Информације

Шта одређује пут неуролошког сигнала?

Шта одређује пут неуролошког сигнала?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Моје питање се односи на неуролошке сигнале. У нашем телу када се изгради сигнал, на пример слушни сигнал из ћелија косе, он пролази кроз много неурона и пролази кроз много синапси. Питам се како не изгуби свој прави пут и изабере прави пут до слушног кортекса? Мислим које су карактеристике неуролошког сигнала који га показује на исправан начин?

Другим речима, како се неуролошки сигнал може створити и послати кроз ланац неурона до мозга, како он може 'знати' када улази у синапсу контактирајући више неурона који је прави за пролазак кроз њу?


Кратак одговор
Неуронски сигнали нити бирају куда да иду, нити носе неку врсту заставица рутирања да их воде. Уместо тога, неуронски сигнали су вођени тврдо ожичење нервног система.

Позадина
Неуронски сигнали (акциони потенцијали) у основи прате једносмерни пут. Када наиђу на раскрсницу, акциони потенцијали се једноставно пропагирају на све те алтернативе. Спољашњи ефекти неурона, хормона или лекова могу променити ове сигнале, на пример инхибирањем формирања или ширења акционог потенцијала.

Узмимо пример слушног система (слика 1):


1. Слушни систем. Извор: Универзитет у Њујорку.

Може се лако видети да се сигнал из ћелија косе усмерава у слушни нерв до кохлеарног језгра, а одатле у цоллицули у можданом стаблу и даље до слушног кортекса преко медијални геницулате. У основи, ово је једносмерна, директна рута.

Међутим, постоји сложеност у систему. На пример, влакна слушног нерва се рачвају при уласку у кохлеарно језгро и праве синапсе на низу морфолошки различитих типова неурона. Сваки од ових последњих шаље свој аксон из кохлеарно језгро са карактеристичним шаблоном пројекције који доводи до даљег одступања. Конкретно, неки неурони кохлеарног језгра пројектују директно на инфериор цоллицулус, док други пројектују различите дивизије супериорни оливарни комплекс и језгра бочни лемнисцус, што заузврат пројектује на инфериор цоллицулус (Ирвине, 1992).

Али чак и у овој сложености, дивергенција је у основи генерисана једноставним бифуркацијама. Акциони потенцијал који подразумевано достиже такав спој једноставно доводи до два паралелна сигнала; нема избора. Регулација је последица других неурона који циљају на ове путеве.

Референца
- Ирвине, Тхе Маммалиан Аудитори Патхваи: Неуропхисиологи Спрингер Хандбоок оф Аудитори Ресеарцх (1992).


Увод

Механизми који леже у основи уклањања раствора из екстрацелуларног простора мозга збуњивали су неурологе вековима. 1 Протеински агрегати су уобичајена карактеристика код пацијената са Алцхајмеровом болешћу, (АД) Паркинсоновом болешћу, амиотрофичном латералном склерозом и другим неуродегенеративним болестима. 2&#к020134 Ово имплицира да би смањени клиренс мозга могао бити заједнички феномен неуродегенерације. Церебрални паренхим је лишен лимфних судова, тако да се уклањање протеинског отпада традиционално приписује екстра- и интрацелуларним процесима деградације, укључујући аутофагију и убиквитинацију, 5&#к020137 док неколико протеина као што је амилоид-&#к003б2 (А&#к003б2&#к003б ) се такође уклањају специфичним транспортом кроз крвно-мождану баријеру (БББ). 8 Иако се транспорт интерстицијалне течности (ИСФ) унутар можданог паренхима традиционално приписује само дифузији, неколико историјских запажања открило је систем сличан лимфатику који се одводи у цервикални лимфни систем у мозгу глодара, што би могло представљати нецењени, комплементарни аспект клиренса мозга. 9&#к0201311 Недавне двофотонске микроскопске студије тока цереброспиналне течности (ЦСФ) у мозгу живог миша указале су на постојање глимфатички пут, нови механизам за чишћење мозга са значајним капацитетом. 12,13

У глимфатичком путу, конвективни прилив ЦСФ-а је уравнотежен перивенозним ефлуксом ИСФ-а, који ослобађа неуропил од токсичних протеинских метаболита, укључујући А&#к003б2. 12 Функција глимфата се снажно повећава током спавања, чиме се елиминишу различити метаболички нуспродукти из екстрацелуларног простора који се акумулирају током будног стања. 14 Узбудљиви напредак у клиничким студијама показао је обрасце протока ЦСФ у људском мозгу који личе на глимфатички пут код глодара, и даље показују да је клиренс ЦСФ смањен код пацијената са АД или идиопатским хидроцефалусом нормалног притиска (иНПХ). 15&#к0201317 Разјашњење овог новоописаног пута побољшава наше основно разумевање чишћења мозга и такође представља обећавајући циљ за развој клиничких алата за рану процену ризика, дијагностику, прогнозу и терапију неуродегенеративних болести. Са детаљнијим разумевањем путева протока ЦСФ унутар и изван мозга, укључујући дуралну лимфну мрежу, појављује се потпуно ново разумевање динамике ЦСФ. 18&#к0201320 У овом брзом прегледу намеравамо да сумирамо брзо растућу литературу о чишћењу мозга посредованом ЦСФ-ом и код људи и код животињских модела, стављајући посебан нагласак на оно што је већ познато о клиничким аспектима људског глимфатичког пута.

