פיזיולוגיה של מערכת העצבים

Transcript

1 פיזיולוגיה של מערכת העצבים קורס (תשס"ו) סיכומי שיעורים ומצגות מסכמים: יובל בןחורין נועה דנון שאול דרוקמן איתי הרשנהורן רע מיטלמן גולן פונדק אחיה קרונמן מיכל רמות אור תומר

2 בחוברת זו מובאים סיכומים שנעשו ע"י חלק מתלמידי הקורס בסמסטר ב', הסיכומים מבוססים על החומר שהועבר בכיתה, המצגות (אשר נמצאות באתר הקורס של שנה"ל 2006), מאמרי הרחבה (אשר הועברו לאתר הקורס), והרחבות מהפרקים הרלוונטיים ב,Kandell מהדורה.4 יש לציין כי קיימות בסיכומים אלו טעויות אשר התגלו במהלך הלימוד לקראת הבחינה. חלק מהטעויות תוקנו, אך לא מן הנמנע שנשארו בחוברת פה ושם טעויות שלא התגלו או שלא תוקנו. המסכמים מסירים מעצמם כל אחריות בנושא זה

3 סיכומי הקורס "פיזיולוגיה של מערכת העצבים א'" (76900), 2006 Date Subject lecturer מסכם Sun 5Mar A roadmap to the course Nelken לא נדרש Wed 8Mar Molecular biology of the nervous system Nelken איתי Sun 12Mar Molecular biology of the nervous system Nelken איתי Sun 19Mar Development of the nervous system Adi Mizrachi אור Wed 22Mar SingleNeuron computations Idan Segev אור Sun 26Mar Introduction to sensory systems Nelken יובל Wed 29Mar Somatosensation Nelken יובל Sun 2Apr Somatosensation Nelken יובל Wed 5Apr Auditory System Nelken גולן Sun 23Apr Pain Devor איתי Wed 26Apr Auditory system Nelken גולן Sun 30Apr Auditory system Nelken גולן Sun 7May Visual system (1) Nelken רע Wed 10May Higher organization of visual perception Udi רע Sun 14May Visual system (2): cortical mechanisms Nelken רע Wed 17May Introduction to motor control Vaadia אור Sun 21May Motor (1): Muscles: structure and function Prut אחיה Wed 24May Motor (2):Proprioceptors and basic reflex Prut אחיה Sun 28May Motor (3): Spinal cord: organization and intrinsic Prut אחיה motor control Wed 31May Motor (4): CPG, posture control, descending pathways Prut נועה נועה Sun 4June Motor cortex Vaadia שאול Sun 11June Basal Ganglia Bergman Wed 14June Basal Ganglia Bergman שאול Sun 18June Cerebellum Gilad Jacobson שאול Wed 21June Inferior Olive Idit Horev מיכל Wed 28June Motor psychophysics Donchin לא נדרש בסיכום לא מופיעים השיעורים הבאים: 1. השיעור הראשון (5/3/06), שהיה שיעור מבוא כללי (היסטוריה וכיוצ"ב) 2. השיעור בנושא,motor psychophysics מה 28/6/2006, שהועבר ע"י עופר דונכין (ולא נכלל בחומר הלימוד לבחינה)

4 סיכום שיעורים בפיזיולוגיה א', 2006 ביולוגיה מולקולארית של מערכת העצבים סיכום שיעורים מהתאריכים: 8/3 + 12/3 נושא: ביולוגיה מולקולארית של מערכת העצבים. ההרצאות הועברו ע"י אלי נלקן. הסיכום מבוסס על ההרצאות. חלק גדול מהחומר כאן לא נלקח מקנדל אלא מהספר.Molecular Cell Biology ניתן לעיין בכל הספר, ובכל התמונות כאן: הסיכום מסודר על פי השקפים בהרצאות, ונועד להיקרא במקביל אליהן אם אתם רוצים להרחיב את הידע על חלק מהמונחים, או שחלקם לא ברורים לכם, אני ממליץ על ויקיפדיה לקבלת סקירה קצרה ומספקת. מסכם: איתי הרשנהורן. המצגות הרלוונטיות: MolecularBiologyBasics1.ppt.1 MolecularBiologyBasics2.ppt.2 MolecularBiologyBasics3.ppt.3 סיכום שיעור: מצגת: MolecularBiologyBasics1.ppt שקפים 21: למשל, הנוירון כתא וכחלק ממערכת ביולוגית מכיל מרכיבים המשמשים לתפקודו. רצפטורים, תעלות, מבנה הסינפסות ועוד. כלים של ביולוגיה מולקולארית מאפשרים ללמוד על המערכת. למשל, החדרת גן של (green fluorescent protein) GFP לחלבון תאי מאפשרת לימוד על מבנה ותפקודה של המערכת. נובעים (כמו תפקודים קוגנטיבים והתנהגותיים) לעיתים שינויים בתפקודים גבוהים משינויים מולקולאריים. למשל, שינוי תפקוד בזמן לחץ,(stress) נובע בפעילות הורמונים. שקף 3: הרקמה העצבית: מכילה: תאי עצב. o תאי גליה: o אוליגודנדרוציטים ב CNS, תאי שוואן (Schwann) ב PNS. מייצרים את ציפוי המיילין סביב שלוחות תאי העצב. אסטרוציטים תפקודם בעיקר בבקרה על הביוכימיה בתווך החוץ תאי. סילוק,(BBB) מוח הדם מחסום ביצירת תפקיד בעלי נוירוטרנסמיטורים (בתהליכים של,(reuptake בקרה על הרכב היונים מחוץ לתאים.

