Εργαστηριακή άσκηση 8 - Ανατομία του Κεντρικού Νευρικού συστήματος

Μακροσκοπική νευροανατομία

Το νευρικό σύστημα μπορούμε να το χωρίσουμε σε δύο βασικά μέρη: στο κεντρικό νευρικό σύστημα και στο περιφερειακό νευρικό σύστημα. Το κεντρικό νευρικό σύστημα (ΚΝΣ) περιλαμβάνει τον εγκέφαλο και το νωτιαίο μυελό, ενώ το περιφερειακό νευρικό σύστημα περιλαμβάνει τους νευρώνες και τα τμήματα που αλληλεπιδρούν/με την περιφέρεια, τα αισθητήρια όργανα ή τα εσωτερικά όργανα. Το περιφερειακό σύστημα μπορεί να χωριστεί σε σωματικό, δηλαδή σε αυτό που επικοινωνεί με τα αισθητήρια όργανα, το δέρμα και τους μυς, και σε αυτόνομο, δηλαδή αυτό που επικοινωνεί με τα εσωτερικά όργανα.

Το περιφερειακό νευρικό σύστημα δέχεται πληροφορίες από το περιβάλλον, μέσω των αισθητηρίων οργάνων, καθώς και από τα εσωτερικά όργανα του σώματος. Οι πληροφορίες αυτές μεταφέρονται στο κεντρικό νευρικό σύστημα (το νωτιαίο μυελό και τον εγκέφαλο) όπου επεξεργάζονται και ολοκληρώνονται. Μετά από κάποια επεξεργασία, ενεργοποιούν το κινητικό σύστημα του κεντρικού νευρικού συστήματος, το οποίο εν τέλει μεταφέρει την πληροφορία μέσω των αξόνων των κινητικών νευρώνων στους μυς για την εκτέλεση κάποιας συμπεριφοράς.

Το κεντρικό νευρικό σύστημα (ΚΝΣ) χωρίζεται σε 2 μέρη (Εικόνα 1): τον εγκέφαλο και το νωτιαίο μυελό. Μια βασική διαφορά μορφολογίας των δύο αυτών τμημάτων είναι η θέση της λευκής και φαιάς ουσίας. Στον εγκέφαλο, εξωτερικά υπάρχει η φαιά ουσία (εγκεφαλικός φλοιός) και εσωτερικά η λευκή ουσία (το μεσολόβιο). Στο νωτιαίο μυελό, η λευκή ουσία βρίσκεται εξωτερικά και η φαιά ουσία εσωτερικά.

Εικόνα 1: Ενδεικτικές τομές του εγκεφάλου και του νωτιαίου μυελού

Στον άνθρωπο και στα θηλαστικά, ο εγκέφαλος χωρίζεται σε τέσσερα μέρη: 1) τελεγκέφαλο, 2) διάμεσο εγκέφαλο, 3) μεσεγκέφαλο και 4) οπισθεγκέφαλο.

Κατά την αναφορά διαφόρων εγκεφαλικών περιοχών, χρησιμοποιούνται συγκεκριμένοι όροι οι οποίοι βοηθούν στον ορισμό της θέσης μιας εγκεφαλικής περιοχής. Οι όροι αυτοί είναι οι παρακάτω (Εικόνα 2):

• Ραχιαία

• Κοιλιακά

• Πρόσθια

• Οπίσθια

• Ρυγχιαία

• Ουριαία

Για τη μελέτη του ΚΝΣ, λαμβάνονται τομές εγκεφάλου, οι οποίες βοηθούν στην μελέτη των εσωτερικών δομών του εγκεφάλου. Υπάρχουν 3 είδη τομών που χρησιμοποιούνται ευρέως: α) στεφανιαίες τομές (παράλληλες στο ραχιαίο-κοιλιακό άξονα), β) οριζόντιες τομές (παράλληλες στον πρόσθιο-οπίσθιο άξονα) και γ) οβελιαίες τομές (παράλληλες στη μέση τομή που χωρίζει τα δύο ημισφαίρια).

