Sentralnervesystemet 5 utgave

213mm

37 mm

213mm

15 mm

15 mm

Sentralnervesystemet er først og fremst en lærebok for studenter i medisin, psykologi og fysioterapi, men henvender seg også til andre grupper som trenger kunnskap om nervesystemet. Med det store omfanget av utdypende stoff er boken også rettet mot yrkesutøvere som trenger oppdatering og utvidelse av sine kunnskaper.

Klipp fra anmeldelsene av den fjerde utgaven 283 mm

«Brodals verk representerer noe av det ypperste i norsk nevromedisin. Det har internasjonalt gjennomslag og er ofte det leger i andre land assosierer med norsk nevromedisin.» Nils Erik Gilhus i Tidsskrift for Den norske Legeforening 21/2007.

«Både nevroanatomi, molekylærbiologi og nevrologi framstilles av Brodal på et pedagogisk meget godt vis, både språklig og gjennom illustrasjonene som brukes.

Figurene er ikke gjort altfor kompliserte, de er ryddige, instruktive, og har informative godt oppsummerende undertekster. Mer utfyllende stoff og klinisk informasjon er lagt til de mer behagelige guloransje boksene man finner på de fleste sidene. Konklusjon: en svært god bok. If U need it, buy it!» Eirin Sigurdsen i Æsculap 1/2009. «... For dette er et tvers gjennom imponerende verk. Særlig tatt i betraktning at oppgaven er å gi innsikt i et felt som er bortimot grenseløst komplisert, er det tilfredsstillende å kunne konstatere at man takket være denne boken blir gitt en reell sjanse til å lære både de store linjene og massevis av spennende detaljer innen nervesystemet. I forhold til tidligere utgaver er det på illustrasjonssiden boken virkelig har hevet seg.» Harald Kryvi i Fysioterapeuten 3/2008.

ISBN

Per Brodal er professor emeritus ved Institutt for medisinske basalfag, Universitetet i Oslo.

Han har i mange år drevet eksperimentell forskning på nervesystemets koplingsmønstre.

9788215021126 Brodal har lang erfaring i undervisning av medisin- og fysioterapistudenter, og etterutdanning av ulike helseprofesjoner.

ISBN 978-82-15-02112-6

15 mm

9 788215 021126

Per Brodal Per Brodal

Femte utgave er grundig oppdatert i tekst og illustrasjoner, samtidig som organiseringen av stoffet er vesentlig endret for å lette tilegnelsen av stoffet. Ved å øke oppdelingen i kapitler fra 21 til 34 er boken gjort mer oversiktlig, og alle kapitler innledes med en oversikt som også er egnet for repetisjon. Videre er stoffet gjort lettere tilgjengelig ved hyppigere bruk av informative overskrifter.

Sentralnervesystemet

Boken formidler en grunnleggende forståelse av sammenhengen mellom nervesystemets oppbygning og funksjon og hvordan det utfører sine mangfoldige oppgaver.

Framstillingen er integrert og bygger på forskning innenfor alle deler av nevrofagene - fra molekylærbiologi og anatomi til psykologi og klinisk medisin.

Sentralnervesystemet

5. utgave

15 mm

Sentralnervesystemet

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 1

21.01.13 13:16

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 2

21.01.13 13:16

Per Brodal

Sentralnervesystemet Femte utgave

Universitetsforlaget

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 3

21.01.13 13:16

© Universitetsforlaget 2012 1. utgave TANO A.S 1990 2. utgave TANO A.S 1995 3. utgave Universitetsforlaget 2001 4. utgave Universitetsforlaget 2007 ISBN: 978-82-15-02112–6 Materialet i denne publikasjonen er omfattet av åndsverkslovens bestemmelser. Uten særskilt avtale med rettighetshaverne er enhver eksemplarfremstilling og tilgjengeliggjøring bare tillatt i den utstrekning det er hjemlet i lov eller tillatt gjennom avtale med Kopinor, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Utnyttelse i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning, og kan straffes med bøter eller fengsel.

Henvendelser om denne utgivelsen kan rettes til: Universitetsforlaget AS Postboks 508 Sentrum 0105 Oslo Figur 2.2 på side 46 er gjengitt med tillatelse fra Wilhelmsson et al. 2004 og The Journal of Neuroscience. www.universitetsforlaget.no Omslag: Ida Balslev-Olesen Sats: Laboremus Oslo AS Trykk og innbinding: Livonia Print Boken er satt med: Times LS Std 9,5/12 pkt Papir: Multi Art Silk 100 g

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 4

21.01.13 13:16

Innhold

Forord .. .......................................................................................................................... 24 Innledning .................................................................................................................... 25 Et fugleperspektiv .............................................................................................................. 25 Hvordan undersøkes nervesystemets bygning og funksjon? ..................................................... 26 Dyreeksperimenter har i særlig grad bidratt til økt kunnskap ...................................................... 26 Dyreeksperimenter og etikk .................................................................................................. 27 Alle metoder har feilkilder .................................................................................................... 27 Vitenskapelige «sannheter» må stadig revideres .. ..................................................................... 27 Nevroetikk ......................................................................................................................... 27

Del 1

Hovedtrekk i nervesystemets bygning og funksjon ........................ 29

Kapittel 1

Nervecellenes bygning og innbyrdes organisering .. .......................................... 31 Innhold ............................................................................................................................. 31 Oversikt ............................................................................................................................ 31 Nerveceller og deres utløpere .............................................................................................. 31 Nevroner har lange utløpere ................................................................................................. 31 Dendritter er utstyrt med spinae . . .......................................................................................... 32 De fleste nevroner er multipolare ........................................................................................... 32 Kommunikasjon mellom nerveceller foregår ved synapser ......................................................... 33 Synapsers plassering har funksjonell betydning .. ...................................................................... 34 To hovedtyper av nevroner: projeksjonsnevroner og internevroner .............................................. 36 Mange aksoner er ekstra isolert for å øke ledningshastigheten . . .................................................. 37 Grå og hvit substans ............................................................................................................ 38 Nervecellene ligger ordnet i kjerner og ganglier ....................................................................... 38 Aksoner danner baner og nerver ........................................................................................... 39 Sammenkobling av nevroner og signalveier ........................................................................... 39 Divergens, konvergens og summasjon .................................................................................... 39 Parallelle signalveier ............................................................................................................ 40 Resiproke forbindelser ......................................................................................................... 41 Forbindelser mellom de to sidene av sentralnervesystemet ........................................................ 41 Nerveceller inngår i nevrale nettverk ...................................................................................... 41 Celleskjelettet og aksonal transport . . .................................................................................... 42 Anterograd og retrograd aksonal transport ............................................................................. 43 Celleskjelettets komponenter ................................................................................................ 44

Kapittel 2

Gliaceller . . ..................................................................................................................... 45 Innhold ............................................................................................................................. 45 Oversikt ............................................................................................................................ 45 Typer av gliaceller .............................................................................................................. 45

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 5

21.01.13 13:16

6 Innhold

Astroglia og homøostase . . ................................................................................................... 46 Astroglia kontakter kapillærer, cerebrospinalvæsken og nevroner ............................................... 46 Astroglia kommuniserer med elektriske signaler og påvirker blodstrøm ....................................... 46 Astroglia og kontroll av nervecellenes miljø ............................................................................. 47 Isolering og beskyttelse av aksoner ...................................................................................... 49 Oligodendroglia og schwannceller ......................................................................................... 49 Myelinskjeden . . ................................................................................................................... 49 Ranvierske innsnøringer ....................................................................................................... 51 Umyeliniserte aksoner . . ........................................................................................................ 51 Perifere nerver er bygd for å beskytte aksonene . . ..................................................................... 52 Mikroglia og nervesystemets reaksjon på skade . . .................................................................... 52 Mikroglia overvåker nervevevet ............................................................................................. 52 Sentralnervesystemets reaksjon på skade og betennelse ........................................................... 53 Noter ................................................................................................................................ 53

Kapittel 3

Grunnlaget for nervecellers eksitabilitet og impulsledning .. ........................... 55 Innhold ............................................................................................................................. 55 Oversikt ............................................................................................................................ 55 Grunnlaget for eksitabilitet .................................................................................................. 55 Ionekanalene bestemmer cellemembranens permeabilitet ......................................................... 56 Membranpotensialet og ioners likevektspotensial ..................................................................... 56 Kontroll av ekstracellulær K+-konsentrasjonen og nevronal homøostase ....................................... 58 Anioner er også skjevfordelt ................................................................................................. 58 Transmitterstyrte ionekanaler ................................................................................................ 58 Spenningsstyrte ionekanaler ................................................................................................. 59 Ionekanalenes struktur ......................................................................................................... 60 Endringer av membranpotensialet – depolarisering og hyperpolarisering ..................................... 60 Aksjonspotensialet ............................................................................................................. 61 Spenningsstyrte natriumkanaler spiller en hovedrolle ................................................................ 61 Hvor oppstår aksjonspotensialet? .......................................................................................... 62 Refraktærperioden .............................................................................................................. 62 Nevronal homøostase og kontroll av ekstracellulært kalium ....................................................... 62 Ledning av aksjonspotensialet i aksoner ................................................................................ 63 Aksoners elektriske egenskaper . . ........................................................................................... 63 Aksjonspotensialet fornyes utover i aksonet ............................................................................ 63 Ledning i myeliniserte aksoner .............................................................................................. 64 Ledning i umyeliniserte aksoner .. ........................................................................................... 64 Ledningshastighet i myeliniserte og umyeliniserte aksoner ........................................................ 65 Hvordan nervecellene varierer informasjonen de formidler ...................................................... 65 Frekvenskoding .................................................................................................................. 65 Impulsmønster . . .................................................................................................................. 65 Noter ................................................................................................................................ 66

Kapittel 4

Synapsenes virkemåte .............................................................................................. 67 Innhold ............................................................................................................................. 67 Oversikt ............................................................................................................................ 67 Typer av synapser . . ............................................................................................................. 67 Nevrotransmitteres håndtering ved synapsene ....................................................................... 68 Frisetting av transmitter ....................................................................................................... 68 Nevrotransmittere frisettes i kvanter .. ..................................................................................... 69 Transmittere virker på ionotrope og metabotrope reseptorer ..................................................... 70 Inaktivering av nevrotransmittere .. ......................................................................................... 71 Synapsepotensialer, synapsetyper og nevronal integrasjon . . .................................................... 71 Mekanismer for postsynaptiske potensialer (EPSP og IPSP) ....................................................... 71 Summasjon må til for å utløse et aksjonspotensial .................................................................... 72

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 6

21.01.13 13:16

7 Innhold

Langsomme synaptiske virkninger modulerer effekten av raske .................................................. 72 Et nevron integrerer informasjon fra mange andre .................................................................... 73 Nevroner kan skille mellom ulike synaptiske påvirkninger .......................................................... 73 Hvorfor trengs det inhibitoriske synapser? .. ............................................................................. 74 Signalformidling ved disinhibisjon . . ........................................................................................ 75 Aksoaksoniske synapser formidler presynaptisk kontroll av transmitterfrisetting ........................... 75 Synaptisk plastisitet – bruksavhengige endringer av struktur og funksjon .................................. 76 Grunnlag for læring og hukommelse? ..................................................................................... 76 Betingelser for synaptisk plastisitet ........................................................................................ 76 Mekanismer for synaptisk plastisitet ....................................................................................... 76 Former for synaptisk plastisitet ............................................................................................. 77 Korttidsplastisitet ................................................................................................................ 77 Langtidsplastisitet: LTP og LTD . . ............................................................................................ 78 Varige plastiske endringer krever endret genekspresjon ............................................................ 78 Noter ................................................................................................................................ 79

Kapittel 5

Nevrotransmittere og deres reseptorer ................................................................ 81 Innhold ............................................................................................................................. 81 Oversikt ............................................................................................................................ 81 Generelt om transmittere .. ................................................................................................... 81 Hva skal til for å klassifisere et stoff som nevrotransmitter? . . ...................................................... 81 Volumtransmisjon: ekstrasynaptiske transmittervirkninger ......................................................... 82 Samlokalisering av nevrotransmittere ..................................................................................... 83 Syntese av nevrotransmittere ................................................................................................ 84 Generelt om transmitterreseptorer ....................................................................................... 84 Bindingssteder og reseptorer ................................................................................................ 84 Struktur ............................................................................................................................. 85 Presynaptiske transmitterreseptorer . . ..................................................................................... 86 Regulering av reseptortetthet ............................................................................................... 86 Spesifikke nevrotransmittere ............................................................................................... 86 Eksitatoriske transmitteraminosyrer: glutamat og aspartat . . ....................................................... 86 Glutamatsyntese ................................................................................................................. 86 Glutamatreseptorer ............................................................................................................. 87 Glutamattransportører ......................................................................................................... 88 Inhibitoriske transmitteraminosyrer: GABA og glysin . . ............................................................... 88 GABA-reseptorer ................................................................................................................ 89 GABA-reseptorer påvirkes av legemidler, alkohol og anestesimidler ............................................ 89 Acetylkolin ......................................................................................................................... 90 Acetylkolinreseptorer . . ......................................................................................................... 90 Biogene aminer .................................................................................................................. 91 Virkninger av biogene aminer .. .............................................................................................. 92 Hvor finnes monoaminerge nevroner? .................................................................................... 92 Syntese av biogene aminer ................................................................................................... 92 Monoaminreseptorer ........................................................................................................... 92 Fjernelse av monoaminer ..................................................................................................... 93 Monoaminer og sinnslidelser: Arv og miljø .............................................................................. 94 Modulerende «transmittersystemer» ...................................................................................... 94 ATP og adenosin ................................................................................................................. 94 Nitrogenmonoksid .. ............................................................................................................. 95 Nevropeptider .................................................................................................................... 96 Legemidlers virkninger på nervesystemet . . ............................................................................ 97 De fleste legemidler påvirker synapsefunksjon ......................................................................... 97 Ett legemiddel virker på mange prosesser . . ............................................................................. 97 Noter ................................................................................................................................ 98

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 7

21.01.13 13:16

8 Innhold

Kapittel 6

Nervesystemets deler og deres oppgaver ........................................................... 99 Innhold ............................................................................................................................. 99 Oversikt ............................................................................................................................ 99 Enkelte anatomiske begreper som brukes videre i boken ........................................................... 100 Medulla spinalis . . ................................................................................................................ 101 Spinalnerver forbinder ryggmargen med kroppen .................................................................... 101 Ryggmargen er delt inn i segmenter ...................................................................................... 102 Ryggmargen består av grå og hvit substans ............................................................................ 102 Tre hovedtyper av nevroner i ryggmargen ............................................................................... 103 Efferente fibre fra ryggmargen styrer muskler og kjertler . . ......................................................... 104 Sensoriske nevroner i ryggmargen påvirkes fra dorsalroten og sender signaler til hjernen ............... 105 Internevroner sørger for samarbeid mellom cellegrupper i ryggmargen ....................................... 105 Ryggmargens grå substans kan deles inn i soner – Rexeds laminae ............................................. 106 Spinalnervene deler seg i grener . . .......................................................................................... 106 Ryggmargen består av enheter som styres fra hjernen .............................................................. 107 Hjernestammen . . ................................................................................................................ 107 Hjernestammen inneholder 3. og 4. ventrikkel . . ........................................................................ 107 Hjernenervene .................................................................................................................... 107 Retikulærsubstansen strekker seg gjennom sentrale deler av hjernestammen ............................... 109 Medulla oblongata .. ............................................................................................................. 109 Pons ................................................................................................................................. 110 Medulla oblongata og pons sett bakfra ................................................................................... 111 Mesencephalon . . ................................................................................................................. 111 Diencephalon omfatter thalamus og hypothalamus .................................................................. 113 Cerebrum .......................................................................................................................... 114 Storhjernens overflate er sterkt foldet og danner gyri og sulci .................................................... 115 Storhjernen deles inn i fire lapper .. ......................................................................................... 116 Funksjonell inndeling av hjernebarken .................................................................................... 116 Cortex cerebri er bygd opp av seks cellelag ............................................................................. 117 Hjernebarken inndeles i areae ............................................................................................... 118 Basalgangliene ................................................................................................................... 118 Cerebellum ........................................................................................................................ 120 Noter ................................................................................................................................ 121

Kapittel 7

Sentralnervesystemets hinner og ventrikkelsystemet . . ..................................... 123 Innhold ............................................................................................................................. 123 Oversikt ............................................................................................................................ 123 Sentralnervesystemets hinner .............................................................................................. 123 Pia, arachnoidea og subaraknoidalrommet .............................................................................. 123 Dura (mater) ...................................................................................................................... 124 Forankring av hjernen og ryggmargen .................................................................................... 124 Ventrikkelsystemet og cerebrospinalvæsken . . ........................................................................ 125 Ventriklenes beliggenhet og form .......................................................................................... 125 Produksjon av cerebrospinalvæsken ....................................................................................... 126 Cerebrospinalvæskens sammensetning og funksjon . . ................................................................ 127 Cerebrospinalvæskens sirkulasjon .......................................................................................... 128 Cerebrospinalvæskens avløp ................................................................................................. 128 Noter ................................................................................................................................ 129

Kapittel 8

Sentralnervesystemets blodforsyning . . ................................................................. 131 Innhold ............................................................................................................................. 131 Oversikt ............................................................................................................................ 131 Cerebral mikrosirkulasjon og blod–hjerne-barrieren .. .............................................................. 131 Regulering av cerebral sirkulasjon .......................................................................................... 131 Hvorfor trenger vi en blod–hjerne-barriere? . . ........................................................................... 132 Blod–hjerne-barrierens fysiologiske egenskaper . . ..................................................................... 132

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 8

21.01.13 13:16

9 Innhold

Dannelse og vedlikehold av blod–hjerne-barrieren . . .................................................................. 134 Blod–hjerne-barrieren mangler enkelte steder i hjernen . . ........................................................... 134 Hjernen forsynes med blod fra arteria carotis interna og arteria vertebralis ................................... 135 Forbindelser mellom grener av arteria carotis og arteria vertebralis . . ........................................... 137 Ryggmargen mottar blod fra mange nivåer ............................................................................. 138 Venøst avløp . . .................................................................................................................... 138 Hjernens venøse blod samles i sinuser .................................................................................... 138 Brovener og subduralt hematom ........................................................................................... 138 Venøst avløp fra ryggmargen ................................................................................................ 138 Noter ................................................................................................................................ 139

Del 2

Utvikling, aldring og plastisitet ................................................................... 141

