Βιολογικές βάσεις Συμπεριφοράς

Περίληψη σημειώσεων (οι διαφάνειες και εικόνες αναλυτικά στα μαθήματα)

Κύτταρα νευρικού συστήματος

Τα κύτταρα στο νευρικό σύστημα είναι περίπου 10 τρισεκατομμύρια και δισεκατομμύρια από αυτά τα συναντάμε στον εγκέφαλο. Τα κύτταρα του νευρικού συστήματος χωρίζονται σε δύο κατηγορίες Ι) νευρικά κύτταρα, ΙΙ) νευρογλοιακά κύτταρα. Τα νευρογλοιακά κύτταρα είναι δεκαπλάσια σε πλήθος σε σχέση με τα νευρικά και έχουν υποστηρικτικό ρόλο ενώ τα νευρικά έχουν εκτελεστικό ρόλο. Μια άλλη βασική διαφορά μεταξύ τους είναι ότι τα νευρικά είναι αδιαίρετα ενώ τα νευρογλοιακά διαιρούνται περαιτέρω.  Το νευρικό κύτταρο αποτελείται από 1) το κυτταρικό σώμα, 2) δενδριτική περιοχή, 3) νευράξονα. Το πλήθος των αποφυάδων από το κυτταρικό σώμα χαρακτηρίζει ένα νευρικό κύτταρο ως 1) πολύπολο, 2) δίπολο, 3) μονόπολο ή ψευδομονόπολο .Τα νευρικά κύτταρα είναι 1) είτε προσαγωγά ή απαρτίζουν το κεντρομόλο σύστημα 2) απαγωγά ή απαρτίζουν το φυγόκεντρο σύστημα 3) διάμεσοι νευρώνες που μεσολαβούν μεταξύ των δύο πρώτων δομών. Οι νευράξονες των νευρικών κυττάρων είναι είτε εμύελοι είτε αμύελοι. Η ύπαρξη και απουσία μυελίνης (λιποπρωτεϊνη) χαρακτηρίζει την κάθε περίπτωση αντίστοιχα. Η μυελίνη είναι μονωτής του ηλεκτρικού σήματος και δεν επιτρέπει την μετάδοση αυτού κατά μήκος του νευράξονα. Εφόσον όμως διακόπτεται από τους κόμβους ή περισφύξεις του Ranvier, τότε και επιτρέπει την αγωγή του σήματος με άλματα οπότε και διευκολύνει την ταχύτερη αγωγή αυτού. Αντιθέτως οι αμύελοι νευράξονες άγουν το σήμα κατά μήκος αυτών χωρίς άλματα, άρα και βραδύτερα. Τα κύτταρα επικοινωνούν μεταξύ τους με συνάψεις. Το κύτταρο Α που συνάπτει στο Β λέγεται προσυναπτικό του Β και το Β μετασυναπτικό του Α. Ένα προσυνπατικό κύτταρο αναπτύσσει συνάψεις 1) αξο-δενδριτικές (συνάψεις στη δενδριτική περιοχή του μετασυναπτικού), 2) αξο-σωματικές (συνάψεις στο κυτταρικό σώμα του μετασυναπτικού), 3) αξο-αξονικές (συνάψεις στο νευράξονα του μετασυναπτικού) και 4) έχουν παρατηρηθεί και δενδρο-δεντριτικές ακόμη. Το αθροιστικό αποτέλεσμα των συνάψεων αυτών ολοκληρώνεται στο αξονικό λοφίδιο, τη λεγόμενη ζώνη ολοκλήρωσης του σήματος και κατόπιν εφόσον υπερβεί κάποιο όριο (τον ουδό όπως θα δούμε παρακάτω) τότε μεταφέρεται με άλματα (εμύελοι νευράξονες) ή όχι (αμύελοι) στη ζώνη εξόδου που αποτελείται από τις νευρικές απολήξεις και τα τελικά κομβία. Τα τελικά κομβία περιέχουν κυστίδια με νευροδιαβιβαστή. Τα δίκτυα είναι συγκλίνοντα όταν περισσότερα κύτταρα συγκλίνουν σε ένα, οπότε η πληροφορία που λαμβάνει το κύτταρο είναι εξομαλυμένη. Αντίθετα, τα δίκτυα είναι αποκλίνοντα όταν η πληροφορία από ένα κύτταρο διοχετεύεται σε περισσότερα. Ωστόσο, στην υποστήριξη αυτών σημαντικό ρόλο έχει η νευρογλοία. Ο οργανισμός δεν αντιδρά μόνο σε ερεθίσματα από το περιβάλλον αλλά και επιδρά σε αυτό αυτόματα με ανάλογο κύκλωμα. Χαρακτηριστική είναι η περίπτωση του μυοτατικού αντανακλαστικού της επιγονατίδας. Τα νευρικά κύτταρα παράγουν ηλεκτρισμό, έχουν ηλεκτρικές ιδιότητες που τις χρησιμοποιούν για να διαβιβάζουν πληροφορία. Η εξάντληση ή καταστροφή της μυελίνης συνδέεται με τη νόσο της σκλήρυνσης κατά πλάκας.