Глимпхатиц Патхваи

Глимфатички пут је високо организован систем за транспорт течности. У својим почетним сегментима, ЦСФ из субарахноидалног простора тече у мозак кроз периваскуларне просторе великих лептоменингеалних артерија. 12,13,18,20 Са гранањем васкуларног стабла, ЦСФ се убацује у мождани паренхим кроз периваскуларне просторе пенетрирајућих артерија, такође познате као Вирцхов-Робинс простори (Слика 1). 12,21,22 Из периваскуларног простора, ЦСФ затим тече преко глијалне базалне мембране и астроглијалних крајњих стопа који се граниче са можданим паренхимом. 12 Астроцитне завршне ноге густо изражавају водени канал аквапорин-4 (АКП4), који олакшава проток ЦСФ у мождани паренхим, где се меша са ИСФ. 12,23 У интерстицијуму, течност се диспергује путем поларизованог мрежног кретања течности усмереног ка венским периваскуларним и перинеуронским просторима. 12 На крају, ЦСФ излази дуж перинеуралних омотача кранијалних и кичмених нерава, менингеалних лимфних судова и арахноидних гранулација ( Слика 2 ). 18&#к0201320,24,25 Релативни значај сваког од ових одводних праваца је још увек предмет расправе. Међутим, примарно место изласка из ЦСФ-а и код мишева и код људи је дуж олфакторног нерва, пролазећи кроз крибриформну плочу до назалне слузокоже и стиже до цервикалних лимфних судова. 20,24 Резултати недавних инвазивних студија на животињама, као и студија моделирања, сугеришу да се кретање течности дешава искључиво дифузијом у екстрацелуларном простору, са компонентом конвективног тока присутна само у периваскуларним просторима. ( Фиг. 1 ). 26,27 Међутим, технички изазови за проучавање протока течности изазване градијентима ниског притиска који преовладавају у затвореном делу мозга захтевају неинвазивне приступе сликању. Код људи, интратекални контрастни агенс тече дубоко у мождани паренхим постижући удаљености које превазилазе оне које се очекују само дифузијом, што сугерише да је конвективни ток такође важан покретач кретања течности у људском мозгу. 17 Штавише, идеја да глимфатичка функција зависи од астроцитног АКП4 недавно је доведена у питање због извештаја о нормалном клиренсу ЦСФ у мозгу код животиња нокаутираних АКП4. 27 Међутим, више независних група поновило је ове почетне налазе о АКП4-зависном клиренсу ЦСФ кроз глимфатички пут 28&#к0201333 и даље су потврдиле кључну улогу коју АКП4 игра у олакшавању чишћења А&#к003б2. 34 Читаоци који траже детаљну дискусију о динамици флуида у интерстицијуму мозга треба да погледају ове недавне прегледе. 33,35&#к0201337

Студије глодара су показале да се ЦСФ из субарахноидалног простора потискује у периваскуларни простор главних церебралних артерија на површини мозга одакле тече дуж артерије док се грана у пенетрирајуће артерије. 12,13,22,39 Сличан образац протока ликвора је приказан код пацијената који су подвргнути МРИ у комбинацији са интратекалним контрастним средством. 15,46 Код ових пацијената је примећено да контрастно средство ЦСФ тече дуж великих лептоменингеалних церебралних артерија на антероградни начин, и да присуство контрастног средства у субарахноидном простору претходи паренхимском уносу у суседне регионе мозга. 15 До сада сви микроскопски детаљи протока ЦСФ у мозгу потичу из истраживања на животињама. Ове студије су показале да периваскуларни простор пролази дуж целе пенетрантне артерије, познат као Вирцхов-Робин простор, и наставља да прати суд док се грана на артериоле и капиларе. 12,13,21 У мишјем мозгу, прилив ЦСФ у екстрацелуларни простор се дешава на сваком нивоу периваскуларног простора након уласка у мождани паренхим и олакшан је поларизованом експресијом АКП4 воденог канала према астроцитним крајњим стопама те линије периваскуларни простор. 12 Још увек није доказано да ли се сличан паренхимски проток ЦСФ јавља у људском мозгу, али људи такође имају интрацеребралне периваскуларне просторе и поларизовану експресију АКП4 према астроцитним крајњим ногама. 55,58 Основа кретања течности унутар интерстицијума је још увек предмет расправе. Клиренс протока ИСФ-а је дуготрајно посматрање, које би могло бити вођено вишеструким факторима као што су доток ЦСФ, пулсација артерије, градијенти хидростатског притиска између артеријског и венског периваскуларног простора и осмотски градијенти. 8 Студије о глодарима показују да се ИСФ и његове растворене супстанце крећу ка венском периваскуларном простору, где се течност узима и одводи конвекцијом из можданог паренхима. 12 Овај усмерени ток уклања растворене супстанце из можданог паренхима накупљене током неуралне активности. 12

ЦСФ, цереброспинална течност ИСФ интерстицијална течност, ПВС: периваскуларни простор АКП4, аквапорин-4.