Kapittel 9

Nervesystemets utvikling ......................................................................................... 143 Innhold ............................................................................................................................. 143 Oversikt ............................................................................................................................ 143 Utvikling av nervesystemet før fødselen ................................................................................ 143 Sentralnervesystemet anlegges som et rør .............................................................................. 144 Nevrallistens celler gir opphav til mer enn nevroner og glia ........................................................ 145 Tidlig utvikling av den kraniale enden av nevralrøret ................................................................. 145 Tidlige faser i utviklingen av nevroepitelet . . ............................................................................. 148 Videre utvikling av medulla spinalis og hjernestammen ............................................................. 149 Videre utvikling av diencephalon ........................................................................................... 150 Videre utvikling av telencephalon .......................................................................................... 150 Utviklingen av hjernebarken . . ................................................................................................ 150 Spesifisering av kortikale areae .. ............................................................................................ 152 Programmert celledød og konkurranse om vekstfaktorer ........................................................... 153 Nevrotrofiner og andre vekstfaktorer . . .................................................................................... 154 Myelinisering er nødvendig for at baner skal fungere optimalt .................................................... 155 Hvit substans øker frem til voksen alder .................................................................................. 155 Etablering av nervesystemets spesifikke forbindelser . . ............................................................ 156 Prøving og feiling ................................................................................................................ 156 Avstandene er små i tidlig utvikling . . ...................................................................................... 156 Tidspunkt for nevroners «fødsel» ........................................................................................... 156 Trofiske faktorer . . ................................................................................................................ 157 Celleadhesjonsmolekyler og fasikulering ................................................................................. 157 Aksonets vekstkonus påvirkes av N-CAM og andre molekyler . . ................................................... 157 Eliminering av aksongrener . . ................................................................................................. 158 Nydannelse og eliminasjon av synapser fra nyfødt til voksen alder .............................................. 158 Hvorfor så stor overproduksjon av synapser? ........................................................................... 159 Endringer av hjernen i ungdomstiden ..................................................................................... 159 Etablering av topografiske kart . . ............................................................................................ 160 Vekst av hjernen etter fødselen ............................................................................................. 160 Miljøets betydning for utviklingen av nervesystemet ............................................................... 161 Nervesystemets utvikling etter fødselen er bruksavhengig ......................................................... 161 Utvikling av oppgavespesifikke nettverk etter fødselen ............................................................. 161 «Beriket miljø» og synaptisk plastisitet ................................................................................... 161 Informasjon må være meningsfull for individet . . ....................................................................... 161 Tidlig sosial erfaring påvirker hjernens struktur og funksjon ....................................................... 162 Sensitive (kritiske) perioder .................................................................................................. 162 Start og stopp av sensitive perioder ....................................................................................... 162 Sensitive perioder hos mennesker . . ........................................................................................ 163 Hvis systemer ikke tas i bruk i en sensitiv periode . . ................................................................... 163 Noter ................................................................................................................................ 164

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 9

21.01.13 13:16

10 Innhold

Kapittel 10 Nervesystemet og aldring ........................................................................................ 165 Innhold ............................................................................................................................. 165 Oversikt ............................................................................................................................ 165 Aldersbetingede endringer i hjernen og deres konsekvenser . . .................................................. 165 Biologiske endringer . . .......................................................................................................... 165 Aldersforandringer er ujevnt fordelt i hjernen .......................................................................... 165 Eldre utgjør ikke en homogen gruppe med hensyn til hjernefunksjon .. ......................................... 166 Tap av nevroner kan ikke forklare kognitiv svikt ved normal aldring ............................................. 166 Tap av grå og hvit substans .. ................................................................................................. 166 Hukommelsessvikt hos eldre ................................................................................................. 167 Tap av perifere sanseorganer med alderen .............................................................................. 167 Bruksavhengig plastisitet og aldring . . ..................................................................................... 168 Den gamle hjernen er mer sårbar . . ......................................................................................... 169 Fordelen med lang erfaring . . ................................................................................................. 169 Nevrodegenerative sykdommer og demens ........................................................................... 169 Demens ............................................................................................................................. 169 Ligger felles molekylære mekanismer bak nevrodegenerative sykdommer? .................................. 171 Note ................................................................................................................................. 172

Kapittel 11

Restitusjon etter skader av sentralnervesystemet ............................................. 173 Innhold ............................................................................................................................. 173 Oversikt ............................................................................................................................ 173 Hjerneskade og reparasjonsprosesser ................................................................................... 173 Celleskade ved hjerneiskemi ................................................................................................. 173 Utvikling av iskemisk celledød og ødem . . ................................................................................ 174 Nevrogenese – nydannelse av nevroner hos voksne .................................................................. 174 Hvorfor er nevrogenese og regenerasjon så begrenset i menneskehjernen? .................................. 175 Knoppskyting fra uskadede aksongrener .. ............................................................................... 175 Mekanismer for restitusjon etter hjerneskader ........................................................................ 176 To veier til målet: substitusjon og kompensasjon ...................................................................... 176 To faser i restitusjonsprosessen ............................................................................................. 177 Studier av restitusjon etter hjerneslag hos mennesker ............................................................... 178 Bidrar den friske hemisfæren til bedring etter slag? .................................................................. 179 Restitusjon er en læringsprosess . . .......................................................................................... 179 Bedring av funksjon kan fortsette i mange år ........................................................................... 180 Utvikling etter skader i tidlig barnealder .. .............................................................................. 180 Selektiv sårbarhet ............................................................................................................... 180 Nesten normal utvikling etter store skader av én hemisfære . . ..................................................... 181 Plastisitetens begrensninger ................................................................................................. 181 Noter ................................................................................................................................ 182

Del 3

Sensoriske systemer .......................................................................................... 183

Kapittel 12

Generelt om sanseorganer . . ..................................................................................... 185 Innhold ............................................................................................................................. 185 Oversikt ............................................................................................................................ 185 Sensoriske enheter og reseptoriske felt ................................................................................. 185 Konvergens øker størrelsen på de reseptoriske feltene .............................................................. 186 Reseptoriske felter er dynamiske og kontekstavhengige ............................................................ 186 Transduksjon: oversettelse av stimulus til aksjonspotensialer ................................................... 186 Reseptorpotensial ............................................................................................................... 187 Transduksjon og TRP-kanaler ................................................................................................ 187

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 10

21.01.13 13:16

11 Innhold

Reseptorers egenskaper og klassifisering .............................................................................. 188 Adekvat stimulus .. ............................................................................................................... 188 Sansemodalitet og sansekvalitet ............................................................................................ 188 Terskel . . ............................................................................................................................. 188 Adaptasjon ........................................................................................................................ 188 Dynamisk og statisk følsomhet .............................................................................................. 189 Hvor signalene kommer fra ................................................................................................... 189 Fullstendig beskrivelse av en reseptor .................................................................................... 189 Reseptorer og sanseopplevelse ............................................................................................ 189 En usikker sammenheng . . ..................................................................................................... 189 Hjernen mottar ikke «sann» informasjon ................................................................................. 190 Sentral analyse ................................................................................................................... 190 Noter ................................................................................................................................ 190

Kapittel 13

Perifere deler av det somatosensoriske systemet .. ............................................ 191 Innhold ............................................................................................................................. 191 Oversikt ............................................................................................................................ 191 Eksteroseptorer: hudens følesans ......................................................................................... 192 Klassifisering av sensoriske nervefibre .................................................................................... 193 Frie og innkapslede reseptorer .............................................................................................. 193 Nociseptorer ...................................................................................................................... 193 Sensitivisering, hyperalgesi og allodyni . . ................................................................................. 193 Tause nociseptorer, immunsystemet, homøostase og sykdomsatferd ........................................... 194 Termoreseptorer ................................................................................................................. 194 Mekanoreseptorene i huden .................................................................................................. 195 Hvilken informasjon gir lavterskelmekanoreseptorene i huden? . . ................................................. 196 Reseptoriske felter i huden ................................................................................................... 196 Diskriminerende følesans . . .................................................................................................... 197 Lateral inhibisjon: Inhibitoriske internevroner bedrer den diskriminerende følesansen . . ................... 197 Proprioseptorer. Dyp sensibilitet .......................................................................................... 198 Klassifisering av sensoriske fibre fra muskler . . .......................................................................... 198 Nociseptorer i muskler og sener ............................................................................................ 198 Muskelspolenes bygning . . ..................................................................................................... 199 Efferent innervasjon av muskelspolen ..................................................................................... 200 Muskelspolens funksjonelle egenskaper .................................................................................. 201 Virkninger av γ-fibrene på muskelspolens egenskaper ............................................................... 201 Muskelspoler hos mennesker og α–γ-koaktivering .................................................................... 202 Uavhengig aktivering av α- og γ-motonevroner .. ...................................................................... 203 Signaler fra muskelspoler oppfattes bevisst ............................................................................. 203 Senespolen ........................................................................................................................ 203 Hvorfor senespoler er mer følsomme for kontraksjon enn for passivt strekk .................................. 204 Oppfattelse av muskelkraft ................................................................................................... 204 Lavterskelmekanoreseptorer rundt leddene . . ........................................................................... 204 Nociseptorer i ledd og nevrogen inflammasjon ........................................................................ 206 Leddsans (kinestesi) ............................................................................................................ 207 Proprioseptorer, balanse og viljestyrte bevegelser .................................................................... 207 De sensoriske fibrene og dorsalrøttene ................................................................................. 208 Spinalganglieceller og deres aksoner i dorsalroten . . .................................................................. 208 Tykkelse av nervefibre og sanseopplevelse .............................................................................. 209 Segmental hudinnervasjon: dermatomer ................................................................................. 209 Ulike dermatomkart og individuelle variasjoner ........................................................................ 211 Dorsalrotsfibrenes endeområder i ryggmargen ........................................................................ 211 Sensoriske fibre: klassiske transmittere samlokalisert med nevropeptider ..................................... 211 Nevropeptider i spinalganglieceller og smerte ......................................................................... 212 Sensoriske fibre er ledd i refleksbuer. Ryggmargens internevroner .............................................. 213 Noter ................................................................................................................................ 214

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 11

21.01.13 13:16

12 Innhold

Kapittel 14

Sentrale deler av det somatosensoriske system .. ............................................... 215 Innhold ............................................................................................................................. 215 Oversikt ............................................................................................................................ 215 Sentrale somatosensoriske baner ......................................................................................... 215 Thalamus – omkoblingsstasjon for sensoriske signaler . . ............................................................. 216 Bakstrengene og lemniscus medialis ...................................................................................... 216 Talamokortikal bane: til SI og SII ............................................................................................ 217 Enkeltnevroners egenskaper i bakstrengs-lemniscus-medialissystemet ........................................ 218 Bakstrengs-lemniscus-medialissystemets oppgaver .................................................................. 218 Tractus spinothalamicus ....................................................................................................... 220 Beliggenhet av spinotalamiske nevroner og endeområder for dorsalrotsfibre . . .............................. 220 Substantia gelatinosa: kontroll av signaltrafikk fra nociseptorer .................................................. 220 Spinotalamiske nevroners egenskaper .................................................................................... 221 Endeområder i thalamus for tractus spinothalamicus og videre formidling til korteks ..................... 221 Spinotalamiske nevroner mottar signaler både fra hud, muskler og innvoller . . ............................... 222 Tractus spinothalamicus’ oppgaver – homøostatisk overvåking? ................................................. 222 Signaltrafikken i de sensoriske banene kontrolleres fra høyere nivåer ........................................... 222 De somatosensoriske barkområdene . . ................................................................................... 223 Det primære somatosensoriske området, SI . . ........................................................................... 223 Videre behandling av sanseinformasjon utenfor SI .................................................................... 224 Hvor og hvordan behandles nociseptiv informasjon i hjernebarken? ............................................ 225 «Smertenettverk» og smerteopplevelse .................................................................................. 226 Noter ................................................................................................................................ 226

Kapittel 15

Smerte . . ......................................................................................................................... 229 Innhold ............................................................................................................................. 229 Oversikt ............................................................................................................................ 229 Noen karakteristiske forhold ved smerte . . .............................................................................. 229 Smerte er livsviktig . . ............................................................................................................ 230 «Endre atferd, og husk hva som hendte!» ................................................................................ 230 Smertesystemet er plastisk ................................................................................................... 230 Nociseptorer og smerteopplevelse ......................................................................................... 230 Når smertesystemet kommer ut av kontroll ............................................................................ 231 Vedvarende (kronisk) smerte er forskjellig fra akutt .................................................................. 231 Allodyni og utstråling ved vedvarende smerter ........................................................................ 231 Vedvarende smerter er assosiert med endringer av grå substans ................................................ 232 Patologisk smerte ............................................................................................................... 232 Komplekst regionalt smertesyndrom (CRPS): en spesiell form for patologisk smerte ...................... 233 Sentral kontroll av smerte og ledning fra nociseptorer . . ........................................................... 234 Nedstigende kontroll av signaltrafikk fra nociseptorer ............................................................... 234 Oppstigende forbindelser som kan modulere smerte ................................................................ 235 Funksjonell betydning av de smertemodulerende systemene ..................................................... 236 Placebo og nocebo ............................................................................................................. 236 Placebo ............................................................................................................................. 238 Forventningseffekten påvirker fysiologiske prosesser og alle terapeutiske forhold ......................... 238 Nocebo ............................................................................................................................. 238 Nyere synspunkter på smerte og smertebehandling ................................................................ 239 Noter ................................................................................................................................ 240

Kapittel 16

Synssystemet . . ............................................................................................................. 241 Innhold ............................................................................................................................. 241 Oversikt ............................................................................................................................ 241 Øyeeplet og øyets brytende medier ...................................................................................... 241 Øyet har likhetstrekk med et fotografisk kamera ...................................................................... 241

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 12

21.01.13 13:16

13 Innhold

Synsfeltet .. ......................................................................................................................... 242 Akkomodasjon og øyets fjernpunkt og nærpunkt ..................................................................... 243 Retina ............................................................................................................................... 243 Retina er lagdelt ................................................................................................................. 244 Fotoreseptorene og synspigment .......................................................................................... 244 Stavene og tappene har forskjellige egenskaper . . ..................................................................... 244 Signaloverføring i retina ....................................................................................................... 246 Koblingen videre fra staver og tapper er forskjellig ................................................................... 248 Gangliecellenes reseptoriske felter ......................................................................................... 248 Gangliecellene overdriver forskjeller ....................................................................................... 249 Synsskarphet og størrelsen på reseptoriske felter – macula lutea ................................................ 249 Forskjeller mellom sentrale og perifere deler av retina . . ............................................................. 250 To hovedtyper av ganglieceller .............................................................................................. 251 Informasjon fra retinale ganglieceller bidrar til mer enn persepsjon ............................................. 251 Synsbanenes organisasjon ................................................................................................... 252 Aksonene fra M- og P-celler ender i forskjellige lag av corpus geniculatum laterale . . ...................... 252 Synsinntrykk fra synsfeltet på én side kommer til motsatt sides hemisfære . . ................................. 253 Samsyn ............................................................................................................................. 254 Synsbanene er retinotopisk ordnet . . ....................................................................................... 254 Sentrale deler av synsfeltet er over­representert i synsbanene og i korteks .................................... 255 Visuell korteks og behandling av synsinformasjon .................................................................. 256 Egenskaper til nevroner i area striata . . .................................................................................... 257 Modulær organisering av area striata . . .................................................................................... 258 Ekstrastriatale synsområder .................................................................................................. 258 Videre behandling av synsinformasjon: segregasjon og integrasjon ............................................. 259 Segregasjon: ventral og dorsal informasjonskanal? ................................................................... 259 Fargesyn og fargeopposisjon ................................................................................................ 260 Fargekonstans .................................................................................................................... 261 Hva er farge? ...................................................................................................................... 261 Integrasjon av synsinformasjon og bevisst oppfattelse .............................................................. 262 Synsopplevelse og synkronisert nettverksaktivitet .................................................................... 262 Utvikling av normalt syn krever riktig bruk .............................................................................. 263 Noter ................................................................................................................................ 264

Kapittel 17

Hørselssystemet .. ........................................................................................................ 265 Innhold ............................................................................................................................. 265 Oversikt ............................................................................................................................ 265 Hørselsorganet (cochlea) .................................................................................................... 265 Cochlea er en del av labyrinten . . ............................................................................................ 265 Hvordan lydsvingningene overføres til sansecellene i cochlea ..................................................... 267 Cortis organ ....................................................................................................................... 268 De indre hårcellene og mekanoelektrisk transduksjon ............................................................... 269 De ytre hårcellene forsterker lyden . . ....................................................................................... 270 Forskjellige frekvenser registreres på ulike deler av basilarmembranen. Tonotopisk lokalisasjon ....... 270 Hørselsbanene ................................................................................................................... 272 Nervus cochlearis og cochleariskjernene ................................................................................. 272 Videre ledning fra cochleariskjernene ..................................................................................... 273 Lokalisering av lyd . . ............................................................................................................. 273 Nedstigende kontroll av signaltrafikken i hørselsbanene ............................................................ 274 Auditive reflekser: orientering og beskyttelse .......................................................................... 274 Auditiv korteks .. ................................................................................................................. 275 Kjerne- og belteområder ...................................................................................................... 275 Egenskaper til nevroner i AI .................................................................................................. 276 Videre behandling utenfor AI ................................................................................................ 276 Noter ................................................................................................................................ 276

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 13

21.01.13 13:16

14 Innhold

Kapittel 18

Likevektssansen og balanse .................................................................................... 277 Innhold ............................................................................................................................. 277 Oversikt ............................................................................................................................ 277 Likevektsapparatets bygning og virkemåte ............................................................................ 277 Den vestibulære delen av labyrinten . . ..................................................................................... 277 Den adekvate stimulus for buegangene er rotasjon av hodet . . .................................................... 278 Sacculus og utriculus registrerer hodets stilling og lineær akselerasjon ........................................ 279 Vestibulariskjernene og deres forbindelser ............................................................................ 280 Vestibulariskjernene og de primærafferente fibrene .................................................................. 281 Vestibulariskjernene mottar også afferenter fra andre steder enn labyrinten ................................. 281 Vestibulariskjernenes efferente forbindelser ............................................................................ 282 Vestibulære reflekser: kontroll av øyebevegelser og kroppsstilling ........................................... 283 Vestibulo-okulære reflekser .................................................................................................. 283 Vestibulær- og annen sanseinformasjon må integreres for kontroll av øyebevegelser ..................... 284 Nakke- og labyrintreflekser ................................................................................................... 285 Posturale reflekser og postural kontroll: flere reseptortyper bidrar .............................................. 285 Balanse er en forutsetning for mål­rettede handlinger: behovet for sentral kontroll av posturale reflekser .. ..................................................................................................... 286 Kortikale nettverk for balanse og kroppsrepresentasjon .......................................................... 287 Sentralt nettverk integrerer kroppsinformasjon ........................................................................ 287 Representasjon av kroppen i hjernen ...................................................................................... 288 Eierskap, kroppsskjema og kroppsbilde .................................................................................. 288 Enhet og koherens .............................................................................................................. 288 Bevegelser og oppdatering av kroppsrepresentasjonen . . ........................................................... 289 Noter ................................................................................................................................ 289

Kapittel 19

Luktesansen og smakssansen ................................................................................. 291 Innhold ............................................................................................................................. 291 Oversikt ............................................................................................................................ 291 Det olfaktoriske systemet .................................................................................................... 291 Luktesansen og evolusjon . . ................................................................................................... 291 Reseptorer for luktesansen ................................................................................................... 292 Transduksjonsmekanismen ................................................................................................... 292 Luktreseptorene uttrykker et enormt repertoar av reseptorproteiner ........................................... 292 Sentral ledning av luktinformasjon ......................................................................................... 292 Endeområder for fibrene i tractus olfactorius ........................................................................... 293 Videre behandling utenfor det primære lukteområdet ............................................................... 294 Lukteinntrykk og atferd . . ...................................................................................................... 294 Lukt og læring .................................................................................................................... 294 Smakssansen ..................................................................................................................... 295 Reseptorene for smak og smakskvaliteter ............................................................................... 295 Individuelle forskjeller i smaksintensitet .................................................................................. 296 Smaksstoffene virker via ionekanaler og G-proteinkoblede reseptorer ......................................... 296 Smakscellene er spesifikke . . .................................................................................................. 298 Ledningsveien fra smaksreseptorer og det primære smaksområdet . . ........................................... 298 Organisering av det primære smaksområdet ........................................................................... 298 Videre kortikal behandling .................................................................................................... 299 Noter ................................................................................................................................ 299