Αγωγή Νευρικών σημάτων

Σε κατάσταση ηρεμίας το νευρικό κύτταρο έχει αρνητικό δυναμικό ενδοκυττάρια (τυπικό εύρος -40mV  έως -80mV). Το πρόσημο οφείλεται στην περίσσεια αρνητικά φορτισμένων μεγαλομοριακών πρωτεϊνών εντός της κυτταρικής μεμβράνης. Η τιμή είναι σχεδόν όσο το δυναμικό ισορροπίας του K+ αποτέλεσμα ισορροπίας των αντίρροπων δυνάμεων κλίσης συγκέντρωσης και ηλεκτροστατικής, και διατηρείται με τη βοήθεια της αντλίας Κ+/Na+. Ένα ερέθισμα δύναται να ανατρέψει την τιμή του δυναμικού της μεμβράνης ανάλογα με το είδος του και την έντασή του. Το ερέθισμα είναι Ι) εκπολωτικό, και αν είναι ασθενές προκαλεί τοπικά διαβαθμιζόμενη εκπόλωση της κυτταρικής μεμβράνης, ΙΙ) υπερπολωτικό,  και προκαλεί τοπικά διαβαθμιζόμενη υπερπόλωση της κυτταρικής μεμβράνης. ουδό. Η υπέρβαση της τιμής αυτής οδηγεί σε δυναμικό ενέργειας. Το δυναμικό ενέργειας χαρακτηρίζεται από αλλαγή πολικότητας του δυναμικού της μεμβράνης, δηλαδή το δυναμικό γίνεται θετικό και ακολούθως επανέρχεται στην αρχική τιμή του δυναμικού ηρεμίας. Πρόκειται για ένα κύκλο των εξής φάσεων Ι) εκπολωτικό δυναμικό διαβαθμιζόμενο που είναι υπό τον ουδό. ΙΙ) Αν «πιάσει» τον ουδό, τότε μετατρέπεται σε δυναμικό ενέργειας που οδηγεί σε θετικό πρόσημο - δηλαδή αλλαγή πολικότητας από - σε + της τιμή του δυναμικού της μεβράνης (υπερακόντιση). ΙΙΙ) Κατόπιν επαναφορά στην αρχική τιμή του δυναμικού ηρεμίας και μάλιστα ακολουθείται από υπερπόλωση (υποακόντιση). ΙV) Επαναφορά στην τιμή του δυναμικού ηρεμίας. Ο οργανισμός λαμβάνει υπόψη τα δυναμικά ενέργειας ως συμβάντα και όχι ως συνάρτηση του πλάτους ή της διάρκειας αυτής. Σύμφωνα με την αρχή του όλου ή του μηδενός, το δυναμικό ενέργειας είτε πυροδοτείται είτε όχι. Το πλάτος και η διάρκεια αυτού είναι ανεξάρτητα της ισχύος του ερεθίσματος. Η ισχύς του ερεθίσματος καθορίζει τη συχνότητα των δυναμικών ενέργειας. Ο χρόνος που μεσολαβεί για την δυνατότητα γέννησης νέου δυναμικού ενέργειας ονομάζεται ανερέθιστη περίοδος και αποτελείται από δύο φάσεις. I) Η φάση της απολύτου ανερεθιστότητας όπου δεν δημιουργείται δυναμικό ενέργειας όσο ισχυρό και αν είναι το εκπολωτικό ερέθισμα, II) Ακολουθεί η φάση της σχετικής ανερεθιστότητας όπου ένα πολύ ισχυρό επολωτικό ερέθισμα είναι πιθανό να οδηγήσει σε δυναμικό ενέργειας. συστήματος ότι άγεται είτε με άλματα στους εμύελους νευράξονες μεταξύ περισφύξεων του Ranvier, είτε κατά μήκος του νευράξονα. Η αγωγή του δυναμικού ενέργειας είναι μονοκατευθυντήρια, δηλαδή από το κυτταρικό σώμα στις νευρικές απολήξεις. Αυτό επιτυγχάνεται με την εκπόλωση των καναλιών Να+ προς τη μια κατεύθυνση, αυτήν της αγωγής, ενώ τα κανάλια Να+ πίσω μένουν κλειστά για διάστημα της ανερέθιστης περιόδου. Οι μηχανισμοί διαπερατότητας της μεμβράνης σε Κ+ και Να+ ισχύουν ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο. 

