Az idegrendszer plaszticitása röviden változásra való képességét jelenti Több megjelenési formája van, pl. szerkezeti/morfológiai plaszticitás, funkcionális plaszticitás Speciális formája a tanulás (sejtszintű mechanizmusa az LTP, LTD) Nature vs. nurture „Nurture is stronger than nature” (?)
„DEVELOPMENTAL PLASTICITY”
Genetikailag determinált, vagy a tanulás/környezet hatásai érvényesülnek-e elsődlegesen? - Sejtszám szabályozás (pre-és posztnatalis) - Axonal pathfinding - Dendritic modelling and remodelling - Synaptic development +”overshot” - Synaptic stabilization - Kritikus időszak (látó-és szomaszenzoros) - Reaktív szinaptogenezis (axon és dendrit) -„Üres” szinapszisok reszaturációja - Adaptív (funkcionális) dendritikus atrophia - Neurokémiai plaszticitás - neurotranszmitterek - pre- és posztszinaptikus receptorok
A kisagy pre-és posztnatalis fejlődése
A kisagykéreg szerkezete Rétegei: molekuláris réteg ganglionáris réteg (Pu-sejtek) szemcsesejt réteg Sejttipusai: Purkinje sejtek szemcse-sejtek unipolaris ecsetsejtek Golgi-sejtek Lugaro sejtek kosár-sejtek csillag sejtek Bemenetei: Climbing fibers (kúszórostok) Mossy fibers (moharostok)
A patkány kisagy fejlődése I.
A patkány kisagy fejlődése II.
Gének szabályozzák a kisagy sejtes szerkezetének kialakulását
Sejtek vándorlása a fejlődő kisagyban I.
Sejtek vándorlása a fejlődő kisagyban II.
A Purkinje sejtek és a kisagyi magok sejtjeinek vándorlása a patkány kisagy fejlődése során
A kisagylebenyek fejlődése térben és időben szabályozott, a különböző sejt-klaszterek migrációja és integrációja során.
A kisagylebenyek fejlődése térben és időben szigorúan szabályozott „menetrend” szerint lejátszódó folyamat
A kisagylebenyek fejlődése a születés után C57Bl/6 egérben A képek a Purkinje sejtek laminájának kamera lucidával készült rajzai különböző postnatalis időpontokban
Migráló Pukinje sejtek újszülött macska kisagyában (mGluR1 immunoreakció)
Changes of the number of Purkinje cells in the ganglionic layer of the cat cerebellum after birth No cells x 106 2.4 1.8
1.2 0.6
PO
P42
P72
Ad
1.141 + 0.089
1.705 + 0.094
1.896 + 0.103
1.429 + 0.084
A kisagykéreg szerkezete Rétegei: molekuláris réteg ganglionáris réteg (Pu-sejtek) szemcsesejt réteg Sejttipusai: Purkinje sejtek szemcse-sejtek unipolaris ecsetsejtek Golgi-sejtek Lugaro sejtek kosár-sejtek csillag sejtek Bemenetei: Climbing fibers (kúszórostok) Mossy fibers (moharostok)
Kúszó rostok (climbing fibers) plaszticitása
felnőtt
EGL (külső szemcsés réteg)
Szemcsesejtek proliferációja és migrációja ptkány kisagyában a születés után
proliferáció
migráció
DCX (doublecortin) expressziójának változása C57Bl6 egerek kisagykérgében
A fejlődő kisagykéreg szerkezetének (rétegvastagságok) változása a születés után C56Bl/6 egérben
DCX immunofestés a fejlődő kisagykéregben
P2
DCX immunofestés a fejlődő kisagykéregben
P5
DCX immunofestés a fejlődő kisagykéregben
P8
DCX immunofestés a fejlődő kisagykéregben
P11
DCX immunofestés a fejlődő kisagykéregben
DCX immunofestés a fejlődő kisagykéregben
P16
DCX immunofestés a fejlődő kisagykéregben
Parvalbumin immunreaktív sejtek a fejlődő kisagykéregben
Félvékony metszetek, toluidinkék festés, fejlődő kisagykéreg
