selkeärajainen neuronien kasautuma etenkin motoriikan säätely viisi tumaketta: caudate nucleus putamen caudate+putamen = striatum globus pallidus substantia nigra (musta tumake) Parkinssonin tauti subthalamic nucleus
Isojen aivojen rakenne (jatkoa) 4. Limbinen järjestelmä limbic lobe, rinki aivorungon ympärillä lajikehityksellisesti vanhaa useita toisiinsa kytkeytyneitä rakenteita: cingulate gyrus (pihtipoimu), parahippocampal gyrus, subcallosal gyrus hajukäämi (olfactory bulb) hippokampus (aivoturso) amygdala (mantelitumake) hypotalamus (autonominen, hormonit) tunnetilat, motivationaalinen käyttäytyminen (nälkä, jano, seksuaalitoiminnot, aggressio), muistitoiminnot Aivorunko Väliaivot Keskiaivot Aivosilta Ydinjatkos Aivorunko (jatkoa) 1) väliaivot talamus: tumakkeet säätelevät mm. aistitoimintoja (reletumakkeet vastaanottavat tietoa aistielimistä ja välittävät aivokuorelle: esim. näkö: lateral geniculate nucleus, LGN) motoriikkaa tunne-elämää vireystilaa hypotalamus 4 F s of behavior : fighting, fleeing, feeding, mating homeostaasin säätely (nälkä, jano, ruumiinlämpö) sisäeritys aivolisäkkeen ja käpyrauhasen (melatoniini) kautta Aivorunko (jatkoa) 2) keskiaivot näkö- ja kuuloradan tumakkeet (superior & inferior colliculi) motoriikka (puna- ja mustatumake) III ja IV aivohermon tumakkeet
Aivorunko (jatkoa) 3) aivosilta (pons) aivokuoren, selkäytimen, basaaliganglioiden ja pikkuaivojen välisiä hermoratoja V-VII aivohermon tumakkeet monet sensoriset ja motoriset hermoradat risteävät aivosillassa vastakkaiselle (kontralateraaliselle) puolelle Aivorunko (jatkoa) 4) ydinjatkos (medulla) elintärkeiden refleksien säätely: hengitys, sydämensyke jne. VIII-XII aivohermon tumakkeet Aivokammiot keskus on aivokalvojen ympäröimä aivokalvojen välisen tilan täyttää aivo-selkäydinnneste ympäröi aivoja ja selkäydintä kelluttaa aivoja, suojaa iskuilta, välittää ravinteita, hormoneja, jätteitä yms aivokammiot (ventrikkelit) oikea ja vasen lateraalikammio isoaivopuoliskoissa 3. aivokammio väliaivoissa 4. aivokammio pikkuaivojen edessä, jatkuu selkäytimen sisällä kammiot yhteydessä toisiinsa ja aivojen ja pääkallon väliseen tilaan Pikkuaivot 80% aivojen neuroneista, 10% tilavuudesta vahvat yhteydet aivokuorelle rakenne muistuttaa isoja aivoja kerrokset, tumakkeet motoriikka, kävely, tasapaino myös ehkä kieli, musiikki, tarkkaavaisuus ym toimintojen automatisoituminen (oppiminen, ennustaminen) mysteeri, tutkimus vasta viime aikoina