Συναπτική διαβίβαση

Η πληροφορία διαβιβάζεται από τον ένα νευρώνα στον άλλο δια μέσου εξειδικευμένων περιοχών που λέγονται συνάψεις. Ανάλογα με το αποτέλεσμα που προκαλεί η ενεργοποίησή τους οι συνάψεις χαρακτηρίζονται ως διεγερτικές ή ανασταλτικές ενώ ανάλογα με τον τύπο τους σε συνάψεις τύπου Ι ή ΙΙ. Οι συνάψεις τύπου Ι είναι ασύμμετρες λόγω της ασύμμετρης πάχυνσης της μετασυναπτικής διαβίβασης. Στο συναπτικό χάσμα εμφανίζουν μεγάλη ενεργό ζώνη. Είναι κυρίως διεγερτικές συνάψεις, παρατηρούνται ως αξο-δεντριτικές σε δενδριτικές άκανθες και χαρακτηρίζονται από στρογγυλά συναπτικά κυστίδια και πλατύ συναπτικό χάσμα. Οι συνάψεις τύπου ΙΙ είναι συμμετρικές χαρακτηρίζονται από πεπλατυσμένα κυστίδια και συμμετρική πάχυνση της μετασυναπτικής διαβίβασης. Το συναπτικό χάσμα έχει μικρότερο πλάτος σε σχέση με τις διεγερτικές (μικρή ενεργή ζώνη). Είναι κυρίως ανασταλτικές συνάψεις, παρατηρούνται περισσότερες στο κυτταρικό σώμα (αξο-σωματικές) και λιγότερο στις δενδριτικές άκανθες. Κάθε νευρώνας δέχεται διεγερτικές και ανασταλτικές συνάψεις και η απόφαση της παραγωγής νευρικής ώσης δηλαδή δυναμικού ενέργειας είναι συνάρτηση του αθροίσματος των τοπικά διαβαθμιζόμενων δυναμικών που ολοκληρώνονται στο αξονικό λοφίδιο. Τον όρο σύναψη εισήγαγε ο C. Sherrington στα τέλη του 19ου αιώνα. Σήμερα γνωρίζουμε ότι ένας τυπικός νευρώνας διαθέτει περίπου 1000 συνάψεις και δέχεται πληροφορίες από περισσότερους από 1000 άλλους νευρώνες. Αν σκεφτούμε ένα νευρικό δίκτυο αποτελούμενο από δεκάδες χιλιάδες νευρώνων, μπορούμε να καταλάβουμε ότι το τελικό αποτέλεσμα είναι συνάρτηση εκατομμυρίων αλληλεπιδράσεων μεταξύ των νευρώνων αυτών. Είναι γνωστοί δύο τύποι συναπτικής διαβίβασης, ο ηλεκτρικός και ο χημικός. Ο νευροδιαβιβαστής ανήκει σε μια εκ των δύο κατηγοριών: τους πεπτιδικούς και τους μη πεπτιδικούς ή μικρομοριακούς. Οι πεπτιδικοί συντίθεται κυρίως στο κυτταρικό σώμα, αποθηκεύονται σε κυστίδια και μεταφέρονται στις τελικές απολήξεις από μικροσωληνίσκους. Οι μη πεπτιδικοί συντίθενται κυρίως στις απολήξεις. Ο νευροδιαβιβαστής απελευθερώνεται από τον προσυναπτικό νευρώνα, διαχέεται στο συναπτικό χάσμα και τελικά δεσμεύεται σε ειδικούς υποδοχείς στη μετασυναπτική μεμβράνη ώστε τελικά το σήμα να μεταφέρεται μονοκατευθυντήρια από τον προσυναπτικό στο μετασυναπτικό νευρώνα. Ένα δυναμικό ενέργειας απελευθερώνει χιλιάδες μόρια νευροδιαβιβαστή και έτσι επιτυγχάνεται σημαντική ενίσχυση της συναπτικής απόκρισης.  Ένα δυναμικό ενέργειας του προσυναπτικού νευρώνα οδηγεί σε ένα τοπικά διαβαθμιζόμενο δυναμικό του μετασυναπτικού νευρώνα με μια εξαίρεση: την περίπτωση της νευρομυϊκής σύναψης όπου ένα δυναμικό ενέργειας του προσυναμτικού κινητικού νευρώνα συμβάλλει στη δημιουργία ενός δυναμικού ενέργειας στο μυ. Ο νευροδιαβιβαστής απελευθερώνεται από τον προσυναπτικό νευρώνα, διαχέεται στο συναπτικό χάσμα και τελικά δεσμεύεται σε ειδικούς υποδοχείς στη μετασυναπτική μεμβράνη ώστε τελικά το σήμα να μεταφέρεται μονοκατευθυντήρια από τον προσυναπτικό στο μετασυναπτικό νευρώνα. Η απελευθέρωση συντελείται λόγω εκπόλωσης της προσυναπτικής απόληξης. Η συναπτική καθυστέρηση είναι ο χρόνος που μεσολαβεί μεταξύ της απελευθέρωσης νευροδιαβιβαστή και ανάπτυξη μετασυναπτικού δυναμικού.

