Motorik Supraspinala mekanismer Pertti Panula Institutionen för biomedicin Och Centret för neurovetenskap 15.1 Overall organization of neural structures involved in the control of movement. 15.2 Organization of lower motor neurons in the ventral horn of the spinal cord. (Part 1) 15.2 Organization of lower motor neurons in the ventral horn of the spinal cord. (Part 2) Ryggmärgens nedåtgående reglering • Lägre motoneuroner är somatotopiskt organiserade • Medialt lokaliserade celler innerverar axiala muskler och lämmarnas proximala delar • Laterala delar innerverar lämmarnas distala muskler • Lokaliseringen är viktig för kontrollen av kropsspositioner 15.3 Somatotopic organization of lower motor neurons in ventral horn at cervical level of spinal cord. Interneuroner i ryggmärgen • Neuroner i mediala delar av ventrala hornen sträcker sig över flera segment och innerverar bilateralt • Neuroner i laterala delar innerverar bara ett par segment Övre motoneuroner: organisation • Banorna till mediala celler börjar från vestibularkärnorna och formatio reticularis (postionskontroll) • Övre motoneuroner för laterala celler finns i motorisk hjärnbark • Colliculus superior innerverar halsområdets mediala cellgrupper (positionen av nacken och huvudet, visual kontroll) • Nucleus ruber innerverar halsryggmärgens laterala celler (proximala muskler i armarna) Nedoåtgående banor: organisation Var finns formatio reticularis? Mekanismerna för positionskontroll Direkta och indirekta banor från hjärnbarken till ryggmärgen Primär motorisk hjärnbark och premotorisk hjärnbark Kortikospinalbanan • Axonerna i capsula interna • Bildar den laterala kortikospinalbanan • Största delen korsar, resten bilda den ventrala kortikospinala banan Muskeltonus • Extensortonus underlättar stående och upprätthållandet av positionen • Afferenta fibrer av Ia-typ från muskelspindel upprätthåller alfamotoneuronernas aktivitet, som behövs för muskeltonus • Skador i alfa-motoneurononer eller Ia-fibrer sänker tonus • Skador i nedåtgående banor från hjärnan höjer • Hög tonus kan lösas: skada spinalganglier eller bakre rötterna Babinski reflex Motoneuronernas skador • Babinski positiv innan utvecklingen av övre motoneuroner och efter deras • Spasticitet: ökad muskeltonus, hyperaktiva reflekser och • Orsaken till spasticitet: saknande inhibition av vestibularkärnorna och formatio reticularis Motoriska delar av basalganglierna Nucleus caudatus och putamen • putamen och nucleus caudatus är de viktigaste mottagande kärnor • Medelstora neuroner försedda med hullingar (medium spiny neuron, MSN) är den viktigaste celltypen • MSN integrerar inkommande innerveringen från cortex, talamus och • Innerveras av nästan hela cortex Inkommande innervering till basalganglierna Kortikala områden som innerverar Nucleus caudatus och putamen Innerveringen av nervceller i putamen Medelstora celler i putamen (MSN) • Ingen aktivitet utan stimulering • Aktiveras innan förelsen startar (även flera sekunder) Basalgangliernas förbindelser Utgående innervering från basalganglierna Utgående innervering från basalganglierna Disinhibitorisk nervnät Den direkta och indirekta banan i basalganglilerna Parkinsons sjukdom • Dopamincellerna i substantia nigra degenerar • både D1-receptorberoende aktivering (direkt bana) och D2-receptorberoende inhibition (den indirekta banan) inaktiveras • Båda leder till minskning av den indirekta aktiveringen av hjärnbarken och svårigheter att starta rörelser • 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 Mekanismerna i Parkinsons sjukdom Mekanismerna i Huntingtons sjukdom Lilla hjärnans struktur Lillhjärnan • Cerebrocerebellum (största delen av laterala domäner, fibrer från hjärnbarken, nogrannt reglerade rörelser) • Vestibulocerebellum (banor från vestibularkärnorna, reglering av position och balans) • Spinocerebellum (banor från ryggmärgen, finreglering av rörelser) Funktionella delar av lillhjärnan Lillhjärnan (hjärnstammen borta) De viktigaste kontakterna av lillhjärnan Lillhjärnans kontakter med storhjärnan • Till motoneuroner i Nucleus ruber • Till lagren i colliculus superior • Via dorsal talamus till motorisk hjärnbark och premotorisk hjärnbark Lillhjärnans förbindelser till övre motoneuroner motoneuroniin • Lillhjärnskärnorna innerverar ventrolaterala kärnor i talamus • Talamiska kärnorna innereverar motorisk och premotorisk hjärnbark • På detta sätt kontrollerar lillhjärnan de övre motoneuronerna som reglerar muskler ansvariga för komplicerade rörelser Funtionell organisation av lillhjärnans innervering Lillhjärnans inkommande innervering • Parietalkortex, lobus parietalis (visual och somatosensorisk) • Limbisk hjärnbark (cortex cinguli) • Frontal hjärnbark, lobus frontalis (motorisk) • • • • • • • Nucleus ruber Colliculus superior Selkäydin (N. Clarke) Vestibularkärnorna Formatio reticularis N. olivarius inferior locus coeruleus Lillhjärnans inkommande innervation Hjärnbarkens områden som innerverar lillhjärnan Somatotopisk organisation av lillhjärnan Lillhjärnan reglerar hjärnbarken Utgående innervation från lillhjärnan till hjärnbarken Förbindelserna mellan lillhjärnan och stora hjärnan Lillhjärnbarkens celler Innerveringen av Purkinjeceller Förbindelser mellan lillhjärnbarken och dess kärnor Lillhjärnans skador • Skador försvårar finreglering och koordination av pågående rörelser • Rörelserna blir knyckande och inexakta (ataxi) • Lillhjärnan korrigerar inte längre rörelser • Skada på samma sida som funktionella problem • Alkoholister: skada i framdelen leder till problem att kontrollera benens rörelser Zebrafish (9 dpf, 210 hpf), catecholaminergic and serotonergic system (Kaslin et al. in preparation) TH/5-HT Locus coeruleus neuron – histaminergic contacts Zebrafish (7 dpf), whole HA-ergic system (Kaslin and Panula, J Comp Neurol 2001) Telencephalon Resolution: XY=0.488 mm XZ=0.600 mm Diencephalon Medulla 100 mm Effect of 6-OHDA on zebrafish movement Peitsaro et al. 2004 Intresserad av neurovetenskap? • Möjligheter finns till fördjupade studier och avhandlingsarbete inom tex. Motorisk reglering, addiktionsmekanismer på möss, råttor och sebrafiskar, även på människans postmortemmaterial • Kontakt: Pertti Panula 19125263, 0405922323, [email protected]