Biomedyczne podstawy rozwoju

2013-12-28

Biologiczne podstawy

zachowań;

genetyka zachowania

Robert K. Filipkowski

filipkowski@vizja.pl

Anatomia układu nerwowego

J.W. Kalat, str. 80

somatyczny

(sterowanie mięśniami zależne od woli,

odbiór informacji czuciowej)

autonomiczny

współczulny

(wydatkowanie energii)

przywspółczulny

(gromadzenie energii)

J.W. Kalat, str. 73-105

przodomózgowie
śródmózgowie
tyłomózgowie

cewka

nerwowa

kresomózgowie

śródmózgowie

tyłomózgowie

rdzeń kręgowy

międzymózgowie

rdzeń kręgowy

kresomózgowie

śródmózgowie tyłomózgowie

międzymózgowie

rdzeń kręgowy

przodomózgowie (mózg)

pień mózgu

kresomózgowie

śródmózgowie

tyłomózgowie

międzymózgowie

mózgowie

przodomózgowie
kresomózgowie
międzymózgowie

śródmózgowie

tyłomózgowie

kresomózgowie

śródmózgowie tyłomózgowie

międzymózgowie

rdzeń kręgowy

kresomózgowie

J.W. Kalat, str. 88-91

WSiP

szczelina podłużna
(centralna)

Płaty mózgu, powierzchnia boczna

Kora mózgowa, obszary czynnościowe

2013-12-28

kresomózgowie

śródmózgowie tyłomózgowie

międzymózgowie

rdzeń kręgowy

kresomózgowie

kora mózgowa

kora węchowa

opuszka węchowa

formacja hipokampa

ciało migdałowate

- przegroda

kresomózgowie

śródmózgowie tyłomózgowie

międzymózgowie

rdzeń kręgowy

kresomózgowie

kora mózgowa

opuszka węchowa

- formacja hipokampa

ciało migdałowate

- przegroda

jądro prążka krańcowego

opuszka węchowa

formacja hipokampa

przegroda

zakręt obręczy

spoidło wielkie

formacja hipokampa

zakręt obręczy (prawy)

zakręt obręczy (lewy)

przegroda

sklepienie

(powiązane z f. hipokampa)

ciało migdałowate

spoidło wielkie (ciało modzelowate, łać. corpus callosum)

kresomózgowie

śródmózgowie tyłomózgowie

międzymózgowie

rdzeń kręgowy

kresomózgowie cd., struktury podkorowe

gałka blada

jądro ogoniaste

jądro półleżące

- skorupa

ciało
prążkowane

gałka blada

jądro ogoniaste

ciało migdałowate

jądro ogoniaste
(ogon)

jądro ogoniaste

(głowa)

skorupa

gałka blada

kresomózgowie

śródmózgowie tyłomózgowie

międzymózgowie

rdzeń kręgowy

międzymózgowie

wzgórze

podwzgórze

(gł. jądro niskowzgórzowe)

ciała suteczkowate

- przysadka

- szyszynka

siatkówka oka

wzgórze (prawe)

wzgórze (lewe)

podwzgórze

ciało

suteczkowate

wzgórze

podwzgórze

przysadka

szyszynka

J.W. Kalat, str. 88-91

kresomózgowie

śródmózgowie tyłomózgowie

międzymózgowie

rdzeń kręgowy

śródmózgowie

wzgórki czworacze

(górne i dolne)

- nakrywka

istota czarna

istota szara okołowodociągowa

pole brzuszne nakrywki

twór siatkowaty

jądro czerwienne

nakrywka

wzgórki
czworacze

górne dolne

wzgórki
czworacze
górne

wzgórki

czworacze

górne

wzgórki
czworacze
dolne

istota szara

okołowodociągowa

twór siatkowaty

jądro czerwienne

istota czarna

nakrywka

pokrywa

J.W. Kalat, str. 88

2013-12-28

kresomózgowie

śródmózgowie tyłomózgowie

międzymózgowie

rdzeń kręgowy

nakrywka

pęczek przyśrodkowy przodomózgowia

podwzgórze

jądro półleżące
ciało migdałowate

jądro

półleżące

ciało

migdałowate

pole brzuszne

nakrywki

przegroda

kora

przedczołowa

kresomózgowie

śródmózgowie tyłomózgowie

międzymózgowie

rdzeń kręgowy

tyłomózgowie

most

- miejsce sinawe

rdzeń przedłużony

jądro wielkie szwu

jądro samotne (pasma samotnego)

jądro nerwu błędnego

móżdżek

most

rdzeń przedłużony

twór siatkowaty

móżdżek

most

rdzeń
przedłużony

J.W. Kalat, str. 85-87

kresomózgowie

śródmózgowie tyłomózgowie

międzymózgowie

rdzeń kręgowy

tyłomózgowie

- most

rdzeń przedłużony

móżdżek

most

rdzeń przedłużony

twór siatkowaty

struktury mózgowia

i ich funkcje

J.W. Kalat, str. 80-93

budowa warstwowa

J.W. Kalat, str. 94-105

budowa kolumnowa

budowa warstwowa:

6 warstw

warstwa IV

– „wejście”

warstwa V

– „wyjście”

J.W. Kalat, Rys. 4.22

J.W. Kalat, Rys. 4.23

budowa kolumnowa

kolumny prostopadłe do warstw

podobne cechy i liczne połączenia komórek w obrębie kolumn

Cytoarchitektonika kory mózgowej
wg. podziału Brodmanna

brak u J.W. Kalata!