Συναπτική Ολοκλήρωση & Υποδοχείς

Ένα προσυναπτικό δυναμικό ενέργειας δημιουργεί τοπικά εκπολωτικό (μείωση της ηλεκτραρνητικότητας) ή υπερπολωτικό (αύξηση της ηλεκτραρνητικότητας) δυναμικό στη μετασυναπτική μεμβράνη, εκτός και αναφερόμαστε στη νευρομυϊκή σύναψη όπου ένα δυναμικό ενέργειας του προσυναπτικού κινητικού νευρώνα συμβάλει στην ανάπτυξη δυναμικού ενέργειας στο μετασυναπτικό μυ. Η καθαρή επίδραση των ώσεων κάθε επιμέρους διεγερτικής ή ανασταλτικής σύναψης εξαρτάται από πολλούς παράγοντες: Ι) τη θέση, ΙΙ) το μέγεθος και τη μορφή της σύναψης, ΙΙΙ) την απόσταση της σύναψης από το κυτταρικό σώμα και IV) τις βιοφυσικές ιδιότητες του νευρώνα. Ο μετασυναπτικός νευρώνας επεξεργάζεται τις ώσεις που προκαλούνται από διεγερτικές και ανασταλτικές συνάψεις με μια διεργασία που ονομάζεται νευρωνική ολοκλήρωση. Η νευρωνική ολοκλήρωση, δηλαδή η απόφαση για την εκπόλωση ενός δυναμικού ενέργειας αντανακλά στο κυτταρικό επίπεδο το έργο το οποίο αντιμετωπίζει συνολικά το νευρικό σύστημα: τη λήψη αποφάσεων. Οι συνάψεις που λαμβάνουν χώρα στην ζώνη εισόδου που χαρακτηρίζεται κυρίως από τους δενδρίτες και το κυτταρικό σώμα οδηγούν στη νευρική ολοκλήρωση η οποία εξαρτάται από την άθροιση συναπτικών δυναμικών. Η άθροιση αυτή είναι χρονική, χωρική ή χωροχρονική. Μια σύναψη έχει μεγαλύτερη επίδραση στο τελικό αποτέλεσμα της νευρικής ολοκλήρωσης αν είναι πλησιέστερα στο κυτταρικό σώμα. Ο λόγος είναι ότι το δυναμικό που αναπτύσσεται τοπικά στο σημείο της σύναψης στην κυτταρική μεμβράνη «ταξιδεύει» προς τον εκφυτικό κώνο με απόσβεση. Τέλος, ένας βασικός παράγοντας είναι η σταθερά του κυττάρου. Πρόκειται για ένα βιοφυσικό μέγεθος που καθορίζεται από τις ιδιότητες του κυτταροπλάσματος. Η σταθερά αυτή καθορίζει το ρυθμό επαναπόλωσης του δυναμικού, δηλαδή πόσο γρήγορα ή αργά επανέρχεται το δυναμικό στην αρχική του τιμή. Πως διαχωρίζουμε μια ουσία ως νευροδιαβιβαστή από κάποια μη νευροδιαβιβαστική? Αρκεί η ουσία αυτή να πληρεί όλες τις εξής ιδιότητες: > Υπάρχει στον προσυναπτικό νευρώνα, > Σε ποσότητα ανάλογη του Ca++, > Απελευθερώνεται στην λόγω εκπόλωση της προσυναπτικής απόληξης, > Υπάρχει μηχανισμός αποδόμησης ή απενεργοποίησης ή επαναπρόσληψης από τον προσυναπτικό νευρώνα και > Υπάρχει μετασυναπτικός υποδοχέας υψηλής συγγένειας. Οι υποδοχείς είναι διαμεμβρανικές πρωτεϊνες που συντίθεται στα σώματα των νευρώνων, έχουν χαμηλή διάρκεια ζωής, έχουν υψηλή συγγένεια με κάποιον νευροδιαβιβαστή και χαμηλή με κάποιον άλλο. Είναι ιοντοτροπικοί ή μεταβολοτροπικοί. Ένας νευροδιαβιβαστής που αναγνωρίζεται από τον υποδοχέα λόγω υψηλής συγγένειας, λειτουργώντας ως 1ος αγγελιοφόρος δεσμεύεται σε ειδική θέση και ενεργοποιεί τη διάνοιξη του καναλιού ιόντων είτε άμεσα, είτε έμμεσα ενεργοποιώντας ένα 2ος αγγελιοφόρο. Η δέσμευση αυτή προκαλεί αλλαγές στην στερεοτακτική δομή του υποδοχέα ενεργοποιώντας αυτόν: Αν δρα σε ιοντοτροπικό υποδοχέα τότε ανοίγει άμεσα το κανάλι ιόντων.  Αν δρα έμμεσα ενεργοποιώντας 2ο αγγελιοφόρο, τότε ο υποδοχέας είναι μεταβολοτροπικός και ανοίγει έμμεσα το κανάλι ιόντων, δηλαδή με καθυστέρηση. Πράγματι, οι τύπο αυτών των υποδοχέων έχουν πολύ βραδύτερα αποτελέσματα συγκριτικά με τους ιοντοτροπικούς. Ο 2ος αγγελιοφόρος είναι μια G-protein.

