Doktori értekezés tézisei
Az optikus rostok végződése a madár vizuális rendszerének elsődleges központjaiban
Dr. Sebestény Tamás
Semmelweis Egyetem Doktori Iskola Idegtudományok Budapest 2003
1
Doktori értekezés tézisei
Az optikus rostok végződése a madár vizuális rendszerének elsődleges központjaiban
Dr. Sebestény Tamás
Semmelweis Egyetem Anatómia, Szövet- és Fejlődéstani Intézet Témavezető: Dr. Tömböl Teréz, egyetemi tanár Budapest 2003
2
Bevezetés
szüntelenül változó körülményekhez történő alkalmazkodásban, a lét megőrzéséhez, a túléléshez, és a faj fennmaradásához szükséges környezeti kihívásokhoz, testük arányaihoz mérten, hatalmasan kifejlődött látórendszer alakult ki a madarakban. A galambagyvelő volumene például az emberének csupán alig valamivel több mint ezred része, nervus opticusa mégis két és félszer több rostot tartalmaz, mint az ember látóidege. A különböző típusú retinális ganglion sejtek sokasága, a belőlük eredő két és fél milliónyi rost, már önmagában egy rendkívüli fejlettséget elért rendszerre utal. Erre a nagyságrendre és fejlettségre engednek következtetni a látószerv méretei is. A madarak viselkedésében - különösen a repülő életmód mellett - döntő jelentősége van a látásnak, a vizuális információknak. A gerincesek osztályában leginkább a madarak függnek a vizuálisan szerzett benyomásoktól. A környezethez való alkalmazkodásuk, túlélésük szempontjai precíz és néha egészen ravasz, kifinomult vizuális diszkriminációt igényel. A viselkedési formák: a táplálékszerzés, a rekvirálás, a területük és a fészek megvédése, a pár kiválasztása, az orientáció, a hazatérés, a navigáció, - mindezek együtt egy igen fejlett, magasan szenzitív,
nagyon
kifinomult
látórendszer
függvényei.
A
színek
precíz
megkülönböztetése, kis különbségek térbeli felismerése, az achromaticus fény térbeli megoszlásában
jelentkező
apró
differenciák
észlelése
és
ezek
intenzitásbeli
diszkriminációja is hozzátartozik a madár vizuális rendszerének komplexitásához. A retina ganglion sejtjeiből kiindulva két pálya: a thalamofugalis és a tectofugalis pálya juttatja el a látó ingerületet a subtelencephalicus centrum, ill. centrumokon keresztül a madár telencephalonjába. Thalamofugalis pálya A thalamofugalis pályához csatlakozó retinális rostok a thalamusban a nucleus geniculatus dorsalisban (GLd) végződnek, ahonnan az optikus információ a telencephalon dorso-caudalis részén, a medialis konvexitás területén elhelyezkedő
3
vizuális Wulstba jut. A thalamofugalis pálya retinális rostjait jórészt vastag velőshüvelyű axonok alkotják. Az elsődleges neuronok rostjainak java része a retina középnagy sejtjeiből eredő axon, de a nucleus geniculatus dorsalisba (GLd) betérő és innerváló retinális köteg kialakításában a nagy ganglion sejtek axonjai is részt vesznek. A madár retinájának ganglion sejtjeit analógiába hozták az emlősök, elsősorban a macska alfa és béta sejtjeivel. Ez az összehasonlítás azonban nem lehet teljes, mert csak a sejtek átmérőjének nagyságán alapszik. Hiányzik az összevetésből a dendritfa nagyságának és elágazódási mintázatának vizsgálata. A kutatók nagy része egyetért azzal a felfogással, hogy a madarak thalamofugalis pályája megfelel az emlősök geniculo-striatalis
rendszerének,
annak
ellenére,
hogy
a
retinális
celluláris
nagyságrendeket és a rostvastagságokat nem sikerült egyelőre egyértelműen párhuzamba állítani. A pálya elsősorban a közeli diszkrimináció, és az éleslátás helye, de fixált fejen végzett kísérletnél azt is megállapították, hogy a madarakban végrehajtott GLd lézió után az állatok még a durva mintázatot sem képesek megkülönböztetni a Wulst laterális areajában. Tectofugalis pálya A tectofugalis pálya esetében a retinális rostok a mesencephalon tectumába kerülnek, majd innen, pálya 2, neuronjainak axonjai a diencephalon nucleus rotundusába jutnak, és végül a rendszer harmadik neuronjainak a tengelyfonalai a telencephalonban, az ectostriatumban végződnek. A retinális rostok teljes kereszteződése miatt a pálya is keresztezett. A tectumba lépő retinális rostok közvetlenül kapcsolódnak a nagy ganglion sejtek dendritjeinek az ún. dendrit terminálisaihoz. A tecto-rotundalis köteg a tectum 13. rétegének nagy ganglion sejtjeiből kiinduló axonokból jön létre. A tecto-rotundalis rostok a thalamus szintjén azonos oldalon végződnek, de fiziológiai és morfológiai eredményekre támaszkodva bizonyos fokú kereszteződést ezen a szinten is ismertettek. A thalamus nucleus rotundusába befutó optikus információ továbbítását számos moduláló struktúra befolyásolja. A rendszer harmadik neuronja képezi a tractus rotundo-ectosriatalist. Ezen a szinten kereszteződés már nem ismert. Degenerációs, EM degenerációs és pályakövetéses kísérletek bizonyították, hogy a pálya az ectostriatum centrale mellet az ectostriatumot körbefogó ectostriatum periphericumban ill.