2013-12-28

WSiP

Płaty mózgu, powierzchnia boczna

Kora mózgowa, obszary czynnościowe

Płat potyliczny

pierwszorzędowa kora wzrokowa (kora prążkowana)

Płat ciemieniowy

pierwszorzędowa kora somatosensoryczna (zakręt zaśrodkowy)

Płat skroniowy

pierwszorzędowa kora słuchowa; rozumienie mowy, spostrzeganie ruchu,

rozpoznawanie twarzy, emocje i motywacje

Płat czołowy

pierwszorzędowa kora ruchowa (zakręt przedśrodkowy)

kora przedczołowa

J.W. Kalat, str. 97

homunkulus

odwzorowanie kontralateralne

Płat czołowy

pierwszorzędowa kora ruchowa (zakręt przedśrodkowy)

kora przedczołowa

rozwinięta zwłaszcza u człowiekowatych

obszary odbierające sygnały z pierwszorzędowych ośrodków czuciowych

neurony z dłuższymi dendrytami, zwiększona liczba synaps

- integracja informacji

Lobotomia

przedczołowa

odcięcie korzy przedczołowej od reszty mózgu

(przecięcie spoidła wielkiego to komisurotomia)

Phineas Gage

uszkodzenie okolic przedczołowych:
-

utrata hamulców społecznych

- nieprzestrzeganie norm

impulsywność

funkcje okolic przedczołowych:
-

utrzymanie pamięci roboczej

sterowanie zachowaniami zależnymi

od kontekstu

METODY BADANIA BUDOWY
I FUNKCJONOWANIA
UKŁADU NERWOWEGO

2013-12-28

Eksperyment

grupy (kontrolna, eksperymentalna)
zmienne (zależna, niezależna)

eksperyment ostry

eksperyment chroniczny (badania behawioralne)

J.W. Kalat, str. 20-24

1. Podstawowe mechanizmy zachowania są podobne u wielu gatunków

i czasami łatwiej badać je u zwierząt.

2. Interesujemy się zwierzętami dla nich samych.

3. Wiedza o zwierzętach rzuca światło na ewolucję człowieka

4. W niektórych eksperymentach ludzie nie mogą brać udziału ze względu
na ograniczenia prawne lub etyczne.

Badania anatomiczne

- mikroskopowe

- tomografia komputerowa (TK)

(prześwietlenie głowy promieniami rentgenowskimi)

J.W. Kalat, str. 74

1. Analiza skutków uszkodzeń mózgu

2. Analiza skutków stymulacji wybranego obszaru mózgu

3. Rejestracja aktywności mózgu podczas wykonywania jakiejś
czynności

/ odbioru określonych bodźców

4. Ustalenie korelacji pomiędzy anatomią mózgu a zachowaniem

1. Analiza skutków uszkodzeń mózgu

Uszkodzenia mózgu u ludzi wskutek:
-

udaru mózgu

- choroby neurozwyrodnieniowej (neurodegeneracyjnej)

zaburzeń genetycznych

- zatrucia toksynami

niedoborów żywieniowych

- uszkodzenia mechanicznego (np. Phineas Gage)

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (u ludzi, wyłączenie aktywności)

Analiza anatomiczna:

- mikroskopowa (post mortem)

- neuroobrazowanie

Technika wyłączania genów /

nokaut

(u myszy)

STEREOTAKSJA

drażnienie

- elektryczne

- chemiczne

- osmotyczne

- termiczne

- wstrzykiwanie substancji (iniekcja)

- kaniulacja / kaniula

- lezje (mechaniczne, elektryczne,
chemiczne, ekscytotoksyczne)

aparat stereotaktyczny

lezja

– uszkodzenie części mózgu

ablacja

– usunięcie części mózgu

lezja pozorna

– kontrolna (bez np.

stymulacji prądem)

J.W. Kalat, str. 130

2013-12-28

2. Analiza skutków stymulacji wybranego obszaru mózgu

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (u ludzi, stymulacja aktywności)

Stymulacja za pomocą elektrod (u ludzi – np. podczas operacji, u zwierząt)

Stymulacja chemiczna (lokalnie lub obwodowo, wstrzyknięcie agonisty)

u zwierząt: metody elektrofizjologiczne i biochemiczne
u ludzi: metody nieinwazyjne