Ανάπτυξη Νευρικού Συστήματος

Στην ανάπτυξη του εγκεφάλου συνδράμουν Ι) τα γονίδια, ΙΙ) η μάθηση (εμπειρία) και ΙΙΙ) η ωρίμανση - περιβάλλον είτε θετικά (τροφικοί παράγοντες) είτε αρνητικά (τοξικοί παράγοντες). Ο κλάδος της επιγενετικής μελετά την αλληλεπίδραση των γονιδίων με το περιβάλλον. Η δημιουργία και εξειδίκευση όλων των ιστών του σώματος ξεκινά με τη γονιμοποίηση του ωαρίου. Οι αλλεπάλληλες κυτταρικές διαιρέσεις (αυλάκωση) του γονιμοποιημένου ωαρίου έχουν ως αποτέλεσμα τη δημιουργία του μοριδίου. Το μορίδιο μετατρέπεται σε βλαστίδιο ή βλαστική κύστη και αρχίζει μια σύνθετη διαδικασία της μετατροπής σε γαστρίδιο της βλαστικής κύστης (2η εμβρυϊκή εβδομάδα [ε.ε.]). > Γαστριδίωση (τρίστιβος εμβρυικός δίσκος), 2η εβδομάδα κύησης. > Νευριδίωση, 27η μερα: Επιμήκης πτυχή/νευρική αύλακα στην Νευρική πλάκα σταδιακά βαθαίνει δημιουργεί δύο πτυχώσεις που τελικά θα συναντηθούν στη δημιουργία κλειστού σωλήνα, το εξωτερικό τοίχωμα θα δημιουργήσει το πρόδρομο ΚΝΣ. > Νωτιαία χορδή-πρωταρχικός επαγωγέας σήματος παροδική δομή, 3η εβδομάδα. > Από τον Νευρικό Σωλήνα (πόρο) θα δημιουργηθούν 3 πρωτογενή κυστίδια, 4η εβδομάδα. > Στην 6η εβδομάδα αναπτύσσεται η διαίρεση σε δευτερογενή εγκεφαλικά κυστίδια. Με τον συστηματικό πολλαπλασιασμό του νευροεπιθηλίου εμφανίζονται τα πρώτα σημάδια διαφοροποίησης του νευρικού σωλήνα στα επιμέρους άκρα του ΚΝΣ. Στο πρόσθιο του άκρο ο νευρικός ιστός διευρύνεται και σχηματίζονται αρχικά τα τρία πρώτα πρωτογενή εγκεφαλικά κυστίδια: πρόσθιο, μέσο και οπίσθιο. Από την κεφαλική και ουριαία μοίρα του πρόσθιου κυστιδίου σχηματίζεται