Humán Agykérgi Neuronhálózatok Működése és Szerotonerg Szabályozása

• Main Author: Gergely, Komlósi
• Format: Dissertation
• Language: Hungarian
• Published: ProQuest Dissertations & Theses 01-01-2012
• Subjects: Cellular biology; Molecular biology; Neurosciences
• ISBN: 9798381046168

Az emberi agykéreg a legbonyolultabbnak tartott élő struktúra. Az agykéreg legnagyobb részét kitevő neokortexben az idegsejtek alapvetően 6 rétegbe rendeződnek. A neokortex számos, citoarchitektonikailag és funkcionálisan is különböző területre tagolódik, melyeket alapvetően három csoportba osztjuk: érző, motoros és asszociációs agykérgi területekre. Az agykéreg alapvető felépítése, szerveződési elve az emlősök evolúciója során nem változott, azonban az asszociációs területek, különösképpen a prefrontális kéreg relatív súlya a főemlősökben már nagyobb, mint alacsonyabb rendű emlősfajokban, emberben pedig a legnagyobb. A humán és nem humán fajok közötti intelligenciabeli különbségeket leginkább az emberi neokortex, azon belül is főként, a számos kognitív funkcióért felelős prefrontális kéreg fejlettségének, egyediségének tulajdonítjuk. Hebb hipotézise szerint a mentális reprezentációk neuronális szubsztrátjai funkcionálisan kapcsolt idegsejtek alkotta sejtegyüttesek, melyek koordinált aktvitása a kognitív folyamatok alapja. Az agykérget alkotó idegsejtek működéséről, kapcsolatrendszeréről, azonban humánban kevés adat áll rendelkezésünkre. Az agykéregre vonatkozó ez irányú ismereteink túlnyomórészt rágcsálókon, macskán és főemlősökön végzett kísérletetekből származnak.Az agykéregben előforduló idegsejteket alapvetően két csoportba oszthatjuk: piramissejtekre, melyek az általuk felszabadított neurotranszmitter, a glutamát segítségével serkentik az általuk beidegzett posztszinaptikus idegsejteket biztosítva ezzel az információ idegi aktivitás formájában történő terjedését és fennmaradását az agykéregben, valamint a GABAerg interneuronokat, melyek, mint nevük is mutatja, GABA-t szabadítanak fel axonterminálisaikból és posztszinaptikus célsejtjeiket többségében gátolják szabályozva ezzel a piramissejtek működését és az aktivitás terjedését a kéregben. A piramissejtek közötti serkentő kapcsolatok azonban nagyon gyengék. Az általánosan elfogadott elképzelés szerint több tíz piramissejt szinkron aktivációja szükséges ahhoz, hogy közös posztszinaptikus piramissejtjeikben akciós potenciált váltsanak ki és szinkron tüzelő piramissejtek szekvenciális aktivációja szükséges az információ terjedéséhez a kéregben.Kutatócsoportunk elsőként végzett szimultán elvezetéseket idegsejt párokból humán agykérgi szeletekben. Disszertációm első része az egy sejt által kiváltott szinaptikus és hálózati eseményeket vizsgálja asszociációs kérgi területekről származó humán szeletekben. Szimultán whole cell patch clamp elvezetésekkel kimutattuk, hogy egyetlen II/III. rétegi piramissejt egyetlen akciós potenciálja is képes nagy megbízhatósággal poliszinaptikus serkentő és/vagy gátló posztszinaptikus potenciálokat tartalmazó eseménysorozatokat kiváltani környező piramissejtekben és interneuronokban. A poliszinaptikus események, az őket kiváltó preszinaptikus akciós potenciál után, akár 40 ms-mal is érkeztek még. Eredményeink azt mutatják, hogy egyetlen piramissejt egyetlen akciós potenciálja akár tízszer hosszabb latenciával is képes szinaptikus események kiváltására humán agykéregben, mint azt más fajok esetében tapasztalták. Csoportunk patkányon végzett korábbi vizsgálataival összehasonlítva a piramissejt által keltett poliszinaptikus és monoszinaptikus események gyakoriságának az aránya humánban két nagyságrenddel gyakoribb volt mint patkányban. Vizsgálataink kimutatták, hogy a piramissejt által kiváltott poliszinaptikus serkentés és gátlás hátterében a GABAerg interneuronokat célzó, szelektíven megerősödött monoszinaptikus serkentés áll, mely esetenként képes a posztszinaptikus interneuronban akciós potenciált kiváltani. Korrelált fény és elektronmikroszkópos vizsgálataink kimutatták, hogy ez az erős serkentés kevés szinapszison keresztül is megvalósulhat. Alacsonyabb rendű emlősökben már korábban leírták, hogy piramissejtek képesek diszinaptikus latenciájú gátlást kiváltani környező idegsejteken, egy köztes GABAerg interneuron aktivációján keresztül. Ezzel összhangban a monoszinaptikus piramissejt-kosársejt kapcsolatok 20%-ában a piramissejt képes volt a posztszinaptikus kosársejtben akciós potenciált kiváltani. A piramissejtek periszomatikus régióját innerváló kosársejtek így hatékony forrásai lehetnek a diszinaptikus gátlásnak. A kosársejtek mellett piramissejtek a piramssejt-axo-axonikus párok 33%-ában is képesek voltak posztszinaptikus akciós potenciált kiváltani. Míg a kosársejtek hiperpolarizálják posztszinaptikus célsejtjeiket, addig az axo-axonikus sejtek képesek depolarizálni a posztszinaptikus piramissejteket esetenként akciós potenciált kiváltani bennük, mivel az axon-iniciális szegmentum területén a GABA fordulási potenciálja a szomatikusnál számottevően depolarizáltabb értéket vehet fel. Mintáinkban elvezetett axo-axonikus sejtek egyetlen akciós potenciálja képes volt diszinaptikus EPSP-t valamint triszinaptikus IPSP-t kiváltani szimultán elvezetett idegsejtekben, ezáltal valószínűsíthető forrásai lehetnek a piramissejtek által kiváltott poliszinaptikus EPSP-knek és IPSP-knek.