Цереброспинална течност (ЦСФ) произведена у хороидном плексусу тече из комора у субарахноидални простор мозга и кичмене мождине. ЦСФ садржан у субарахноидном простору одржава централни нервни систем у покрету и служи као извор течности за прилив глимфата. Излазна места кранијалне ликвора (црвене стрелице) спадају у три функционално различите категорије, односно перинеуралне овојнице које окружују кранијалне и кичмене нерве, 20,24 дуралне лимфне судове, 18,19 и арахноидне гранулације. 1 Допринос и значај сваког излазног пута је још увек предмет расправе. Главно место перинеуралног излаза и код глодара и код људи је дуж олфакторног нерва кроз ребрасту плочу (1) према лимфним судовима назалне слузокоже. 16,20 Одавде се ЦСФ дренира до цервикалних лимфних чворова. 43 Други значајни путеви перинеуралног ефлукса код глодара су тригеминални, глософарингеални, вагални и помоћни спинални нерви (2). 20 Такође се показало да дурални лимфни судови носе ликвор према цервикалном лимфном систему (3). Код глодара, ови судови излазе из лобање дуж птеригопалатинске артерије, вена које дренирају сигмоидни синус и ретрогленоидну вену и отвора кранијалних нерава. 18,19 Код људи, менингеални лимфни судови су визуелизовани МР и лоцирани су око дуралних синуса, средње менингеалне артерије и крибиформне плоче. 25 Арахноидне гранулације су избочине арахноидне мембране где се ликвор улива у сагитални синус и представља једино познато излазно место које дренира директно у крвоток. 1 Традиционално се сматрало да је ово место главно место излаза цереброспиналне течности, али докази сугеришу да под физиолошким интракранијалним притиском практично ниједан ЦСФ не излази у крвоток. 1 Главно место изласка ЦСФ у кичмену мождину је дуж кичмених нерава (4).

Фактори који покрећу проток у глифном путу

Проток ЦСФ-а у периваскуларном простору у мозгу миша делимично је вођен артеријским пулсацијама које произилазе из таласа срчаног систолног притиска. 12,38,39 Ултрабрза МР енцефалографија је открила да се пулсације повезане са респираторним циклусом и променама у вазомоторном тонусу такође шире људским мозгом и на тај начин могу потенцијално допринети протоку глимфата. 40 Насупрот томе, проток ЦСФ унутар вентрикуларних одељења може бити у великој мери вођен дисањем, за које се такође сматра да је значајан покретач ефлукса ИСФ-а дуж перивенозних простора и тракта беле материје. 41 Производња ликвора доприноси инфлуксу паренхима, а инхибиција производње ликвора код глодара третманом ацетазоламидом значајно смањује клиренс ликвора. 42,43 Положај тела такође модулира клиренс код мишева који спавају, клиренс ликвора је ефикаснији са бочним позиционирањем главе него у лежећем положају, где је проток ЦСФ-а више усмерен ка кичменој мождини. 44


Неуролошки сигнали из кичмене мождине изненађују научнике

Са проучавањем мреже између нервних и мишићних ћелија код корњача, истраживачи са Универзитета у Копенхагену стекли су нови увид у начин на који се покрети стварају и одржавају. Дугорочно, нова сазнања могу имати утицаја на лечење, на пример, АЛС-а и повреда кичмене мождине.

За већину људи је лако ставити једну ногу испред друге и наставити да хода. Способност да то урадимо је друга природа или, да тако кажемо, у нашим костима. Прилично дословно.

„Већина покрета се заправо ствара у кичменој мождини. Наравно, постоји разговор са високо рангираним деловима нервног система, као што је велики мозак, али постоје и рефлекси који једноставно потичу из леђа', каже ванредни професор и шеф истраживања Руне В. Берг са Одељења за неуронауку. на Универзитету у Копенхагену.

Он и његова истраживачка група стоје иза студије о мрежи између нервних и мишићних ћелија која је објављена у научном часопису Натуре Цоммуницатионс, а који пружа потпуно нов увид у начине на које се генеришу и одржавају покрети.

Туртле Цравл

У студији, истраживачка група је користила електроде за проучавање рефлекса кичмене мождине корњача када су се огребале једном задњом ногом. Рефлекс се такође налази код паса, мачака и бројних других сисара.

Људи су такође опремљени разним спиналним рефлексима. И иако смо у погледу еволуције прилично удаљени од корњаче, научници верују да су многи од основних механизама исти.

Дакле, када се корњача ритмично чеше пузајућим покретима са задње ноге, ватромет муњевитих неуролошких импулса који се покреће унутар оклопа није далеко од механизама који такође покрећу наше мишиће.

