Homework 3 / Κατ Οίκον Εργασία

Transcript

1 Homework 3 / Κατ Οίκον Εργασία Name/Όνομα: Date/Ημερ.: You may need some (or none) of the following equations/constants Μπορεί να χρειαστείτε κάποιες (ή καμία) από τις πιο κάτω εξισώσεις/σταθερές C P A Q MW X RT Co RT Co 61.54mV Co E ln log log (at T=37 zf C zf C z C o C) i i i [ ] o [ ] C A i RT z E [ ] i [ ] C A o F z g E g E g E RT P C P A E ln ( 1) F P C P A E m k k Na Na Cl Cl g g g K Na Cl k k Na Na Cl Cl m m m m gk gna gcl dt m Im gk Ek gnaena gclecl Cm dt K Na Cl g E g E g E dv E I R C R r r m i V g g g 0 x V e dv z P [ C ] z P [ A ] A i ln ( z 1) z P [ C ] z P [ A ] 2 2 C o 2 2 C i A I C dv G n V E G m h V E G n V E dt m m m K m K Na m Na L m L R: Σταθερά αερίων (gas constant) = (Volts Coulomb)/(Kelvin mol) F: Σταθερά Faraday = (Coulomb)/(mol) z: Σθένος (Valence) T: Απόλυτη Θερμοκρασία (absolute temperature) = o C (Kelvin) Extra Points/Έξτρα Βαθμοί Undergraduate students can get up to 5 additional points by successfully answering an equivalent number of Case Study questions. Graduate students can get up to 5 additional points by points by successfully answering an equivalent number of multiple choice questions Οι προπτυχιακοί φοιτητές μπορούν να κερδίσουν μέχρι και 5 επιπρόσθετες μονάδες με επιτυχή συμπλήρωση ανάλογου αριθμού ερωτήσεων από τη Μελέτη Περίπτωσης. Οι μεταπτυχιακοί φοιτητές μπορούν να κερδίσουν μέχρι και 5 επιπρόσθετες μονάδες με επιτυχή συμπλήρωση ανάλογου αριθμού ερωτήσεων πολλαπλής επιλογής. o

2 Multiple Choice Questions (15x2pts = 30 pts) Ερωτήσεις Πολλαπλής Επιλογής (15x2μ. = 30 μ.) 1. Which of the following is the primary function of the three bones in the middle ear? Ποιο από τα ακόλουθα είναι η κύρια λειτουργία των τριών οστών στο μέσο αυτί; A. Amplification of sound pressure waves to increase auditory sensitivity Ενίσχυση των κυμάτων πίεσης του ήχου για αύξηση της ακουστικής ευαισθησίας B. Dampening sound pressure waves to prevent damage to the ear Μείωση των κυμάτων πίεσης του ήχου για την αποφυγή βλάβης στο αυτί C. Selective transmission of high-frequency sounds Επιλεκτική μετάδοση ήχων ψηλής συχνότητας D. Selective transmission of low-frequency sounds Επιλεκτική μετάδοση ήχων χαμηλής συχνότητας 2. Which of the following are TRUE about mechanotransduction in hair cells? Ποιο από τα ακόλουθα είναι ΣΩΣΤΟ σχετικά με τη μηχανική μετατροπή στα τριχωτά κύτταρα; A. The deflection of the hair bundle in any direction leads to a depolarizing receptor potential Η εκτροπή της δέσμης τριχίων σε οποιαδήποτε κατεύθυνση οδηγεί σε εκπόλωση του υποδοχέα B. When mechanotransduction channels open in hair cells there is a passive inward K+ current. Όταν οι δίαυλοι μηχανικής μετατροπής ανοίγουν στα τριχωτά κύτταρα δημιουργείται ένα παθητικό ρεύμα Κ + προς τα μέσα. C. Hair cell mechanotransduction channels are relatively fast, opening and closing in tens of milliseconds Οι δίαυλοι μηχανικής μετατροπής των τριχωτών κυττάρων είναι σχετικά γρήγοροι, ανοίγουν και κλείνουν σε δεκάδες χιλιοστά του δευτερολέπτου D. Hair cells are fragile, but like olfactory neurons can regenerate in days if killed by trauma or aminoglycoside antibiotics. Τα τριχωτά κύτταρα είναι εύθραυστα, αλλά όπως και οι οσφρητικοί νευρώνες μπορούν να αναγεννηθούν σε μερικές ημέρες αν καταστραφούν από τραύμα ή αντιβιοτικά αμινογλυκοσίδης. 3. The location of the displacement of the basilar membrane determines the sound and the amount of displacement the membrane determines sound. Η θέση της μετατόπισης της βασικής μεμβράνης καθορίζει την του ήχου και το μέγεθος της μετατόπισης της μεμβράνης καθορίζει την/το του ήχου. A. intensity, frequency /ένταση, συχνότητα B. intensity, amplitude / ένταση, πλάτος C. frequency, amplitude / συχνότητα, πλάτος D. frequency, intensity /συχνότητα, ένταση 4. A lesion in the left auditory primary auditory cortex would result in which of the following sound localization deficit Μία βλάβη στοn αριστερό πρωτογενή ακουστικό φλοιό θα οδηγήσει σε ποιό από τα παρακάτω ελλείμματα στον εντοπισμό του ήχου A. Localization of sounds < 4 khz in the horizontal direction Εντοπισμός των ήχων < 4 khz στην οριζόντια κατεύθυνση B. Localization of sounds > 4 khz in the horizontal direction Εντοπισμός των ήχων > 4 khz στην οριζόντια κατεύθυνση C. No localization deficit Δεν θα υπάρχει έλλειμμα εντοπισμού D. Localization of sounds in the vertical direction Εντοπισμός των ήχων στην κατακόρυφη διεύθυνση 2