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 14

21.01.13 13:16

15 Innhold

Del 4

Motoriske systemer .. ........................................................................................... 301

Kapittel 20 Motoriske systemer og kontroll av automatiske og viljestyrte bevegelser .. 303 Innhold ............................................................................................................................. 303 Oversikt ............................................................................................................................ 303 Motoriske og andre nettverk er tett sammenvevet .................................................................. 303 «Det motoriske system» er et upresist begrep .. ........................................................................ 303 Sensorisk feedback er avgjørende for motorikk ........................................................................ 303 Bevegelser i sansningens tjeneste .......................................................................................... 304 Bevegelser og eierskap til kroppen .. ....................................................................................... 304 Klassifisering av bevegelser ................................................................................................. 304 Stabilisering og forflytning ................................................................................................... 304 Kontraksjoner: konsentrisk, isometrisk og eksentrisk ................................................................. 304 Ballistiske og langsomme bevegelser ..................................................................................... 304 Automatiske og voluntære bevegelser . . .................................................................................. 304 Note ................................................................................................................................. 305

Kapittel 21

Perifere motoriske nevroner og reflekser .. ........................................................... 307 Innhold ............................................................................................................................. 307 Oversikt ............................................................................................................................ 307 Motonevroner og muskler . . .................................................................................................. 307 Ventrale røtter og nervefletninger .......................................................................................... 307 «The final common path» og synaptiske kontakter med motonevroner ........................................ 309 Nevrotransmittere ............................................................................................................... 309 Motonevronene er ordnet i søyler .......................................................................................... 309 Somatotopisk ordning av motonevronene i forhornet .. .............................................................. 310 Motonevronene er funksjonelt forskjellige ............................................................................... 310 Den motoriske endeplaten og nevromuskulær transmisjon .. ....................................................... 310 Muskelcellens kontraksjonskraft reguleres av motonevronet ....................................................... 311 Fibertyper: muskelceller spesialisert for ulike typer arbeid ......................................................... 312 Fibertyper hos mennesker .................................................................................................... 313 Motoriske enheter ............................................................................................................... 313 Motoriske enheter og fibertyper ............................................................................................ 313 Gradering av muskelkraft: rekruttering og frekvens . . ................................................................. 314 Rekruttering ved ulike kraftbehov .......................................................................................... 314 Generelt om reflekser .. ........................................................................................................ 315 Noen reflekser «forsvinner» under utviklingen ......................................................................... 315 Refleksbuen og grunnleggende egenskaper ved reflekser . . ........................................................ 316 Modulering av reflekssenterets eksitabilitet ............................................................................. 316 Spinale reflekser: fleksjons­refleksen og strekkereflekser ......................................................... 316 Fleksjonsrefleksen (tilbaketrekningsrefleksen) ......................................................................... 316 Strekkereflekser .................................................................................................................. 317 Den monosynaptiske strekkerefleksen .................................................................................... 318 Den monosynaptiske strekkerefleksen er ikke bare enkel ........................................................... 319 Resiprok inhibisjon – hemning av antagonistene ved strekkereflekser .......................................... 319 Langlatensstrekkereflekser ................................................................................................... 319 Strekkerefleksenes oppgaver ................................................................................................ 321 Hudreseptorer og presisjonsgrep ........................................................................................... 321 Sentral modulering av strekkereflekser og fleksjonsrefleksen . . .................................................... 321 Muskeltonus ...................................................................................................................... 322 Hva bestemmer muskeltonus? ............................................................................................... 323 Passive egenskaper ved muskelcellene ................................................................................... 323 Aktiv kontraksjon til tross for forsøk på avslapning ................................................................... 324 Individuelle forskjeller i muskeltonus ...................................................................................... 324 Sykelige forandringer av muskeltonus .. ................................................................................... 324

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 15

21.01.13 13:16

16 Innhold

Skader av perifere motoriske nevroner .................................................................................. 325 Perifere og sentrale pareser .................................................................................................. 325 Perifere aksoner kan vokse ut igjen etter skade ........................................................................ 326 Forhold som påvirker regenerasjon etter nerveskade ................................................................ 326 Økt størrelse av motoriske enheter . . ....................................................................................... 326 Reflekser mer svekket enn voluntær kraft . . .............................................................................. 327 Noter ................................................................................................................................ 327

Kapittel 22 Motoriske deler av hjernebarken og motoriske baner ...................................... 329 Innhold ............................................................................................................................. 329 Oversikt ............................................................................................................................ 329 Pyramidebanen (tractus corticospinalis) .. .............................................................................. 329 Pyramidebanen kommer fra MI og områdene rundt .................................................................. 330 Pyramidebanens forløp ........................................................................................................ 330 Ledningshastighet og endeområder i ryggmargen . . .................................................................. 334 Virkninger i ryggmargen – monosynaptisk kobling til motonevroner . . .......................................... 334 Utbredelse og virkninger av kortikospinale fibre i ryggmargen .. .................................................. 334 Pyramidebanen virker mer på bøyemuskler enn på strekkemuskler ............................................. 334 Pyramidebanen kontrollerer spinale refleksbuer ....................................................................... 335 Pyramidebanens funksjon bedømt ved hva som skjer når den sjaltes ut ....................................... 335 Indirekte kortikospinale signalveier ...................................................................................... 336 Kortiko-retikulospinale baner ................................................................................................ 337 Tektospinale baner .............................................................................................................. 337 Vestibulospinale baner ......................................................................................................... 337 Monoaminerge baner fra hjernestammen ................................................................................ 338 Kontroll av automatiske bevegelser ...................................................................................... 338 Hjernebarken samordner nettverk i hjernestammen og ryggmargen ............................................ 338 Postural kontroll . . ................................................................................................................ 338 Utvikling av postural kontroll . . ............................................................................................... 339 Sentral kontroll av gangbevegelser ........................................................................................ 339 Kontroll av gangbevegelser – rytmegeneratorer ....................................................................... 339 Motoriske barkområder og kontroll av viljestyrte bevegelser . . .................................................. 340 Motoriske nettverk .............................................................................................................. 340 Hierarkisk organisering av motoriske områder: MI, PMA og SMA ................................................. 340 Det primære motoriske områdets forbindelser ......................................................................... 341 MI styrer bevegelser både via pyramidebanen og indirekte baner ............................................... 342 Funksjonell organisering av MI: oppgaveorientert fremfor muskelorientert ................................... 342 Pyramidebanenevroner kan rekrutteres presist og fleksibelt . . ..................................................... 343 Den supplementærmotoriske area (SMA) . . .............................................................................. 343 Den premotoriske area, PMA ................................................................................................. 344 Motoriske barkområder og motorisk læring ............................................................................. 344 Symptomer ved avbrytelse av sentrale motoriske baner .......................................................... 345 «Negative» og «positive» symptomer ..................................................................................... 346 Plantarrefleksen og andre reflekser som endres ved skade av sentrale motoriske nevroner ............. 346 Noen særtrekk ved symptombildet ved hjerneslag ................................................................... 347 Spastisitet . . ........................................................................................................................ 348 Noter ................................................................................................................................ 350

Kapittel 23 Basalgangliene . . .......................................................................................................... 351 Innhold ............................................................................................................................. 351 Oversikt ............................................................................................................................ 351 Basalganglienes bygning og forbindelser .............................................................................. 351 Striatum er basalganglienes mottakende del ........................................................................... 353 Projeksjonsnevroner i striatum sender aksoner til globus pallidus og substantia nigra .................... 354 Indre organisering av striatum: internevroner, striosomer og matriks ........................................... 355

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 16

21.01.13 13:16

17 Innhold

Basalgangliene virker på premotorisk nettverk i thalamus og hjernestammen ............................... 356 Signalveier fra globus pallidus og substantia nigra til hjernebarken ............................................. 357 Basalganglienes forbindelser til hjernestammen: Nucleus pedunculopontinus og colliculus superior . 358 Basalgangliene er organisert i funksjonelt forskjellige kretser ..................................................... 358 Transmittere og synaptiske virkninger av nevroner i sløyfen korteks–basalgangliene–korteks: disinhibisjon ................................................................................................................... 359 Funksjonell betydning av disinhibisjon i premotoriske nevrongrupper .......................................... 360 Nucleus subthalamicus regulerer aktiviteten i pallidum og nigra ................................................. 360 Virkninger av dopamin i striatum ........................................................................................... 360 Hva aktiverer dopaminerge nevroner? .................................................................................... 361 Ventrale striatopallidum ...................................................................................................... 362 Ventrale striatums forbindelser . . ............................................................................................ 363 «Det mesolimbiske belønningssystemet» ................................................................................ 363 Basalganglienes oppgaver . . ................................................................................................. 363 Planlegging av bevegelser og læring ...................................................................................... 364 Motivasjon og bevegelser ..................................................................................................... 364 Skifte av atferd ................................................................................................................... 364 Sykdommer som rammer basalgangliene .. ............................................................................. 364 Noter ................................................................................................................................ 368

Kapittel 24 Cerebellum ................................................................................................................... 369 Innhold ............................................................................................................................. 369 Oversikt ............................................................................................................................ 369 Cerebellums inndeling og afferente forbindelser .................................................................... 369 Cerebellum består av tre funksjonelt forskjellige deler . . ............................................................. 370 Afferente forbindelser fra labyrinten og likevektskjernene .......................................................... 372 Afferente forbindelser fra medulla spinalis .. ............................................................................. 372 Direkte spinocerebellare baner .............................................................................................. 373 Indirekte spinocerebellare baner ............................................................................................ 374 Afferente forbindelser fra cortex cerebri: kortikopontin bane ...................................................... 374 Organisering av kortikopontine forbindelser ............................................................................ 374 Intermediærsonen er «møtested» for signaler fra medulla spinalis og hjernebarken ....................... 375 Lillehjernebarken, klatrefibrene og mosfibrene ...................................................................... 375 Lillehjernebarken består av tre lag ......................................................................................... 375 Afferenter til cerebellarkorteks er av to slag: mosfibre og klatrefibre .. .......................................... 377 Mosfibrene og klatrefibrene formidler ulike typer av informasjon ................................................ 378 Klatrefibrene og motorisk læring ........................................................................................... 378 Cerebellums efferente forbindelser ....................................................................................... 379 Cerebellarkjernene og kortikonukleære forbindelser ................................................................. 379 Nevronene i cerebellarkjernene er spontant aktive . . .................................................................. 379 Endeområder for de efferente forbindelsene fra cerebellarkjernene ............................................. 380 Cerebellums funksjon og symptomer ved skader .................................................................... 382 Det «flokkulonodulære syndrom» og «lobus anterior-syndromet» ............................................... 382 Cerebellarhemisfærene og det «neocerebellare» syndromet . . ..................................................... 383 Tidsteorien – utfører cerebellum én grunnleggende operasjon som brukes til flere oppgaver? ......... 384 Cerebellum og læring .......................................................................................................... 384 Cerebellum og kognitive funksjoner ....................................................................................... 385 Fortsatt uklart hva som er cerebellums bidrag til kognitive funksjoner ......................................... 385 Noter ................................................................................................................................ 386

Kapittel 25 Kontroll av øyebevegelser .. ...................................................................................... 387 Innhold ............................................................................................................................. 387 Oversikt ............................................................................................................................ 387 Øyemusklene og bevegelser av øyet ..................................................................................... 387 Horisontalbevegelser, vertikal­bevegelser og rotasjonsbevegelser ................................................ 387

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 17

21.01.13 13:16

18 Innhold

De ytre øyemusklene og deres virkninger . . .............................................................................. 387 Muskelvirkning i ulike stillinger av øyet og testing av øyemuskler ................................................ 389 Øyebevegelsene foregår konjugert .. ....................................................................................... 389 Kontroll av øyebevegelser: hjernestammen og cerebellum . . ..................................................... 390 Typer av øyebevegelser . . ...................................................................................................... 390 Cerebellum kan tilpasse vestibulo-okulære reflekser til endrede ytre forhold .. ............................... 391 Sentre i hjernestammen for kontroll av øyebevegelser . . ............................................................. 392 Cerebellum er viktig for både sakkader og følgebevegelser . . ...................................................... 393 Kortikal kontroll av øyebevegelser ........................................................................................ 394 Sakkader ........................................................................................................................... 394 Følgebevegelser ................................................................................................................. 394 Noter ................................................................................................................................ 395

Del 5

Hjernestammen og hjernenervene ............................................................ 397

Kapittel 26 Retikulærsubstansen: Premotoriske nettverk, bevissthet og søvn ................ 399 Innhold ............................................................................................................................. 399 Oversikt ............................................................................................................................ 399 Retikulærsubstansens bygning og forbindelser ...................................................................... 399 Medial efferent og lateral afferent del ..................................................................................... 399 Retikulærsubstansen er bygd for integrasjon ........................................................................... 400 Rafekjernene og locus coeruleus: Fellestrekk ........................................................................... 401 Mulige overordnede oppgaver for rafekjernene og locus coeruleus . . ............................................ 403 Retikulærsubstansens efferente forbindelser ........................................................................... 405 Oppstigende forbindelser ..................................................................................................... 405 Retikulærsubstansen mottar alle typer sensorisk informasjon ..................................................... 405 Afferenter til retikulærsubstansen fra hjernebarken og subkortikale kjerner .................................. 405 Forbindelser til ryggmargen . . ................................................................................................ 406 Funksjonelle forhold ........................................................................................................... 407 Aktiveringssystemet ............................................................................................................ 407 Virkning på skjelettmuskler . . ................................................................................................. 407 Kontroll av åndedrett og sirkulasjon ....................................................................................... 408 Bevissthet ......................................................................................................................... 409 Hva er bevissthet? ............................................................................................................... 409 Nevrobiologisk grunnlag for bevissthet . . ................................................................................. 409 Studiet av bevissthet: Elektroencefalografi (EEG) ..................................................................... 410 En forutsetning for bevissthet: retikulærsubstansens virkning på hjernebarken ............................. 410 Kontroll av sanseinformasjon og fokusering av oppmerksomheten .............................................. 411 Signalveier og nevrotransmittere som er ansvarlige for aktivering av korteks ................................ 411 Søvn ................................................................................................................................. 412 Søvnfaser .. ......................................................................................................................... 412 Hvorfor vi sover – homøostase og læring ................................................................................ 413 Nevrongrupper og transmittere som kontrollerer søvnen ........................................................... 414 Drømmer ........................................................................................................................... 415 Noter ................................................................................................................................ 415

Kapittel 27 Hjernenervene ............................................................................................................. 417 Innhold ............................................................................................................................. 417 Oversikt ............................................................................................................................ 417 Generelle trekk i hjernenervenes organisasjon . . ...................................................................... 417 Hjernenervene kan inneholde fire typer fibre ........................................................................... 418 Beliggenhet av hjernenervekjernene: En grov oversikt . . ............................................................. 420 Nærmere om beliggenheten av hjernenervekjernene ................................................................ 420

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 18

21.01.13 13:16

19 Innhold

Hjernestammereflekser ........................................................................................................ 420 Hjernenervene er koblet til sensoriske og motoriske baner . . ....................................................... 421 Forutsetning for klinisk undersøkelse av hjernenervene ............................................................. 422 Nervus hypoglossus ............................................................................................................ 422 Nervus accessorius ............................................................................................................. 423 Nervus vagus ..................................................................................................................... 423 Visceral-efferente (parasympatiske) vagusfibre ........................................................................ 424 Visceral-afferente vagusfibre . . ............................................................................................... 424 Viscerale reflekser ............................................................................................................... 424 Somatisk-efferente vagusfibre . . ............................................................................................. 425 Nervus glossopharyngeus . . .................................................................................................. 426 Sinusnerven og baroreseptorer . . ............................................................................................ 426 Nervus glossopharyngeus’ kjerner ......................................................................................... 426 Nervus vestibulocochlearis .................................................................................................. 427 Nervus facialis og nervus intermedius ................................................................................... 427 Nervus facialis .................................................................................................................... 427 Sentral og perifer facialisparese . . ........................................................................................... 427 «Ekte» mimikk er ikke avhengig av pyramidebanen .................................................................. 428 Nervus facialis og reflekser ................................................................................................... 428 Tåre- og spyttsekresjonen . . ................................................................................................... 428 Nervus trigeminus .............................................................................................................. 429 Den sensoriske trigeminuskjernen .......................................................................................... 429 Sentral ledning av signaler fra trigeminuskjernene .................................................................... 430 Trigeminus og reflekser ........................................................................................................ 430 Den motoriske trigeminuskjernen .......................................................................................... 430 Nervus abducens, nervus trochlearis og nervus oculomotorius ................................................. 432 Nervus abducens ................................................................................................................ 432 Nervus trochlearis ............................................................................................................... 432 Nervus oculomotorius . . ........................................................................................................ 432 Lysrefleksen og akkomodasjonsrefleksen ................................................................................ 433 Noter ................................................................................................................................ 434

Del 6

Det autonome nervesystemet ...................................................................... 435

Kapittel 28 Visceral-efferente nevroner: Sympatiske og parasympatiske deler .............. 437 Innhold ............................................................................................................................. 437 Oversikt ............................................................................................................................ 437 Generelle trekk ved organiseringen av visceral-efferente nevroner ........................................... 437 To nevroner er koblet etter hverandre . . ................................................................................... 437 Postganglionære fibre danner ikke typiske synapser ................................................................. 438 Noen organer styres mer presist enn andre ............................................................................. 438 Autonome ganglier og fletninger ........................................................................................... 438 Forskjeller mellom det sympatiske og det parasympatiske systemet . . .......................................... 438 Perifere deler av det sympatiske systemet ............................................................................. 440 Preganglionære fibre og den sympatiske grensestrengen .......................................................... 440 Postganglionære sympatiske fibre ......................................................................................... 442 Sympatisk innervasjon av hodet og ekstremitetene .. ................................................................. 443 Sympatisk innervasjon av innvollsorganer ............................................................................... 443 Perifere deler av det parasympatiske systemet ....................................................................... 446 Hjernenervene inneholder preganglionære parasympatiske fibre ................................................ 446 Den sakrale delen av det parasympatiske systemet forsyner kjønnsorganene, blæren og endetarmen .................................................................................................... 446 Det enteriske nervesystemet ................................................................................................ 446 Nevrontyper og nevrotransmittere ......................................................................................... 446

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 19

21.01.13 13:16

20 Innhold

Det autonome nervesystemets oppgaver ............................................................................... 448 Forsvar og vedlikehold ......................................................................................................... 448 Mer nyansert syn på arbeidsdelingen mellom sympatikus og parasympatikus ............................... 448 Sympatikus’ virkninger på sirkulasjonsorganene og lungene .. ..................................................... 449 Regulering av blodtrykk og fordeling av blodstrøm .................................................................. 449 Virkning av sympatikus i huden ............................................................................................. 450 Sympatikus’ virkninger på organer i bukhulen, kjønnsorganene og øyet ....................................... 450 Funksjonsspesifikk sympatisk kontroll .. ................................................................................... 450 Virkninger av de parasympatiske nervefibrene ......................................................................... 451 Nevrotransmittere i det autonome nervesystemet . . ................................................................. 452 Preganglionære nevroner ..................................................................................................... 452 Postganglionære nevroner . . .................................................................................................. 452 Non-kolinerg og non-adrenerg transmisjon i det autonome nervesystemet . . ................................. 452 Presynaptiske reseptorer regulerer frisettingen av transmittere fra postganglionære nervefibre ....... 453 Sensitivisering .................................................................................................................... 453 Noter ................................................................................................................................ 454