ο τελικός και ο διάμεσος εγκέφαλος αντίστοιχα. Το οπίσθιο κυστίδιο διαιρείται και σχηματίζει τον οπίσθιο και έσχατο εγκέφαλο. Από το διάμεσο κυστίδιο προέρχονται η νευροϋπόφυση και ο αμφιβληστροειδής χιτώνας. Το τμήμα του νευρικού σωλήνα πίσω από το έσχατο κυστίδιο σχηματίζει το νωτιαίο μυελό. Ο αυλός του νευρικού σωλήνα διαφοροποιείται και σχηματίζει τις κοιλίες του εγκεφάλου και τον κεντρικό σωλήνα του νωτιαίου μυελού. Η σειρά ανάπτυξης είναι νωτιαίος μυελός - έσχατος εγκέφαλος - οπίσθιος εγκέφαλος - μεσεγκέφαλος - διάμεσος εγκέφαλος - τελεγκέφαλος.  Η δημιουργία του τελικού σχεδίου νευρωνικών συνδέσεων μπορεί να θεωρηθεί ότι εξελίσσεται σε 7 κύρια στάδια Ι) σήματα από το μεσόδερμα επάγουν το σχηματισμό από το εξώδερμα ενός ομοιογενούς πληθυσμού πρόδρομων νευρικών κυττάρων (νευροβλάστες). ΙΙ) τα πρόδρομα κύτταρα διαφοροποιούνται σχηματίζοντας τα νευρογλοιακά και άωρα νευρικά κύτταρα, ΙΙΙ) τα άωρα νευρικά κύτταρα μεταναστεύουν από τις βλαστικές ζώνες στην τελική τους θέση, IV) τα νευρικά κύτταρα αναπτύσσουν νευράξονες, V) οι νευράξονες σχηματίζουν συνάψεις με κύτταρα στόχους (συναπτογέννεση), VI) μερικές συνάψεις τροποποιούνται (συναπτική ανακατάταξη), V) επιλεκτικός θάνατος νευρώνων. Κατά τη γέννηση ο εγκέφαλος ζυγίζει περίπου 350γραμ. Στο τέλος του 1ου χρόνου ζυγίζει περίπου 1 κιλό, ενώ του ενήλικα 1200-1400 γραμ. Στους πρώτους 9 μήνες μετά τη γέννηση, διπλασιάζεται το βάρος του και τον 6ο χρόνο ζωής έχει περίπου το 90% του βάρους του ενήλικα.

ΧΑΡΙΛΑΟΥ ΤΡΙΚΟΥΠΗ 45 - 10681 ΑΘΗΝΑ | Τ. 2107780514 | Κ. 6907495403 | E. info@synelixis.net