4
neostriatumban is végződik. A tectofugalis pálya, a jelenleg kialakult állásfoglalások tükrében, az emlősök extragenicularis rendszerének felel meg. A tectofugális pálya három átkapcsoló állomásának egyenkénti sérülése is komoly vizuális veszteséggel jár. Mindegyik központban az információk jelentős modulációja és differenciációja történik. Így a három központ egyenkénti sérülése következtében is a végső vizuális információk - a fényintenzitás, a színek felismerése, a mintázat, a forma, a látásélesség, és a mozgásdiszkrimináció – megszerzésének képessége esik ki. A madarakban a tectofugalis pálya domináns a thalamofugális rendszerrel szemben. A pályának döntő szerepe van a színek, a fényintenzitás, és mintázat diszkriminációjában, támogatja a thalamofugalis pályát a térbeli feloldásokban, és jelentősen közreműködik a két pálya kooperációjának az összehangolásában. A tectofugális pálya izolálva is képes végrehajtani a madár vizuális tevékenységének döntő hányadát. (10. Rajz) Célkitűzések z a hatalmas ismeretanyag, amely a madarak vizuális rendszeréről napvilágot látott, elsősorban a két látópálya - a tractus thalamofugalis és tectofugalis – kapcsolatait, a pályák és egyes központjaik fiziológiai jelentőségét tárgyalja. Számos kérdés vetődik fel azonban a pályák egyes centrumainak a belső organizációját és elektronmikroszkópos szerkezetét illetően. Ezek a kérdések többek között a látópályák átkapcsolódási rendszerére is részletesebben rávilágítanának. Munkánk ezért az egyes központok belső kapcsolási hálózatának, szinaptikus rendszerének tanulmányozására irányult. A jelen eredményeket demonstráló munka során az optikus (retinális) rostok terminálisait vizsgáltuk az elsődleges központokban, a GLd-ben és a tectum opticumban. Az analysis a Golgi struktúra elemzéséből indul ki és végül az elektronmikroszkópos, immunohisztológiai módszerekkel elért eredményeket ismerteti. A thalamofugális és tectofugális pályákat képező retinális rostok terminálisainak az elemzése a következő lépésekben történt: 1.
A thalamofugalis pályát képező retinális rostok végződésének a vizsgálata a thalamus dorso-lateralis magjában (GLd) felnőtt madárban Golgi és elektronmikroszkópos módszerrel.
5
2.
A retinális rostok jelölése BDA anterográd axont-követő aminnal, majd a thalamus GLd magjának fénymikroszkópos analysise és elektronmikroszkópos
vizsgálatokkal
való
feldolgozása
és
kiértékelése. 3.
A tectofugális pályával kommunikáló retinális rostterminálisok megfigyelése felnőtt madarak tectumának 2. és 3. rétegében, és ugyancsak Golgi módszerrel azoknak a neuronális elemeknek a részletes
vizsgálata,
amelyek
a
retinális
rostok
végződése
szempontjából posztszinaptikus képletként, elsősorban szóba jöhetnek. 4.
A retinális rostok BDA-val történt jelölése után a Golgi módszerrel impregnált
és
a
jelölt
optikus
rostok
terminálisainak
az
összehasonlítása. A BDA-val jelölt optikus rostok végződéseinek a feldolgozása
a
tectum
opticum
2.
és
3.
rétegében
elektronmikroszkóppal. 5.
A retinális rostok terminálisainak és más neuronális elemeknek a kiértékelése Golgi módszerrel impregnált tectum opticum 7. rétegében.
6.
A BDA-val jelzett retinális rostok terminálisainak a fénymikroszkópos összehasonlítása a Golgi impregnált anyaggal a 7. rétegben. A BDAval jelölt anyag feldolgozása elektronmikroszkóppal. A kapott eredmények
értékelése
és
a
korábban
feltárt
ismeretekkel
harmonizálva funkcionális következtetések (hipotézisek) felállítása.
