Kreativität - Wie wir auf unmögliche Ideen kommen..........................................................................................218 Synästhesie - Farben hören, Töne
Diffusionsgewichtete
Positronenemissionstomographie - Den Stoffwechsel im Gehirn beleuchten.....................................................280
Elektroencephalographie - Dem Rhythmus der Neurone lauschen.....................................................................282
Übersichtsfärbungen - Der Blick fürs große Ganze
Neuronale Zellkultur - Den Nervenzellen ein künstliches Zuhause bieten .........................................................296
- Bringt Farbe ins Leben...............................................................................................312
- Jenseits des Lichts........................................................................................................316
Subjektivität - Was macht meine persönliche Perspektive aus? ...........................................................................326
Besonderheit - Was macht das menschliche Gehirn so außergewöhnlich? .........................................................328
Ideen - Was sind Gedanken?................................................................................................................................330
Freiheit - Haben wir einen freien Willen?.............................................................................................................332
Künstliche Intelligenz - Ist menschliches Denken ein Auslaufmodell?
Zukunft - Was sind die zukünftigen Herausforderungen der Hirnforschung? ....................................................336
Enteryczny układ nerwowy współpracuje oczywiście ze współczulnym i z przywspółczulnym układem nerwowym. W ten sposób wegetatywny układ nerwowy może również wpływać na funkcjonowanie jelit. Jednak w przeciwieństwie do innych splotów nerwowych naszych narządów, enteryczny układ nerwowy nie jest „organem wykonawczym” współczulnego i przywspółczulnego układu nerwowego. W wielu obszarach jest on samodzielny – niczym mały „mózg jelita”.
Hipokamp
Najlepiej poinformowana część
mózgu
Hipokamp jest najważniejszym nośnikiem krótkotrwałego zapisu w mózgu. Składa się z wielu warstw komórek, które muszą być ze sobą wyjątkowo dobrze skomunikowane, aby móc niezawodnie „zakotwiczać” nowe informacje w pamięci. Na tym zdjęciu widzimy hipokamp myszy. Można tu zaobserwować przypominający pętlę zakręt z komórek nerwowych. Niektóre z tych neuronów są wybarwione na czarno. Dzięki temu widzimy gęste pęczki włókien nerwowych – służą one komórkom piramidowym do nawiązywania kontaktu z innymi komórkami. Pęczki te wychodzą z jąder komórkowych, przedstawionych tutaj jako czarne zgrubienia.
Kiedy mózg pragnie trwale zapisać nowe informacje, potrzebuje hipokampu. Stanowi on część układu limbicznego i przebiega półkoliście niczym banan po zewnętrznej stronie układu. Tworzy najważniejsze zgrupowania włókien nerwowych, które biorą udział w tworzeniu pamięci. Hipokamp zawdzięcza nazwę swojej strukturze, ponieważ jego końcowa część zawija się niczym ogon konika morskiego (łac. hippocampus).
Architektura hipokampu wyróżnia się wielopoziomową budową, przypominającą strukturę kory nowej (↓). Jednak w przypadku hipokampu komórki nerwowe są zorganizowane jedynie w trzech warstwach. Również tutaj włókna nerwowe, ułożone w bardzo uporządkowany sposób, biegną do swoich docelowych obszarów, gdzie zostają przekodowane, a następnie przekazane do kresomózgowia.
Zdj.
Kora nowa → str. 38
na górze: Alexander Magnutzki, Bernd Baumann i Thomas Wirth, Instytut Chemii Fizjologicznej, Uniwersytet w Ulm, Niemcy
Hipokamp jest w pewnym sensie „strażnikiem pamięci” (↓). Decyduje, jakie informacje mają zostać zapamiętane, a które zapomniane. Zasadniczo hipokamp jest centralą przetwarzającą nowe informacje. Inne obszary mózgu odbierają wrażenia zmysłowe, uczucia i przeżycia, a hipokamp na krótko je zapisuje. Jako że jego możliwości zapisywania są ograniczone, przekazuje on tę tymczasową wiedzę do kresomózgowia dopóty, dopóki nie powstaną w nim trwałe wspomnienia. Niczym „wszechwiedzący nauczyciel” pomaga kresomózgowiu uczyć się nowych rzeczy. Aby jednak nie zakłócać przy tym bieżącej pracy kresomózgowia, taki „trening pamięci” odbywa się przede wszystkim nocą. Z tego powodu wystarczająca ilość snu (↓) jest tak ważna dla pomyślnej nauki i prawidłowego funkcjonowania pamięci.