3 5. In the case of vertigo due to otolith detachment, the patient feels that the world is spinning Στην περίπτωση του ιλίγγου λόγω απόσπασης ωτολίθων, ο ασθενής αισθάνεται ότι ο κόσμος γυρίζει A. Often, especially when there are temperature changes Συχνά, ιδιαίτερα όταν υπάρχουν αλλαγές της θερμοκρασίας B. At random times and without warning Τυχαία και χωρίς προειδοποίηση C. While standing still for a long time Όταν στέκεται ακίνητος για πολλή ώρα D. When moving, especially in a circular motion Όταν κινείται, ιδιαίτερα σε κυκλική κίνηση 6. Squirting cold water in the ear of a reclined person will elicit eye movements Ψέκασμα με κρύο νερό στο αυτί ενός ξαπλωμένου ατόμου θα προκαλέσει κίνηση των ματιών A. because fluid volume contracts and flows γιατί ο όγκος των υγρών συστέλλεται και υπάρχει ροή B. by causing a drowning sensation. λόγω πρόκλησης μιας αίσθησης πνιγμού C. by activating thermoreceptors in the semicircular canals. λόγω ενεργοποίησης θερμο-υποδοχέων στους ημικυκλικούς σωλήνες D. only if the person is comatose. μόνο αν το άτομο βρίσκεται σε κώμα 7. A 25-year-old man who was trimming branches from tall trees in front of his house and fell off his ladder. On examination, he was alert and answered questions normally. However, you found the following signs: Ένας 25χρονος άνδρας που έκοβε κλαδιά από ψηλά δέντρα μπροστά από το σπίτι του και έπεσε από τη σκάλα. Κατά την εξέταση, ήταν σε εγρήγορση και απαντούσε κανονικά στις ερωτήσεις. Εντούτοις, παρουσίαζε τα ακόλουθα σημεία: i. Tactile and vibratory sensation was absent over the entire left lower body and lower limb. He could not tell the orientation of his left leg when you moved it into different positions. Η αίσθηση της αφής και της δόνησης απουσίαζαν απ όλο το αριστερό κατώτερο σώμα και το κάτω άκρο. Δεν μπορούσε να πει τον προσανατολισμό του αριστερού ποδιού του όταν το μετακινούσαν σε διαφορετικές θέσεις. ii. Tactile sensation was normal on the entire right side of his body. He correctly indicated the position of his right leg when it was moved. Η αίσθηση της αφής ήταν φυσιολογική σε ολόκληρη τη δεξιά πλευρά του σώματός του. Δήλωνε σωστά τη θέση του δεξιού ποδιού του όταν μετακινήθηκε. iii. Pin prick sensation was absent on the right side of the lower body and leg from the level of the umbilicus down. Η αίσθηση του τσιμπήματος με καρφίτσα ήταν απούσα στη δεξιά πλευρά του κάτω σώματος και στο πόδι. iv. Pin prick sensation was normal on the entire left side of the body. Η αίσθηση του τσιμπήματος με καρφίτσα ήταν φυσιολογική στην αριστερή πλευρά του σώματος Where was his spinal cord damaged? Που είχε καταστραφεί ο νωτιαίος μυελός του; A. Left at the level C3 / Αριστερά στο επίπεδο A3 B. Right at the level C3 / Δεξιά στο επίπεδο Α3 C. Left at the level T8 / Αριστερά το επίπεδο Θ8 D. Right at the level T8 / Δεξιά στο επίπεδο Θ8 3