6
Vizsgált anyag és módszerek
izsgálatainkat 2-4 hetes, mindkét nembeli csirkéből (Gallus domesticus) származó fény- és elektronmikroszkópos preparátumokon végeztük. A csirke agyvelőket Golgi impregnáció és GABA immuno-hisztokémiai módszer segítségével dolgoztuk fel, valamint három pályakövető anyagot alkalmaztunk: Phaseolus vulgaris leuco-agglutinint (PhA-L), biotinilált dextran amint (BDA) és tormaperoxidázt (HRP). Golgi impregnáció Perfúziós Golgi-Kopsch eljárást és a Golgi elektronmikroszkópiához Rapid Golgi metodikát használtunk a struktúra impregnálására. A formalinban fixált és kivett agyvelőket a koronális síkban vastag szeletekre vágtuk, és 2.5%-os osmium, valamint 3.6%-os bichromat 1:4 arányú keverékébe helyeztük. Ebből az anyag 0.75%-os ezüstnitrátba majd 96%-os alkoholba került. Ezt követően 100 µm-es DEPEX-el lefedett metszeteket készítettünk. A perfúziós Golgi-Kopsch módszer folyamán az állatokat – mély altatásban – 5%-os kalium-bichromat és 40 %-os formalin 4:1 arányú keverékével perfundáltuk. A következőkben a szeletelt agyakat 3.6 %-os kalium-bichromat oldatba majd 0.75 %-os ezüst-nitrátba tettük. Az ismételt impregnálás után gyors celloidines beágyazással az agyvelőkorongokból blokkokat készítettünk, amelyeket 100 µm-es vastagságúra metszettünk. Elektronmikroszkópos Golgi impregnáció Az elektronmikroszkópos Golgi impregnációhoz az állatokat 0.5 %-os gutaraldehydet tartalmazó, 2%-os paraformaldehyd oldattal perfundáltuk. Az agyszeleteket 3.5 %-os bichromát és 2%-os osmium-tetroxid 4:1 arányú keverékébe majd ezüst-nitrátba helyeztük. A 100 µm-es vastagságú metszeteket Fairen (1977) szerint aranyoztuk és 0.05 %-os arany-kloridban inkubáltuk majd a megvilágítás után 0.2 %-os oxálsavba kerültek. Az 1 %-os nátrium-tioszulfát oldat után a dehidrációt emelkedő alkoholsorban végeztük el. Végül a durcupán beágyazás és lefedés után fénymikroszkóppal kiválasztottuk az elektronmikroszkópos tanulmányozásra szánt részleteket.
7
GABA immunohisztokémiai módszer GABA immunohisztokémiai metodikában az állatokat 4 %-os paraformaldehyddel és 0.1 %-os glutaraldehyddel perfundáltuk. A kivett agyvelőt vibratómmal 60 µm-es koronális metszetekre szeleteltük. Az elektronmikroszkópos felhasználásra szánt agyvelőket metszés előtt folyékony nitrogénbe tettük. A háttérfestés kiküszöbölésére 20 %-os normál kecskeszérumot és az endogén peroxidáz aktivitás kimerítésére 1 %-os borohydrát oldatot használtunk. Ezután a metszeteket a primer szérumban inkubáltuk. Ezen anti-GABA antiszérumban (4 C°-on, 1:4000 hígításban), amely 1 %-os normál kecskeszérumban történt, 48 óráig tartottuk a metszeteket. Ezt követően a metszetek biotinilált kecske anti-nyúl Ig-be kerültek 24 órára, amelyet 1.250-es hígításban használtunk. Ezután a preparátumokat avidin-biotinproxidase komplex 0.1M-os foszfát pufferes oldatába helyeztük. Az immuno-peroxidáz vég-produktumát 3-3’-diamino-benzidin 0,025 %-os oldatában, majd 0.01 %-os hidrogén-proxidase-ban tartva nyertük. Mosás és víztelenítés után a metszeteket tárgylemezre húzva durcupánnal lefedtük. Az elektronmikroszkópra kiválasztott preparátumokat előkészítés után metszettük. Ez az eljárás az un. preembedding GABA technika elektronmikroszkópra. A beágyazott metszet két felszínén helyezkedtek el a további elektronmikroszkópos vizsgálatra kiszemelt anyagrészek, ugyanis a GABA immunoreakció a preparátumok felszínén keletkezik. GABA immunogold post-embedding módszer A GABA terminálisok kimutatására a GLd-ben post-embedding módszert is alkalmaztunk. Az eljárás során a Somogyi és Hodgson (1985) által leírt kolloidális arany módszert követtük. Az ultravékony metszeteket nikkel grid-re helyeztük és cseppeken inkubáltuk. 1 %-os perjódsav bidesztvizes oldata után a grid-ek 1 %-os nátrium-meta-perjodád bidesztvizes oldatába kerültek. A metszeteket 1 %-os normál kecskeszérumba (NGS) helyeztük és 1 %-os ovalbuminnal kezeltük a nem- specifikus immunoreakció elnyomására. Ezután ismét NGS következett. A metszeteket GABA anti- szérumban inkubáltuk. Majd ismét NGS, aztán 1 %-os bovin albumin és 0.5 %-os tween 20-at tartalmazó Tris oldat következett. Ezt követően arany-konjugátum-os inkubálás jött sorra. Végül a desztillált vizes mosás után uranylacetát és ólom-nitrát