Од метронома до мреже

До сада је била уобичајена претпоставка да активација мишићних неурона потиче из неке врсте командног центра који истовремено шаље сигнал многим ћелијама.

„Пошто је порекло покрета било тешко пронаћи, дуго се претпостављало да је то мало језгро које одређује темпо. Као нека врста метронома. Али наши подаци су показали да би то заправо могла бити велика мрежа“, каже доцент Хенрик Линдеацутен из истраживачке групе која стоји иза студије.

Да би проверили да ли је реч о малим командним јединицама или великој мрежи, истраживачи су упоредили релативно тих ритам кретања корњаче са брзим неуролошким импулсима из кичме.

На изненађење истраживачке групе, мерења нису показала никакве доказе о корелацији - а самим тим ни доказа да су неуролошки сигнали у више ћелија требало да потичу из истог извора, што би заиста био случај да је то био командни центар који је сигнализирао више ћелија у исто време.

Уместо тога, истраживачи сада верују да неуролошки сигнали потичу из велике, раштркане мреже ћелија, од којих свака шаље сигнале само неколико других ћелија. Резултат који је група касније реплицирала у компјутерским моделима симулираног, једноставног нервног система.

Потенцијал за АЛС и повреде кичмене мождине

Са овим резултатима, истраживачи су дошли корак ближе прецизном разумевању где и како се покрети заправо стварају.

„Ако не знамо довољно о ​​мрежи и како она функционише, мало пипамо у мраку када је у питању лечење. Супротно томе, када стекнемо увид у принципе који стоје иза дистрибуције мреже и који типови ћелија су важни, можемо боље ставити лечење неуролошких поремећаја на прави пут', каже Руне В. Берг.

Између осталог, он наглашава неуролошке поремећаје као што је АЛС, као и повреде кичмене мождине, на пример од саобраћајних незгода, као области у којима повећано знање о кичменом нервном систему може довести до напретка у лечењу на дужи рок.

Исто тако, нови увиди из основних истраживања неурона кичмене мождине могу бити од користи другим деловима неурологије, на пример у вези са смрћу у креветићу, која је повезана са дефектима у активности можданог стабла.

Сада, следећи корак за истраживачку групу је да настави мапирање расуте неуролошке мреже оптичким мерењима која им омогућавају да истовремено прате активност на већем подручју.


Како делује бол

Када се информација о болу нађе у мозгу, нисмо сасвим сигурни како се обрађује. Очигледно, неки сигнали иду до моторног кортекса, затим доле кроз кичмену мождину и до моторних нерава. Ови импулси би изазвали контракције мишића да помере вашу руку са пута било чему што узрокује бол.

Међутим, неколико запажања наводи научнике на помисао да мозак може утицати на перцепцију бола.

  • Бол од посекотине на руци на крају попушта или се смањује на нижи интензитет.
  • Ако свесно одвлачите пажњу, не размишљате о болу и он вас мање мучи.
  • Људи који су добили плацебо за контролу бола често пријављују да бол престаје или се смањује.

Ово указује да неуронски путеви који утичу на бол морају постојати од мозга наниже.

Ови силазни путеви потичу из соматосензорни кортекс (који се односи на таламус) и хипоталамус. Таламусни неурони се спуштају у средњи мозак. Тамо, они синапсе на узлазним путевима у медули и кичменој мождини и инхибирају узлазне нервне сигнале. Ово доводи до ублажавања болова (аналгезије). Нешто од овог олакшања долази од стимулације природних опијатних неуротрансмитера који ублажавају болове тзв. ендорфини, динорфини и енкефалини.

Сигнали бола могу покренути путеве аутономног нервног система док пролазе кроз медулу, узрокујући убрзани рад срца и крвни притисак, убрзано дисање и знојење. Обим ових реакција зависи од интензитета бола, и могу бити депресивне од стране можданих центара у кортексу кроз различите силазне путеве.

Како узлазни путеви бола путују кроз кичмену мождину и медулу, они такође могу бити покренути неуропатски бол -- оштећење периферних нерава, кичмене мождине или самог мозга. Међутим, обим оштећења може ограничити реакцију силазних путева мозга.

За то могу бити одговорни и утицаји силазних путева психогени бол (перцепција бола без очигледног физичког узрока).

Мисли, емоције и "кружење" могу утицати на узлазне и силазне путеве бола. Дакле, неколико фактора, физиолошких и психолошких, може утицати на перцепцију бола:

  • Старост - Мождана кола генерално дегенеришу са годинама, тако да старији људи имају нижи праг бола и имају више проблема да се носе са болом.
  • Пол -- Истраживања показују да жене имају већу осетљивост на бол од мушкараца. То би могло бити због полно повезаних генетских особина и хормоналних промена које могу променити систем перцепције бола. Психосоцијални фактори такође могу бити на делу - од мушкараца се очекује да не показују или пријављују свој бол.
  • Умор -- Често осећамо већи бол када је наше тело под стресом због недостатка сна.
  • Меморија -- Начин на који смо искусили бол у прошлости може утицати на нервне одговоре (памћење долази из лимбичког система).