4 8. The spinal cord of a 23 year old woman is damaged on the left side at the T5 level after a skiing accident. Symptoms resulting from this injury would most likely be Ο νωτιαίος μυελός μιας 23χρονης γυναίκας έχει υποστεί βλάβη στην αριστερή πλευρά στο επίπεδο Τ5 μετά από ένα ατύχημα στο σκι. Τα συμπτώματα που προκύπτουν από αυτή τη ζημία πιθανότατα θα είναι A. Loss of touch sensation on the left below the level of T5 Απώλεια της αίσθησης της αφής στα αριστερά κάτω από το επίπεδο του Τ5 B. Loss of touch sensation on the right from the level of T5 and below Απώλεια της αίσθησης της αφής στα δεξιά από το επίπεδο του Τ5 και κάτω C. Loss of pain and temperature sensation on the left below the level of T5 Απώλεια του πόνου και της αίσθησης θερμοκρασίας στα αριστερά κάτω από το επίπεδο του Τ5 D. Loss of pain and temperature sensation on the right below the level of T5 Απώλεια του πόνου και της αίσθησης θερμοκρασίας στα δεξιά κάτω από το επίπεδο του Τ5 9. A tactile sensation loss localized to the lower right leg and accompanied by pain and temperature deficits, at the same site, without any other symptoms would most likely be caused by Μια απώλεια αφής στο κάτω δεξί πόδι η οποία συνοδεύεται από απώλειες πόνου και θερμοκρασίας, στην ίδια περιοχή, χωρίς άλλα συμπτώματα κατά πάσα πιθανότητα προκλήθηκε από A. right peripheral nerve damage. βλάβη στο δεξί περιφερικό νεύρο. B. injury to the right side of the lower spinal cord. τραυματισμό στη δεξιά πλευρά του κατώτερου νωτιαίου μυελού. C. injury to the left side of the lower spinal cord. τραυματισμό στη αριστερή πλευρά του κατώτερου νωτιαίου μυελού. D. bilateral spinal cord injury at lower spinal levels. Τραυματισμό και στις δύο πλευρές του κατώτερου νωτιαίου μυελού. 10. Referred pain Αντανακλαστικός πόνος A. Is the name given to symptoms of a patient who has been referred from a general practice physician to a pain management specialist. Είναι το όνομα που δίνεται σε συμπτώματα ενός ασθενούς ο οποίος έχει παραπεμφθεί από τον γενικό παθολόγο σε έναν ειδικό διαχείριση του πόνου. B. Results when cutaneous sensory neurons send aberrant axonal branches to visceral organs. Παρουσιάζεται όταν δερματικοί αισθητήριοι νευρώνες στέλνουν μη φυσιολογικές διακλαδώσεις σε σπλαχνικά όργανα. C. Results when visceral neurons send aberrant axonal branches to the skin. Παρουσιάζεται όταν σπλαχνικοί νευρώνες στέλνουν μη φυσιολογικές διακλαδώσεις στο δέρμα. D. Is a combination of visceral and cutaneous pain information conveyed by parallel and adjacent pathways. Είναι ένας συνδυασμός της πληροφορία του πόνου από δερματικούς και σπλαχνικούς νευρώνες που μεταφέρεται από παράλληλες και παρακείμενες οδούς. 4