Hipokamp pełni istotną funkcję w kształtowaniu pamięci, dlatego musi być dobrze połączony z sąsiednimi
Hipokamp jest wyposażony w cały arsenał różnych komórek. Komórki te z jednej strony działają pobudzająco, aktywując sąsiednie komórki (tu komórki pobudzające zostały zaznaczone na różne kolory).
strukturami mózgu. Hipokamp wykształca dlatego ważny krąg włókien – krąg Papeza, który przebiega przez układ limbiczny, łącząc go z międzymózgowiem i również z samym hipokampem. Ów krąg włókien zapisuje najbardziej aktualne przeżycia mózgu i jest wrażliwy na uderzenia. Wstrząs mózgu (↓) może krótkotrwale zakłócić pracę kręgu Papeza i sprawić, że zapomnimy wydarzenia z ostatnich paru sekund. Z tego powodu ludzie po upadku lub wypadku czasami nie mogą sobie przypomnieć, jak do niego doszło.
Jedna szczególna cecha wyróżnia hipokamp na tle kresomózgowia – tworzy on nowe komórki nerwowe także w dorosłym życiu. Zazwyczaj komórki nerwowe obumierają i nie są zastępowane, jednak hipokamp wytwarza od ok. tysiąca do dwóch tysięcy nowych komórek nerwowych każdego dnia. Prawdopodobnie jest to konieczne do tego, aby mógł zachować swoją rolę „mistrza pamięci” w mózgu.
Z drugiej strony hipokamp potrzebuje hamujących komórek nerwowych, które pozwalają na wzmacnianie sygnałów sieci (↓). Dlaczego tak jest i jak ten mechanizm działa wyjaśniamy na stronie 144. Te tzw. komórki koszyczkowe zostały tutaj przedstawione w różnych kolorach.
Kształtowanie pamięci → str. 206
Sen → str. 204
Wstrząśnienie mózgu → str. 242
Hamowanie komórek nerwowych w sieci neuronalnej → str. 144
Zdj. na dole po lewej: Douglas Roossien Jr., Dawen Cai, Uniwersytet Michigan, Stany Zjednoczone
Zdj. na dole po prawej: Dawen Cai, Uniwersytet Michigan; Josh Sanes, Uniwersytet Harvarda, Cambridge, Stany Zjednoczone
Immunocytochemia
W poszukiwaniu białek w komórkach
Aby zbadać komórki nerwowe w ustandaryzowanych warunkach, można je wyhodować w kulturze komórkowej (↓). W ten sposób możliwe jest stymulowanie komórek nerwowych za pomocą różnych substancji, które wpływają na działania białek w obrębie komórki lub obserwować, jak aktywność genów wpływa na zachowanie komórek nerwowych. Takie sztucznie otoczenie ma ważną zaletę – pozwala na otrzymanie porównywalnych i powtarzalnych wyników. W tym celu musimy jednak być w stanie zaobserwować procesy zachodzące we wnętrzu danej komórki nerwowej (oraz samą komórkę nerwową).
Takie możliwości daje nam immunocytochemia. Dzięki tej metodzie można wybarwić poszczególne białka wewnątrz komórki, a następnie za pomocą mikroskopu fluorescencyjnego ( ↓ ) określić, gdzie się dokładnie znajdują. Brzmi to raczej niezbyt spektakularnie, lecz jest to istotne dla zrozumienia, co tak naprawdę dzieje się w komórce nerwowej.