Лекари и неуронаучници генерално класификују бол на следеће начине:


Програми и лабораторије за основна и транслациона истраживања неурологије

Заинтересовани смо да разумемо како имуни одговори промовишу неуролошке болести. Недавни напредак у људској генетици, посебно код неуродегенеративних поремећаја попут Алцхајмерове болести, истакао је узрочну улогу поремећених имунолошких одговора у патогенези болести. Оштећени имуни одговор може бити заједнички именитељ многих неуролошких поремећаја, и акутних (траума мозга или мождани удар) и хроничних (епилепсија, Паркинсонова болест, Алцхајмерова болест, нпр.). Разумевање како урођени имуни одговори изазивају неуролошке болести биће од суштинског значаја ако желимо да развијемо терапије које модификују болест за наше пацијенте. Користећи приступе системској биологији, идентификујемо имунолошке путеве који регулишу имуни метаболизам и имуне одговоре на можданом интерфејсу. Наши циљеви су (1) да разумемо како аберантни мождани и/или периферни урођени имуни одговори узрокују губитак синапси и доприносе рањивости одабраних кола у различитим неуролошким поремећајима, и (2) да развијемо превентивне и терапијске стратегије које циљају на ове упалне путеве код пацијената. са неуролошким обољењима.

Баумер Лаб

У оквиру Одељења за неурологију на Универзитету Станфорд, лабораторија Фионе Баумер има за циљ боље разумевање односа између различитих облика педијатријске епилепсије, когниције и учења.

Посебно истражујемо бенигну роландичну епилепсију (БЕЦТ) и епилепсију одсутности. Надамо се да ћемо боље разумети како се разлике у можданој ексцитацији, пластичности и повезаности односе на потешкоће са језиком, пажњом и учењем у овим условима.

Бронте-Стеварт Лаб

Лабораторија Бронте-Стеварт истражује допринос мозга абнормалном кретању код људи, користећи синхроне снимке мозга и квантитативну кинематику, и како се они модулирају различитим фреквенцијама и обрасцима неуростимулације. Тим др Бронте-Стјуарт био је први у Сједињеним Државама који је имплантирао сензорни неуростимулатор и сада има највећу кохорту имплантираних пацијената на свету. Са ових уређаја, они могу директно да снимају мождане сигнале и користе сопствену неуралну активност пацијента за покретање првих студија неуростимулације затворене петље код Паркинсонове болести. Овај рад је довео до првог мултицентричног националног клиничког испитивања у дубокој можданој стимулацији затворене петље за људе са Паркинсоновом болешћу, које ће водити др Бронте-Стеварт. Остала спроведена клиничка испитивања укључују проучавање неуродегенерације код ХИВ инфекције и безбедности инфузије младе плазме као потенцијалног лечења Паркинсонове болести.

Буцквалтер Лаб

Лабораторија Буцквалтер проучава како инфламаторни одговори након повреде мозга утичу на неуролошки опоравак.

Даи Лаб

Даи Лаб се фокусира на дефинисање карактеристика централног нервног система неуромишићних поремећаја, који озбиљно утичу на пацијенте и породице, али су непотпуно истражени, објашњени или вођени. Детаљне неуропсихолошке и МР студије мозга помажу да се дефинишу развојни и прогресивни ЦНС аспекти ових стања, за које онда тражимо молекуларна и ћелијска објашњења кроз ћелијске студије узорака добијених од пацијената. Да бисмо осигурали да се наше истраживање може превести у клиничку праксу, истовремено смо укључени у колаборативно клиничко истраживање о новим третманима неуромишићних болести, укључујући антисенс олигонуклеотиде и фармаколошку манипулацију мишићне функције, вирусне генске терапије и третмане засноване на ћелијама.

Јун Динг Лаб

Лабораторија Динг користи интердисциплинарне приступе за сецирање функционалне организације моторних кола, посебно кортико-таламо-базалних мрежа ганглија. Дугорочни научни циљ Динг Лаб-а је да конструише функционалне дијаграме кола и успостави узрочно-последичне везе између активности у одређеним групама неурона, функције кола, моторичког понашања животиња и моторичког учења, и на тај начин да дешифрује како базални ганглије обрађују информације и усмеравају моторичко понашање. Поред тога, циљ нам је да додатно помогнемо у конструисању детаља 'дијаграма кола' психомоторних поремећаја, као што су промене у Паркинсоновој болести, злоупотреба дрога и зависност.

Георге Лаб

Лабораторија Џорџ примењује приступе биоинжењеринга за истраживање неуролошких поремећаја. Наш посебан фокус је коришћење интерактивних биоматеријала за промовисање неуралног опоравка. Коришћењем биоматеријала, техника микрофабрикације и терапије матичним ћелијама, у могућности смо да манипулишемо неуронским окружењем и одредимо важне путеве за лечење. Наш циљ је да користимо ове путеве за развој нових третмана за пацијенте са можданим ударом и другим неуролошким обољењима. Са скоро 800.000 можданих удара који се дешавају годишње само у Сједињеним Државама, мождани удар остаје водећи узрок дуготрајне инвалидности и смрти у свету. Упркос учесталости можданог удара, тренутно не постоје медицинске терапије за побољшање субакутног и хроничног опоравка од можданог удара. Џорџ лабораторија настоји да повећа наше разумевање природних механизама поправке путем биомаркера и нових технологија како би се побољшала брига о преживелима од можданог удара.