5 11. Rigor mortis is caused by: Νεκρική ακαμψία προκαλείται λόγω: A. too much starch in the laundry πάρα πολλής κόλλας στο σιδέρωμα B. acetylcholine released from dying motor neurons onto motor endplates ακετυλοχολίνης, που απελευθερώνεται από τους νεκρούς κινητικούς νευρώνες, στις κινητικές συνάψεις C. calcium released from packets inside of muscle cells ασβεστίου που απελευθερώνεται από χώρους μέσα στα μυϊκά κύτταρα D. natural stiffening of muscle cell membranes after death φυσική σκλήρυνση των κυτταρικών μεμβρανών των μυών μετά από το θάνατο E. stiffening of skeletal joints, having nothing to do with the muscles themselves σκλήρυνση των σκελετικών αρθρώσεων, έχοντας τίποτα να κάνει με τους ίδιους τους μύες 12. The main function of muscle spindles is to: Η κυριότερη λειτουργία των μυϊκών ατράκτων είναι να A. Provide contraction of the muscle Συστέλλουν τον μυ B. Act as structural support for the muscles Παρέχουν μηχανική υποστήριξη στου μύες C. Act as stretch receptors Λειτουργούν ως αισθητήρες τάνυσης D. Provide the specialized membrane that holds nicotinic receptors Παρέχουν εξειδικευμένη μεμβράνη η οποία κρατά νικοτινικούς υποδοχείς 13. The condition called tetanus refers to Η κατάσταση που αποκαλούμε μυϊκό τέτανο αναφέρεται σε A. a muscle firing pattern resulting from one s willing a muscle to contract at maximum velocity. ένα μοτίβο από δυναμικά ενεργείας το οποίο παράγεται σαν αποτέλεσμα της βούλησης κάποιου να συσπάσει ένα μυ με τη μέγιστη δυνατή ταχύτητα. B. a motor unit firing pattern that is rarely observed under normal physiological conditions. ένα μοτίβο από δυναμικά ενεργείας μιας κινητικής μονάδας, το οποίο σπάνια το βλέπουμε σε φυσιολογικές καταστάσεις. C. lockjaw symptoms resulting from exposure to the tetanus toxin. κλείδωμα της σιαγόνας από σύσπαση των μυών λόγω έκθεσης στην τοξίνη του τετάνου D. the response of single muscle fibers to a single action potential input. E. απόκριση μιας μυϊκής ίνας σε ένα μόνο δυναμικό ενεργείας. 5

6 14. Which of the following statements about directional tuning and population coding by primary motor cortical (PMC) neurons is correct? Ποια από τις παρακάτω δηλώσεις σχετικά με την επιλεκτικότητα κατεύθυνσης και την πληθυσμιακή κωδικοποίηση από τους νευρώνες του πρωτοταγούς κινητικού φλοιού (PMC) είναι σωστές; A. The precision of directional motor movements equals the precision of directional tuning of individual PMC cells. Η ακρίβεια στην κατεύθυνση των κινήσεων ισούται με την ακρίβεια της επιλεκτικότητας της κατεύθυνσης των μεμονωμένων κυττάρων του PMC. B. Most PMC neurons have two or three distinct, preferred directions separated by intervening ranges of non-preferred directions. Οι περισσότεροι νευρώνες του PMC έχουν δύο ή τρεις ξεχωριστές, προτιμώμενες κατευθύνσεις που διαχωρίζονται από τα παρεμβαλλόμενα εύρη μη προτιμώμενων διευθύνσεων. C. The vector summation of population responses of PMC neurons is important for directional control of motor movements. Το άθροισμα των διανυσμάτων των πληθυσμιακών αποκρίσεων των νευρώνων του PMC είναι σημαντικό για τον έλεγχο της κατεύθυνσης των κινήσεων. D. Every possible direction of motion is made possible by specific populations of PMC neurons that are tuned specifically to each of the possible directions. Κάθε πιθανή κατεύθυνση της κίνησης καθίσταται δυνατή από συγκεκριμένους πληθυσμούς νευρώνων του PMC που συντονίζονται ειδικά σε κάθε μία από τις πιθανές κατευθύνσεις. 15. Cerebellar ataxia is characterized by Η παρεγκεφαλιδική αταξία χαρακτηρίζεται από A. difficulty with initiating movements. δυσκολία στην εκκίνηση κινήσεων. B. an inability to perform goal-directed movements. αδυναμία εκτέλεσης κινήσεων που κατευθύνονται σε στόχο C. an inability to perform complex sequences of movements. αδυναμία εκτέλεσης πολύπλοκων ακολουθιών κινήσεων. D. jerky, imprecise movements. σπασμωδικές, ανακριβείς κινήσεις. 6