8
zárta a bonyolult procedurát. A 15 nm nagyságrendű anyagrészecskék sűrűsége a GABA pozitív helyekre jellemző. PhA-L anterográd pálya-jelölő módszer A phaseolus lectin leucoagglutinint 0.01M-os foszfát pufferben (PB) oldottuk fel, 2.5 %-os koncentrációra. Négy állatban iontoforézissel sikerült bejuttatnunk a tracert a nervus opticuson keresztül a retino-recipiens elsődleges központokba. A behatolás a jobb- ill. a bal oldali orbitán keresztül felváltva történt. Az állatokat ketamin (Calypsol) és xylazin (Rometar) 2:1 arányú keverékével – 12 órás koplalás után - altattuk el. A fej pozicionálása és rögzítése, valamint a tollazat, a bőr és a galea aponeurotica megfelelő részeinek eltávolítása, illetőleg felvágása után az orbitát a laterális pavimentum felől tártuk fel. A nervus opticus jobb és biztonságosabb megközelítése érdekében az orbita tető - arcus superciliarisának megfelelő - sarlóját operációs fúróval eltávolítottuk. A továbbiakban operációs mikroszkóppal végeztük a műtétet. A supraorbitalis és a palpebrális ér-, ideg és izomképletek megóvásával és elkampózásával, a corpus adiposum orbitae felmetszésével haladtunk - rétegről rétegre – mélyebbre (megjegyzésként ide kívánkozik, hogy noha atraumatikus technikával, finom, precíziós műszerezettséggel és körültekintően dolgoztunk, mégis a folyamatos vérzéscsillapítás miatt az operációk igen időigényesek voltak, és műtét közben az altatás mélységének
állandó
kontrolljára
és
a
műtétek
befejeztével
az
állatok
volumenháztartásának egyensúlyára fokozott figyelmet kellett fordítani). A m. obliquus bulbi superior, a m. rectus bulbi medialis és a m. obliquus bulbi inferior izolálása és rezekciója után a szemgolyót laterális irányba luxáltuk. Az ideg a szemüreg legmélyebb és legmediálisabb pontján fúrja át az ala minor tövét. A nervus opticus agyhártyákból szövődő hüvelyét a jobb iontoforézis érdekében vékony tűvel hasítottuk fel. A PhA-L-t 5.5-8 µA áramerőséggel 20-30 percig iontoforézissel juttattuk be az idegbe. Két hét múlva az állatokat szíven keresztül mély altatásban perfundáltuk. Ezután a calvariát és a pavimentumot a meatus acusticus externusra ügyelve eltávolítottuk. Az agyon iránymetszéseket ejtettünk, majd a műtött oldali szemgolyóval együtt óvatosan kiemeltük a basisról. Vibratommal 50µm vastag metszeteket készítettünk. A metszeteket TRIS pufferrel 200-szorosára higított PhA-L elleni biotinilált antiserummal inkubáltuk. Ezután a preparátumokat TSB-ben reagáltattuk. Az
9
immunprecipitátumot hidrogénperoxid jelenlétében 0,05%-os nikkel-ammóniumszulfáttal intenzifikált 0,025%-os koncentrációjú 3,3’ diaminobenzidinnel tettük láthatóvá. A fénymikroszkópos preparátumainkat zselatinos tárgylemezre húztuk, 0,5%os neutrálvörössel megfestettük, majd felszálló alkoholsorban dehidráltuk es DEPEXszel lefedtük. BDA anterográd pálya-jelölő módszer A PhA-L traceren kívül egy másik pályakövető anyagot, biotinilált dextrán amint (BDA-10.000) is alkalmaztunk. A BDA-t fiziológiás sóoldatban 20%-os koncentrációra hígítottuk. Ezután a tracert iontoforézissel az elsődleges retinorecipiens központokba juttattuk. A műtét, a perfúzió, a cryoprotectio és a metszés az előzőekben ismertetettekkel megegyező módon történt. A metszeteket nátrium-borohydráttal kezeltük a nemspecifikus immunoreakció kiküszöbölésére. Majd ismét TSB következett. Az immunprecipitátumot hidrogénperoxid jelenlétében 0,05%-os nikkelammónium-szulfáttal intenzifikált 0,025%-os koncentrációjú 3,3’ diaminobenzidinnel tettük láthatóvá. A fénymikroszkópos preparátumainkat zselatinos tárgylemezre húztuk, 0,5%-os neutrálvörössel megfestettük, majd felszálló alkoholsorban dehidráltuk és DEPEX-szel lefedtük. Az elektronmikroszkópos metszeteket 1%-os ozmium-tetroxiddal utófixáltuk, felszálló alkoholsorban dehidráltuk és Durcupánnal (ACM, Fulka) lefedtük. A preparátumok vizsgálatát JEOL 1200 EX jelzésű elektronmikroszkóppal végeztük. Torma-peroxidáz (HRP) retrográd pálya-jelölő módszer Mély alvásban 0,1µl 30%-os koncentrációjú torma-peroxidázt, HRP (Sigma VI típusú), lassú injektálással a vizuális Wulstba juttattunk. 2 napos túlélés után az állatokat intracardiálisan perfundáltuk. A perfúzió után a calvariát eltávolítottuk. Az agyon iránymetszéseket ejtettünk, majd vibratómmal 50-60µm vastag metszeteket szeleteltünk. A metszeteket 0,1M-os PB-t tartalmazó 5%-os szaharózban pH: 7,6-os DAB-bal és H2O2-val reagáltattuk. A metszetekben a jelzett sejteket és az elektronmikroszkópra kiválasztott térségeket 2%-os osmium-tetroxiddal utófixáltuk, felszálló alkoholsorban dehidráltuk és Durcupánnal (ACM, Fulka) lefedtük. A kiválasztott területeket átágyazva a blokkból ultravékony metszeteket készítettünk. A