Kapittel 29 Visceral-afferente nevroner og viscerale reflekser ............................................ 455 Innhold ............................................................................................................................. 455 Oversikt ............................................................................................................................ 455 Viscerale reseptorer og afferente baner . . ............................................................................... 455 Viscerale reseptorer . . ........................................................................................................... 455 Perifere ledningsveier for nociseptive signaler .. ........................................................................ 455 Sentral ledning av sensoriske signaler fra innvollene ................................................................. 456 Viscerale reflekser .............................................................................................................. 457 Reflekser utløst fra reseptorer i lungene . . ................................................................................ 457 Tømningsrefleksen for urinblæren .......................................................................................... 457 Overordnet kontroll av vannlatningen ..................................................................................... 458 Kontroll av ereksjons- og ejakulasjonsrefleksene ...................................................................... 458 Viscerale smerter . . .............................................................................................................. 459 Karakteristiske egenskaper ................................................................................................... 459 Hva slags stimuli fremkaller smerte fra innvoller? . . .................................................................... 459 Referert smerte . . ................................................................................................................. 460 Noter ................................................................................................................................ 461

Kapittel 30 Sentrale deler av det autonome nervesystemet: Hypothalamus . . .................. 463 Innhold ............................................................................................................................. 463 Oversikt ............................................................................................................................ 463 «Sentre» i hjernestammen for koordinering av atferd . . ............................................................ 463 Premotoriske nettverk . . ........................................................................................................ 463 Koordinering av segmentale reflekser og bevegelsesmønstre ..................................................... 463 Hjernestammens premotoriske nettverk kontrolleres fra høyere nivåer . . ....................................... 464 Hypothalamus’ bygning og forbindelser ................................................................................ 464 Inndeling i kjerner ............................................................................................................... 464 Hypothalamus inneholder mange nevrotransmittere ................................................................. 466 Hypothalamus’ afferente forbindelser og andre former for påvirkning .. ........................................ 466 Hypothalamus’ efferente forbindelser ..................................................................................... 467 Corpus mamillare ................................................................................................................ 468 Hypothalamus og det endokrine systemet ............................................................................. 469 Hypofysens forlapp danner flere hormoner .. ............................................................................ 469 Hypothalamus’ relasjon til hypofysens baklapp: det magnocellulære nevroendokrine systemet . . ...... 469 Vasopressin: kontroll av osmolaritet ....................................................................................... 469 Oksytocin: fødsel og melketømning .. ...................................................................................... 470 Vasopressin og oksytocin virker også i hjernen .. ....................................................................... 470 Hypothalamus’ virkning på hypofysens forlapp: hypofysens portåresystem .................................. 471

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 20

21.01.13 13:16

21 Innhold

Frisettingshormoner ............................................................................................................ 472 Funksjonelle forhold ........................................................................................................... 472 Hypotalamiske «sentre» ....................................................................................................... 472 Temperaturregulering .......................................................................................................... 472 Hypothalamus og søvn: histamin og hypokretiner .................................................................... 473 Hypothalamus og sirkadiane rytmer ....................................................................................... 474 Regulering av fordøyelse og matinntak ................................................................................... 475 Negativ tilbakekobling sikrer stabil kroppsvekt .. ....................................................................... 475 Når kontrollen av matinntak svikter ........................................................................................ 475 Hypothalamus, seksualfunksjon og kjønnsforskjeller ................................................................. 475 Hypothalamus og immunsystemet ........................................................................................ 476 Nervesystemets virkning på immunsystemet ........................................................................... 476 Immunsystemets virkning på sentralnervesystemet .................................................................. 477 Hypothalamus og psykiske funksjoner . . ................................................................................. 478 Psykiske forhold påvirker endokrine organer ........................................................................... 478 Psykiske forhold og somatisk sykdom .. ................................................................................... 478 Stress ................................................................................................................................ 479 Hypothalamus og emosjoner ................................................................................................ 480 Hypothalamus er ikke emosjonene . . ....................................................................................... 480 Noter ................................................................................................................................ 481

Del 7

Limbiske strukturer ............................................................................................ 483

Kapittel 31

Amygdala og andre nevrongrupper av betydning for emosjoner ................. 485 Innhold ............................................................................................................................. 485 Oversikt ............................................................................................................................ 485 «Den emosjonelle hjernen» og «det limbiske system» ............................................................ 485 Limbiske strukturer – ikke et system ....................................................................................... 485 Amygdala . . ........................................................................................................................ 486 Anatomiske og funksjonelle hovedtrekk .................................................................................. 486 Amygdalas afferente forbindelser .......................................................................................... 486 Amygdalas efferente forbindelser .......................................................................................... 488 Amygdalas hovedoppgaver .................................................................................................. 488 Amygdala og opplevelse av emosjoner ................................................................................... 490 Amygdala, læring og avlæring .. ............................................................................................. 490 Kortikal kontroll av autonome funksjoner og emosjoner .......................................................... 492 Autonome funksjoner .......................................................................................................... 492 Emosjoner og neokorteks ..................................................................................................... 493 Substantia innominata – nevrongrupper i basale deler av hemisfæren ....................................... 494 Kolinerge nevroner som sender aksoner til hjernebarken ........................................................... 494 Funksjonell betydning av kolinerge nevroner i substantia innominata .......................................... 495 Noter ................................................................................................................................ 496

Kapittel 32 Hippocampusformasjonen: læring og hukommelse .......................................... 497 Innhold ............................................................................................................................. 497 Oversikt ............................................................................................................................ 497 Hippocampusformasjonen ................................................................................................... 497 Makroskopisk utseende og enkeltdeler ................................................................................... 497 To sett av forbindelser ......................................................................................................... 497 Hippocampusformasjonens afferente forbindelser .................................................................... 498 Modulerende forbindelser øker plastisiteten i hippocampus ....................................................... 499 Hippocampusformasjonens efferente forbindelser .................................................................... 499 Funksjonelle forhold ........................................................................................................... 500

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 21

21.01.13 13:16

22 Innhold

Ulike former for læring og hukommelse .................................................................................. 500 Deklarativ og non-deklarativ hukommelse . . ............................................................................. 501 Episodisk, semantisk og autobiografisk hukommelse ................................................................ 501 Mediale deler av temporallappen er nødvendig for deklarativ hukommelse . . ................................. 502 Perirhinalkorteks gir et selvstendig bidrag ............................................................................... 502 Etablering av permanente hukommelsesspor: dialog mellom hippocampus og neokorteks .. ............ 504 Hva er hippocampus’ selvstendige oppgaver? . . ........................................................................ 504 «Hjernens kunnskapssystemer» ............................................................................................. 505 Noter ................................................................................................................................ 505

Del 8

Hjernebarken og høyere mentale funksjoner ...................................... 507

Kapittel 33 Cortex cerebri: Indre organisering og forbindelser ........................................... 509 Innhold ............................................................................................................................. 509 Oversikt ............................................................................................................................ 509 Hjernebarkens oppbygning og synaptiske organisasjon . . ......................................................... 509 Organisasjonsnivåer ............................................................................................................ 509 Neokorteks’ lagdeling .......................................................................................................... 510 Kortikale nevroner er ordnet i søyler . . ..................................................................................... 510 Afferente fibre fra forskjellige steder ender i ulike laminae ......................................................... 512 Hjernebarken kan inndeles i cytoarkitektoniske areae . . .............................................................. 512 Intrakortikale forbindelser: pyramidecellekollateraler og internevroner . . ....................................... 513 Rask eksitasjon og inhibisjon i korteks: glutamat og GABA .. ....................................................... 514 Modulerende synaptiske virkninger i hjernebarken . . .................................................................. 515 Intrakortikal signaltrafikk og informasjonsbehandling . . .............................................................. 515 Kortikale nevroner oppdager sammentreff .............................................................................. 515 Horisontal integrasjon og plastisitet ....................................................................................... 516 Hjernebarkens forbindelser . . ................................................................................................ 516 Hovedtrekk ........................................................................................................................ 517 Spesifikke talamokortikale forbindelser . . ................................................................................. 517 «Høyere ordens» thalamuskjerner: pulvinar og nucleus medialis dorsalis thalami (MD) ................... 518 De intralaminære thalamuskjernene ....................................................................................... 518 Direkte kortikale afferenter fra nevrongrupper med modulerende transmittere . . ............................ 519 Kortikotalamiske forbindelser . . .............................................................................................. 519 Hjernebarkens assosiasjonsforbindelser .................................................................................. 519 Foroverrettede og tilbakerettede kortikokortikale forbindelser .. .................................................. 520 Hjernebarkens kommissuralforbindelser . . ................................................................................ 521 Noter ................................................................................................................................ 521

Kapittel 34 Hjernebarkens oppgaver .......................................................................................... 523 Innhold ............................................................................................................................. 523 Oversikt ............................................................................................................................ 523 Assosiasjonsområder: generelle forhold ................................................................................ 523 Oppgavespesifikke nettverk analyserer og integrerer informasjon ............................................... 524 Tre grunnleggende nettverk . . ................................................................................................ 524 Integrasjon av sanseinformasjon i assosiasjonsområdene må læres ............................................. 525 Hjernebarken og sinnslidelser . . .............................................................................................. 526 Parietale assosiasjonsområder ............................................................................................. 527 Forbindelser ....................................................................................................................... 527 Bakre parietalkorteks: hånd og øye ........................................................................................ 527 Skader av bakre parietalkorteks . . ........................................................................................... 528 Frontallappens assosiasjonsområder .. ................................................................................... 529 Forbindelser ....................................................................................................................... 529

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 22

21.01.13 13:16

23 Innhold

Prefrontalkorteks og målrettet atferd ..................................................................................... 529 Prefrontalkorteks, arbeidshukommelse og læring ..................................................................... 529 Sosial tilpasning og empati ................................................................................................... 530 Symptomer ved skader av prefrontalkorteks . . .......................................................................... 530 Temporallappens assosiasjonsområder ................................................................................. 530 Forbindelser ....................................................................................................................... 530 Inferotemporale korteks: gjenkjenning av objekter og ansikter .. .................................................. 531 Temporallappen og hukommelse ........................................................................................... 531 Symptomer ved skader av temporallappen .. ............................................................................ 532 Insula . . .............................................................................................................................. 532 Insula mottar mange typer sensorisk informasjon . . ................................................................... 532 Kroppsrepresentasjon og emosjoner ...................................................................................... 532 Insula: overvåker av kroppen? ............................................................................................... 532 Språkområder i hjernebarken ............................................................................................... 532 Er det spesifikke systemer for språk i hjernen? ......................................................................... 533 Arbeidsdeling mellom hemisfærene . . .................................................................................... 534 Er det anatomiske forskjeller mellom høyre og venstre hemisfære? ............................................. 534 Kommissuralforbindelsenes funksjon. Corpus callosum .. ............................................................ 535 Lateralisering og dominans ................................................................................................... 535 Lateralisering av språk ......................................................................................................... 535 Lateralisering av håndmotorikk .. ............................................................................................ 536 Lateralisering for hørsel og syn . . ............................................................................................ 536 Lateralisering og emosjoner .................................................................................................. 536 Hjernebarken og kjønnsforskjeller ........................................................................................ 537 Hjernevekt, kortikal struktur og nettverk ................................................................................. 537 Psykologiske kjønnsforskjeller og biologi ................................................................................ 538 Hvordan vi blir som vi er: arv og miljø .. .................................................................................. 538 Noter ................................................................................................................................ 539

Litteratur .. ..................................................................................................................... 541 Stikkord .. ....................................................................................................................... 611

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 23

21.01.13 13:16

Forord

Denne boken er i første rekke beregnet for medisin-, fysioterapi- og psykologistudenter, det vil si grupper som trenger kjennskap til nervesystemet som grunnlag for senere klinisk virksomhet. Denne femte utgaven er faglig oppdatert og fornyet i forhold til forrige utgave. For å skape bedre oversikt for leseren er boken nå oppdelt i 34 kapitler mot tidligere 21.

En lærebok er nødvendigvis basert på en hardhendt og gans­ke subjektiv utvelgelse av stoff. Den samlede stoffmengden i denne boken går likevel ut over hva som er realistisk å tilegne seg i en grunnutdanning. Dette er gjort for å dekke behov for senere fordypning, og fordi de forskjellige profesjonsutdanningene har fokus på ulike sider av nervesystemets virksomhet. For å gjøre det lettere å velge det som er mest relevant, er utdypende stoff markert med farget bakgrunn, slik at det ikke skal forstyrre lesingen av hovedteksten.

Jeg har forsøkt å skrive slik at boken kan leses med utbytte uten forkunnskaper om nervesystemet. Mitt mål er det samme som min far Alf Brodal hadde da han skrev forløperen til denne boken for over 60 år siden: å stimulere til forståelse fremfor innprenting av isolerte fakta. Samtidig ønsker jeg å formidle en viss ydmykhet i forhold til vår tross alt svært begrensede innsikt i menneskehjernen. Nervesystemet er overveldende komplisert, og det er fortsatt langt igjen til vi har svar på mange sentrale spørsmål. Selv om man i en grunnutdanning bare kan nå et stykke på vei i forhold til hva som kunne være ønskelig å oppnå av faglig fordypning, er ingen tjent med en ukritisk tilegnelse av overfladiske kunnskaper som gir en falsk tro på egen kompetanse. Jeg har derfor forsøkt også å formidle noen av premissene for det som presenteres, og om begrensningene i vår viten, selv om dette kan gå ut over den umiddelbare tilgjengeligheten.

Den store utfordringen – for studenten som for forskeren – er å forstå hvordan nervesystemet løser sine oppgaver. Dette

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 24

krever en integrert tilnærming, hvor det trekkes inn kunnskaper fra alle spesialfelter innenfor nevrobiologien, og også fra psyko­logisk og klinisk forskning. Denne boken er et forsøk på en slik integrert fremstilling. Kanskje fordi mitt eget forsknings­felt er nervesystemets koblings­mønstre, vil jeg likevel fremheve at presise forestillinger om nervesystemets bygning er en forutsetning for å kunne nyttiggjøre seg kunnskap fra andre felter. Slik anatomisk kunnskap er også nødvendig for å kunne tolke symptomer som opptrer ved sykelige forandringer i hjernen. Kunnskap om hjernens kompliserte anatomi alene er likevel ikke noe mål i seg selv, og forsøk på innlæring av mange anatomiske detaljer går ofte på bekostning av forståelse og sammenheng. Bare der de bidrar til forståelse av funksjon eller av viktige sykdomsytringer, er derfor anatomiske trekk beskrevet nærmere.

I arbeidet med bokens tidligere utgaver har jeg fått råd og hjelp av en rekke kolleger, som jeg er svært takknemlig for.

Jan Bjålie, Niels Christian Danbolt, Sigbjørn Fossum, Paul Heggelund, Jan Jansen, Harald Kryvi, Kirsten Osen, Ole ­Petter Ottersen, Jon Storm-Mathisen og Eric Rinvik har alle gitt konstruktive kommentarer. Mange forbedringer er foreslått av studenter. Jeg er svært takknemlig for oppmuntrende kommentarer og konstruktiv kritikk fra brukerne av boken.

Jeg vil også takke Gunnar Lothe og Carina Knudsen, som har ansvar for det fotografiske arbeidet. Til sist er det en glede å takke sjefredaktør Mariann Bakken og og manuskoordinator Jørn-Otto Akø i Universitetsforlaget for et inspirerende og tillitsfullt samarbeid.

Oslo, september 2012 Per Brodal

21.01.13 13:16

Innledning

Et fugleperspektiv Hva er sentralnervesystemets viktigste oppgaver? Et slikt spørsmål er ikke lett å besvare, og i alle fall ikke kort – hjernen står for alt det vi forbinder med å være menneske. På et overordnet nivå kan vi si at hjernen skaper vår virkelighet: den velger, sorterer og tolker den overveldende mengden av informasjon vi kan ta inn fra våre omgivelser og vår egen kropp, og den styrer vår atferd i henhold til sin tolkning av virkeligheten. Det gjelder atferd i vid forstand: et aspekt er kontroll og vedlikehold av kroppen selv og dens indre miljø, et annet er vår interaksjon med andre mennesker gjennom handlinger og språk. Et tredje er vår indre, subjektive mentale virkelighet, som andre bare delvis kan trenge inn i. I tidlig barnealder må hjernen skape orden og forutsigbarhet slik at vi lærer å forholde oss til oss selv og våre omgivelser på en hensiktsmessig måte.

Nervesystemets viktigste grunnelement er nervecellen, som er spesialisert for hurtig ledning av signaler over lange avstander. Nervecellene kan videre overføre signaler seg imellom på en presis måte – de kan kommunisere. Til sammen danner milliarder av nerveceller i vår hjerne kompliserte og velordnede nettverk for kommunikasjon og informasjons­ behandling. Nervesystemet mottar enorme mengder med informasjon fra våre omgivelser og fra kroppen. Blant alt som kommer inn, siler nervesystemet ut det vesentligste, sørger for lagring av det som kan trenges siden, og sender eventuelt ut kommandoer hvis det trengs et svar på informasjonen. I noen tilfeller kan svaret komme meget raskt, med minimal behandlingstid av informasjonen og uten bevisst medvirkning, som en refleks. I andre tilfeller kan svaret trenge lang behandlingstid og samspill mellom mange deler av nervesystemet, og være et resultat av bevisst tankevirksomhet. Den overordnede oppgaven for nervesystemet er uansett å sørge for at organismen som helhet til enhver tid tilpasser seg best mulig til omgivelsene.

Nervesystemet er utstyrt med sanseorganer, resepto­ rer, som kan fange opp forskjellige typer av sanseinformasjon eller stimuli. Uansett hvilken type stimulus det gjelder (hvilken form for energi), «oversetter» sanseorganet stimulusenergien til det språket som nervesystemet forstår, nemlig nerveimpulser. Dette er ørsmå elektriske utladninger som forplanter seg raskt langs nervetrådene. På den måten ledes signaler hurtig fra reseptorene til de delene av nervesystemet hvor informasjonsbehandlingen foregår.

Når nervesystemet skal frembringe en ytre reaksjon på en stimulus, må dette skje ved påvirkning av effektorer

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 25

(utførere), som kan være enten muskler eller kjertelceller.

Det betyr at svaret, responsen, kommer i form av bevegelse eller sekresjon. Sekretet fra kjertelcellene kan for eksempel bidra til fordøyelsen, eller det kan være et signalstoff som bringes videre med blodet til andre celler. Muskelkontraksjon kan selvfølgelig gi seg mange uttrykk, fra kommunikasjon gjennom tale, minespill og kroppsholdning, til forflytning av kroppen, åndedrett og endring av blodtrykket. Uansett har nervesystemet bare muskler og kjertelceller å spille på for å uttrykke sin «vilje».

På anatomisk grunnlag kan vi dele inn nervesystemet i sent­ ralnervesystemet (CNS), som utgjøres av hjernen og ryggmargen, og det perifere nervesystemet (PNS), som utgjøres av de delene som sørger for kommunikasjon mellom sentralnervesystemet på den ene siden og sanseorganer og effektorer på den andre. Nervesystemet kan også inndeles, riktignok uten skarpe skiller, mellom de delene som fortrinnsvis regulerer virksomheten til innvollsorganer og kroppens indre miljø, og de delene som styrer vår mer eller mindre bevisste tilpasning til omgivelsene. Den første delen kalles det autonome eller vegetative nervesystemet, den andre delen kalles gjerne det somatiske. Man bruker også betegnelsen det cerebrospinale nervesystemet om den siste delen, som vi kan si er kjennetegnet ved å motta informasjon fra sanser som registrerer forhold­ ene i våre omgivelser (som syn, hørsel, sanseorganer i huden) ved å kontrollere våre viljestyrte muskler (tverrstripet skjelettmuskulatur). Det autonome nervesystemet derimot har som oppgave å kontrollere aktiviteten av ikke-viljestyrt muskulatur (glatte muskelceller og hjertemuskelceller) og kjertelceller.