7 Short Answer Questions (70 pts) Ερωτήσεις με σύντομες απαντήσεις (70 μ.) 1. Each inner hair cell in the cochlea synapses with many neurons. What are the benefits of such arrangement? Explain. (Hint: Think low intensity sounds and encoding of their phase.) Κάθε έσω τριχωτό κύτταρο στον κοχλία δημιουργεί συνάψεις με πολλούς νευρώνες. Ποια είναι τα πλεονεκτήματα μιας τέτοιας διαρρύθμισης; Εξηγείστε. (Βοήθεια: Σκεφτείτε χαμηλής έντασης ήχους και την κωδικοποίηση της φάσης τους.) (5) 7

8 2. Recurrent Autitis Media (middle ear infection) can cause hearing loss. Επαναλαμβανόμενες λοιμώξεις του μέσου ωτός μπορεί να προκαλέσουν απώλεια ακοής. a. What might be the cause of this hearing loss? Τι θα μπορούσε να είναι η αιτία αυτής της απώλειας ακοής; (2) b. Is this hearing loss complete? Does it affect some frequencies more than others? Είναι αυτή η απώλεια ακοής πλήρης; Επηρεάζει κάποιες συχνότητες περισσότερο από άλλες; (3) c. How is this hearing loss different than the hearing loss due to aging? Πώς είναι αυτή η απώλεια ακοής διαφορετική από την απώλεια ακοής λόγω της γήρανσης; (3) d. Hearing aids increase the intensity of the sound reaching the inner ear. How effective are hearing aids in the above cases of hearing loss (due to recurrent infections and aging). Τα ακουστικά βαρηκοΐας αυξάνουν την ένταση του ήχου που φτάνει στο εσωτερικό του αυτιού. Πόσο αποτελεσματικά είναι αυτά τα βοηθήματα στις παραπάνω περιπτώσεις απώλειας ακοής (λόγω επαναλαμβανόμενων λοιμώξεων και λόγω γήρανσης) της ακοής. (2) 8

9 3. Regarding the vestibular system Όσον αφορά στο αιθουσαίο σύστημα a. Explain how the semicircular canals are specialized to assess rotational acceleration of the head, while the otolith organs are specialized to detect linear acceleration and static position of the head relative to the gravitational axis. Εξηγήστε τον τρόπο με τον οποίο οι ημικυκλικοί σωλήνες εξειδικεύονται στην εκτίμηση της περιστροφικής επιτάχυνσης της κεφαλής, ενώ τα όργανα των ωτολίθων εξειδικεύονται στην εκτίμηση της γραμμικής επιτάχυνσης και της στατικής θέσης της κεφαλής σε σχέση με τον άξονα βαρύτητας. (5) b. What is the vestibulo-ocular reflex (VOR) and what is its purpose? If you lost your VOR, what symptoms would you experience? Τι είναι το αιθουσο-οφθαλμικό αντανακλαστικό (VOR) και ποιος ο σκοπός του; Εάν χάσατε το VOR σας, ποια συμπτώματα θα παρουσιάσετε; (5) 9

10 4. Consider two sensory neurons with receptive fields indicated by the large triangles in the figure. When forces are exerted at points A, B, or C, the second order neurons (numbered 1 and 2) fire as shown in the graphs to the right. Explain how this might happen and show that on the figure. Εξετάστε τους δύο αισθητήριους νευρώνες με υποδεκτικά πεδία όπως υποδεικνύονται από τα μεγάλα τρίγωνα στο σχήμα. Όταν δυνάμεις που ασκούνται στα σημεία Α, Β, ή Γ, οι νευρώνες στη δεύτερη σειρά (αριθμημένοι 1 και 2) πυροδοτούν δυναμικά ενεργείας όπως φαίνεται στο σχεδιάγραμμα στα δεξιά. Εξηγήστε πώς αυτό μπορεί να συμβεί και δείξτε το ότι στο σχήμα. (10) 1 2 Force at A APs at 1 Force at C Force at B A C B APs at 2 t 10