10
metszeteket egynyílású hártyás gridre vettük fel. A preparátumok vizsgálatát JEOL 1200 EX jelzésű elektronmikroszkóppal végeztük. Új eredmények
Eredmények a nucleus geniculatus lateralis dorsalisban (GLd) madár nucleus GLd belső strukturális szerveződéséről megállapítottuk, hogy két fő sejttípus: projekciós neuron és Golgi II típusú local circuit neuron az uralkodó sejtes formáció a magban. Golgi impregnációval 3 különböző típusú projekciós neuront: középnagy sejttestű projekciós neuront (prn1), nagy sejttestű projekciós neuront (prn2), és közepes nagyságú, ill. kis projekciós neuront (prn3) találtunk. A Golgi II típusú local-circuit neuron GABA pozitívnak bizonyult. Impregnált optikus rostokat találtunk a Golgi készítményekben a GLd dorso-lateralis anterior területén. A BDA-val jelölt retinális rostok elágazódásait és terminális szakaszait a Golgi preparátumokban látottakkal azonos területen találtuk. Elektronmikroszkópos preparátumokon a GLd-ben a jelölt és nemjelölt optikus végződések 3 féle szinaptikus kapcsolatát sikerült elkülönítenünk. Az axo-dendritikus és axo-szomatikus szinapszisok mellett, izolált komplex glomeruláris szinapszist és izolált egyszerű glomeruláris szinapszist is találtunk. A GABA pozitív terminálisok a local circuit neuron axonjából, vagy a GABA pozitív myelinhüvelyes afferens axonból eredhetnek. Eredmények a Tectum opticumban A tectum opticum 2. rétegében, az optikus rostok elágazódásának első zónájában, elágazódásuk és vastagságuk alapján kétféle optikus rostot különítettünk el: vékony és középvastag rostot. A vékony optikus rostok divergáló ágai a réteg dendritjeinek terminális ágaival, a középvastag rostok pedig - hosszan elnyúló elágazódást követően elsősorban a local circuit neuronok dendritjeivel létesíthetnek kapcsolatot.
11
A tectum opticum 3. rétegében, az optikus rostok elágazódásának második zónájában, a növekvő számú optikus terminális egy része egyszerű szinapszist alakít ki a réteg dendritjeivel, másik része komplex szinaptikus együttest hoz létre számos optikus terminális,
dendrit,
ill.
dendritikus
nyúlvány
és
GABAerg
terminálisok
közreműködésével. Ezek a szinaptikus komplexek azonban nincsenek glia nyúlvánnyal izolálva a környezetüktől. A tectum opticum 7. rétegében a retinális rostok elágazódása 80-100 µm hosszan terül szét a réteg (negyedik zóna) teljes szélességében. Az elágazódások kiterjedése a radiális neuronok speciális dendrit ágainak hosszával egyezik meg. A réteg jellegzetes képletei a radiális neuronok dendrit ágai, amelyek speciális módon ágazódnak el a 7. rétegben, optimális helyet kínálva az optikus rostok számára. Az optikus rostok terminális bulbusai fény- és elektronmikroszkópos preparátumokon is nagyoknak, 2 µm átmérőjűeknek bizonyultak, és több, 3-5 dendrit ággal (profillal), is létesíthetnek szinaptikus kapcsolatot. A 7. réteg vastag optikus rostjainak az elágazódása (negyedik zóna) és a radiális neuronok dendrit ágaival létrejövő kapcsolatai egy nevezetes reflexív kiindulásának a kezdetét jelentik, és a neuronok axonjai a nuclei isthmiben végződnek. A nuclei isthmi magnocellularis és parvocellularis neuronjainak axonjai viszont a tectum opticum harmadik zónájában (4-5. réteg) végződnek, ahol valószínű modulálják a retinális információ továbbítását. A tectum opticum 7. rétegében az optikus rostok az intertectalis összeköttetés anatómiai alapjául is szolgálhatnak.
Megbeszélés laboratóriumunk egyik munkacsoportja már korábban vizsgálta a madár diencephalonjának vizuális szempontból fontos centrumait: a nucleus rotundust, a nucleus GLd-t, a nBOR-t és a LMmc-t. E magokon kívül a madáragyban nem nagyon ismerünk egyéb régióból Golgi módszerrel készült, ill.