Det autonome nervesystemet kan inndeles i to deler som stort sett har motsatte virkninger: det sympatiske systemet, som særlig ivaretar mobilisering av kroppens ressurser ved økte krav og påkjenninger, og det parasympatiske systemet, som i større grad ivaretar det daglige vedlikehold.

Hos virveldyr med en liten og (relativt sett) enkel hjerne – for eksempel en frosk – er det stort sett faste koblinger mellom sansning og atferd. Det vil si at en stimulus, for eksempel et lite objekt i synsfeltet, utløser bestemte målrettede bevegelser. Det er få nevroner koblet mellom sanseorganet og effektoren, med tilsvarende små muligheter for å modifisere responsen på et sanseinntrykk. Det meste av dyrets atferd er derfor instinktiv og automatisk, og endres lite ved læring.

Hos pattedyr med en liten hjerne i forhold til kroppsvekten (f.eks. rotter) brukes en stor del av det de har av hjernebark, til bearbeiding av sanseinformasjon og til direkte kontroll av

21.01.13 13:16

26 Innledning

bevegelser. Hos noen pattedyrarter – mest hos primatene – har hjernens vekt i løpet av noen millioner år økt sterkt i forhold til kroppsvekten. Mest markert er dette hos mennesket, hvor hjernens relative vekt er omtrent dobbelt så stor som hos menneskeapene (f.eks. sjimpansen). Hos mennesket er de faste koblingene mellom sansning og atferd for en stor del løst opp (med unntak av en del livsviktige reflekser). Samme sanseinntrykk kan utløse meget forskjellige reaksjoner, avhengig av sammenhengen det opptrer i og forhistorien til individet. Det betyr at vi har mulighet til å velge blant et større repertoar av reaksjoner, og responsen kan endres på grunnlag av erfaring.

En slik fleksibilitet forutsetter imidlertid at mange nevroner er koblet inn mellom sanseorganet og effektoren – det trengs «datakraft» for å koble stimulus sammen med andre innkommende sansestimuli og tidligere erfaringer.

De høyere integrasjons- og assosiasjonsprosessene, det vil si det vi gjerne kaller mentale prosesser, finner sted først og fremst i hjernebarken. Det er da også først og fremst økningen i dennes størrelse som forklarer tilpasningsevnen og det enorme læringspotensialet hos mennesket. Ja, vår hjerne har ikke bare gitt oss en enestående evne til å tilpasse oss skiftende miljøer, den har også gitt oss muligheten til å endre vårt miljø så det passer til oss. I dette ligger enorme muligheter, men også farer, ved at vi som kjent frembringer endringer som på kort sikt er fordelaktige, men på lang sikt truer vår egen eksi­ stens som art.

Hvordan undersøkes nervesystemets bygning og funksjon?

Et utvalg av metoder for utforskning av nervesystemet blir omtalt i kapitler hvor metodene har vært brukt til å fremskaffe kunnskapen som formidles. Her skal vi bare ta for oss noen generelle trekk ved nevrobiologisk forskning. Mange veier har vært fulgt for å klarlegge nervesystemets bygning og funksjon, fra de aller enkleste observasjoner av hjernens makroskopiske utseende til bestemmelse av enkeltmolekylers funksjon. I de senere årene har det skjedd en voldsom utvikling i metoder, slik at man i dag kan angripe problemer som man før ikke hadde mulighet til å gjøre noe med. Det har også vært en enorm økning i antallet forskere på de fleste felter innenfor nevrobiologien, fra det molekylære til atferdsstudier.

Kunnskapsmengden har da også økt eksponentielt. Dette har utvilsomt gitt vesentlig ny innsikt, men har også gjort det vans­kelig for den enkelte forsker å ha tilstrekkelig oversikt til å sette sine funn inn i en større sammenheng. Det øker også faren for at forskeren trekker for vidtrekkende slutninger på basis av funn gjort i en kunstig eksperimentell situasjon. En reduksjonistisk tilnærming er nødvendig for å få sikre resultater, men er samtidig et problem hvis forskerne ikke er seg bevisst begrensningene dette legger på muligheten til å trekke slutninger om helheten.

Skjematisk kan vi gruppere metoder til utforskning av nervesystemet i slike som befatter seg med oppbygningen,

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 26

strukturen, og slike som brukes for å fastslå strukturenes egenskaper. Grensene er imidlertid flytende, og typisk for moderne nevrobiologisk forskning er at anatomiske, fysiologiske, biokjemiske og andre metoder kombineres. Videre har moderne teknikker for databasert bildefremstilling gitt muligheter til å undersøke både struktur og dynamiske forhold, som blodstrøm og utbredelse av kjemiske stoffer, i den levende menneskehjernen. I økende grad anvendes cellebiolo­ giske metoder under studiet av nervesystemet, deriblant ikke minst genteknologiske metoder, og man er blitt klar over at nerveceller ikke er så spesielle i forhold til andre celler som man trodde tidligere.

Dyreeksperimenter har i særlig grad bidratt til økt kunnskap Det vi i dag vet om nervesystemet, baserer seg i en viss utstrekning på observasjoner hos mennesket, men i langt større grad på undersøkelser av dyr. Hos mennesket er man oftest begrenset til å sammenholde kliniske observasjoner etter tilfeldige skader med undersøkelse av hjernen etter døden (postmortalt), selv om moderne bildedannende teknikker har åpnet nye muligheter. Ved undersøkelse av menneskemateriale er sjelden to tilfeller like, og ofte er skadene så store at slutninger om sammenheng mellom skadested og funksjon blir svært usikre.

Hos dyr kan man derimot legge de eksperimentelle forhold­ ene til rette, og man kan gjenta eksperimentene for å kunne trekke pålitelige slutninger. Man kan også undersøke egenskapene til elementer av nervesystemet direkte, for eksempel kan aktivitet i veldefinerte nevrongrupper sammenholdes med dyrets atferd. Man kan også isolere deler av nervesystemet og studere det alene, for eksempel skiver av hjernevev som kan holdes levende i flere timer, slik at man kan registrere fra celler som siden kan undersøkes mikroskopisk. Undersøkelser hos virvelløse dyr med enkle nervesystemer har gjort det mulig å klarlegge fundamentale mekanismer for nervecellers kommunikasjon.

Når man kommer til spørsmål om funksjoner som er spesielle for de mest kompliserte hjerner, som menneskets, er man imidlertid henvist til å gjøre eksperimenter på høyere pattedyr som har en velutviklet hjernebark. Særlig katt og ape brukes i denne sammenhengen. Selv på basis av slike eksperimenter må slutninger om menneskets nervesystem trekkes med forsiktighet. For selv om nervesystemet er bygd etter de samme prinsippene, er det selv ved sammenligning av aper og mennesker betydelige forskjeller i utviklingsgraden for deler av hjernen. Slike anatomiske forskjeller tyder sterkt på at det også finnes funksjonelle forskjeller. Derfor må studiet av mennesket, slik som det gjøres i klinisk nevrologi, psyki­ atri og psykologi, til slutt ha det avgjørende ordet. Men fordi klinikere som regel ikke kan eksperimentere, må de vurdere om funn hos pasienter eller frivillige forsøkspersoner lar seg forklare ut fra hva man vet fra eksperimentelle studier på dyr.

Hvis dette ikke er mulig, reiser kliniske observasjoner nye problemstillinger som ofte kan angripes i dyreeksperimenter.

Dypere sett er imidlertid de metodene som anvendes ved stu-

21.01.13 13:16

27 Innledning

dier av mennesket, de samme som brukes ved utforskningen av nervesystemet hos dyr.

Dyreeksperimenter og etikk Eksperimenter på dyr blir ofte kritisert på et etisk grunnlag.

Spørsmålet om det er akseptabelt å bruke dyr til forskningsformål, kan imidlertid ikke løsrives fra det mer fundamentale spørsmålet om mennesket har rett til å råde over andre skapningers liv, enten det gjelder til matforsyning eller til overtakelse av deres livsrom. Det gjelder også retten til å endre dyrs egenskaper ved systematisk avl eller genteknologiske manipulasjoner. Anvendelse av dyr i nevrobiologisk forskning er en forutsetning for å oppnå dypere innsikt i den menneskelige hjernen – det vil si i det biologiske substratet for våre tanker, følelser og handlinger. Selv om cellekulturer og datasimuleringer kan erstatte noen dyreeksperimenter, er vi likevel i overskuelig fremtid avhengig av dyreeksperimenter. Hvis for eksempel databaserte modeller av hjernebarkens virkemåte skal bli mer enn gjetninger, kreves mer detaljerte og ikke minst mer kvantitative data om hjernens koblingsmønstre og nevronenes egenskaper, som bare kan skaffes ved dyreeksperimenter. Økt kunnskap er imidlertid også nødvendig hvis vi ønsker å bedre behandlingsmulighetene for sykdommer som rammer nervesystemet. Disse sykdommene medfører ofte betydelig grad av funksjonshemning og lidelse, og inntil i dag har vi bare i liten grad vært i stand til å behandle dem effektivt. Moderne metoder innenfor nevrobiologien gir håp for fremtiden, men igjen er man avhengig av muligheten til å teste hypoteser ved blant annet dyreeksperimenter for å komme videre.

Selv om vi mener det er etisk forsvarlig å bruke dyr i nevrobiologisk forskning, er det selvsagt grenser for hvor mye lidelse vi kan tillate oss å påføre dyr i menneskets interesse.

Det finnes imidlertid i dag strenge regler for hvem som kan drive med eksperimenter på dyr, og hvordan forsøkene skal gjennomføres for å redusere ubehag og smerte til et minimum, for eksempel ved at alle inngrep gjøres i narkose. Større internasjonale tidsskrifter som publiserer forskningsrapporter innenfor nevrobiologi, forlanger erklæring om at slike regler har vært fulgt før en artikkel godtas for offentliggjørelse.

Alle metoder har feilkilder Selv om vi ikke systematisk kommer til å ta for oss feilkilder ved metodene som nevnes i denne boken, er det viktig å huske på at feilkilder finnes ved alle metoder. En mulighet for feil ligger i forhastede slutninger om forholdene hos mennesker ut fra funn hos dyr. Mer generelt gjelder at alle eksperimentelle metoder går ut på, mer eller mindre, å isolere strukturer eller prosesser slik at de kan observeres alene. Dette gjør at mange fenomener studeres ute av sin naturlige sammenheng, og slutninger om hvordan de forskjellige delene virker sammen i en intakt organisme, blir derfor ofte spekulative.

Også anatomiske metoder – som man kanskje skulle tro gav entydige og sikre resultater – har sine feilkilder. Det er

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 27

for eksempel trukket mange feilslutninger om forbindelser mellom cellegrupper. Det fører i sin tur til feilslutninger når det gjelder tolkning av fysiologiske og kliniske data. Ved undersøkelser av mennesker er det selvfølgelig også betydelige feilkilder, ikke minst av psykologisk art, som blant annet gjør at man ikke alltid kan basere seg på pasientens eller forsøkspersonens opplysninger. Dette er ikke minst et problem ved forsøk på å korrelere blodstrømsendringer i hjernen med kognitive prosesser og atferd.

Vitenskapelige «sannheter» må stadig revideres At metodene som anvendes, har sine feilkilder, og at tolkninger av observasjoner og funn ikke alltid er holdbare, viser seg blant annet ved at mange oppfatninger om nervesystemet stadig er blitt revidert. Ofte skjer dette når det tas i bruk nye teknikker som belyser forholdene fra en annen vinkel. Som i all vitenskap kan ikke konklusjonene som trekkes, betraktes som endelige sannheter, men heller som mer eller mindre sannsynlige og foreløpige tolkninger. Forskning går i stor utstrekning ut på å stille naturen spørsmål. Hvor forståelige og gode svar­ ene er, avhenger av hvor presist spørsmålet er stilt, og hvor relevant det er for problemet man ønsker å belyse. Selv om det for den enkelte kan være vanskelig å leve etter det, ligger det også i forskningens vesen at konklusjoner og tolkninger må vurderes fordomsfritt ut fra holdbarheten av de grunnleggende observasjonene og argumentasjonens logiske styrke. Hvem som presenterer konklusjonene, skal være likegyldig.

Nevroetikk Kunnskapen om den menneskelige hjernen har økt voldsomt de siste tiårene. Ikke minst har metoder til fremstilling av hjerneaktivitet hos levende mennesker muliggjort undersøkelse av sammenhenger mellom hjernens biologi på den ene siden og atferd og personlighet på den andre. Dette har gitt ny innsikt i sammenhenger mellom sinn og hjerne (mind-brain) – hvilke prosesser i hjernen som er knyttet til alt fra persepsjon og målrettede bevegelser til språk og moralske vurderinger.

Grunnleggende spørsmål om hvordan vi skal forstå oss selv som biologiske og sosiale vesener blir nå stilt på grunnlag av ny kunnskap innen nevrovitenskapene.

Nevrovitenskap og filosofi – som lenge ble sett på som to atskilte verdener – søker i økende grad sammen for å belyse viktige spørsmål. Muligheten til å få vite noe om et menneskes mentale liv gjennom hjerneskanning, har samtidig vist oss at denne nye kunnskapen kan brukes på måter som reiser viktige etiske spørsmål. Et nytt felt har vokst frem som har fått navnet nevroetikk, fordi forskere både innenfor og utenfor nevrovitenskapene ser hvordan nevrobiologisk kunnskap kan brukes til å legitimere både handlinger og synspunkter som kunnskapen kanskje ikke gir grunnlag for, og som i alle fall er sterkt verdiladet. Oppdagelse av sammenhenger mellom biologiske forhold i hjernen og menneskers mentale liv er svært interessante og gir grunnlag for fruktbare hypoteser

21.01.13 13:16

28 Innledning

og forklaringsmodeller – det er den positive siden. Det er helt legitimt at vi ønsker å forstå mer av oss selv på alle plan.

Men hvis hjerneskanning brukes til å trekke slutninger om et individs intensjoner, grad av fri vilje, sinnstilstand eller mentale avvik, overser man hvor usikre slike slutninger er. Selv om en bestemt del av hjernen er særlig aktiv i forbindelse med for eksempel opplevelse av frykt, kan man ikke slutte at alle med økt aktivitet i denne delen av hjernen opplever frykt.

Videre, om visse områder i hjernen typisk øker sin aktivitet når en person lyver (i en eksperimentell situasjon) kan man ikke slutte at alle med slik aktivitet lyver. Selv om en persons hjerne viser strukturelle endringer og aktivitetsmønstre som er

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 28

typiske for pasienter med paranoid schizofreni, kan man ikke slutte med sikkerhet at vedkommende er paranoid schizofren (slik tilstanden er definert klinisk). Dette kalles på engelsk «the problem of reverse inference» – det vil si problemet med omvendte slutninger, som det er avgjørende å ta i betraktning når man skal tolke nevrovitenskapelige data. Ikke desto mind­re er det nå et sterkt press for at data fra hjerneskanning av enkelt­individer skal kunne brukes blant annet i rettsprosesser («nevrojuss») og forsikringssaker. Ved siden av det vitenskapelig tvilsomme ved slik bruk, reiser den også en rekke andre etiske spørsmål, fordi bruken vil påvirke hvordan vi ser på oss selv og hverandre som mennesker.

21.01.13 13:16

[start del]

Del 1

Hovedtrekk i nervesystemets bygning og funksjon

Denne første delen av boken presenterer generelle forhold ved nervesystemets bygning og virkemåte som danner et nødvendig grunnlag for det som behandles i de etterfølgende delene. Kapitlene 1 og 2 beskriver nervevevets oppbygning og grunnleg­ gende om hvordan nevroner er knyttet sammen i nevrale nettverk. Kapitlene 3, 4 og 5 behandler nev­ ronenes funksjonelle egenskaper, som grunnlag for

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 29

å forstå hvordan de kommuniserer. Kapittel 6 gir en oversikt over nervesystemets bygning (makro­ skopisk og til en viss grad mikroskopisk) med korte beskriv­elser av funksjon. Kapittel 7 tar for seg sentral­ nervesystemets hinner og hulrom med tilhørende cerebro­spinalvæske. Kapittel 8 avslutter denne delen av boken med omtale av sentralnervesystemets blod­ forsyning og sirkulasjon.

21.01.13 13:16

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 30

21.01.13 13:16

1

Nervecellenes bygning og innbyrdes organisering

Innhold Nerveceller og deres utløpere s. 31 Sammenkobling av nevroner og signalveier s. 39 Celleskjelettet og aksonal transport s. 42

Oversikt Nervesystemet er bygd opp av nerveceller, nevroner, og glia­ celler. Det er nervecellene som er ansvarlige for de funksjo­ nene som særpreger nervesystemet, mens gliacellene hoved­ sakelig har hjelpende oppgaver i forhold til nervecellene.

Nerveceller består av et cellelegeme – soma – og flere utløp­ ere. Flere kortere dendritter mottar signaler fra andre nevro­ ner, mens et akson leder nerveimpulsen fra nevronet videre til andre nevroner eller muskelceller. Nervecellene er karak­ terisert ved sin høyt utviklede evne til å reagere på stimuli med en elektrisk utladning, en nerveimpuls, og ved evnen til å lede nerveimpulsen hurtig i aksonet over betydelige avstan­ der. På den måten bringes signaler i løpet av millisekunder fra ett sted til et annet, enten innenfor sentralnervesystemet eller mellom dette og kroppens organer. Når nerveimpulsen når frem til kontaktstedet med andre nevroner – synapsen – påvirkes neste nevron ved at det frisettes et signalstoff – en nevro­transmitter – fra enden av aksonet – nerveterminalen.

Nervevevet består av områder som i frisk tilstand er grå­ lige – grå substans – mens andre områder er mer hvitlige og utgjør hvit substans. Hvit substans består av aksoner (og glia), men ingen cellelegemer (somata) og fargen skyldes myelinet som er hvitlig. Grå substans inneholder nevronenes somata og dendritter som har en grålig farge. Nevroner kan inndeles i to hovedgrupper: projeksjonsnevroner, som for­ midler signaler over lange avstander, og internevroner, som sørger for lokalt samarbeid mellom nevroner innenfor en gruppe. Mange aksoner er omgitt av en isolerende myelin­ skjede som øker ledningshastigheten for nerveimpulsen.

Nevroner med ens forbindelser og egenskaper er samlet i grupper som utgjør funksjonelle enheter. I sentralnervesys­ temet kalles en slik nevrongruppe en kjerne eller nucleus (flertall nuclei), mens en tilsvarende gruppe i det perifere nervesystem kalles et ganglion. En bunt av aksoner som forbinder to kjerner i sentralnervesystemet kalles en bane eller tractus. I det perifere nervesystem kalles en bunt av aksoner en nerve eller nervus. Nervene forbinder sentral­ nervesystemet med de perifere organene.

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 31

Grupper av nerveceller er koblet sammen i nevrale nett­ verk, og de fleste av nervesystemets oppgaver ivaretas av utbredte nettverk som omfatter mange nevrongrupper.

