Wykład 5

ewolucja układu nerwowego

rozwój mózgowia

dr Marek Binder

Zakład Psychofizjologii

ewolucja układu nerwowego

• po co nam układ nerwowy?

• zdolne do ruchu larwy osłonic mają prymitywne mózgi, które zanikają po przyczepieniu się do podłoża 2

• gąbki – komórki wydzielają GABA i Glu na zewnątrz natomiast inne komórki mają receptory i odbierają sygnały do skurczów i rozkurczów

3

• gąbki szklane – komórki generują impulsy elektryczne, które zatrzymują ruch wici powodujących przepływ wody

4

stułbia

• sieć nerwowa –niezorganizowana i luźno połączona sieć komórek nerwowych rozproszona po całym ciele

5

urbilateria• przodek zwierząt o

dwubocznej symetrii (kręgowców, mięczaków i owadów) – zaczątki układu nerwowego rozwijały się wokół otworu gębowego i pierwotnych oczu

• budowa segmentowa, która jest widoczna także u ludzi

6

strunowce

• strunowce – pierwsze struktury mózgu

• u pierwszych strunowców –tylko cewka nerwowa i zgrubienie w części głowowej, pęcherzyk mózgowy

• 500 mln lat temu mutacja u pierwszych strunowców spowodowała zduplikowanie całego genomu, co dało przestrzeń na mutacje

minóg

7

płazy

• 360 mln lat temu -pojawienie się kory nowej po wyjściu na ląd

8

pierwsze ssaki

• duża proporcja mózg/ciało w porównaniu np. z dinozaurami

• stałocieplność• rozbudowana opuszka

węchowa i kora czuciowa

• po wejściu na drzewa rozwój obszarów wzrokowych

9

szympansy

• rozwój układu wzrokowego (kora) – większy niż u ludzi

• rozbudowane życie społeczne człowiekowatych przyczyniło się do rozwoju struktur korowych (przede wszystkim okolic przedczołowych)

• wspólny przodek człowieka i małp żył ok. 14 mln lat temu, szympansów i ludzi 5-8 mln lat temu

10

człowiek

• ludzki mózg zaczął zwiększać objętość ok. 2,5 miliona lat temu

• przyczyny są nieznane– mutacja osłabiająca mięśnie

szczęki, dzięki czemu czaszka mogła się powiększyć

• dzięki wynalezieniu narzędzi i ognia bogatsza dieta – więcej energii na „opalanie” mózgu i skrócenie jelit

• powstanie człowieka współczesnego ok. 200 tys. lat temu

11

12

mózg człowieka

• w ciągu ostatnich 15 tys. lat ludzki mózg skurczył się ok. 3-4%– bardziej efektywny

mózg?– D. Geary: a może rozwój

cywilizacji umożliwiła przetrwanie mniej inteligentnym?

• neandertalczycy mieli większe mózgi niż my, ale ich wytwory pokazują, że byli mniej twórczy niż homo sapiens

13

rewolucja górnego paleolitu

15

• ok. 40.000 lat temu nastąpił gwałtowny rozwój złożoności wytworów człowieka

kultura mustierska300.000 – 40.000 lat temu

kultura szatelperońska42.000 – 37.000 lat temu

kultura oryniacka40.000-20.000lat temu

gdyby dinozaury przetrwały …

• istnieją przesłanki, że dinozaury ewoluowały w podobnym kierunku co ssaki - troodon

– przodkowie ptaków chodzili po drzewach

– większe mózgi, chwytne kończyny górne, dwunożność

– dinozauroidy

• a może im się jednak udało?

16

rozwój mózgu

• poziom makro

– rozwój struktur mózgu

• poziom mikro

– zmiany na poziomie neuronów i ich sieci

17

Rozwój makro• ciąża

– okres zarodkowy 1 trymestr

– okres płodowy 2-3 trymestr

• zaczątki układu nerwowego - gastrula

– płytka nerwowa wyodrębniająca się z ektodermy

– płytka ulega wpukleniu tworząc rynienkę nerwową

– neurulacja: rynienka nerwowa ulega zamknięciu tworząc cewę nerwową (zawiązek ośrodkowego układu nerwowego)

– w trakcie neurulacji powstaje grzebień nerwowy, stanowiący zaczątek obwodowego układu nerwowego

18

b

19

20

wydrębnianie się mózgowia

• ok. 4 tygodnia następuje całkowite zamknięcie cewy

21

pęcherzykimózgowe

• (A) faza pęcherzyków pierwotnych

• (B) faza pęcherzyków wtórnych

• (C) mózgowie pod koniec drugiego trymestru

22

podobieństwo płodów ssaków

• gdzie jest płód świni a gdzie płód ludzki?23

24

specyfika rozwoju człowieka• z powodu wielkości mózgu człowiek rodzi się „za

wcześnie” w stosunku do innych hominidów

– poród jest dużo trudniejszy u ludzi niż u innych zwierząt

– wydłużony okres zależności od otoczenia

– bardzo długotrwałe dojrzewanie

– neotenia

25

pęcherzyki mózgowe

26

Etapy rozwoju mózgowia

1. Proliferacja

2. Różnicowanie

3. Migracja

4. Synaptogeneza

5. Mielinizacja

27

proliferacja i różnicowanie

28

migracja neuronów - glej radialny

30

tworzenie się połączeń nerwowych

• migracja aksonów

• rosnący akson ma na swoim szczycie stożek wzrostu wyposażony w filopodia

• na stożku wzrostu znajdują się receptory substancji sterujących jego wzrostem

– gradient stężeń – sygnalizatory chemiczne

– oddziaływanie z cząsteczkami CAM (adhezyjnymi)

31

Eksperyment Sperry’ego: Po przecięciu nerwu wzrokowego i odwróceniu oka, aksony nerwu wzrokowego odrastały do swoich początkowych punktów docelowych, a nie do

punktów odpowiadających zmienionej orientacji oka.

33

34

synaptogeneza

• ważną rolę w tworzeniu się połączeń odgrywają czynniki troficzne (neurotrofiny), np. NGF, BDNF, wydzielane przez neurony docelowe

• zasada „use it or lose it”neurony wytwarzające połączenia nieaktywne ulegają apoptozie (tj. programowanej śmierci – inne zjawisko niż nekroza); ale ilość synaps rośnie!

• już w okresie ciąży oraz po urodzeniu wymiera prawie połowa neuronów utworzonych w czasie ciąży

35

wpływ doświadczenia

• powstawanie kolumn dominacji ocznej u małp

36

rozwój po urodzeniu

• zmiany objętości struktur mózgu oraz istoty białej

37

mielinizacja

• tworzenie się osłonki mielinowej wokół aksonów

• przyspiesza transmisję sygnałów

• trwa do końca drugiej dekady życia (a nawet dłużej)

38

na zakończenie

• mózg rozwija się przez całe życie, adaptując się do zmiennych warunków otoczenia (pamięć, uczenie się, reakcja na uszkodzenia tkanki nerwowej)

• mówimy zatem o plastyczności układu nerwowego

– tworzenie się nowych połączeń

– modulacja siły połączeń

– powstawanie nowych neuronów

39