Греициус Лаб (функционална слика код неуропсихијатријских поремећаја)

Лабораторија Греициус користи снимање, генетику и генетику снимања како би боље разумела Алцхајмерову болест и сродне поремећаје од нивоа молекуларних путева до великих дистрибуираних можданих мрежа и понашања. Недавни и текући рад користи генетску варијацију АПОЕ4 која повећава ризик од Алцхајмерове болести. У студији Станфорд екстремних фенотипова у Алцхајмеровој болести (СтЕП АД), лабораторија тражи заштитне генетске варијанте код здравих старијих субјеката који имају 1 или 2 копије високоризичног АПОЕ4 гена, али не показују знаке Алцхајмерове болести. СтЕП АД студија такође разматра нове узрочне генетске мутације код пацијената са раном појавом Алцхајмерове болести који немају варијанту АПОЕ4. Сви учесници пролазе кроз „дубоку фенотипизацију“ укључујући молекуларно снимање, имунофенотипизацију и биомаркере крви/кичмене течности. Очекује се да ће нове заштитне или узрочне варијанте идентификоване у СтЕП АД студији пружити нове циљеве за развој лекова.

Хан Лаб

Истраживање у лабораторији Хан углавном се фокусира на мултиплу склерозу (МС) и друге инфламаторне демијелинизирајуће болести ЦНС-а. Наш циљ је да идентификујемо биомаркере за праћење активности болести и разумевање заштитних молекула који су присутни током неуроинфламације.

Ми смо лабораторија за истраживање транслације, тако да настојимо да директно применимо наше знање од клупе до кревета. Проучавамо узорке пацијената користећи приступ системске биологије. Тестирамо нашу хипотезу на животињским моделима, ћелијским и биохемијским тестовима како бисмо дешифровали молекуларни механизам са крајњим циљем да се знање примени директно на негу пацијената.

Хендерсон Лаб

У оквиру наука о здрављу становништва, наша истраживачка агенда обухвата когнитивне промене које се јављају као уобичајени фактор нормалног старења и ослабљујућег когнитивног оштећења које прати Алцхајмерову болест и друге облике деменције. Верује се да патолошке промене Алцхајмерове болести почињу годинама, ако не и деценијама, пре појаве менталних симптома. Из тог разлога, кључни аспект нашег истраживања укључује истраживање фактора који утичу на когнитивне вештине у средњим годинама, у време када терапијске интервенције нуде највећи потенцијал за спречавање оштећења у касном животу. Наш приступ укључује и рандомизована клиничка испитивања која су покренули истраживачи и опсервациона истраживања заснована на популацији. Једна важна платформа за наш рад је Центар за истраживање Алцхајмерове болести Станфорд, центар изврсности НИХ-а са мандатом Конгреса који финансира Национални институт за старење. Такође смо сарађивали са клиничким епидемиолозима на Универзитету у Архусу, Данска, да бисмо испитали факторе ризика за Алцхајмерову болест користећи повезане данске медицинске регистре.

Хуанг Лаб

Хуанг Лаб проучава улогу слободних радикала кисеоника у оксидативном оштећењу и дегенерацији ткива. Наши истраживачки алати укључују трансгене и нокаут мишеве и ћелије културе ткива за ин витро експресију гена.

Наше истраживање се фокусира на улогу редокс равнотеже у одржавању и поправци ткива. У нормалним метаболичким условима, слободни радикали кисеоника настају као нуспроизводи оксидативне фосфорилације у митохондријима и нормалних биохемијских реакција у цитосолу. Слободни радикали кисеоника су веома реактивни, па отуда и назив реактивне врсте кисеоника (РОС), и могу изазвати оштећења макромолекула, као што су ДНК, РНК, липиди и протеини.

Хугуенард Лаб

Занимају нас неуронски механизми који леже у основи синхроне осцилаторне активности у таламусу, кортексу и масивно међусобно повезаном таламокортикалном систему. Такве осцилације су везане за когнитивне процесе, нормалне активности спавања и одређене облике епилепсије. Наш приступ је анализа дискретних компоненти које чине таламичка и кортикална кола, и реконституција компоненти у ин витро биолошке и ин силицо рачунарске мреже. Сходно томе, успели смо да идентификујемо гене чији производи, углавном јонски канали, играју кључну улогу у регулацији одговора таламокортикалне мреже. Користећи ово знање, недавно смо осмислили циљане оптогенетичке приступе за откривање напада на њиховом почетку, а затим их у реалном времену пореметити тренутним модификовањем активности кључних елемената у епилептичком колу.