Divergens og konvergens av forbindelser er andre grunnleg­ gende trekk ved nevronenes organisering. Med divergens menes at et nevron (gjennom sitt akson og dets forgrenin­ ger) påvirker mange andre, mens konvergens betyr at et nevron påvirkes av mange andre (ofte tusenvis).

Et nevron inneholder et celleskjelett som består av flere typer av trådformede proteiner (nevrofibriller). De er avgjø­ rende for utformingen av nevronets utløpere (dendritter og aksoner) og for transport av stoffer i dem. Ved aksonal transport fraktes byggematerialer og signalstoffer fra ner­ vecellens soma til nerveterminalene (anterograd transport), og andre signalstoffer transporteres fra terminalene til soma (retrograd transport). Dette muliggjør blant annet tilbake­ melding til nevronets «hovedsentral» i soma om virkningen nevronet har på andre nerveceller, ev. på muskel- eller kjer­ telceller hvis aksonet forlater sentralnervesystemet.

Nerveceller og deres utløpere Nevroner har lange utløpere

En nervecelle (et nevron, figur 1.1) har som andre celler et cellelegeme med kjerne, omgitt av cytoplasma med organeller (figurene 1.2 og 1.3). Cellelegemet kalles også soma (kropp) eller perikaryon. Fra cellelegemet går det ut lange utløpere.

Utløperne kan variere mye i antall og lengde, men er av to hovedtyper. Den ene typen, dendritter, har de fleste nevroner mange av, og hver dendritt forgrener seg videre (figur 1.1).

På den måten danner dendrittene en stor overflate – som et tre – som kan motta signaler fra andre nerveceller. Den andre typen utløper, aksonet, er spesialbygd for å lede signaler (nerveimpulser) over lange avstander. I de aller fleste tilfeller leder aksonet signaler fra cellelegemet og utover. Hvert nevron har bare ett akson, men aksonet forgrener seg som regel sterkt, slik at et nevron kan påvirke opp til flere tusen andre. En aksongren kalles også en kollateral eller aksonkollateral (figur 1.1). Betegnelsen nervefiber brukes synonymt med akson.

Aksonene er svært forskjellige. Noen er korte og kontakter bare nevroner i nærheten av cellelegemet som aksonet kommer fra, mens andre aksoner er opptil en meter lange. Slike forskjeller i form henger nøye sammen med at nevronene tar seg av ulike oppgaver.

Figur

21.01.13 13:16

32 Del 1 | Hovedtrekk i nervesystemets bygning og funksjon

Spina rER (Nissl-korn) Dendritt

Dendritter

Nucleolus Cellekjerne

Cellelegeme (soma)

Akson

Aksonkollateral

Dendritt

Figur 1.2 Nevronets cellelegeme (soma). Bildene viser to nerveceller fra ryggmargen – en stor og en liten. Merk den store, lyse kjernen med tydelig nucleolus. Fargemetoden som er brukt (tionin), fremstiller bare cellelege­ met og de tykkeste delene av dendrittene. Verken aksoner eller tynnere dendritter er farget. De mørke klumpene i cytoplasma (Nissl-korn) er ru endoplasmatisk retikulum. Bildet er tatt i lysmikroskop av et snitt (det vil si en tynn skive av vev) som er ca. 20 µm (20/1000 mm). Forstørrelsen ca. 800 ganger. Diameteren på cellelegemet til den største nervecellen er ca. 40 µm.

Nerveterminaler

Figur 1.1 Nevron. Tegning som viser de forskjellige delene av en typisk nervecelle (forenklet).

Dendritter er utstyrt med spinae Skal man studere nervevevet nærmere, må man bruke tynne snitt som kan undersøkes i mikroskop. Forskjellige fargemetoder kan brukes, slik at deler av eller hele nevronet tydelig kan skilles fra sine omgivelser (figur 1.4). Nevronene kan ha svært forskjellig form, både når det gjelder størrelse på cellelegemet (figur 1.2), og antall, lengde og forgrening av dendrittene (se figurene 33.6 og 33.7). Dendritt-treets størrelse forteller om hvor mange andre nerveceller en nervecelle blir kontaktet av, det vil si dens mottakende overflate. Selve kontaktstedene for nerveterminaler på dendrittene er som oftest små «pigger» eller spinae som stikker ut (entall spina, figurene 1.1, 1.7– 1.9). Jo flere spinae, desto mer informasjon tar nervecellen imot og integrerer.

De fleste nevroner er multipolare Nevroner av de typene vi har omtalt ovenfor, har flere utløpere, og kalles derfor multipolare (figur 1.5). Selv om de aller fleste nervecellene er av denne typen, finnes det enkelte unntak. Nerveceller som leder sanseimpulser fra kroppen til sentralnervesystemet (sensoriske nevroner), har nemlig bare én utløper, som deler seg i to tett ved cellelegemet. Den ene grenen er tilførende og den andre fraførende i forhold til celle­ legemet. Den tilførende grenen skulle ut fra en vanlig definisjon være en dendritt. Bygningsmessig og funksjonelt dreier

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 32

Nervecellene inneholder mye organeller for ­oksidativ ­forbrenning og proteinsyntese Kjernen i nerveceller sett i mikroskopiske snitt er karakte­ risert ved sin størrelse, og ved at den er lys (det vil si at kromatinet er ekstendert, som tegn på at mye av genomet stadig avleses). Den inneholder også en tydelig nucleolus (figurene 1.2 og 1.3). Utseendet er så karakteristisk at nerve­ celler lett kan skilles fra andre celler (f.eks. gliaceller), selv om bare kjernen er tydelig farget. I cytoplasma finnes mito­ kondrier, ofte i store mengder, som uttrykk for at nervecel­ lene er metabolsk svært aktive med stort behov for aerob ATP-syntese, som bare kan skje i mitokondriene (figur 1.3).

Nervecellene er helt avhengige av aerob ATP-produksjon, det vil si tilførsel av oksygen, og kan ikke som mange andre celler greie seg lenge med anaerob ATP-produksjon. Glu­ kose er substrat for ATP-produksjonen som skjer i mito­ kondriene i nerveceller – de kan ikke, som for eksempel muskelceller, forbrenne fett. Nervecellene inneholder også påfallende store mengder av frie ribosomer og ru (gra­ nulert) endoplasmatisk retikulum (rER), hvor det foregår syntese av proteiner. Store klumper med rER ses lysmikro­ skopisk i cytoplasma i litt større nerveceller (figur 1.2), og ble kalt Nissl-korn lenge før man visste hva de egentlig repre­ senterer. Årsaken til nervecellenes svært store produksjon av proteiner er sannsynligvis først og fremst at de har en så enorm overflate dekket av cellemembran. Selv om hoved­ bestanddelen i cellemembranen i nervecellen – som i andre celler – er lipid, finnes det mange proteiner i membranen som stadig må fornyes.

21.01.13 13:16

33

Figur

Kapittel 1 | Nervecellenes bygning og innbyrdes organisering

A a

det seg imidlertid om et akson. Slike celler kalles psevdounipolare, det vil si at de har bare tilsynelatende én utløper (figur 1.5). En annen gruppe av sensoriske nevroner har to utløpere, en som leder mot og en som leder fra cellelegemet, og kalles bipolare (figur 1.5). Også der fungerer begge utløperne som aksoner. Slike celler finnes i netthinnen og i det indre øret.

Nt

Nt

B

d

d

Figur 1.3 Nevronets ultrastruktur. Bilder tatt i elektronmikroskop av snitt gjennom cellelegemet til A: en liten nervecelle (øverst) og B: deler av en større nederst. Kjernene (N) inneholder en tydelig nucleolus (Nu) og er lyse pga. ekstendert kromatin. I cytoplasma ses både ru endoplasmatisk retikulum (rER) og golgiapparat (G) – dette er organeller som er ansvar­ lige for proteinsyntese. Flere mitokondrier (m) ses også, som tegn på at nervecellene har høyt energibehov. Det ses flere nerveterminaler (Nt) som danner synapser med cellens soma og første del av en dendritt (d).

I øverste venstre hjørne av det nederste bildet ses en nerveterminal som danner synapse med en tynn dendritt (d). Gliautløpere (g) «smyger» seg inntil nevronenes soma og utløpere. Det ses også noen tynne aksoner (a) omgitt av myelin (My). Forstørret ca. 9000 (A) og 15 000 ganger (B).

Kommunikasjon mellom nerveceller foregår ved synapser

Nt Nt

Endeforgreningene av et akson har små kølleformede oppsvulminger som kalles nerveterminaler eller boutoner (bouton, fransk = knapp) (figurene 1.1, 1.3 og 1.6). I noen tilfeller kan nerveterminalen bare være en oppsvulming på aksonet, som så fortsetter videre (Terminaler «en passage», figur 1.9A). Uansett legger nerveterminalen seg tett inntil membranen til en annen nervecelle, oftest på en dendritt eller på soma. Et slikt kontaktsted kalles en synapse (figurene 1.6 og 1.7). Det er ved synapsen at informasjonen overføres fra én nervecelle til en annen. I det perifere nervesystemet dannes det også synapser mellom aksoner og muskelceller (se figurene 21.4 og 21.5).

Dendritter Cellelegemer (somata) Figur 1.4 Nervevev. Bilder tatt i lysmikroskop av snitt farget på to forskjellige måter, men fra samme cellegruppe (kjerne) i hjernestammen. Bildet til venstre viser bare somata (cellelegemer) og myeliniserte aksoner, mens bildet til høyre viser somata og dendrittene. Forstørret ca. 150 ganger.

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 33

21.01.13 13:16

34 Del 1 | Hovedtrekk i nervesystemets bygning og funksjon

A

B

C

Figur 1.5 Nerveceller med forskjellig antall utløpere. Skjematisk. Pilene viser retningen av impulsledningen i nevronet. A: Multipolart nevron. B: Psevdounipolar gangliecelle. C: Bipolar gangliecelle. Utløpere med mørk farge er bygningsmessig og funksjonelt aksoner, selv om de i B og C leder signaler mot cellelegemet.

Informasjonsoverføringen skjer ikke ved at nerveimpulsen (som er en elektrisk impuls) overføres direkte, men ved frisetting av signalmolekyler som så påvirker nevronet eller muskelcellen. Stoffet som frisettes, kalles en nevrotransmitter eller transmittersubstans (ofte brukes bare transmitter). Nevro­ transmitteren er lagret i nerveterminalene i små blærer som kalles synaptiske vesikler (figurene 1.6 og 1.7). Synapsen og

A

nevrotransmittere blir nærmere omtalt i kapitlene 4 og 5. Her skal vi ta for oss synapsens bygning litt nærmere.

Mellom nerveterminalen og den andre nervecellen er det en smal spalte på ca. 20 nanometer (det vil si 2/100 000 mm).

Denne synaptiske spalten er det selvfølgelig ikke mulig å observere i lysmikroskopet, og først med elektronmikroskopet kunne man på 1950-tallet fastslå at nervecellene virkelig er separate enheter. I elektronmikroskopet ser man også at membranen på hver side av den synaptiske spalten er fortettet og tykkere enn membranene utenfor synapsen (figurene 1.3 og 1.7). Dette skyldes stor tetthet av proteiner, noe som er av betydning for signaloverføringen ved synapsen. Nerveterminalens membran, som ligger inn mot spalten, kalles presynaptisk, mens membranen til cellen som kontaktes, er postsynaptisk (figur 1.6). I den postsynaptiske membranen finnes det spesielle mottakermolekyler, reseptorer (prote­ in­er), som nevrotransmitteren binder seg til. Dette fremkaller en kortvarig endring i den postsynaptiske cellen, og et signal er overført.

Den postsynaptiske fortetningen (postsynaptic density – PSD; figur 1.6) har forbindelser til celleskjelettet, blant annet med aktinfilamenter. Dette er sannsynligvis viktig for å forankre reseptorene i membranen og holde dem samlet der frisettingen av nevrotransmitteren foregår. I tillegg finnes det proteiner som binder seg til tilsvarende proteiner i den presynaptiske membranen så nerveterminalen holdes på plass.

Blant slike proteiner er kadheriner, som også finnes ved andre typer av cellekontakter (som adherenskontakter mellom epitelceller). Mange proteiner i den postsynaptiske fortetningen har regulerende virkning på synapsens funksjon – for eksempel ved å påvirke reseptorenes egenskaper. Ved læring er den postsynaptiske fortetningen ett av de stedene hvor det skjer varige endringer.

Synapsers plassering har funksjonell betydning Hvor på nevronet en synapse er plassert, har betydning for virkningen (figur 1.8). Generelt kan vi si at jo nærmere begyn-

B Cellelegeme (soma)

Akson Glia

Presynaptisk nevron

Nerveterminal Synaptiske vesikler Akson

Presynaptisk membran

Nerveterminaler Synaptisk spalte Postsynaptisk membran Dendritt Postsynaptisk nevron

Synapse

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 34

Postsynaptisk fortetning (PSD) Postsynaptisk nevron

Figur 1.6 Synapse. A: Over­ sikt over nevron med termi­ naler på postsynaptisk nev­ ron B: Skjematisk tegning basert på elektronmikro­ skopiske bilder som viser de viktigste elementene i en synapse. Sammenlign med figurene 1.3 og 1.7.

21.01.13 13:16

35 Kapittel 1 | Nervecellenes bygning og innbyrdes organisering

A

B g

d

Mt

Mt

Nt

Nt

a d

a

g

g g

Nt Nt g

Figur 1.7 Aksoner, nerveterminaler og synapser. A: Kontakter mellom nerveterminaler (Nt) og dendritter (d) danner aksodendrittiske synapser. Det ses også synapser mellom nerveterminaler og spinae (Sp). Synaptiske vesikler, pre- og postsynaptisk membran med fortetninger og synaptisk spalte er kjennetegn på en synapse. Merk at den synaptiske spalten er litt videre enn spalten mellom membranene utenfor synapsen. Gliautløpere (g) fyller ut mellom nervecellenes forskjellige utløpere. Legg spesielt merke til hvordan glia omgir synapsene. Mikrotubuli (Mt) som er snittet på langs ses i aksoner. B: Bunt av umyeliniserte aksoner (a) og en synapse på en spina. Tverrsnitt av mikrotubuli (Mt) ses i aksonene. Elektronmikroskopiske bilder fra lillehjernebarken. A: Forstørret ca. 15 000 B: 30 000 ganger.

Aksodendrittiske synapser på spinae

Aksodendrittisk synapse på dendrittskaftet

Aksosomatisk synapse

nelsen av aksonet synapsen sitter, desto sterkere er påvirkningen. Synapser som sitter langt ut på dendrittene, har en tilsvarende svak virkning, og mange må som regel virke sammen for å ha avgjørende innflytelse på nevronets funksjonstilstand. Synapser som sitter på cellelegemet, kalles aksosomatiske, mens synapser på dendrittene kalles aksodendrittiske (figurene 1.3, 1.7 og 1.8). Der hvor dendrittene er utstyrt med spinae, dannes det alltid én eller et par synapser på hver spina (figurene 1.7–1.9). Spinaes funksjonelle rolle er ikke fullt forstått, men det er blant annet holdepunkter for at de kan endre både antall og form i forbindelse med læring.

Nerveterminaler kan også danne synapse med et annet akson (oftest nær en nerveterminal), og synapsen kalles da aksoaksonisk (figurene 1.8 og 1.9). Dette er en måte å kontrollere aktiviteten i bare denne nerveterminalen på, uten å påvirke alle de andre nerveterminalene som hører til samme akson (til forskjell fra aksodendrittiske og aksosomatiske synapser).

Aksoaksoniske synapser øker altså presisjonen i signalformidlingen i sentralnervesystemet.

Det er langt flere synapser på dendrittene enn på soma, fordi dendrittoverflaten er så mye større. Hver nervecelle har som regel et stort antall (mange tusen) synapser på sin over-

Aksosomatisk synapse nær aksonet

Aksoaksonisk synapse

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 35

Figur 1.8 Synapser forskjellige steder på nevronet. Synapsens plassering har betydning for dens virkning på det postsynaptiske nevronet. For eksempel har en synapse nær aksonets initiale segment større innflytelse enn en som sitter distalt på en dendritt. I sistnevnte tilfelle må mange synapser virke sammen for å endre det postsynaptiske nevronets aktivitet.

21.01.13 13:16

36 Del 1 | Hovedtrekk i nervesystemets bygning og funksjon

A

B Presynaptisk nerveterminal

Terminaler «en passage»

Nerveterminaler Spina Dendritt

Postsynaptisk nerveterminal Postsynaptisk nevron

Akson

Glia

flate, og det er summen av påvirkningene fra alle disse som bestemmer nervecellens aktivitetsnivå.

To hovedtyper av nevroner: projeksjonsnevroner og internevroner Noen nevroner skal påvirke celler som ligger langt borte, og må derfor ha et tilsvarende langt akson. Slike nevroner kalles projeksjonsnevroner (figur 1.10). Et eksempel på projek­ sjonsnevroner er slike som bringer signaler fra ryggmargen og ut til musklene. Andre projeksjonsnevroner finnes blant annet i hjernebarken (se figur 33.6). Noen av disse sender aksoner til grupper av nevroner i andre deler av hjernebarken, mens andre sender sine aksoner til hjernestammen og ryggmargen.

Under sitt forløp sender som regel projeksjonsnevronets akson ut mindre sidegrener, kollateraler (figurene 1.1, 1.11 og 33.6).

På den måten kan ett projeksjonsnevron bringe informasjon til andre nerveceller i flere deler av nervesystemet.

Figur 1.9 A: Aksodendrittiske synapser. Flertallet sitter på spinae, men noen sitter på dendrittskaftet. Synapser kan også dannes ved oppsvulmin­ ger av aksoner som passerer («en passage»). B: Aksoaksonisk synapse. Den presynaptiske nerveterminalen kan påvirke (oftest hemme) frisettingen av nevrotransmitter fra den post­ synaptiske nerveterminalen.

Den andre hovedtypen av nevroner har et kort, sterkt forgrenet akson, og kalles internevron (figurene 1.10 og 33.7).

Assosiasjonsnevron er et annet navn på internevroner. Navnet henspiller på at internevronene er innskutt mellom nerveceller som ligger nær hverandre. De tjener også til å spre signaler til mange nevroner i en gruppe. Ved at slike internevroner kan «slås av og på», øker antallet mulige koblinger mellom nervecellene i en gruppe enormt.

Etter hvert er vi blitt klar over at det ikke alltid er et skarpt skille mellom projeksjonsnevroner og internevroner. Mange nevroner som før ble ansett for å ha bare lokale grener, har vist seg også å ha en lang gren, slik at de både virker på celler i nærheten og på celler langt borte fra dem. Det gjelder for eksempel mange av nevronene i ryggmargen. Tilsvarende har typiske projeksjonsnevroner i hjernebarken kollateraler som går av før aksonet forlater cellegruppen nevronet ligger i (figur 33.6). Slike nerveceller fungerer altså både som internevroner og som projeksjonsnevroner.

Dendritter

Dendrite

Dendritter

Akson Soma Axon

Akson Aksonforgreninger

Projeksjonsnevron

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 36

Internevron

Figur 1.10 To hovedtyper av nevroner. Et projeksjonsnevron sender sitt akson til nevroner som ligger langt unna, mens et internevrons akson kontakter nevroner som ligger i nær­heten (innenfor samme gruppe av nerveceller). Tegning av nerve­ celler som er impregnert med sølvsalter (golgimetoden). Fra hjernestammen.

