General Neurophysiology

Prezentace na téma: "General Neurophysiology"— Transkript prezentace:

1 General Neurophysiology
Axonal transport Degeneration and regeneration in the nervous system Transduction of signals on the cell level Reflex arch Central pattern generator

2 Axonal transport (axoplasmatic transport) Anterográdní
Proteosyntéza v buněčném těle (ER, Golgiho komplex) Retrográdní Přenos chemických signálů z periferie

3 Anterográdní transport
Anterográdní transport rychlý ( 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 ( mm/d) MAP dynein/ mikrotubuly staré mitochondrie, vezikuly (pinocytóza, receptorem zprostředkovaná endocytóza, transport např. růst. faktorů),

4 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

5 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.

6 Degeneration and regeneration in the nervous system
Neurons do not proliferate Exceptions - olfactory epithelium - dentatum gyrus (stem cells) Generaly Lost neurons are not replaced

7 Myelin sheat of axons in PNS

8 Myelin sheat of axons in PNS
Bazal lamina

9 Myelin sheath formation in CNS

10 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

11 Injury of the axon in PNS
Amputace končetiny Proximální pahýl vrůstá do pojivové tkáně (není navazující Schwannova buňka) Slepý konec tvoří neurom – fantómová bolest

12 Injury of the axon in CNS
Oligodendrocyty netvoří Büngnerův proužek Regenerace není možná Trauma CNS Proliferace astrocytů – gliální jizva

13 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)

14 Axon – šíření signálu bez dekrementu

15 Dendrit a soma – šíření signálu s dekrementem

16 Přenos signálu: dendrit – iniciální segment

17 Origin of the AP electrical stimulus neurotransmitter on synapses

18 Axonal part of the neuron AP – Ca2+ channels –neurotransmiter releasing

19 Somatodendritic part of neuron
Receptors on the postsynaptic membrane Excitační – otevření kanálu pro Na+, Ca2+ depolarizace membrány Inhibiční - otevření kanálu pro K+, Cl- hyperpolarizace membrány EPSP – excitační postsynaptický potenciál IPSP – inhibiční postsynaptický potenciál

20 Excitační a inhibiční postsynaptický potenciál

21 Ineraction of synapses

22 Summation spatial and temporal

23 Transduction of signals on the cell level
EPSP IPSP Initial segment AP Ca2+ influx Neurotransmitter Neurotransmitter releasing

24 Neuron’s activity in trasduction of signals Discharge configurations (Pálící vzorce různých buněk)
EPSP IPSP

25 Influence of one cell on the signal transmission
1.AP, activation of the voltage-depended Na+ channels (soma, area of the initial segment) 2. ADP, after-depolarization, acctivation of a high threshold Ca2+ channels, localized in the dendrites 3.AHP, after-hyperpolarization, Ca2+ sensitive K+ channels 4.Rebound depolarization, low threshold Ca2+ channels, de-inactivated during the AHP, activated when the depolarization decreases (probably localized at the level of the soma Threshold RMP

26 Reflex arch Knee-jerk reflex

27 Ivan Petrovich Pavlov Nobelova cena 1904
Výzkum reflexů Sir Charles Scott Sherrington – Nobel Lecture Nobel Lecture, December 12, 1932 Velká Británie  Ivan Petrovich Pavlov Nobelova cena 1904                   

28                                                                                                                  

29 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

30 Donald Wilson’s Experiment in 1961

31 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

32 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

33 Central pattern generator
Model of the CPG for control of muscles during swimming in lamprey

34 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

35 Summary

36 Axonal transport (axoplasmatic transport) Anterográdní
Proteosyntéza v buněčném těle (ER, Golgiho komplex) Retrográdní Přenos chemických signálů z periferie

37 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

38 Transduction of signals on the cell level
EPSP IPSP Initial segment AP Ca2+ influx Neurotransmitter Neurotransmitter releasing

39 Reflex arch Central pattern generators Pacemakers