Immunocytochemia przypomina immunohistochemię (↓). Komórki (z gr. cyto) są najpierw umieszczane i unieruchamiane na szalce, aby zgromadzić w jednym
miejscu wszystkie struktury komórkowe oraz białka. Następnie wykorzystuje się przeciwciało (stąd cząstka „immuno” w nazwie), które rozpoznaje „swoje” białko i się z nim wiąże.
Jeśli chcemy więc zaobserwować przebieg włókien nerwowych, aby zbadać, jak duża będzie komórka, powinniśmy zastosować przeciwciało, które ujawnia zarys szkieletu komórkowego. Może ono związać się z cząsteczką strukturalną o nazwie tubulina (↓), tworzącą niejako system podpór w danym neuronie. Dzięki temu przeciwciało zarysowuje szkielet komórkowy, który przebiega przez włókna nerwowe.
W kolejnym kroku dodaje się drugie przeciwciało, które wiąże się z pierwszym i niesie ze sobą fluorescencyjny barwnik. Pozwala to zaobserwować szukane białko, czyli w naszym przypadku tubulinę,
nieoznaczona komórka nerwowa Pierwsze przeciwciało rozpoznaje cząsteczkę docelową.
Drugie przeciwciało rozpoznaje pierwsze przeciwciało.
Barwnik fluorescencyjny na drugim przeciwciele rozświetla się w świetle UV. światło UV
W metodzie immunocytochemii barwienie białek w komórce zachodzi etapami. Najpierw komórki nerwowe rozrastają się w hodowli komórkowej. Zostają one unieruchomione i potraktowane przeciwciałem, które rozpoznaje konkretną cząsteczkę w obrębie komórki nerwowej. Drugie przeciwciało wiąże się z pierwszym, niosąc ze sobą barwnik, który następnie rozświetla się barwnie w świetle UV pod mikroskopem. W ten sposób można stwierdzić, gdzie w danym neuronie znajdują się konkretne białka.
Kultura komórkowa → str. 296
Mikroskop fluorescencyjny → str. 312
Immunohistochemia → str. 286
Tubulina i szkielet komórkowy → str. 98
i prześledzić przebieg włókien nerwowych (por. ilustrację na dole po lewej).
Oczywiście ta metoda pozwala barwić nie tylko cząsteczki strukturalne. Zasadniczo możemy w ten sposób zlokalizować i zaznaczyć barwnikiem każde białko w komórce. Następnie sztucznie wyhodowane w laboratorium komórki mogą zostać zbadane za pomocą mikroskopu fluorescencyjnego. W takim mikroskopie barwne sygnały oznaczonych białek są podświetlane na dany kolor. Dzięki temu jesteśmy w stanie precyzyjnie określić ich położenie w obrębie komórki lub zbadać, które białka łączą się ze sobą.
Taki obraz daje wybarwienie szkieletu komórkowego neuronu. Na zielono przedstawiono cząsteczki tubulinowe wewnętrznego rusztowania komórki, na czerwono – cząsteczki aktynowe, tworzące misterną sieć na zakończeniach włókien nerwowych. Na niebiesko zaznaczono DNA jądra komórkowego.
W tym przypadku różne barwy, za pomocą których oznaczono białka, nakładają się na siebie, dzięki czemu możemy się dowiedzieć, jakie funkcje białek są ważne dla działania komórek nerwowych.
Immunocytochemia jest ważną, standardową metodą badania zachowania neuronów w różnych warunkach hodowli. Aktywność niektórych genów powoduje np. charakterystyczne odkładanie się białek wewnątrz komórek nerwowych, co jest oznaką choroby Huntingtona (↓). W warunkach laboratoryjnych można znacznie łatwiej zbadać, jak dochodzi do takich procesów oraz w jaki sposób można im zapobiec.
W kulturze komórkowej można wybarwić również komórki glejowe. Na tym zdjęciu przedstawiono na zielono błonę komórkową oligodendrocytu, a na niebiesko – jego jądro komórkowe. Tak jak wszystkie inne oligodendrocyty, również ten owija się wokół włókien nerwowych sąsiednich neuronów (nie są one widoczne na zdjęciu, ponieważ nie zostały wybarwione).