• Τελεγκέφαλος

Ο τελεγκέφαλος αποτελείται από τις παρακάτω διακριτές περιοχές: α) τον εγκεφαλικό φλοιό, β) τα βασικά γάγγλια, γ) τον ιππόκαμπο και δ) την αμυγδαλή.

Ο εγκεφαλικός φλοιός αποτελείται από δύο ημισφαίρια τα οποία διαχωρίζονται με την μεσαία, επιμήκη σχισμή. Στα ανωτερα θηλαστικά (γάτα, σκύλος, πρωτεύοντα), η επιφάνεια του κάθε ημισφαιρίου αποτελείται από έλικες και αύλακες. Το κάθε ημισφαίριο διακρίνεται σε 4 λοβούς, μετωπιαίο, βρεγματικό, κροταφικό και ινιακό (Εικόνα 2). Οι νευρώνες μεταξύ διαφορετικών περιοχών του εγκεφαλικού φλοιού συνδέονται μεταξύ τους με νευρικές ίνες που σχηματίζουν το μεσολόβιο.

Στο μετωπιαίο λοβό βρίσκεται ο πρωτοταγής κινητικός φλοιός, και συγκεκριμένα στην έλικα πρόσθια της κεντρικής αύλακας (προκεντρική έλικα). Η περιοχή αυτή είναι υπεύθυνη για την κίνηση και αντιπροσωπεύονται σε αυτήν όλοι οι μυς του σώματος. Στο βρεγματικό λοβό βρίσκεται ο πρωτοταγής σωματοαισθητικός φλοιός, και συγκεκριμένα στην έλικα όπισθεν της κεντρικής αύλακας (μετακεντρική έλικα). Η περιοχή αυτή δέχεται πληροφορίες σχετικά με τις αισθήσεις αφής, πίεσης, πόνου και θερμότητας από όλες τις περιοχές του σώματος. Στον ινιακό λοβό βρίσκεται ο πρωτοταγής οπτικός φλοιός, ο οποίος δέχεται τα οπτικά ερεθίσματα μέσω του θαλάμου. Στον κροταφικό λοβό βρίσκεται ο πρωτοταγής ακουστικός φλοιός ο οποίος δέχεται τα ακουστικά ερεθίσματα μέσω του θαλάμου και του κάτω διδυμίου. Το μεγαλύτερο μέρος του εγκεφαλικού φλοιού αποτελείται από συνειρμικές περιοχές, οι οποίες δέχονται και επεξεργάζονται πληροφορίες από παραπάνω από μια αισθήσεις. Οι νευρώνες μεταξύ των 2 ημισφαιρίων στον εγκεφαλικό φλοιό συνδέονται με άξονες που σχηματίζουν το μεσολόβιο. Επομένως, το μεσολόβιο αποτελεί μια δομή, κοιλιακά του εγκεφαλικού φλοιού, η οποία περιλαμβάνει άξονες που μεταφέρουν πληροφορία από τους νευρώνες του ενός ημισφαιρίου στους νευρώνες του άλλου ημισφαιρίου (Εικόνα 6).

Τα βασικά γάγγλια (Εικόνα 3) είναι μια σημαντική εσωτερική δομή του εγκεφάλου και περιλαμβάνει διάφορους πυρήνες, δηλαδή συμπλέγματα όμοιων λειτουργικά νευρώνων. Οι πυρήνες από τους οποίους αποτελείται είναι οι παρακάτω:

· Πυρήνας του ραβδωτού

· Κέλυφος

· Υποθαλάμιος πυρήνας

· Έσω/εξώ ωχρή σφαίρα

· Μέλαινα ουσία

Τα βασικά γάγγλια συμμετέχουν στις διαδικασίες της κίνησης και της ανταμοιβής. Πυρήνες των βασικών γαγγλίων εμπλέκονται σε σημαντικές νευρολογικές ασθένειες όπως αυτή του Πάρκινσον και του Χάντινγκτον. Συγκεκριμένα, η μέλαινα ουσία εκφυλίζεται στη νόσο του Πάρκινσον και νευρώνες του ραβδωτού στη νόσο του Χάντινγτον.