21.01.13 13:16

37 Kapittel 1 | Nervecellenes bygning og innbyrdes organisering

Mange aksoner er ekstra isolert for å øke ledningshastigheten

Kollateral

Figur 1.11 Projeksjonsnevron med kollateral. Ved å sende av grener (kol­ lateraler) underveis kan et projeksjonsnevron påvirke flere ulike celle­ grupper (kjerner).

Hvor fort nerveimpulsen ledes i et akson, avhenger blant annet av tykkelsen på aksonet. Men i tillegg er det avgjørende hvor godt aksonet er isolert. Mange aksoner har en ekstra isolering i form av en såkalt myelinskjede. Slike aksoner kalles myeliniserte, til forskjell fra umyeliniserte aksoner, som mangler slik ekstra isolasjon (figurene 2.6 og 2.7).

Mange av oppgavene nervesystemet utfører, forutsetter rask ledning av signaler over lange avstander – både når det gjelder å nyttiggjøre seg sanseinformasjon, og når det gjelder å sette i gang bevegelser. Hvis rask signalformidling skulle vært utført av umyeliniserte aksoner, måtte de vært enormt tykke. For eksempel måtte en nerve til hånden som inneholder mange tusen aksoner (nervefibre), være urimelig tykk, og likeledes måtte hjernen vært mye større. Isolering av aksoner med myelinskjeder er i virkeligheten en forutsetning for den voldsomme utviklingen av nervesystemet som har skjedd hos virveldyr sammenlignet med virvelløse dyr (som mangler

Figur

Figu Internevroners oppgaver Figur 1.12 viser hvordan internevroner kan være innskutt i en signalvei. En impuls i de innkommende aksonene til venstre aktiverer nervecellen a, som så aktiverer b, som så aktiverer c. Man kunne kanskje tenkt seg at det ville gjøre samme nyt­ ten med den enklere løsningen vist nederst på figur 1.12, hvor signalet går direkte fra A til C. Internevronet fører jo til for­ sinkelse av impulstrafikken, noe som ofte ikke er noen fordel.

Den vesentligste fordelen med ordningen er imidlertid at den gir større fleksibilitet. Nevronet c er ikke «diktatorisk» styrt av a, fordi internevronet b også påvirkes av nevroner i andre deler av sentralnervesystemet, slik at signaltrafikken kan økes eller hemmes. Mange «har et ord med i laget» om hva som skal formidles videre fra c. Samme stimulus til a kan på den

a

b

måten gi forskjellig resultat under forskjellige omstendigheter.

Dette forklarer blant annet hvorfor smertestimuli kan oppfat­ tes svært forskjellig i forskjellige situasjoner – nevrongrupper i flere deler av sentralnervesystemet virker på internevronene som er innskutt i signalveiene som leder smertesignaler til bevissthet.

Et annet eksempel på internevroners oppgaver er vist på figur 1.13. Her virker nevronet A tilbake på seg selv og hemmer, «brem­ ser» – via internevronet B – sin egen aktivitet. Dette hindrer at impulsfrekvensen i nevronet A blir for høy, eller sørger for at det bare sender noen få impulser før det tar en pause. En slik ordning finnes blant annet for motoriske nevroner som styrer muskelkontraksjon (figur 21.14).

c

+ A

C

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 37

A

– B

Figur 1.12 Innskutte nevroner i en signalvei. Den enkleste og raskeste signalveien går direkte fra A til C. Signalveien fra a til c er avbrutt av b. Dette gjør at hva som påvirker c ikke bestemmes diktatorisk av a, men avhenger av hva som påvirker b til enhver tid. Hvis vi tenker oss dette som en signalvei for smerte, kan tilstanden i b være påvirket av signaler som øker ved angst.

Figur

+

Figur 1.13 Internevron som sørger for negativ tilbakekobling. Nev­ ronet A aktiverer internevronet B, som i sin tur hemmer A. Dette kan være viktig for å begrense aktiviteten i A, fordi for høy aktivitet kan være skadelig for nevronene. Det kan også bidra til å hindre for store svingninger i aktivitet, ev. ukontrollerte rytmiske utladninger (som ved epilepsi).

21.01.13 13:16

38 Del 1 | Hovedtrekk i nervesystemets bygning og funksjon

A

B

Grå substans (bark)

C Hvit substans Grå substans (kjerner)

D

myelinskjeder). Virvelløse dyr, for eksempel en blekksprut, kan bare unne seg den luksus å ha noen få hurtigledende aksoner – som altså er umyeliniserte og derfor enormt tykke.

Myelin og hvordan det dannes, blir omtalt nærmere i kapittel 2. I kapittel 3 omtales hvordan nerveimpulsen ledes i aksonene.

Grå og hvit substans I nervevev som er skåret igjennom, ser man noen områder av hvitlig farge og andre som er mer gråaktige (figur 1.14).

De hvitlige områdene inneholder store mengder av myeliniserte aksoner og kalles hvit substans. Hvitfargen skyldes som nevnt myelin. I områder med mange cellelegemer og deres dendritter er fargen mer grålig, fordi det er lite myeliniserte aksoner, og nervecellene selv har en gråaktig farge. Slike områder utgjør grå substans. På grunn av denne fargeforskjellen kan man se forskjell på områder med cellelegemer og områder som bare inneholder nervefibre.

HJERNESTAMMEN

Figur 1.14 Grå og hvit substans.

A: Fotografi og tegning av snitt gjennom storhjernen som vist på B. Hvit substans består av bare aksoner (og glia), mens grå substans inneholder nerve­ cellenes soma og dendrit­ ter. C: Mikro­foto­grafi med lav forstørrelse av snitt gjennom hjernebarken fra området mer­ ket med ramme i A. Snittet er farget med tionin, det vil si at cellelegemene er mørkfarget, mens nevronenes utløpere ikke farges (jf. figurene 1.2 og 1.3).

D: Nerve­celler fra en mindre del av C farget med golgimetoden, det vil si at både cellelegemer og dendritter blir sorte.

Nervecellene ligger ordnet i kjerner og ganglier Nevronenes cellelegemer ligger ikke tilfeldig spredt, men samlet i større eller mindre grupper som ofte danner runde klumper eller langstrakte søyler. En slik samling av nerveceller kalles en kjerne eller nucleus (figurene 1.14, 1.15 og 1.16).

I det perifere nervesystemet kalles en tilsvarende samling av nerveceller et ganglion (figurene 28.1 og 28.3). Enkelte steder, som i hjernebarken, ligger ikke nervecellene ordnet i avgrensede klumper, men danner en sammenhengende plate som dekker den hvite substansen under – derav navnet bark eller cortex (figurene 1.14 og 22.4). Nevronene som ligger sammen på denne måten, enten de danner en avgrenset kjerne eller en del av hjernebarken, har felles oppgaver og danner derfor en slags funksjonell enhet. Dette skyldes at nevronene i kjernen har fellestrekk når det gjelder hvilken informasjon de mottar, og hvor de sender sine beskjeder. Informasjon til nevronene i kjernen kommer som nerveimpulser i tilførende – afferente

Kjerne (nucleus)

Bane (tractus)

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 38

Figur 1.15 Kjerne og bane. Bildet til høyre er et mikrofotografi (forstørret ca. 75 ganger) av et snitt gjennom nedre del av hjernestammen (medulla oblongata), farget slik at cellelegemer og myeliniserte aksoner er mørke. Figuren til venstre viser hvordan kjernene på fotografiet egentlig er søyler som ligger på langs av hjer­ nestammen. (Den største av kjernene på bildet sender sine aksoner til tungemusklene.) Banen som i fotografiet er skåret på tvers, går også på langs av hjernestammen. (Denne spesielle banen formidler signaler fra likevektsorganet til kjerner som styrer øynenes bevegelser.)

21.01.13 13:16

39 Kapittel 1 | Nervecellenes bygning og innbyrdes organisering

Kjerne (nucleus)

HJERNESTAMMEN

Bane (tractus)

Nerve (nervus)

RYGGMARGEN

Figur 1.16 Kjerner, bane og nerve. Banen på tegningen består av aksoner som går fra en kjerne i hjernestammen til en kjerne i ryggmargen. Akso­ nene fra denne kjernen forlater sentralnervesystemet og danner en nerve som går til en muskel.

Sensorisk nevron Huden

Nevroner i ryggmargen

Figur 1.17 Divergens av forbindelser. Figuren viser (forenklet) hvordan aksonkollateralene (forgreningene) fra en sensorisk nervecelle (psevdo­ unipolar gangliecelle) kontakter mange nerveceller i ryggmargen (røde), og at hver av dem i sin tur kontakter mange andre. Derved spres signalet fra én nervecelle til svært mange andre.

– aksoner, som så danner synapser på nevronene. Informasjonen kjernen sender ut, formidles igjen som nerveimpulser i nevronenes aksoner til andre kjerner. Aksoner som går ut fra en kjerne, kalles fraførende eller efferente. Vi bruker betegnelsene afferent og efferent også om aksoner som leder henholdsvis inn til og ut fra sentralnervesystemet (det vil si sensoriske aksoner som leder signaler fra sanseorganer, er afferente, mens de motoriske aksonene som går til musklene, er efferente).

Aksoner danner baner og nerver Aksonene fra nevronene i en kjerne (eller et ganglion) skal ofte til samme sted, og går derfor samlet ut for å ende i én eller flere andre kjerner (slike nevroner hører til gruppen projek­

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 39

Figur

Sammenkobling av nevroner og signalveier

Muskel Kjerne

sjonsnevroner omtalt ovenfor). En slik bunt av aksoner (nervefibre) som går fra en kjerne til en annen i sentralnervesystemet, kalles en bane, eller på latin tractus (figurene 1.15 og 1.16).

I det perifere nervesystemet kalles en tilsvarende bunt av aksoner for en nerve, latin nervus (figurene 1.15, 1.16 og 21.2). Vi bruker også betegnelsen perifer nerve for å understreke at det dreier seg om nervefibre i det perifere nervesystemet. Baner danner hvit substans i sentralnervesystemet. På samme måte er perifere nerver hvitlige av farge.

I tillegg til synapsenes egenskaper, som bestemmer hvordan signaler overføres mellom nevroner, avhenger nervesystemets funksjon av hvordan de tallrike nevrongruppene (kjernene) er forbundet med hverandre – det vil si sentralnervesystemets koblingsmønstre. Disse bestemmer hvilke veier signal­ ene (nerveimpulsene) kan ta og mulighetene for samarbeid mellom nevrongrupper. For selv om hvert nevron til en viss grad er en funksjonell enhet, er det bare ved å kommunisere med andre at nevroner kan utføre sine oppgaver. Hvis vi for eksempel ønsker å vite funksjonen til en nevrongruppe i ryggmargen, må vi finne ut «hvem» (det vil si hvilke andre nevrongrupper) som påvirker den synaptisk, og «hvem» kjernen selv kan påvirke – det vil si hvor den sender sine aksoner. Hvis kjernen sender sine aksoner ut til muskler, vet vi for eksempel at ødeleggelse av kjernen vil føre til lammelser. Her skal vi se på noen grunnleggende prinsipper for hvordan nervesystemets forbindelser er organisert. Slik kunnskap er viktig for å forstå funksjonen til de mange spesifikke banene som omtales i senere kapitler (baner som formidler sanseimpulser, som kontrollerer bevegelser osv.).

Divergens, konvergens og summasjon Et grunnleggende trekk ved sentralnervesystemet er at hvert nevron påvirker mange andre (opptil flere tusen) – det vil si at informasjonen spres. Figur 1.17 viser sterkt forenklet hvordan sanseimpulser (for eksempel fra fingertuppen) ledes inn til ryggmargen i et sensorisk nevron (en psevdounipolar gangliecelle, jf. figur 1.5). Impulsen fra det sensoriske nevronet spres til mange nevroner (røde) i ryggmargen, mens hver av disse virker på mange andre (blå). Resultatet er altså at signaler fra ett nevron overføres til mange andre. Dette kalles divergens av forbindelser. Det er altså ikke slik at informasjonen bare følger enkle kjeder av nevroner koblet etter hverandre.

Et annet like viktig prinsipp – konvergens av forbindelser – er vist på figur 1.18. Det betyr at ett nevron så godt som alltid påvirkes synaptisk fra mange andre nevroner.

I eksemplet styrer den motoriske nervecellen kontraksjon av muskelceller, men det kunne vært et nevron hvor som helst i sentralnervesystemet. Den motoriske nervecellen påvirkes både av sanse­impulser (her gjennom to psevdounipolare

Figur

21.01.13 13:16

40 Del 1 | Hovedtrekk i nervesystemets bygning og funksjon

Nevroner med signaler fra andre deler av sentralnervesystemet

Sensoriske nevroner med signaler fra kroppen

Motorisk nevron

Muskelcelle Figur 1.18 Konvergens av forbindelser. Som eksempel er her brukt et motorisk nevron i ryggmargen som sender sitt akson til tverrstripete muskelceller. Nevronet påvirkes av mange andre nevroner – deres akso­ ner konvergerer på det motoriske nevronet. Noen kommer med sansein­ formasjon fra forskjellige deler av kroppen (sensoriske nevroner), mens andre bringer signaler fra deler av sentralnervesystemet. Det er sum­ men av alle signalene som konvergerer på det motoriske nevronet, som bestemmer hvor sterkt det skal påvirke muskelcellene.

b

B a

Koblinger som bidrar til å forlenge nervecellers aktivitet Det er ustoppelig elektrisk aktivitet i nervesystemet så lenge vi lever – selv under søvn er for eksempel hjerne­ barkens nevroner i livlig aktivitet. Hvordan holdes dette i gang – selv når det kommer få eller ingen sanseimpulser inn til sentralnervesystemet? Tidlig i fosterlivet begynner ner­ vesystemets virksomhet ved at grupper av nerveceller blir spontant aktive, det vil si at de begynner å danne impul­ ser av seg selv, det vil si uten ytre påvirkning. Etter hvert som systemene utvikles og modnes, styres nervecellenes aktivitet mer og mer av de synaptiske forbindelsene med andre nerveceller, men noen beholder evnen til å danne nerveimpulser (det vil si elektriske utladninger) spontant.

Et annet forhold som bidrar til å forklare at det alltid er aktivitet, er at mange nevroner danner et tog av impulser selv etter en kortvarig påvirkning. I tillegg spiller forekoms­ ten av internevroner en stor rolle for å forlenge nervecel­ lenes aktivitet. Et sterkt forenklet eksempel er vist på figur 1.20. Aksonet a virker eksitatorisk og gjør at det dannes en nerveimpuls i nevronet A. Samtidig påvirkes internev­ ron 1 så det også danner en nerveimpuls, som så påvirker både nervecellen A og internevron 2. På grunn av forsin­ kelsen ved hver synapse og tiden det tar for impulsledning i internevronenes aksoner, mottar nervecellen A tre «por­ sjoner» med eksitatorisk påvirkning etter hverandre, og vil selv kunne danne flere impulser. Ved synaptiske koblinger av denne typen kan altså en kortvarig påvirkning føre til langvarig aktivitet i en krets av nevroner. For eksempel arbeids­hukommelsen, det vil si evnen til å holde på opp­ gaverelevant informasjon (som et telefonnummer) en viss tid, avhenger av at nevroner fortsetter å danne impulser etter at stimulering er opphørt.

A A

C

a

c Internevron 2 Figur 1.19 Summasjon. Aksonet a danner mange synapser på nevronet A. Ved at påvirkningen fra alle synapsene summeres, blir påvirkningen på A så sterk at signaler sendes videre i aksonet fra A. Derimot danner aksonet a for få synapser på nevronene B og C til alene å kunne få disse nevronene til å sende signaler videre. Hvis derimot B og C påvirkes av signaler i aksonene b og c samtidig som de påvirkes fra a, blir det tilstrek­ kelig summasjon til at signaler sendes videre.

ganglieceller) og fra nevroner i sentralnervesystemet (for eksempel nerveceller i hjernebarken som igangsetter viljestyrte bevegelser). Vi ser altså at den motoriske nervecellens aktivitet – og dermed muskelens kontraksjonsgrad – bestemmes både av hva som skjer ute i kroppen (ved sanseimpulser derfra), og av aktiviteten til nerveceller i mange deler av sent­ ralnervesystemet.

Signalene tar ikke nødvendigvis de veiene som er vist på figurene 1.17 og 1.18. Det er blant annet oftest nødvendig at

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 40

Internevron 1 Figur 1.20 Internevroner kan sørge for å forlenge nervecellers aktivitet. Se teksten for nærmere beskrivelse.

mange synapser er aktive samtidig for at et signal skal sendes videre fra nevronet som påvirkes. Dette kalles summasjon. Et eksempel er vist på figur 1.19. Summasjon omtales nærmere i kapittel 4.

Parallelle signalveier Figur 1.21 illustrerer skjematisk noen prinsipper for hvordan nevrongrupper (kjerner) som ligger et stykke fra hverandre, er

21.01.13 13:16

41 Kapittel 1 | Nervecellenes bygning og innbyrdes organisering

mellom N1 og N2 er brutt, kan indirekte veier, hvis de er bevart, etter hvert ta over en del av oppgavene som ble ivaretatt av den direkte veien. Dette er sannsynligvis noe av grunnlaget for den bedringen som ofte opptrer etter en hjerneskade (for eksempel et hjerneslag).

B

A

N1

N1

Resiproke forbindelser

Utoverrettet (Feedforward)

n1 Tilbakerettet (Feedback)

n2 N2

N2

Parallelle signalveier

Resiproke forbindelser

Figur 1.21 Koblingsmønstre i sentralnervesystemet. A. Parallelle og B. resiproke forbindelser.

A

B

Et annet viktig forhold er at det som regel er resiproke eller toveisforbindelser mellom nevrongrupper (figur 1.21B). Ofte er det da slik at den ene forbindelsen bringer informasjon som skal behandles i kjernen, og ev. videreformidles derfra. Det kan for eksempel gjelde informasjon fra kroppens sanseorganer. Denne forbindelsen kaller vi utoverrettet (feedforward). Forbindelsen den andre veien kaller vi tilbakerettet (feedback). Den sørger for tilbakekobling slik at avsenderen får vite noe om resultatet av beskjeden som ble sendt. Dette er blant annet avgjørende for informasjonsbehandlingen i hjernebarken, som så godt som alltid skjer i et samarbeid mellom nevrongrupper med toveisforbindelser. I tillegg er noen toveisforbindelser viktige for å hindre ukontrollert aktivitet av nerveceller. Hvis for eksempel påvirkningen den ene veien blir for sterk, sendes beskjed tilbake om å dempe aktiviteten.

Derved sikres stabilitet i nervesystemets funksjon. Mange symptomer som opptrer ved nevrologiske sykdommer, skyldes overaktivitet av nerveceller, og kan til dels forklares ved svikt i slike tilbakekoblingsmekanismer.