12
elektronmikroszkópos vizsgálattal is kiegészített tanulmányt. Noha a Golgi módszer nem mondható modern eljárásnak, mégis egy-egy régió finomabb szerkezetének, afferens és efferens rostjainak, lokális axonok hálózatának, kapcsolat rendszerének ultrastrukturális vizsgálatához, ill. az eredmények megértéséhez és feldolgozásához nélkülözhetetlen a Golgi architektúra alapos ismerete. Az emlősök subcorticalis látóközpontjának madárban az ugyancsak a thalamusban elhelyezkedő nucleus geniculatus lateralis dorsalis felel meg. Az alacsonyabb rendű emlősök
thalamusában
a
corpus
geniculatum
laterale
még
dorso-lateralis
elhelyezkedésű, macskában már lateralisan, majmokban és emberben viszont már ventrolateralisan
található.
Madárban
a
dorsolateralis
lokalizációt
találjuk.
Funkcionálisan csak nehezen és körülményesen lehet az emlősök és a madarak thalamusában található látó rendszeri központokat összehasonlítani. Az emlősök retinothalamo-corticalis pályája: a tulajdonképpeni látópálya. A madarak retino-thalamotelencephalicus pályájának az esetleges kiesése viszont nem alapvető funkciójában érinti a látórendszert. Az alapvetően fontos látó-pálya szerepét a madarakban a retinotecto-rotundo-telencephalicus pálya tölti be. Az emlősök és a madarak látópályája az efferens retinális ganglion sejtekkel együtt egyaránt 3 neuronos pálya. Morfológiai adottságokat tekintetbe véve, az emlősök és madarak thalamusában (CGL és GLd) az azonos tendenciák mellett bőven lehet eltéréseket is találni. Az emlsök (macska) CGLjében is 3 féle projekciós sejtet különítettek el: nagy-, középnagy- és kis sejteket. Ezek a neuronok a retina megfelelő ganglion sejtjeitől kapják a különböző sebességgel vezető vastag, középvastag és vékony rostokat. A macska vékony retinális rostjai a CGL 3. rétegében, ventralis magjában, és főleg a colliculus superiorban végződnek, a vastag és középvastag rostok pedig a CGL dorsalis elhelyezkedésű két rétegébe projiciálnak (A, és A/1). A vastag retinális rostok a nagy multiangularis neuronokon, a középvastagok a principális, középnagy sejteken nagy multiangularis neuronokon, a középvastagok a principális, középnagy sejteken végződnek. Ezen utóbbi neuronoknak speciális, tufted típusú dendrit elágazódása van, ami az optikus rostok számára ideális végződési helyet biztosít. A CGL-ben a projekciós neuronok mellett a local circuit neuronok-nak két típusa is ismeretes. Ezek a neuronok gátló jellegűek és az optikus transzmisszió lokális modulációjában vehetnek részt. A CGL-ben az optikus végződés körül komplex szinaptikus egységek, glomerulusok alakulnak ki, amelyek valószínűleg modulált
13
optikus transzmissziót engednek tovább a kéregi központba. A glomerulusokban az optikus terminális centrális helyzetű, a többi neuronális elem körülötte található. A madár GLd-ben a különböző rétegek mellett a sejtek nagyság szerinti típusait is elkülönítették. Watanabe (1987) local circuit neuront is megkülönböztetett, és az optikus
rostok
végződéseit
elektronmikroszkóposan
tanulmányozva
leírt
egy
glomerulust fajtát, amelyben dendraxon is található volt. Munkánk során a Golgi preparátumok tanulmányozásakor mi is 3 különböző típusú projekciós neuront találtunk GLd-ben. Azon a területen azonban, ahol az optikus rost is impregnálódott - és amelyiken a BDA injekció után az optikus rostok is megjelentek - csak egyfajta projekciós sejttípus volt látható, az un. 1. típusú projekciós neuron. A GLd-be egyféle vastagságú
retinális
rost
lép
be
mind
a
Golgi
impregnációval
készített
preparátumokban, mind pedig az optikus rost BDA-val történt jelölése után. Ez különbséget jelent az emlősök kétféle vastagságú rostjával szemben. Tehát megállapíthatjuk, hogy egyféle projekciós sejt és egyféle vastagságú rost jellemző a madár GLd magjára a saját Golgi és anterográd jelöléses módszerekkel készült preparátumaink tanulmányozása alapján. Ezek a megfigyelések az irodalmi adatok tükrében is megerősítést találnak. Az elektronmikroszkópos készítmények szerint a madár a GLd-ben a komplex szinaptikus kapcsolat a környezetétől teljesen izolálva is tökéletesen kialakult. Az emlősökkel szemben az optikus rost nem mindig centrális helyzetű a glomerulusban. Ellenkezőleg, gyakrabban található egy nagy dendrit, ill. dendritnyúlvány vagy protrusio a glomerulus központi helyén, de - hasonlóan az emlősökéhez - a moduláló neuron axonjának a végződése szinte kivétel nélkül jelen van a glomerulusok ezen fajtájában. Nem sikerült azonban dendraxont találnunk a glomerulusban, szemben a korábbi eredményekkel, ill. az emlősök CGL-jében találtakkal. A madár GLd-ben a dendrit elágazódások körül nagy a glomerulusok sűrűsége, és gyakori az enkapszulált egyszerű szinaptikus kapcsolat az optikus végződés és a közép nagy dendritek között, amelyekben viszont a moduláló terminális nincs jelen. A madár tectum opticumát is hasonlóképpen rendkívül körülményes és nehézkes összehasonlítani az emlősök colliculus superiorjával. Több kísérlet történt ebben a vonatkozásban más területeket is bevonva az összehasonlításba.