Ο ιππόκαμπος είναι μια εγκεφαλική δομή σε σχήμα C, η οποία βρίσκεται εσωτερικά στον κροταφικό λοβό, στον ανθρώπινο εγκέφαλο (Εικόνα 4)., είναι η περιοχή του εγκεφάλου που εμπλέκεται στη δημιουργία νέων μνημών, στην αποθήκευση βραχύχρονων μνημών καθώς και στην ανάκληση μακρόχρονων μνημών. Διαφοροποιείται σε τρεις δομές: την οδοντωτή έλικα, το αμμώνειο κέρας και το υπόθεμα. Η οδοντωτή έλικα που ονομάζεται έτσι λόγω των οδοντωμάτων της επιφάνειάς της είναι το πιο εσωτερικό τμήμα του ιπποκάμπου (Εικόνα 5, 6). Πλευρικά αναπτύσεται το αμμώνειο κέρας (cornu ammonis-CA) το οποίο ακολουθείται από το υπόθεμα του ιπποκάμπου. Το αμμώνειο κέρας περιλαμβάνει τέσσερα διακριτά πεδία γνωστά ως CA1-CA4. H CA1 συνορεύει με το υπόθεμα του ιπποκάμπου ενώ η CA4 είναι μια ομάδα μεγάλων κυττάρων που καλύπτουν την πύλη της οδοντωτής έλικας. Ο ιππόκαμπος συμμετέχει στην κωδίκευση της μνήμης, στις διαδικασίες μάθησης, στην αποθήκευση βραχύχρονων μνημών, καθώς και στη μετατροπή των βραχύχρονων μνημών σε μακρόχρονων.

Η αμυγδαλή (Εικόνα 5) βρίσκεται και αυτή στον κροταφικό λοβό και είναι μια μικρή δομή που φαίνεται μακροσκοπικά ως προέκταση του ιπποκάμπου. Στην αμυγδαλή κωδικοποιούνται ερεθίσματα που έχουν σχέση με το φόβο καθώς και τη σχέση διαφόρων ερεθισμάτων με καταστάσεις που προκαλούν φόβο.

• Διεγκέφαλος

Μεταξύ των ημισφαιρίων και μεσεγκεφάλου υπάρχει ο διεγκέφαλος που αποτελείται από τον α) θάλαμο και β) τον υποθάλαμο.

· Θάλαμος (Εικόνα 7). Είναι μια σφαιρική δομή στο εσωτερικό του εγκεφάλου και βρίσκεται κοιλιακά του μεσολοβίου και αποτελεί σημαντικό ενδιάμεσο σταθμό των αισθητικών και κινητικών πληροφοριών από τον νωτιαίο μυελό και άλλες υπο-φλοιϊκές περιοχές του εγκεφάλου προς τον εγκεφαλικό φλοιό. Συγκεκριμένα, υπάρχουν πυρήνες που δέχονται πληροφορία από τα αισθητήρια όργανα και τη μεταβιβάζουν στον αντίστοιχο πρωτογενή φλοιό. Για παράδειγμα, στο οπτικό σύστημα, το οπτικό νεύρο καταλήγει στον έξω γονατώδη πυρήνα του θαλάμου, και τα νευρικά κύτταρα του πυρήνα αυτού προβάλουν στον πρωτοταγή οπτικό φλοιό, στον ινιακό λοβό. Αντίστοιχα, ο έσω γονατώδης πυρήνας έχει τον ίδιο ρόλο στο ακουστικό σύστημα, και ο μέσοκοιλιακός πυρήνας για το σωματοαισθητικό σύστημα. Ο θάλαμος έχει επίσης σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση της κατάστασης του ύπνου και της εγρήγορσης. Υπάρχουν ανατροφοδοτούμενες συνδέσεις μεταξύ του θαλάμου και του φλοιού και οι οποίες πιθανόν συμμετέχουν στη συνείδηση.