A „PA” immunoreaktív interneuronok számának és denzitásának változása fejlődő kisagykéregben C57Bl6 egérben
Number of LC s/section
Average number of migrating LCs/section at different postnatal ages 10 8 6 4 2 0 P1
P8
P15
P22
P42
Age (postnatal days)
P62-72 P135
Table 2. Approximation of the total number of migrating Lugaro cells in the cerebellum at different postnatal days
Postnatal days
Volume of sections (mm3)
Volume of the cerebellum* (mm3)
Number of LCs in the sections
Approximate number of migrating LCs in the whole cb
P1
28.81
476
56
900
P8
49.08
710
185
2700
P15
59.58
1068
330
6000
P22
87.31
1436
217
3600
P42
120.33
1628
211
2900
P62-72
115.87
2076
86
1500
P135
96.80
2460
32
800
*Calculated as the ratio of the mass of the cerebellum (measured before sectioning) and the density of cerebellar tissue (1g/cm3)
Graph 2. Density of LCs presented in function of the distance from the midsagittal plane in the two halves of the vermis.
Table I. Appearance and relative density of mGluR1a immunoreactive UBCs in the
cerebellar cortex of kittens in the vermis, in the transitory zone between the vermis and hemisperium and in the neocerebellum postnatal sectional plains days Midsagittal Transitory zone Neocerebellum --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------P0
0
0
0
P1
+/----
0
0
P8
+/--
+/----
0
P15
+ + /-
+ /-
+
P22
+ + +/ +
++
+
P42
+++
++
++
P62
++++
+++
+++
P132
+++++
+++++
++++
adult
+++++
+++++
+++++
Takács et al., JNR 61:107-115 (2000)
A Purkinje sejtek dendrittüskéin parallel rostok szinaptizálnak
A kisagykéreg szerkezetének változása a születés után patkányban
A Purkinje sejt dendrittüskéinek születés utáni fejlődése J. Neuroscience Res.
A kisagy fejlődése során a Purkinje sejtek dentrit-tüskéi a szükségesnél nagyobb számban találhatók néhány héttel a születés után (túlkínálat), majd számuk csökken (elimináció) és kialakul az optimálisan működő kisagyi neuronhálózat (stabilizáció).
A fejlődő kisagy szinaptikus plaszticitása
- aszimmetrikus, jobbra (az időben) elnyújtott Gauss-görbe (szinaptikus túlkínálat, ami a működés során stabilizálódik) - a patkány (rágcsálók) agyában meglepően hosszú ideig tart (90+, ivarérettség után is!) - a csecsemő/kisgyermek mozgásfejlődése emberben is az egyik leghosszabb posztnatalis fejlődési periódus, (korábbi vizsgálatok szerint kb. 10 éves korig, újabb megfigyelések alapján akár 18 éves korig is tarthat) - ha a fejlődés egyes periódusai (pl. a négykézláb mászás) „kimaradnak”, a mozgás minősége (ügyesség, egyensúlyozás stb.) rosszabb lesz, zavartalanul fejlődő kisgyermek mozgásával összehasonlítva
A csecsemő születésétől fogva szigorú, sorrendjüket illetően genetikailag meghatározott mozgásmintázatok elsajátításával nyomul be a gravitációs térbe, idegrendszere és mozgásszervei fejlődésével összhangban. A folyamat a fej emelésével kezdődik, a felső végtagokra támaszkodó homorítással, majd a forgással, üléssel, feltápászkodással folytatódik, és a lábra állással, valamint a járással fejeződik be. Ezzel ellentétben a jellegzetes humán mozgásmintázatok valamennyi konfigurációja, mint a vertikalizáció, kúszás, bipedális lépkedés, elemi formában jelen van a születéstől kezdve, és meghatározott helyzetekben aktiválható.
