Transcript General Neurophysiology

General Neurophysiology
Axonal transport
Degeneration and regeneration in the nervous
system
Transduction of signals on the cell level
Reflex arch
Central pattern generator
Axonal transport
(axoplasmatic transport)
Anterográdní
Proteosyntéza v buněčném těle
(ER, Golgiho komplex)
Retrográdní
Přenos chemických signálů z
periferie
Anterográdní transport
rychlý (100 - 400 mm/d)
MAP kinesin/mikrotubuly
neurotransmitery ve vezikulách a mitochondrie
pomalý (0,5 – 10 mm/d)
mechanismus neznámý
komponenty cytoskeletu (aktin, myosin, tubulin), metabolické
komponenty
Retrográdní transport
rychlý (50 - 250 mm/d)
MAP dynein/ mikrotubuly
staré mitochondrie, vezikuly (pinocytóza, receptorem
zprostředkovaná endocytóza, transport např. růst. faktorů),
Axonal transport in the pathogenesis of
diseases
Rabies virus
Replicates in muscle cell
Axon terminal (endocytosis)
Neuron produce copies of the virus
CNS
Neurons innervating the salivary glands
Tetanus toxin (produced by Clostridium tetani)
Transported retrogradely in nerve cells
Released from the nerve cell body
Taken up by the terminals of neiboring neurons
Axonal transport as a research tool
Tracer studies
Anterográdní transport
Radioaktivně značené AK (inkorporace do proteinů,
transport, detekce autoradiograficky)
Injekce do oblasti těla neuronu, identifikuje se
distribuce axonů
Retrográdní transport
Křenová peroxidáza proniká do axonálních zakončení,
transportuje se do těla neuronu, je možno ji
vizualizovat.
Injekce do oblasti axonálního zakončení neuronu,
identifikuje se tělo neuronu.
Degeneration and regeneration
in the nervous system
• Neurons do not proliferate
• Exceptions
• - olfactory epithelium
• - dentatum gyrus (stem cells)
• Generaly
• Lost neurons are not replaced
Myelin sheat of axons in PNS
Myelin sheat of axons in PNS
Bazal lamina
Myelin sheath formation in CNS
Injury of the axon in PNS
• Komprese, rozdrcení, přetětí – degenerace distální části
(walleriánská degenerace, odstranění makrofágy)
• Zůstávají Schwannovy buňky a bazální lamina (Büngnerův
proužek)
• Proximální pahýl dorůstá (axonal sprouting)
• Prognosis quo ad functionem
• Komprese, rozdrcení – dobrá, nalezení správného cíle na
periferii
• Přetětí – horší, regenerace méně pravděpodobná
Injury of the axon in PNS
• Amputace končetiny
• Proximální pahýl vrůstá do pojivové tkáně
(není navazující Schwannova buňka)
• Slepý konec tvoří neurom – fantómová
bolest
Injury of the axon in CNS
• Oligodendrocyty netvoří Büngnerův proužek
• Regenerace není možná
Trauma CNS
Proliferace astrocytů – gliální jizva
Transduction of signals on the
cell level
• Axonální část –akční potenciál, šíření bez dekrementu,
zákon vše nebo nic
(Membrána vzrušivá, vodivá)
Somatodendritická část – pasivní propagace signálu, s
dekrementem
(Membrána dráždivá, nevodivá)
Axon – šíření signálu bez dekrementu
Dendrit a soma – šíření signálu s dekrementem
Přenos signálu: dendrit – iniciální segment
Origin of the AP
electrical stimulus
neurotransmitter on synapses
Axonal part
of the neuron
AP – Ca2+ channels –neurotransmiter releasing
Somatodendritic part of neuron
Receptors on the postsynaptic membrane
• Excitační – otevření kanálu pro Na+, Ca2+
depolarizace membrány
• Inhibiční - otevření kanálu pro K+, Clhyperpolarizace
membrány
• EPSP – excitační postsynaptický potenciál
• IPSP – inhibiční postsynaptický potenciál
Excitační a inhibiční postsynaptický potenciál
Ineraction of synapses
Summation spatial and temporal
Transduction of signals on the
cell level
EPSP
IPSP
Initial
segment
AP
Ca2+ influx
Neurotransmitter
Neurotransmitter
releasing
Neuron’s
activity in
trasduction of
signals
Discharge
configurations
(Pálící vzorce různých
buněk)
EPSP
IPSP
Influence of one cell
on the signal
transmission
1.AP, activation of the voltagedepended Na+ channels (soma,
area of the initial segment)
2. ADP, after-depolarization,
acctivation of a high threshold
Ca2+ channels, localized in the
dendrites
Threshold
RMP
3.AHP, after-hyperpolarization,
Ca2+ sensitive K+ channels
4.Rebound depolarization, low
threshold Ca2+ channels, deinactivated during the AHP,
activated when the depolarization
decreases (probably localized at
the level of the soma
Reflex arch
Knee-jerk
reflex
Výzkum reflexů
Sir Charles Scott
Sherrington – Nobel
Lecture
Nobel Lecture,
December 12,
1932
Velká Británie
Ivan Petrovich
Pavlov Nobelova
cena 1904
Behavior as a chain of reflexes?
LOCUST
Two pairs of wings
Each pair beat in
synchrony but the
rear wings lead the
front wings in the
beat cycle by about
10%
Proper delay between
contractions of the
front and rear wing
muscles
Donald Wilson’s Experiment in 1961
To confirm the hypothesis
Identify the reflexes that are responsible for the flight pattern
Deafferentaion = the elimination of sensory input into the CNS
Remove sense organs at the bases of the wings
Cut of the wings
Removed other parts of locust s body that contained sense organs
Unexpected result
Motor signals to the flight muscles still came at the proper time to
keep the wing beat correctly synchronized
Extreme experiment
Reduced the animal to a head and the floor of the thorax and
the thoracic nerve cord
Elecrodes on the stumps of the nerves that had innervated the
removed flight muscles
Motor pattern recorded in the absence of any movement of part
of animal – fictive pattern
Locust flight systém did not require sensory feedback to
provide timing cues for rhythm generation
Network of neurons
Oscillator, pacemaker, central pattern generator
Central pattern
generator
Model of the CPG for control of
muscles during swimming in
lamprey
Central pattern generators
A network of neurons capable of producing a properly
timed pattern of motor impulses in the absence of any
sensory feedback.
Swimming
Wing beating
Walking
Gallop, trot
Licking
Scratching
Breathing
Summary
Axonal transport
(axoplasmatic transport)
Anterográdní
Proteosyntéza v buněčném těle (ER,
Golgiho komplex)
Retrográdní
Přenos chemických signálů z periferie
Degeneration and regeneration
in the nervous system
• Damaged (differenciated) neurons are not replaced
Trauma of the CNS – glial scarf
• Axons in CNS
• Axons in PNS
Transduction of signals on the
cell level
EPSP
IPSP
Initial
segment
AP
Ca2+ influx
Neurotransmitter
Neurotransmitter
releasing
Reflex arch
Central pattern
generators
Pacemakers