Јамес Лаб

Примарни циљ Јамес Лаб-а је да побољша дијагнозу и лечење можданих болести развојем транслационих молекуларних агенаса за визуелизацију неуроимуних интеракција у основи стања као што су Алцхајмерова болест, мултипла склероза и мождани удар. Истражујемо како мозак и његове резидентне имуне ћелије ступају у интеракцију са периферним имуним системом у веома раним, па све до касних стадијума болести. Наш приступ укључује откривање и карактеризацију клинички релевантних биомаркера имуних ћелија, након чега следи дизајн агенаса за снимање који специфично циљају ове биомаркере. Након претклиничке валидације, ми преносимо обећавајуће сонде за снимање у клинику како бисмо омогућили прецизно циљање имуномодулаторних терапеутика и праћење одговора на лечење у реалном времену.

Лее Лаб

Лее Лаб користи интердисциплинарне приступе из биологије и инжењеринга да анализира, отклања грешке и манипулише можданим колима на нивоу система. Настојимо да разумемо повезаност и функцију ових великих мрежа како бисмо покренули развој нових терапија за неуролошке болести. This research finds its basic building blocks in areas ranging from medical imaging and signal processing to genetics and molecular biology.

Longo Lab

Dr. Longo and his research team are focused on elucidating mechanisms underlying neurodegenerative disorders and developing small molecule therapeutic strategies that target these mechanisms. Neurotrophin proteins bind to multiple receptors (p75, TrkA-C) to modulate survival, functional and degenerative intracellular signaling and synaptic function. The Longo laboratory and collaborators pioneered the mechanistic principle that non-peptide small molecules targeting individual receptor epitopes can activate or modulate neurotrophin receptors to produce distinctive biological effects capable of inhibiting disease mechanisms. This work has led to successful efficacy trials in many mouse models of neurodegenerative disorders including Alzheimer’s, Huntington’s, and Parkinson’s diseases as well as spinal cord injury, traumatic brain injury, chemotherapy-induced neuropathy, ischemic stroke recovery, Rett syndrome, and epilepsy. One of our small molecules, the p75 NTR ligand, LM11A-31, has progressed through a human phase 1 safety trial and is in a phase 2a Alzheimer’s disease trial ongoing in Europe. We have been fortunate to execute the rare full translational spectrum of: identifying novel basic mechanisms, creating novel entities to target those mechanisms, moving these therapeutic candidates through mouse and other pre-clinical studies, progressing one of these candidates to first-in-human safety studies and testing of the first-in-class therapeutic entity in neurodegenerative disease subjects.


How Does Covid-19 Attack the Central Nervous System?

Dr. Ricardo Costa and Dr. Diana Cruz-Topete of Louisiana State University have been investigating how Covid-19 enters the central nervous system. There are multiple pathways the virus takes to reach the brain and spinal cord, and their research demonstrates that one route is through the blood-brain barrier--a semi-permeable border that selectively allows nutrients to flow to and from the brain.

The blood-brain barrier exists to prevent any pathogens and toxins present in the bloodstream from reaching the brain in order to stop the spread of disease or illness. In the blood-brain barrier, glial cells support homeostasis and take on the role of protecting and defending the brain and neurons. A sub-type of glial cells, astrocytes, are the most abundant glial cells in the central nervous system and the brain.

Dr. Costa, PhD

Our results indicate that both astrocytes and neurons—the cells that make up most of our brain—are susceptible to infection by SARS-CoV-2, the virus that causes COVID-19.

In the respiratory system, the Covid-19 virus grabs hold of a specific protein on the surface of each cell. This research team discovered that brain cells have also this protein, which experts hadn't previously confirmed.

Astrocytes, which defend the blood-brain barrier and neurons from infection, are more resistant to Covid-19 than neurons, the cells which receive sensory input and send messages from the brain to other parts of the body. But it only takes a few infected astrocytes to spread the virus to adjacent neurons.

Costa says that astrocytes are infected within a few days of exposure and the team has yet to determine how long it takes for the infection to spread to neurons, but because neurons are more susceptible to infection, the virus is likely to spread more rapidly once it reaches them.

Viruses rely on the support of the cells they infect to multiply. Once the neurons and astrocytes are infected, the Covid-19 virus copies the genetic material of the cells, mimicking its physical and chemical components to trick neighboring cells in order to infect them. This continues the spread of infection--the same way the virus replicates in the respiratory system.