11 5. Answer the following questions based on what you know about the pain pathways of the human body Απαντήστε στις ακόλουθες ερωτήσεις με βάση το τι ξέρετε για τις διαδρομές του πόνου του ανθρώπινου σώματος a. Pain receptors are multimodal. What kinds of damage can they detect? (3 types) Υποδοχείς του πόνου είναι πολυτροπικοί. Τι είδους ζημιές μπορούν να ανιχνεύσου; (3 τύποι) (3) b. We have two different types of pain responses. What is the purpose of each? Έχουμε δύο διαφορετικούς τύπους αποκρίσεων πόνου. Ποιος είναι ο σκοπός του καθενός; (2) c. What are the characteristics of the neuronal axons that transmit each pain response? How are those characteristics justified based on your answer of the previous question? Ποια είναι τα χαρακτηριστικά των νευρωνικών αξόνων που μεταδίδουν την κάθε απόκριση του πόνου; Πώς αυτά τα χαρακτηριστικά δικαιολογούνται με βάση την απάντησή σας στην προηγούμενη ερώτηση; (3) d. What is the mechanism that the brain uses to control pain? (Mention the neurotransmitters and where they act) Ποιος είναι ο μηχανισμός που χρησιμοποιεί ο εγκέφαλος για τον έλεγχο του πόνου; (Αναφέρεται τους νευροδιαβιβαστές και την περιοχή δράσης τους. (2) 11

12 6. For the muscle fibers to contract and relax normally, both Ca 2+ and ATP are required. Για να συστέλλονται και να χαλαρώνουν κανονικά οι μυϊκές ίνες, απαιτούνται τόσο Ca 2+ όσο και ATP. a. What will happen if Ca 2+ is depleted from the muscle fiber? What will happen if there is an excess of Ca 2+ in the muscle fiber? Explain why (in the presence of ATP). Τι θα συμβεί εάν το Ca 2+ εξαντληθεί από τη μυϊκή ίνα; Τι θα συμβεί αν υπάρχει περίσσεια Ca 2+ στην μυϊκή ίνα; Εξηγείστε γιατί (στη παρουσία ATP). (5) b. What will happen if ATP is depleted from the muscle fiber? What will happen if there is an excess of ATP in the muscle fiber? Explain why (in the presence of Ca 2+ ). Τι θα συμβεί εάν το ΑΤΡ εξαντληθεί από τη μυϊκή ίνα; Τι θα συμβεί εάν υπάρχει περίσσεια ATP στην μυϊκή ίνα; Εξηγείστε γιατί (στην παρουσία Ca 2+ ). (5) 12

13 7. How is the tremor of Parkinson s disease different than that caused by cerebellar damage? How can this be explained based on what you know about the function of the brain regions responsible for each? Ποιες είναι οι διαφορές του τρόμου της ασθένειας Parkinson από αυτόν που προκαλείται από ζημιά στην παρεγκεφαλίδα; Πως εξηγούνται οι διαφορές με βάση τα όσα ξέρετε για τη λειτουργία των εγκεφαλικών περιοχών που ευθύνονται για το καθένα; (5) 13

14 8. You are recording potentials from the motor neurons of a cat leg muscle. At the same time, you are recording from an interneuron that projects to the motor neurons that you are recording from. You note that the motor neuron is firing at some frequency. While keeping the muscle at an isometric condition (still), you activate the Golgi-tendon organ afferents in that muscle. You notice that the firing rates of the interneuron and the motor neuron change. Κάνετε εγγραφή δυναμικών από τους κινητικούς νευρώνες ενός μυός του ποδιού της γάτας. Την ίδια στιγμή, εγγραφή γίνεται και από ένα διάμεσο νευρώνα που καταλήγει στους κινητικούς νευρώνες της πρώτης εγγραφής. Παρατηρείτε ότι ο κινητικός νευρώνας πυροδοτεί σε κάποια συχνότητα. Ενώ διατηρείτε τον μυ σε ισομετρική κατάσταση (ακίνητο), ενεργοποιείτε τα τενόντια όργανα Golgi σε αυτό το μυ και παρατηρείτε ότι τα ποσοστά πυροδότησης του διάμεσου νευρώνα και του κινητικού νευρώνα αλλάζουν. a. Do you think that the rate of action potentials in the motor neuron should increase or decrease? Explain why. Πιστεύετε ότι ο ρυθμός των δυναμικών ενεργείας στον κινητικό νευρώνα θα αυξηθεί ή θα μειωθεί; Εξηγήστε γιατί. (3) b. Do you think that the rate of action potentials in the interneuron should increase or decrease? Explain why. Πιστεύετε ότι ο ρυθμός των δυναμικών ενεργείας στον διάμεσο νευρώνα θα αυξηθεί ή θα μειωθεί; Εξηγήστε γιατί. (2) 14