14
Jelenleg a tecto-rotundo-telencephalicus pályát az emlősök extra-genicularis optikus rendszerével azonosítják. Ahol a nucleus rotundust pulvinar thalaminak, a tectum opticumot pedig colliculus superiornak tekintik. Ebben az összefüggésben nekünk a tectum opticumot a colliculus superiorral kell összevetni. A madár tectum opticum neuronális szerkezetének a bonyolultságát valamelyest megismerve, valamint a retinális rostok döntő többségének (90%) a tecto-rotundalis pályához tartozását is figyelembe véve ez az összehasonlítás kissé leegyszerűsítésnek tűnik. Megállapítható még, hogy a tectum opticumba különböző vastagságú optikus rostok lépnek be a retinából, de a colliculus superior viszont kizárólag csak un. ”w”, azaz vékony rostokat kap. A tectum opticumba belépő retinális rosttípusokat figyelembe véve a tectumot esetleg az emlősök CGL-jével lehetne összehasonlítani. De ez az összevetés is sántítana. A madár tectum opticumának reguláris és egyúttal komplex szerkezete a legbonyolultabb idegrendszeri struktúrákra emlékeztet. A tectum opticum 4-5. rétege biztosítja a thalamus felé (nucleus rotundus) a retinotecto-rotundo- telencephalicus rendszer átkapcsolódását. A laboratóriumunkban végzett korábbi kutatások először a tectum nagy, nevezetes neuronjainak a közvetlen kapcsolatát igazolták az optikus rostokkal. Ez a kapcsolat komplex szinaptikus glomeruluson keresztül valósul meg, amelyben moduláló GABA pozitív terminálisok is jelen vannak. A tectum első két funkcionális optikus végződési zónája (2-3. rétege) a neuronok distalis dendritikus nyúlványait látja el optikus információval, valamint a lokális gátló sejtjein keresztül ezeket erőteljesen modulálja. Ezekben a rétegekben vékony és vastag optikus rostok különböző terminálisokkal végződnek, amelyeket Golgi és BDA-val jelölt fény- és elektronmikroszkópos készítményeken figyeltünk meg csirkében és galambban is egyaránt. A vékony rostok egy kitüntetett posztszinaptikus dendrit szakasszal sorozat szinapszisokat képeznek, ahol csak rendkívül ritkán fordulnak elő moduláló terminálisok. A vastag rostok terminálisai főként a horizontális, többnyire gátló neuronokon végződnek a 2. rétegben. A 3. rétegben elágazódó rost gazdag terminális hálózata már nem, vagy részben enkapszulált szinaptikus gócokat alakított ki immáron moduláló szinapszisokkal a terminális dendrit szakaszok összefutó pontjai körül. A 7. réteg optikus rostjai a tectum opticumba belépő rostok között legvastagabbak. A rétegbe lépve jellemző módon ágazódnak el, a réteg felszínével párhuzamosan terjeszkednek, majd a réteg teljes szélességére kiterjedő terminális
15
hálózatot alakítanak ki. Az elágazódás dimenzióit a radiális neuronok dendritjeivel azonos kiterjedésűnek találtuk. Jelölt optikus rostok végződését a radiális neuronok 7. rétegben elágazódó dendritjein elektronmikroszkópos preparátumokon is kimutattuk. A radiális neuronok axon végződését mi is kapcsolatba hoztuk a nucleus isthmi parvocellularis-szal és magnocelluaris-szal. Az isthmicus magok és a tectum közötti gátló és serkentő összeköttetéseket axon-követéses módszerrel identifikáltuk. Végül megállapítottuk, hogy a 7. réteg optikus rostjai a radiális neuronok közvetítésével optikus információt szolgáltatnak az isthmicus magok neuronjai és az így létrejövő reflexív számára. A reflexív az isthmicus magokból visszatérve a tectumba, annak 4-5. rétegében végződik. Ez a reflexív modulálhatja a tectorotundalis pályát. Köszönetnyilvánítás témában 1996-tól folyó kutató munkám során kollégáim önzetlen segítségét élvezhettem, amit nagyon köszönök. Mindenekelőtt szeretném köszönetemet kifejezni témavezetőmnek, Dr. Tömböl Teréz professzorasszonynak, aki lehetőséget adott a laborban folyó kutatómunkára. Türelemre, igényességre, pontosságra tanított, és ugyanakkor megmutatta a tudományos kutatómunka szépségeit. Ismereteinek, tapasztalatainak átadásával segítette, gazdagította munkámat. Beszélgetéseink tudományosan haladó gondolkodásra inspiráltak. Külön köszönöm Németh Andrea vezető asszisztens támogatását és sokszori segítségét a perfúzióknál és a labormunka útvesztőiben. Köszönettel tartozom Kiss József tudományos fotósnak a fényképfelvételek elkészítéséért. Nagyon köszönöm Horváth Péterné vezető asszisztens emberi és szakmai segítségét. Hálával tartozom Deák Szilviának a műtéti asszisztenciában nyújtott, baráti együttműködésért. Tisztelettel köszönöm Dr. Réthelyi Miklós professzor úr pozitív intézetvezetői hozzáállását és támogatását. Köszönettel tartozom továbbá családtagjaimnak az irántam tanúsított türelmükért és megértésükért.