· Υποθάλαμος. Βρίσκεται στην κοιλιακή επιφάνεια του εγκεφάλου πίσω από το οπτικό χίασμα και τα μαστικά σωμάτια. Στον υποθάλαμο υπάρχουν πυρήνες που έχουν σχέση με την ομοιόσταση του οργανισμού και τη ρύθμιση φυσιολογικών διεργασιών του σώματος, όπως ο μεταβολισμός, η θερμοκρασία, η αίσθηση κορεσμού, δίψας, κιρκάδιων ρυθμών.

• Μεσεγκέφαλος

Ο μεσεγκέφαλος βρίσκεται, όπως λέει και το όνομά του, στο μέσο του εγκεφάλου, κοιλιακά του θαλάμου και ραχιαία της γέφυρας. Στην περιοχή αυτή υπάρχουν τα άνω και κάτω διδύμια, τα οποία βρίσκονται ραχιαία και αποτελούν σημαντικές περιοχές ανάλυσης οπτικών και ακουστικών ερεθισμάτων αντίστοιχα, κυρίως στα ψάρια, αμφίβια και πτηνά. Στην περιοχή αυτή επίσης υπάρχουν πυρήνες κυττάρων που εκκρίνουν τη ντοπαμίνη -μέλανα περιοχή, τη νορεπινεφρίνη – υπομέλανος τόπος, και τη σεροτονίνη – πυρήνας της ραφής.

• Οπισθεγκέφαλος

Ο οπισθεγκέφαλος περιλαμβάνει α) την παρεγκεφαλίδα, β) τη γέφυρα και γ) τον προμήκη μυελό.

Η παρεγκεφαλίδα ονομάζεται επίσης «μικρός εγκέφαλος». Όπως ο εγκεφαλικός φλοιός, αποτελείται από δύο ημισφαίρια και το σκώληκα. Διαχωρίζεται σε τρεις λοβούς: στο λοβό του οζιδίου και της κροκύδας, στον πρόσθιο και οπίσθιο λοβό. Λειτουργικά, μπορεί να χωριστεί στην αιθουσοπαρεγκεφαλίδα, νωτιαιοπαρεγκεφαλίδα και εγκεφαλοπαρεγκεφαλίδα. Στις λειτουργίες της παρεγκεφαλίδας περιλαμβάνεται ο συντονισμός και η ακρίβεια των μυϊκών κινήσεων, ο έλεγχος του μυϊκού τόνου, η διατήρηση της στάσης και της ισορροπίας του σώματος. Δομικά, η παρεγγεφαλίδα περιλαμβάνει το φλοιό της παρεγγεφαλίδας και τους εν τω βάθει πυρήνες.

Η γέφυρα είναι μια σφαιρική δομή μεταξύ του μεσεγκεφάλου και του προμήκη μυελού. Περιέχει άξονες που συνδέουν την παρεγκεφαλίδα και τον προμήκη μυελό με τα ημισφαίρια και τα σώματα των κυττάρων των οποίων οι άξονες σχηματίζουν τα κρανιακά νεύρα, 5ο, 6ο, 7ο και 8ο. Ο προμήκης μυελός περιέχει τα κέντρα ελέγχου των σπλαχνικών λειτουργιών (ρυθμιστικά κέντρα αναπνοής, καρδιακής λειτουργίας, αγγειοκινητικών λειτουργιών). Από τον προμήκη εξέρχονται 4 κρανιακά νεύρα.