15 9. What makes it possible to have a graded contraction of the muscle organ if each muscle fiber (=muscle cell) contracts in an "all or none" manner? Explain the inconsistency. Τι είναι αυτό το οποίο επιτρέπει στο μυ να έχει βαθμιδωτή σύσπαση αν και κάθε μυϊκή ίνα (=μυϊκό κύτταρο) συσπάται με τη μορφή όλα-ή-τίποτα ; Εξηγείστε την αντίφαση. (5) 15

16 Case Study Harry is feeling very weak (30 pts) Harry is in his mid-40s. He has come to his doctor reporting general weakness, particularly in his lower extremities. When he enters the doctor s office, he is obviously clumsy. During the examination, the doctor notices that his speech is slurred. In taking his medical history, the doctor notes that Harry has had a sixmonth-long problem with extreme fatigue and he has lost significant weight. In fact, his upper body appears to have nearly wasted away. When asked why he came in, Harry tells the doctor that he has had difficulty in combing his hair, writing, climbing stairs, and climbing up and down out of his truck. His arms have become increasingly weak, and he has also experienced increasing trouble getting dressed (zipping and buttoning his jeans is beyond him). As the doctor speaks with Harry, he notices that Harry s tongue is moving strangely; it keeps writhing and twitching. During the physical examination, Harry gags on the tongue depressor (when it is only touching his lips!) and he has difficulty swallowing. While the remainder of his reflexes is normal, Harry shows pronounced muscle weakness and abnormal spasticity mostly in his legs, but also in his arms, though to a lesser degree. Ο Χάρι είναι στα '40 του. Έχει έρθει στο γιατρό του λόγω γενικής αδυναμίας, ιδιαίτερα στα κάτω άκρα του. Όταν εισέρχεται στο γραφείο του γιατρού, είναι προφανώς αδέξιος. Κατά τη διάρκεια της εξέτασης, ο γιατρός παρατηρεί ότι η ομιλία του είναι ανεπαρκής (σαν μεθυσμένου). Κατά τη λήψη του ιατρικού ιστορικού, ο γιατρός σημειώνει ότι ο Χάρι εδώ και ένα εξάμηνο παρουσιάζει σημαντική κόπωση και έχει χάσει αρκετό βάρος. Στην πραγματικότητα, το πάνω μέρος του σώματος του φαίνεται υπερβολικά αδυνατισμένο. Όταν ρωτήθηκε για ποιο λόγο ήρθε, ο Χάρι λέει στο γιατρό ότι δυσκολευόταν να χτενίσει τα μαλλιά του, να γράψει, να ανέβει σκάλες και να αναρριχηθεί πάνω και κάτω από το φορτηγό του. Τα χέρια του γίνονται όλο και πιο αδύναμα και επίσης το βρίσκει όλο και πιο δύσκολο να ντυθεί (το να κλείσει το φερμουάρ και τα κουμπιά του τζιν είναι αδύνατον γι αυτόν πλέον). Ενώ ο γιατρός μιλάει με τον Χάρι, παρατηρεί ότι η γλώσσα του Χάρι κινείται περίεργα. Συστρέφεται και σφίγγει. Κατά τη διάρκεια της φυσικής εξέτασης, ο Χάρι αντανακλαστικά τείνει προς εμετό (αντανακλαστικό εξεμέσεως - gag reflex) και μόνο που το καταθλιπτικό ξυλάκι της γλώσσας αγγίζει τα χείλη του. Επίσης δυσκολεύεται να καταπιεί. Ενώ το υπόλοιπο των αντανακλαστικών του είναι φυσιολογικό, ο Χάρι δείχνει έντονη μυϊκή αδυναμία και ανώμαλη σπαστικότητα - κυρίως στα πόδια του, αλλά και στην αγκαλιά του, αν και σε μικρότερο βαθμό. 1. Draw a simple diagram and explain the control of motion from the primary motor cortex to the muscle cell including the connections that are responsible for a simple reflex (e.g. the patellar reflex or knee-jerk.) Do not include other parts of the brain (e.g. supplementary motor area, basal ganglia, cerebellum, etc) Σχεδιάστε ένα απλό διάγραμμα και εξηγήστε τον έλεγχο της κίνησης από τον πρωτοταγή κινητικό φλοιό στο μυϊκό κύτταρο, συμπεριλαμβανομένων των συνδέσεων που είναι υπεύθυνες για ένα απλό αντανακλαστικό (π.χ. το επιγονατιδικό αντανακλαστικό από το γόνατο). Μη συμπεριλαμβάνετε άλλα μέρη του εγκεφάλου (π.χ. συμπληρωματικός κινητικός φλοιός, βασικά γάγγλια, παρεγκεφαλίδα, κλπ) (10) 2. Given that most of the reflexes are normal, which parts of the above system are most affected? Δεδομένου ότι τα περισσότερα από τα αντανακλαστικά είναι φυσιολογικά, ποια τμήματα του παραπάνω συστήματος έχουν επηρεαστεί περισσότερο; (5) 3. Why are some reflexes (like the gag reflex in this patient) exaggerated and some muscles (like the tongue muscles in this patient) spastic? Think beyond the simple diagram you have drawn above and 16