3. Rejestracja aktywności mózgu podczas wykonywania jakiejś
czynności

/ odbioru określonych bodźców

Radioaktywna 2-

deoksyglukoza, po przemianie pozostaje w komórce

Vaucher i wsp. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism (1997) 17, 686

–694

J.W. Kalat, str. 132

skrawki

błona rentgenowska

Emisyjna tomografia pozytonowa (ang. positron emission tomography, PET)

detekcja znacznika radioaktywnego wstrzykniętego

do krwi

np.

radioaktywna 2-

deoksyglukoza (pozostaje w komórkach aktywnych)

np.

ksenon (dostaje się do szczególnie ukrwionych rejonów mózgu)

J.W. Kalat, str. 247

Rezonans magnetyczny

Obrazowanie magnetyczno-rezonansowe
Obrazowanie metodą jądrowego rezonansu magnetycznego
(ang. magnetic resonanse imaging, MRI)

detekcja energii emitowanej przez cząsteczki (gł.

wody

) w silnym polu

magnetycznym

J.W. Kalat, str. 112

obrazowanie o dużej rozdzielczości

po stymulacji elektromagnetycznej

Funkcjonalny rezonans magnetyczny

Funkcjonalne obrazowanie magnetyczno-rezonansowe

Czynnościowe

obrazowanie metodą jądrowego rezonansu magnetycznego

(ang. functional magnetic resonanse imaging, fMRI)

detekcja energii emitowanej przez cząsteczki

hemoglobiny

w silnym polu

magnetycznym

J.W. Kalat, str. 170

obrazowanie o dużej rozdzielczości

w czasie i przestrzeni

po odłączeniu tlenu (w obszarze zwiększonej aktywności)

skany fMRI podczas wykonywania
wzrokowego zadania pamięciowego

2013-12-28

J.W. Kalat, str. 117

J.W. Kalat, str. 271

Magnetoencefalografia
mierzy słabe pola magnetyczne towarzyszące aktywności mózgu

słaba rozdzielczość przestrzenna
doskonała rozdzielczość czasowa

Elektroencefalografia
mierzy aktywność elektryczną towarzyszącą aktywności mózgu

Badanie obszarów aktywności w mózgu

poziom k

omórki

- elektrofizjologia (

badania czynności neuronów i grup neuronów)

z powierzchni czaszki

lub ze struktur mózgu

- magnetoencefalografia (MEG)
- elektroencefalografia (EEG)
-

metoda potencjałów wywołanych

neuroobrazowanie

- tomografia komputerowa
- emisyjna tomografia pozytonowa (PET), radioaktywna 2-deoksyglukoza
- rezonans magnetyczny (magnetic resonanse imaging, MRI)
- funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI)

J.W. Kalat, str. 164

geny „markerowe”

c-fos

(gen „własny” myszy, szczurów,

koduje czynnik transkrypcyjny)

zif268

(gen „własny” myszy, szczurów,

koduje czynnik transkrypcyjny)

gfp (gen obcy)

Histologia

Histochemia

Immunocytochemia

specyficzne przeciwciała

J.W. Kalat, str. 317

Badanie stężenie
neuroprzekaźników w mózgu

BrdU

NeuN

J.W. Kalat, str. 135

Otrzymywanie zwierząt transgenicznych

DNA szczura kodujący
hormon wzrostu

zygota

mikropipeta

wprowadzenie obcego DNA

umieszczenie transformowanych komórek
jajowych w macicy matki zastępczej

ekspresja obcego DNA
u części potomstwa

myszy transgeniczne

www.ohsu.edu

pipeta

przytrzymująca

Strategy for
generating
conventional
knockout mice

www.niaaa.nih.gov

blastocysta

wprowadzenie komórek z wyłączonym genem

www.ohsu.edu

Technika wyłączania genów /

nokaut

(u myszy)

(konwencjonalna)

Inne sposoby modyfikacji ekspresji genów

- wirusy
-

RNA blokujące

2013-12-28

DNA

RNA

białko

gen białka GFP

białko GFP

DNA

RNA

białko

gen białka GFP

promotor
specyficzny
np. dla tkanki, struktury

Cre

gen do wycięcia

loxP

Cre

loxP

Cre

loxP

Cre

Technika wyłączania genów /

nokaut

(u myszy)

(indukowana);

system Cre-loxP

OPTOGENETYKA

OPTOGENETYKA

Wykorzystuje

przewodzenie jonowe

wrażliwe na światło

(opsyny) pochodzące z glonów i archebakterii

kanałorodopsyna 2

(ChR2) reaguje na światło niebieskie,

wpuszcza jony sodu do komórki, wywołuje potencjały
czynnościowe

halorodopsyna

(NpHR) reaguje na światło żółte, wpuszcza jony

chloru do komórki, hamuje/hiperpolaryzuje ich aktywność