Berényi M, et al. (2011) Clinical Neuroscience 64(7-8) 239-24
A levegőben ülés, és a mozgásminta kiválthatósága különböző korú csecsemőkben
Berényi M, et al. (2011) Clinical Neuroscience 64(7-8) 239-24
Anencephal, majd hydranencephal fiatal csecsemőkön kimutatták, hogy az elemi mozgásmintázatok a nagyagykéreg teljes vagy motoros területeinek hiányában is kiválthatóak, ha a basalis ganglionok épen maradtak
Az elemi mozgásmintázatok előhívhatósága elsősorban a vestibularis és basalisganglion-rendszer, illetve a formatio reticularis épségén múlik.
Berényi M, et al. (2011) Clinical Neuroscience 64(7-8) 239-24
A lejtőn kúszás, és a mozgásminta kiválthatósága különböző korú csecsemőkben
Berényi M, et al. (2011) Clinical Neuroscience 64(7-8) 239-24
Az elemi járás, és a mozgásminta kiválthatósága különböző korú csecsemőkben
Berényi M, et al. (2011) Clinical Neuroscience 64(7-8) 239-24
Fentiekből arra következtethetünk, hogy a humán mozgásformák végrehajtási tervvázlata veleszületett, és a végleges mozgásformák ezek közreműködésével alakulnak ki. A 300-400 grammos csecsemőagyban már olyan ideghálózatok működnek, amelyek egész sor izom, illetve izomcsoport tónusát különböző sztereotip, automatikus mozdulat-kombinációk végrehajtására mozgósítják. Az elemi mozgásmintázatok fokozatos leváltására jellemző, hogy a levegőben felülés és a fejemelés nem váltható ki azt követően, hogy a spontán vertikalizáció már önállóan létrejön. Az elemi kúszás sem hozható létre többé a spontán kúszás megjelenésekor. Az elemi mozgásmintázatok végleges mozgásmintázatokká történő átalakulási sorrendjében utoljára marad az elemi járás, amely még 6-8 hónapos korban is kiváltható. Az elemi mozgásmintázatok előhívhatósága elsősorban a vestibularis és basalisganglion-rendszer, illetve a formatio reticularis épségén múlik. Az elemi mozgásmintázatok kiváltása rendszeresen felhasználható diagnosztikai és prognosztikai célra. Hiánytalan működésük biztosíték arra, hogy a későbbi, végleges mozgásmintázatok is akadálymentesen létrejönnek.
Berényi M, et al. (2011) Clinical Neuroscience 64(7-8) 239-24
Az elemi mozgásmintázatok, mint a spontán mintázatok fejlôdéstani elôzményei, nemcsak diagnosztikai és speciális prognosztikai, hanem terápiás célra is alkalmazhatók. Rendszeres gyakoroltatásuk minden alkalommal szembeállítja az elemi mozgásmintázatok kivitelezéséhez szükséges izomtónus-konfiguráció genetikailag megalapozott tervét a végrehajtásukat gátló kóros izomtónussal. Kezelés közben a csecsemő központi idegrendszere az, amely az izomtónus-szabályozást gyakoroltatja a csak elégtelenül, kórosan aktiválható elemi mozgásmintákkal. A rendszeres gyakorlás azonban fokozatosan javítja az elemi mintázatok végrehajtását, ami előkészíti a spontán, végleges mozgásminták megfelelő kialakulását. Az első hetekben kezdett kezelés a leghatékonyabb, tekintettel az agyi plaszticitás állapotára. Súlyos mozgásbeli károsodás is rendbe hozható a terápiás program maradéktalan betartásával. Az elemi mozgásminták, mint a speciális humán mozgásfejlôdés letéteményesei, messzemenően alkalmasnak bizonyultak a veszélybe került akaratlagos humán mozgások gyógykezelésében.
Berényi M, et al. (2011) Clinical Neuroscience 64(7-8) 239-24
Az idegsejtek pusztulásának formái
Az apoptozis molekuláris mechanizmusa