Figur

Forbindelser mellom de to sidene av sentralnervesystemet Kommissuralforbindelser Bilaterale forbindelser Figur 1.22 Koblingsmønstre i sentralnervesystemet. A: Bilaterale (tosi­ dige) forbindelser, og B: kommissuralforbindelser.

sammenkoblet. Det kan for eksempel gjelde kobling mellom forskjellige deler av hjernebarken (jf. figur 1.23). Figur 1.21A viser en ordning som er svært utbredt, nemlig det vi kaller parallelle signalveier. Det er én direkte vei mellom kjernene N1 og N2, og i tillegg indirekte veier, synaptisk avbrutt i andre kjerner (n1 og n2). Det betyr at informasjonen N2 mottar, er mer variert og mangfoldig enn om den direkte veien formidlet all informasjon. Signaltrafikken i den indirekte veien er jo ikke bare avhengig av det som går ut fra N1, men også av hvilken påvirkning de innskutte kjernene n1 og n2 mottar fra andre deler av nervesystemet. Det store antallet parallelle signalveier bidrar til den menneskelige hjernens enorme fleksibilitet og kapasitet for informasjonsbehandling (sammenlignet med dyr med enklere hjerner).

Ved hjerneskader kan slike parallelle veier være av stor betydning for gjenvinning av funksjon. Hvis den direkte veien

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 41

Endelig er det viktig at de fleste kjerner har forbindelser med begge halvdeler av nervesystemet, de har bilaterale forbindelser (figur 1.22A). Noen slike baner går krysset og ukrysset i lik mengde, mens andre baner, som vesentlig går til motsatt – kontralateral – side, også sender noen fibre til samme – ipsilateral – side. Slike bilaterale forbindelser er av betydning for bedring etter ensidige skader i sentralnervesystemet.

At det må være et utstrakt samarbeid mellom de to halvdelene av nervesystemet, blir enda tydeligere når man ser på de store mengdene av direkte forbindelser mellom tilsvarende deler (for eksempel mellom sensoriske barkområder i de to hjerne­ halvdelene). Dette kalles kommissuralforbindelser (figur 1.22B), og finnes på alle nivåer av sentralnervesystemet. Den kraftigste kalles corpus callosum og forbinder de to halv­ delene av storhjernen med hverandre (figurene 6.26 og 6.27), inneholder rundt 200 millioner aksoner hos mennesket. Dette sikrer at de to hjernehalvdelene hele tiden samarbeider.

Figur

Nerveceller inngår i nevrale nettverk Den enkelte nervecellens ytelse gir bare mening sett i sammenheng med de tusenvis av andre nerveceller den er forbundet med. Det er heller ikke slik at én enkelt gruppe (kjerne) av nerveceller alene er ansvarlig for at en oppgave utføres.

De fleste av nervesystemets oppgaver ivaretas ved at mange

21.01.13 13:16

42 Del 1 | Hovedtrekk i nervesystemets bygning og funksjon

Nevrongruppe som deltar i to ulike nettverk (f.eks. smerte og oppmerksomhet)

Toveis (resiproke) forbindelser mellom spesialiserte nevrongrupper

Nevrongrupper som er spesialisert for bearbeiding av bestemte typer informasjon

nevrongrupper samarbeider, ikke av enkelte «sentre». Samarbeidende nevrongrupper kan ligge langt fra hverandre i hjernen. For eksempel samarbeider cellegrupper i flere deler av hjernebarken med lillehjernen og de såkalte basalgangliene om kontroll av bevegelser. Vi bruker betegnelsen distribuert system om nevronene som er ansvarlige for utførelsen av en bestemt oppgave. Et distribuert system er et komplisert nettverk av romlig atskilte nevrongrupper som er forbundet med hverandre – oftest med resiproke (toveis) forbindelser. Figur 1.23 gir et meget forenklet eksempel på to nettverk i hjernebarken. Signaltrafikken kan ta mange veier innenfor nettverket, og hver nevrongruppe kan inngå i flere andre nettverk (spesialisert for andre oppgaver). At det er mange innganger til et slikt distribuert system, gjør at det kan aktiveres på mange måter. Et eksempel er hvordan et minne eller en assosiasjon kan fremkalles på forskjellige måter (en lukt, en lyd, en tanke osv.). Samtidig er det mange utganger – det vil si at nettverket kan virke på mange andre nettverk i sentralnervesystemet. Et eksempel kan være hvordan et bestemt minne som aktiveres, kan fremkalle helt forskjellige handlinger avhengig av situasjonen minnet fremkalles i.

Organiseringen i distribuerte systemer er særlig tydelig når det gjelder høyere mentale funksjoner. Språkfunksjonen ivaretas for eksempel ikke av ett språksenter i hjernen, men av et distribuert system av samarbeidende nevrongrupper. Andre

Figur 1.23 Distribuerte nevrale nettverk i hjernebarken. Grupper av nevroner i hjernebarken er innbyr­ des forbundet med toveisforbindelser (pilene angir retningen av impulstrafikken). Det er her vist to nett­ verk (et med røde og et med grønne nevrongrupper).

Samlet, synkron aktivitet i det enkelte nettverkets nevrongrupper er sannsynligvis ansvarlig for ytelsen. (for eksempel kan det røde nettverket være ansvarlig for smerteopplevelse mens det grønne er ansvarlig for oppmerksomhet). Figuren illustrerer også at nett­ verkene deler nevrongrupper, slik at en nevrongruppe deltar i flere oppgaver, for eksempel både smerte­ opplevelse og oppmerksomhet. Sterkt forenklet.

nettverk er ansvarlige for oppmerksomhet, orientering i rommet, identifikasjon av objekter, korttidslagring av informasjon og mye annet. Dette blir nærmere utdypet i kapittel 34, hvor hjernebarkens oppgaver behandles spesielt. Datasimuleringer av nevrale nettverk har vist seg å gi økt innsikt både i hjernebarkens normale arbeidsmåte og i hvordan symptomer oppstår når sykelige prosesser ødelegger deler av nettverkene.

Celleskjelettet og aksonal transport I nervecellene og i deres utløpere finnes det tynne tråder, nevrofibriller, som kan ses lysmikroskopisk i snitt farget på spesielle måter (figur 1.24). Samlet utgjør de det som kalles celleskjelettet – et navn som henviser til nevrofibrillenes betydning for utvikling og opprettholdelse av formen på nervecellenes lange og ofte komplekse utløpere.

Ved siden av å danne et slags reisverk har celleskjelettets nevrofibriller også en annen viktig oppgave, nemlig transport av organeller og partikler i nervecellens utløpere. Når det gjelder aksonene, snakker vi derfor om aksonal transport (figur 1.25). Selv om det også foregår transport fra cellelegemet ut i dendrittene (og motsatt vei), er dette mindre studert enn transport i aksoner (hovedsakelig fordi det er lettere å studere transport i aksoner enn i dendritter). At nervecellen har stort

Skader av nevrale nettverk Et viktig kjennetegn ved distribuerte systemer i hjernen er at en begrenset skade av nettverket kan redusere ytelsen, men sjel­ den eliminerer den fullstendig. Kanskje vil skaden bare merkes ved ekstra store krav til ytelse – for eksempel når det gjelder bevegelseshastighet, korttidshukommelsens kapasitet eller annet. Ved ytterligere reduksjon i antall nevroner som deltar i nettverket, kan det likevel skje at funksjonen ikke lenger kan

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 42

ivaretas. Da opptrer brått tydelige symptomer, til tross for at sykdomsprosessen er gradvis og kanskje har pågått i mange år.

Dette ses ved degenerative hjernesykdommer hvor antallet ner­ veceller i deler av hjernen gradvis reduseres ved celledød. Ved Parkinsons sykdom, for eksempel, opptrer tydelige symptomer først når mer enn to tredjedeler av nervecellene i en bestemt kjerne (substantia nigra) er døde.

21.01.13 13:17

43 Kapittel 1 | Nervecellenes bygning og innbyrdes organisering

behov for retningsbestemt intracellulær transport, er ­ganske åpenbart. Bare i nervecellens soma finnes for eksempel et velutviklet synteseapparat for proteiner og mulighet for nedbrytning av partikler. Dendritter inneholder riktignok små mengder mRNA som særlig finnes rett under spinae (det vil si nær synapser). Derved kan det skje en lokal proteinproduksjon som bidrar til synaptiske endringer ved læring og hukommelse.

Anterograd og retrograd aksonal transport

Figur 1.24 Celleskjelettet i nevroner. Tegning av nerveceller i hjernebarken som er farget for å vise nevrofibriller, som utgjør nervecellenes celleskje­ lett. Både soma, dendritter og aksoner (a) inneholder rikelig med nevro­ fibriller (de forskjellige komponentene i celleskjelettet kan ikke skilles fra hverandre her). Fra Cajal 1952.

ANTEROGRAD TRANSPORT

Transport fra cellelegemet mot nerveterminalene kalles anterograd aksonal transport. Eksempler på partikler som transporteres anterograd er mitokondrier, synaptiske vesikler, proteiner som skal inngå i membranen utover i aksonet (f.eks. reseptorproteiner), og enzymer som skal styre omsetningen av transmittere. Et annet eksempel er vekstfaktorer (som er peptider) som syntetiseres i soma, men frigis ved synapsen, hvor de kan påvirke den postsynaptiske cellens vekst og egenskaper.

Det skjer også transport motsatt vei – retrograd aksonal transport – fra aksonenes endeforgreninger til cellelegemet. Retrograd aksonal transport sørger blant annet for at signalstoffer som tas opp av aksonets endeforgreninger, forflyttes til soma, hvor de kan virke på nervecellens gener. Derved kan signalstoffene påvirke proteinsyntesen slik at nervecellens egenskaper endres kortvarig eller for alltid. For eksempel er både vekst og vedlikehold av mange nevroner i ryggmargen avhengig av retrograd transport av nervevekstfaktorer (nevrotrofiner) fra de perifere organene de innerverer. Dette er altså en form for

RETROGRAD TRANSPORT Injisert sporstoff

Injisert sporstoff

Hjernebarken Sporstoff i aksonale forgreninger

Hjernestammen

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 43

Cerebellum

Sporstoff i cellelegemer

Hjernestammen

Figur 1.25 Aksonal transport. Mikro­ fotografiene viser bruk av aksonal transport for å kartlegge forbindelser mellom kjerner i sentralnervesyste­ met. Brøkdelen av en mikroliter av et sporstoff (enzymet pepperrotperok­ sidase – HRP) injiseres henholdsvis i hjernebarken og lillehjernen. Enzymet tas opp av cellelegemer og nerveter­ minaler ved endocytose. Blærer med enzym transporteres så anterograd (fra hjernebarken til en kjerne i hjer­ nestammen) og retrograd (fra lille­ hjernebarken til hjernestammen). Til­ stedeværelse av HRP vises ved et svart reaksjonsprodukt i nerveterminalene (transportert anterograd) og celle­ legemene (transportert retrograd).

21.01.13 13:17

44 Del 1 | Hovedtrekk i nervesystemets bygning og funksjon

tilbakemelding (feedback) fra den postsynaptiske cellen, som sikrer at det presynaptiske nevronet får vite noe om hvilken virkning det har hatt. Derved kan det presynaptiske nevronet endre sin synaptiske påvirkning, slik at det ønskede resultatet oppnås ved senere påvirkning. I noen tilfeller dør nervecellen hvis den ikke mottar den riktige vekstfaktoren fra celler den virker på. Dette kan skyldes at nevronets overlevelse avhenger av at nervevekstfaktorer «slår av» programmer for celledød, som ellers ville blitt satt i gang (et stort antall nevroner elimineres i nervesystemets utvikling).

Retrograd aksonal transport sørger også for at «utslitte» organeller bringes til soma, hvor det finnes lysosomer.

Celleskjelettets komponenter Elektronmikroskopisk og biokjemisk har man analysert nærmere hva som danner celleskjelettet. Det dreier seg om proteiner som danner tynne tråder og faller i tre hovedgrupper: 1 aktinfilamenter (mikrofilamenter) og assosierte proteiner (ca. 5 nm tykke) 2 mikrotubuli (tynne rør) og assosierte proteiner (ca. 20 nm tykke) 3 nevrofilamenter, som er en undergruppe av såkalte intermediære filamenter (ca. 10 nm tykke).

Aktin (mikrofilamenter) finnes blant annet i aksonet og i dendrittenes spinae. Særlig når aksonet vokser ut i fosterlivet, er aktin viktig for bevegelsene av aksonets vekstkonus (se figur 9.16), som danner en oppsvulming i tuppen av aksonet.

På oppsvulmingen dannes det hele tiden små utløpere som «prøver seg» i forskjellige retninger. Sannsynligvis «leter» de

etter bestemte molekyler som angir riktig retning for aksonets vekst (aktin finnes i mange celler som har evne til bevegelse, spesielt rikelig i muskelceller). Men aktinet er sannsynligvis også av betydning for å opprettholde aksonets form når det først er vokst ut. Aktin i nerveterminaler og spinae er av betydning for synaptisk plastisitet, det vil si bruksavhengig endring av synapsenes egenskaper (omtales nærmere i kapittel 4).

For eksempel deltar aktin i transport av transmitterreseptorer til og fra cellemembranen (se figur 4.11) Mikrotubuli og mikrotubuliassosierte proteiner (MAP) finnes i alle slags utløpere, og særlig rikelig i aksoner (figurene 1.7 og 2.7), og spiller en rolle både for deres utvekst og opprettholdelse av formen. I tillegg er mikrotubuli nødvendige for transport av organeller, proteiner og andre partikler i nervecellens utløpere – det vil si for aksonal transport og transport i dendrittene (som også går begge veier). Dette er blant annet vist ved at stoffer som ødelegger mikrotubuli (f.eks. kolkisin), hindrer aksonal transport.

Nevrofilamentene vet vi mindre om med hensyn til funksjon. En viktig oppgave er sannsynligvis å opprettholde diameteren på tykke myeliniserte aksoner – omtrent som et slags innvendig reisverk (nevrofilamenter utgjør omtrent 10 % av proteinene i aksoner). Det er også påfallende at det ved flere sykdommer i nervesystemet hvor nerveceller dør (degenerative hjernesykdommer), opptrer forandringer i nevrofilamentene. Dette gjelder for eksempel Alzheimers sykdom, hvor det opptrer uorganiserte ansamlinger (som en floke av tråder) av nevrofilamenter i hjernebarken.

Eksperimenter med injeksjon av sporstoffer som transporteres i aksonet og senere kan påvises i snitt av vevet, brukes for å kartlegge forløpet av nervecellenes aksoner, det vil si koblingsmønstrene i nervesystemet (figur 1.25).

Mer om aksonal transport og maskineriet som driver den Ved å injisere radioaktivt merkede stoffer som opptas av nerve­ cellene, har man kunnet vise at aksontransporten faller i to faser, en rask og en langsom. Den raske går med en hastighet på opptil en halv meter eller mer per dag, mens den langsomme kan vari­ ere mellom 1 og 3 mm per dag. Den raske transporten gjelder særlig organeller og vesikler (blærer omgitt av cellemembran), mens den langsomme særlig gjelder enzymer og komponenter av celleskjelettet. Som nevnt er mikrotubuli av spesiell betyd­ ning for den aksonale transporten. Hvert mikrotubulusrør er satt sammen av mindre byggesteiner i form av proteinet tubulin.

Sammensetningen av tallrike tubulinmolekyler til rør skjer ved hjelp av mikrotubuliassosierte proteiner (MAP). Disse sørger også for at mikrotubuli forankres til cellemembranen og andre deler av celleskjelettet, blant annet til nevrofilamenter. To typer av MAP som bare finnes i nerveceller – MAP2 og tau – er av spesiell betydning for avstivning av mikrotubuli. Egne typer av MAP sørger for henholdsvis anterograd og retrograd transport.

0000 102396 GRMAT Sentralnervesystemet 120501.indb 44

Man kaller gjerne disse proteinene «motorer» for aksonal trans­ port. De er ATP-aser, det vil si at de spalter ATP, og energien fra denne spaltingen gir endring av proteinets form (bevegelse).

Derved omdannes altså kjemisk energi til mekanisk. Det som transporteres, for eksempel vesikler og mitokondrier, forflyttes langs mikrotubuli ved midlertidig binding til proteiner som stik­ ker ut og beveger seg, det vil si at de «går» langs mikrotubuli.

Samme mikrotubulus kan transportere begge veier – det avhen­ ger bare av hvilken «motor» partiklene binder seg til. Proteiner, som alle hører til kinesin-superfamilien, er ansvarlig for antero­ grad transport – det vil si at de sørger for at partikler beveges langs mikrotubuli fra soma. Forskjellige varianter av kinesin ser ut til å transportere hver sin type «last» – for eksempel er det én type som transporterer mitokondrier, mens en annen trans­ porterer forstadier av synaptiske vesikler. Dynein, som er et mer komplekst protein enn kinesin, er hovedansvarlig for retrograd transport, men sannsynligvis deltar også enkelte kinesiner.

21.01.13 13:17

213mm

37 mm

213mm

15 mm

15 mm

Sentralnervesystemet er først og fremst en lærebok for studenter i medisin, psykologi og fysioterapi, men henvender seg også til andre grupper som trenger kunnskap om nervesystemet. Med det store omfanget av utdypende stoff er boken også rettet mot yrkesutøvere som trenger oppdatering og utvidelse av sine kunnskaper.

Klipp fra anmeldelsene av den fjerde utgaven 283 mm

«Brodals verk representerer noe av det ypperste i norsk nevromedisin. Det har internasjonalt gjennomslag og er ofte det leger i andre land assosierer med norsk nevromedisin.» Nils Erik Gilhus i Tidsskrift for Den norske Legeforening 21/2007.

«Både nevroanatomi, molekylærbiologi og nevrologi framstilles av Brodal på et pedagogisk meget godt vis, både språklig og gjennom illustrasjonene som brukes.

Figurene er ikke gjort altfor kompliserte, de er ryddige, instruktive, og har informative godt oppsummerende undertekster. Mer utfyllende stoff og klinisk informasjon er lagt til de mer behagelige guloransje boksene man finner på de fleste sidene. Konklusjon: en svært god bok. If U need it, buy it!» Eirin Sigurdsen i Æsculap 1/2009. «... For dette er et tvers gjennom imponerende verk. Særlig tatt i betraktning at oppgaven er å gi innsikt i et felt som er bortimot grenseløst komplisert, er det tilfredsstillende å kunne konstatere at man takket være denne boken blir gitt en reell sjanse til å lære både de store linjene og massevis av spennende detaljer innen nervesystemet. I forhold til tidligere utgaver er det på illustrasjonssiden boken virkelig har hevet seg.» Harald Kryvi i Fysioterapeuten 3/2008.

ISBN

Per Brodal er professor emeritus ved Institutt for medisinske basalfag, Universitetet i Oslo.

Han har i mange år drevet eksperimentell forskning på nervesystemets koplingsmønstre.

9788215021126 Brodal har lang erfaring i undervisning av medisin- og fysioterapistudenter, og etterutdanning av ulike helseprofesjoner.

ISBN 978-82-15-02112-6

15 mm

9 788215 021126

Per Brodal Per Brodal

Femte utgave er grundig oppdatert i tekst og illustrasjoner, samtidig som organiseringen av stoffet er vesentlig endret for å lette tilegnelsen av stoffet. Ved å øke oppdelingen i kapitler fra 21 til 34 er boken gjort mer oversiktlig, og alle kapitler innledes med en oversikt som også er egnet for repetisjon. Videre er stoffet gjort lettere tilgjengelig ved hyppigere bruk av informative overskrifter.

Sentralnervesystemet

Boken formidler en grunnleggende forståelse av sammenhengen mellom nervesystemets oppbygning og funksjon og hvordan det utfører sine mangfoldige oppgaver.

Framstillingen er integrert og bygger på forskning innenfor alle deler av nevrofagene - fra molekylærbiologi og anatomi til psykologi og klinisk medisin.

Sentralnervesystemet

5. utgave

15 mm