17 consider what you have learned in class about more complicated reflex circuits, which may include bilateral responses. Γιατί είναι μερικά αντανακλαστικά (όπως το αντανακλαστικό εξεμέσως σε αυτόν τον ασθενή) είναι υπερβολικά και μερικοί μύες (όπως οι μύες της γλώσσας σε αυτόν τον ασθενή) σπαστικοί; Σκεφτείτε πέρα από το απλό διάγραμμα που έχετε σχεδιάσει παραπάνω και σκεφτείτε τι έχετε μάθει στο μάθημα για τα πιο περίπλοκα κυκλώματα αντανακλαστικών, τα οποία μπορεί να περιλαμβάνουν και αμφίπλευρες αποκρίσεις. (5) 4. Upon performing blood tests, the doctor discovers high levels of glutamate in the patient s cerebrospinal fluid. Based on what you know about this neurotransmitter, how could this increase explain the death of motor neurons? Κατά τη διενέργεια εξετάσεων αίματος, ο γιατρός ανακαλύπτει υψηλά επίπεδα γλουταμινικού οξέος στο εγκεφαλονωτιαίο υγρό του ασθενούς. Με βάση αυτό που γνωρίζετε για αυτόν τον νευροδιαβιβαστή, πώς θα μπορούσε αυτή η αύξηση να εξηγήσει το θάνατο των κινητικών νευρώνων; (5) 5. The median survival time from onset to death ranges from 20 to 48 months. However, physicist Stephen Hawking, who also suffered from this disease, died 76 years old. Hawking's condition was first diagnosed when he was 21, and he was not expected to see his 25th birthday. Obviously he had a less aggressive form of the disease. However, during the last few years, he required constant medical support. What kind of support do you believe was necessary to sustain his life? Ο μέσος χρόνος επιβίωσης, γι αυτή την ασθένεια, από την εμφάνιση έως το θάνατο κυμαίνεται από 20 έως 48 μήνες. Ωστόσο, ο φυσικός Stephen Hawking, ο οποίος έπασχε επίσης από αυτή την ασθένεια, πέθανε σε ηλικία 76 ετών. Η κατάσταση του Hawking διαγνώστηκε για πρώτη φορά όταν ήταν 21 ετών και δεν αναμενόταν να δει τα 25α γενέθλιά του. Προφανώς έχει μια λιγότερο επιθετική μορφή της ασθένειας. Κατά τα τελευταία του χρόνια, όμως, χρειαζόταν συνεχή ιατρική υποστήριξη. Τι είδους στήριξη πιστεύετε ότι ήταν απαραίτητη να τον διατηρήσει εν ζωή; (5) 17

18 18