Moduloivat hermoverkot Tarja Stenberg
Tausta
Viestintämuodot
Aivot Ihmisen aivoissa noin 10*10 12 aivosolua ja 100*10 12 hermoston tukisolua vastasyntyneellä noin 2500 synapsia per neuroni, aikuisella keskimäärin 10 000-15 000 (10 4 ) per neuroni Tämän hermoverkon (10*10 12 *10 4 ) toiminta = aivotoiminta
Sähköisen viestinkulun perusta Sähköinen viesti aksonia pitkin synapsiin Synapsissa muuttuu kemialliseen muotoon Väittäjäaine ylittää synapsiraon Sitoutuu postsynaptisen kalvon reseptoriin Viesti jatkaa matkaa/aiheuttaa muutoksia geenien luennassa
Välittäjäaineet, erilaisia jakoja Nopea Hidas Eksitatorien Glutamaatti NA, 5-HT, DA, HA, orexin Inhibitorinen GABA, glysiini Huom. Sama välittäjäaine voi olla sekä eksitatorinen että inhibitorinen riippuen reseptorista Reseptorit: ligand-gated tai metabotrooppinen
Viestin voimistaminen
Viestien yhdistäminen
Geenin luenta
Viestiä voidaan moduloida monella tavalla
Verkon toimintaedellytykset Riittävästi energiaa -synapsien muodostus ja ylläpito Sopiva reagointiherkkyys (vireystila) - tärkeisiin asioihin kyettävä reagoimaan, muuten säästettävä energiaa
Vireystilojen kirjo Kooma Anestesia -eri syvyysasteet Uni -eri tyypit ja syvyysasteet Valve - eri vireystasoja
Vireystilan modulointi Aivokuori pidettävä sopivassa vireystilassa Perustila: korkea aktivoitumiskynnys ( hyperpolarisaatio ) Moduloivat välittäjäaineet alentavat aktivoitumiskynnystä
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
Aivorungon säätelykeskukset
Hypotalamuksen säätelykeskukset Oreksiini Histamiini
Etuaivojen pohjan säätelykeskukset Kolmenlaisia soluja: Ach, GABA ja glutamaatti Adenosiini Typpioksidi (NO)
Talamus
Talamokortikaalinen piiri Talamus on aistitiedon portti aivokuorelle
Talamussolujen sähköinen aktiivisuus
Talamokortikaalinen piiri Tooninen aktiivisuus: valve -TC solu välittää tietoa aivokuorelle Bursting aktiivisuus: uni -TC solu ei välitä tietoa
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
Keskeiset tehtävät Vireystilan säätely Mielialan säätely? Uni-valverytmin säätely Eri järjestelmillä myös erityistehtäviä mm. plastisuuden, oppimisen ja muistin ja motoriikan säätelyssä
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
Monet lääkeaineet kohdistuvat näihin järjestelmiin Mielialalääkkeet Muut psyykenlääkkeet Piristeet Kipulääkkeet Anestesia-aineet Huumausaineet
Tauko? Moduloivat järjestelmät
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
Historiaa
Klassinen retikulääriformaatio (Moruzzi & Magoun 1949-1950)
Nykytieto: monta rinnakkaista diffuusia modulatorista järjestelmää Monoamiinit: - histamiini - noradrenaliini - serotoniini - dopamiini Asetyylikoliini Peptidit: - oreksiini
Järjestelmät
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
LC neuronit aktiivisia Uusi, kivuton sensorinen ärsyke eläimen normaalissa ympäristössä Inaktiivisia kun eläin löhöää toimettomana ruokaansa sulatellen LC aktivaatio tekee neuronit alttiimmiksi sensoriselle stimulaatiolle
Dopamiinin ja noradrenaliinin metabolia Tyrosiini tyrosiinihydroksyylaasi L-DOPA L-DOPA dopadekarboksylaasi Dopamiini Jatkuu noradrergisissä soluissa: Dopamiini dopamiinibetahydroksylaasi Noradrenaliini (synteesi synaptisissa vesikkeileissä)
Locus Coeruleus: alfa2-autoreseptorit hillitsevät LC:n toimintaa (sedaatio) Alfa2-agonistit: Klonidiini, detomidiini, medetomidiini Alfa2-antagonistit: johimbiini, atipametsoli
Locus coeruleus ja HPA-akseli vuorovaikutus
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.
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
Dopamiinin ja noradrenaliinin metabolia
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
Serotoniinijärjestelmä Kaudaaliset tumakkeet: kivun säätely selkäytimen tasolla Rostraaliset tumakkeet: vigilanssitason säätely, mielialan säätely
Serotoniinin metabolia Tryptofaani tryptofaanihydroksylaasi 5-hydroksitryptofaani (5-HTP) 5-HTP 5-HTTPdekarboksylaasi 5-hydroksitryptamiini (5-HT, serotoniini)
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
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
Asetyylikoliinin metabolia Koliini + AcetylCoA kolinasetyltransferaasi Asetyylikoliini Asetylkolinesteraasi hajottaa (koliini+etikkahappo)
Histamiinijärjestelmä tuberomamillaaritumakkeet H1-, H2-, H3-reseptorit mm. valve, verenpaine
Histamiini erittyy valveen aikana
Hypokretiini = oreksiini: peptiderginen diffuusi modulatorinen järjestelmä Oreksiini A ja B = hypokretiini 1 ja 2 - ravinnonotto - valve - muita autonomisia funktioita
Oreksiiniradat aivoissa
Psykoaktiiviset molekyylit Vaikuttavat välittäjäaineiden pitoisuuteen synapsissa Useat vaikuttavat modulatorisiin järjestelmiin, erityisesti noradrenaliini-, serotoniini- ja dopamiinisynapseihin
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
Psykiatriset sairaudet Skitsofrenia dopamiinijärjestelmä - Lääkket D2 antagonisteja Masennus serotoniinijärjestelmä - Lääkkeet serotoniinin takaisinoton estäjiä Paniikkihäiriöt HPA-akseli - Lääkkeet GABA-A reseptorin toimintaa moduloivia
Tietoisuus KESKEISIÄ KOMPONENTTEJA Informaation käsittely useilla aivoalueilla Informaation integrointi Yhteydet eri aivoalueiden välillä
Wake Tässäkö tietoisuuden salaisuus? -aivojen stimulointi valveessa ja unen aikana Sleep Massimini et al. Science 2005
Kiitos