16
Publikációs lista Az értekezés témájában megjelent közlemények Sebestény T, Tömböl T (1998) The Golgi architecture and some EM observations on the avian nucleus dorsolateralis anterior thalami: cell types, fibers and synapses Ann Anat 180:1-15 IF: 0,655 Tömböl T, Német A, Sebestény T, Alpár A (1999) Electron microscopic data on the neurons of nucleus subpretectalis and posteroventralis thalami. A combined immunohistocemical study. Anat Embriol 199:169-183 IF: 1.851 Tömböl T, Davies DC, Németh A, Sebestény T, Alpár A (2000) A comparative Golgi and GABA-immunostaining study of chicken (Gallus domesticus) and homing pigeon (Columbia livia) hippocampus. Anat Embriol 201:181-196 IF: 1.851 Tömböl T, Davies DC, Németh A, Alpár A, Sebestény T (2000) A golgi and combined Golgi/GABA immunogold study of chicken (Gallus domesticus) and homing pigeon (Columbia livia) hippocampus. Anat Embriol 201:85-101 IF: 1.851 Sebestény T, Davis DC, Zayats N, Németh A, Tömböl T (2002) The ramification and connections of the retinal fibres in layer 7 of the domestic chick optic tectum. A Golgi anterograde tracer and GABA-immunogold study J Anat 200:169-183 IF: 1,397 Idézhető előadások és poszterek abstractjai Sebestény T, Tömböl T (1995) Some data on avian LDA nucleus with Golgi and preembedding GABA-EM method. European Neurosience Abstract book 75. 32.22 IF: 4.303 Sebestény T, Tömböl T (1996) Some data on EM structure and GABA positive neuronal elements in DLA nucleus of chicks European Neurosience Abstract book 79. 56.07. IF: 4.303 Sebestény T, Tömböl T (1997) Intrinsic neuronal organisation of avian visual centres regarding the inhibitory, modulatory neuronal structures Verhandlungen der Anat. Ges. Lübeck, W. Kühnel Suppl Ann Anat 179:355-57 IF: 0,698 Sebestény T, Zaiats N, Balla V, Tömböl T (1998) BDA labelled optic fibers termination in BOR and GLV nuclei European Neurosience Abstract book 84. 25. 18 IF: 4.303
17
Sebestény T, Zaiats N, Balla V, Tömböl T (1999) BDA labelled optic fibres termination in BOR and GLV nuclei. Verhandlungen der Anat. Ges. Lübeck, W. Kühnel Suppl Ann Anat 181:158-60 IF: IF: 0,698 A témához kapcsolódó előadás Sebestény T (1997) A madarak vizuális rendszere. Madár Symposium Országos Pszichológiai Intézet Könyvek, segédtankönyvek, könyvfejezetek Sebestény T (1996) Taschenatlas der Anatomie,Thieme G. Verlag Band 1.1996 SH Atlasz Anatómia Mozgásrendszer és tájanatómia kötetének szakmai fordítása (468 oldal) Springer Hungarica Sebestény T, Tömböl T (1996) Taschenatlas der Histologie, Thieme G. Verlag 1996 SH Atlasz Histológia- Szövettan kötetének szakmai fordítása (550 old.) Springer Hungarica Sebestény T (2001) A gerinc klinikai morfológiája és biomechanikája Könyvfejezet (13.) Rheumatológia Orvosegyetemi Tankönyv (szerk: Prof. Dr. Gömör Béla) Medicina Kiadó Sebestény T (2001) Praeparieranleitung der Situsorgne Univerlag Frankrurt am Main Sebestény T, Korff H (2002) Praeparieranleitung des Gehirns und der Sinnesorgane Univerlag Frankrurt am Main Sebestény T, Deller T (2002) Wieterbildung für Implantologen J. W.Goethe Uniklinikum Frankfurt am Main
18