Functional Cell Biology

M.G. Hall , . P. Zweidler-McKay , in Encyclopedia of Cell Biology , 2016

Механизми

The Notch signaling pathway plays a key role in the developmental biology of all animals. It is involved in the growth and differentiation of many cell types, and has the ability to control cell fate decisions. Notch signaling can control the patterns of gene expression within a cell by either upregulating or downregulating various genes. These alterations of gene expression can either induce or impair differentiation. Thus, activating Notch in one cell type may impair differentiation, retaining stem-like properties in that cell type, while its activation may allow for differentiation down an alternate fate in another cell type. The distribution of Notch ligands and receptors can influence the cell fate decisions by three basic mechanisms ( Figure 2 Lewis, 1998 ). During cell division the Notch pathway components can be asymmetrically distributed to two daughter cells (e.g., Numb), leading to different levels of Notch signaling and thus different cell fates. An additional mechanism of Notch influencing cell fate occurs during cell–cell interaction. Competitive Notch signaling can inhibit neighboring cells from adopting the same cell fate through lateral inhibition. This occurs in some cell populations when Notch signaling is induced in neighboring cells by presentation of Notch ligands in the signal-sending cell. Signal-receiving cells downregulate expression of their own Notch ligand and thus decrease Notch signaling in the signal-sending cell. Ultimately, strong Notch signaling occurs in one cell and a lack of Notch signaling occurs in the other cell, thereby promoting different cell fates in neighboring cells. Another mechanism of how Notch influences cell fate decisions is boundary formation or inductive signaling. When a population of cells express Notch ligands they induce Notch signaling in neighboring cells, and this induces an alternate cell fate. Thus a group of cells can induce the differentiation of another group of cells, forming a boundary between different cell types. Whether these mechanisms occur in a particular cell type depends on expression of Notch pathway members and the downstream consequences of Notch signaling in a given cell type.

Слика 2. Mechanisms of cell fate determination or patterning. Through asymmetric segregation of Notch pathway genes (e.g., Numb), daughter cells can adopt distinct cell fates. Through cell–cell interaction, two similar cells can compete with Notch signaling, whereby Notch signaling inhibits expression of Notch ligands on the neighboring cell, resulting in high Notch signaling in one cell and low Notch signaling in the neighboring cell, and thus distinct cell fates. Finally, cells may express Notch ligands and induce Notch signaling in another group of cells, thereby inducing an alternate cell fate and creating a boundary of two cell types.

Using the cell fate mechanisms above, and its ability to regulate growth and apoptosis in a cell type-specific manner, Notch signaling plays numerous roles during embryogenesis, including critical roles in somitogenesis, neurogenesis, myogenesis, hematopoiesis, angiogenesis, among many others. During these developmental processes, Notch signaling induces differentiation in some lineages while impairing it in others ( Liu ет ал., 2010 ).


Visual Loss

Апстрактан

The afferent visual pathways encompass structures which perceive, relay, and process visual information: the eyes, optic nerves (cranial nerve II), chiasm, tracts, lateral geniculate nuclei, optic radiations, and striate cortex. Lesions anterior to and including the chiasm may result in visual acuity (clarity) loss, color deficits, and visual field defects (abnormal central or peripheral vision). From a neuro-ophthalmic standpoint, unilateral retrochiasmal (posterior to the chiasm) disturbances can present primarily with homonymous (both eyes involved with the same laterality) visual field defects without acuity loss. Higher-order processing, instrumental in interpreting visual images, occurs in extrastriate association cortex. Abnormalities in these areas can cause, for instance, deficits in object recognition, color perception, motion detection, and visual attention (neglect of visual stimuli in left or right hemifields). This chapter provides an overview of these structures, details methods of visual field testing, then describes a framework for the localization and diagnosis of disorders affecting the afferent visual pathways. Determining где the lesion is first, then finding out Шта it is second is the advocated approach. Further details regarding these structures' anatomy, blood supply, organization, and neuro-ophthalmic symptoms, as well as the differential diagnosis of lesions affecting them, are detailed in Chapters 4 through 12 Chapter 4 Chapter 5 Chapter 6 Chapter 7 Chapter 8 Chapter 9 Chapter 10 Chapter 11 Chapter 12 .


Апстрактан

Циљеви: Mitochondrial function is coupled to metabolic and survival pathways through both direct signaling cascades and dynamic changes in mitochondrial morphology. For example, a hyperfused mitochondrial reticulum is activated upon cellular stress and is protective against cell death. As part of a genome-wide small inhibitory ribonucleic acid screen, we identified the central redox regulator, Keap1, as a novel regulator of mitochondrial morphology. Here, we aimed to determine the mechanism through which redox signaling and Keap1 mediate changes in mitochondrial morphology.

Резултати: We found that the Nrf2 transcription factor is required for mitochondrial hyperfusion induced by knockdown of Keap1. Nrf2, which is negatively regulated by Keap1, mediates the cell's response to stress by controlling the expression of several hundred genes, including proteasome expression. We next showed that increased proteasome activity, a result of increased Nrf2 activity, is responsible for the degradation of the mitochondrial fission protein Drp1, which occurs in an ubiquitin-independent manner.

Innovation: Our study described a novel pathway by which Nrf2 activation, known to occur in response to increased oxidative stress, decreases mitochondrial fission and contributes to a hyperfused mitochondrial network.

Закључак: This study has identified the Keap1–Nrf2 nexus and modulation of proteasomal activity as novel avenues to inhibit mitochondrial fission. These findings are important, because inhibiting mitochondrial fission is a promising therapeutic approach to restore the balance between fission and fusion, which is attractive for an increasing number of disorders linked to mitochondrial dysfunction. Антиоксид. Редок Сигнал. 27, 1447–1459.