Κατεβάστε εδώ την αναφορά της εργαστηριακής άσκησης

ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΣΚΗΣΗΣ

Α. ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ ΕΝΟΣ ΔΙΑΣΠΩΜΕΝΟΥ ΠΡΟΠΛΑΣΜΑΤΟΣ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΥ ΕΓΚΕΦΑΛΟΥ

Παρατηρείστε τις παρακάτω περιοχές του εγκεφάλου:

1. Μετωπιαίος λοβός

2. Βρεγματικός λοβός,

3. Κροταφικός λοβός

4. Ινιακός λοβός

5. Περιοχή Broca και Wernicke

6. Κερκοφόρος πυρήνας

7. Κοιλίες

8. Παρεγκεφαλίδα

9. Θάλαμος

ΟΔΗΓΟΣ ΑΝΑΦΟΡΩΝ: ΕΡΩΤΗΣΗ 1,2

Β. Παρατήρηση μονιμοποιημένων εγκεφάλων αρουραίου

Για τη μελέτη των ανατομικών σχέσεων του εγκεφάλου θα χρησιμοποιηθούν μονιμοποιημένοι εγκέφαλοι αρουραίου και ένα πρόπλασμα ανθρώπινου εγκεφάλου. Προσδιορίστε τα ακόλουθα τμήματα του εγκεφάλου: εγκεφαλικός φλοιός, μεσολόβιο, ραβδωτό, θάλαμος, ραβδωτό σχήμα, γέφυρα, μεσεγκέφαλος, παρεγκεφαλίδα, προμήκης μυελός και νωτιαίος μυελός.

Β1. Μονιμοποίηση του εγκεφάλου αρουραίου.

Για να μπορέσει να διατηρηθεί ο εγκέφαλος προς παρατήρηση/τομές, θα πρέπει να μονιμοποιηθεί. Η μονιμοποίηση χρησιμεύει για να εμποδίσει την αποσύνθεση των ιστών και τη διατήρηση της γενικής υφής των ιστών. Γι’ αυτό το λόγο, πρέπει να γίνεται όσο είναι δυνατόν ταχύτερα μετά τον αποχωρισμό τους από το σώμα, ή κατά προτίμηση κατά τη διάρκεια αναισθησίας. Η τεχνική του χρησιμοποιείται για τη μονιμοποίηση του εγκεφάλου είναι η έκχυση υγρού (φυσιολογικού ορού και φορμαλδεΰδης) δια μέσου της καρδιάς (trans-cardial perfusion). Ο αρουραίος αρχικά αναισθητοποιείται με αβερτίνη (1,1,1-tribromoethanol), ένα γενικό αναισθητικό. Κατόπιν, ανοίγεται ο θώρακας και εκτίθεται η καρδιά. Τοποθετείται μια βελόνα στην αριστερή κοιλία, η οποία διοχετεύει το υγρό της προτίμησής μας, αρχικά φυσιολογικός ορός και κατόπιν φορμόλη, και κόβεται ο δεξιός κόλπος ώστε να φεύγει το αίμα. Με αυτό τον τρόπο, αντικαθιστούμε το αίμα στο κυκλοφορικό σύστημα με το μονιμοποιητικό υγρό.

Β2. Παρατήρηση εγκεφαλικών τομών σε μονιμοποιημένους εγκεφάλους αρουραίων

Κάθε ομάδα θα έχει στη διάθεσή της δυο μονιμοποιημένους εγκεφάλους αρουραίου. Αρχικά, παρατηρήστε την εξωτερική ανατομία του εγκεφάλου. Τοποθετήστε τον εγκέφαλο πάνω σε λίγο χαρτί ώστε να είναι αρκετά σταθερός. Με ένα νυστέρι δημιουργείστε πολλαπλές κάθετες τομές σε έναν από τους δύο εγκεφάλους, στα παρακάτω επίπεδα (κατά προσέγγιση).