5 שקף 64: מולקולות בתאי עצב: ממברנת התא בממברנת התא משובצים חלבונים וביניהם תעלות, רצפטורים, חלבונים המעגנים את חוץ התא, קישור וחיבור בין תאים. Junction Gap קשר חשמלי בין תאי עצב כמעט ולא קיים בתאי עצב. קיים למשל ב.Inferior Olive שקף 87: ציטוסקלטון בנוי מחלבונים שונים היוצרים את המבנה הארכיטקטוני של התא. o מיקרוטובולס o נוירופילמנטס Free Polymers o שקף 109: אורגלנות תוך תאיות: ביניהן גרעין, מיטוכונדריה (ריכוז גבוה של מיטוכונדריות בקצה העצב), סרקופלסמטיק רטיקולום (משמש לאגירת סידן), אברון גולג'י (בו מתבצעים שינויים לחלבונים המגיעים לממברנה). שקף 1211: תא העצב ייחודי בכך שקצות העצב רחוקים מגוף התא. חומרים עוברים מגוף התא ואל גוף התא לאורך האקסון על גבי מיקרוטובולס.(Microtubules) Anterograde o תנועת חומרים מגוף התא לאורך האקסון. Retrograde o תנועה חומרים האקסון אל גוף התא. חומרים טרופיים (נוירוטרופיים) חומרים המשפיעים על חיות התא. מגיעים מקצות העצב אל גוף התא. שקף 13: בשקף מתואר מחזור חיים של ואיזיקולה: translocation של נוירוטרנסמיטר uptake הואזיקולה נוצרת o CA2 Priming prefusion (הכנה לשחרור) ATP באתר הסינפטי Docking Fusion exocytosis (איחוי עם הממברנה ושחרור טרנסמיטר) endocytosis חלק הממברנה שהיה ואזיקולה והתאחה עם הממרנה כעת חוזר פנימה ומקבל צורה של ואזיקולה שוב טעינת הואזיקולות במטען, הפיכת תוכן הואזיקולה לחומצי (על ידי כניסה של + H איחוי עם early endosome Budding (הנצה) והפיכה שוב לואזיקולה (חזרה לשלב הראשון). שקף 1714: התקשורת בין תאי העצב מבוססת על הפרש מתחים הנשמר באמצעות משאבת נתרן אשלגן. התקשורת בין תאי העצב מתבצעת באמצעות מעבר מטען בתעלות יוניות: 1. תלויות מתח. 2. תלויות ליגנד (שיפעול רצפטור). הקשר בין התאים מתבצע על ידי סינפסה כימית. נוירוטרנסמיטר יכול לפתוח תעלות או להשפיע על רצפטורים מטאבוטרופיים (באמצעות הפעלת קסקדות שניוניות בתוך התא, המובילות לשיעתוק גנים ויצירת תעלות נוספות). סילוק הטרנסמיטר מתבצע באמצעות: תאי גליאה. o נעלם בדיפוזיה בסביבה. o Reuptake על ידי התא המשחרר. o ישנן ואזיקולות המשחררות פפטידים, ולאו דווקא באתר הסינפטי.

6 שי שקף 18: תקשורת נוספת בין תאים במערכת העצבים:.(nerve growth factor) NGF גורמים נוירוטרופיים. למשל o.gap Junction תקשורת חשמלית: o הורמונים. למשל Glucocorticoids שהם נגזרות של כולסטרול ומסיסים בשומן. עוברים דרך דופן התא ומשפיעים על תוך התא. o דוגמא של אצטילכולין.(Ach) משתחרר במקומות רבים ב CNS ובהרבה מקרים o לא בסינפסות אלא לתווך החוץ תאי, ומשמש כהורמון. שקף 2119: ) Second תקשורת בתוך התא מתבצעת במקרים רבים באמצעות שליח שניוני.(messenger הסיגנל מתחיל בקישור לחלק החוץ תאי של רצפטור המקובע בממברנה. החלק התוך תאי של הרצפטור משפיע על camp,gprotein וחומרים רבים נוספים. :camp ) בוריאציות שונות cyclase) (adenylyl מסונתז על ידי אדניליל ציקלאז o מספר וריאציות של.(cAMP.(phosphodiesterases) מפורק על ידי פוספודיאסטאז o o בעל השפעות רבות. מהשפעה על פתיחה מהירה של תעלות ועד להשפעה ארוכת טווח למשל במנגנון של למידה וזכרון. שקף 22: סידן (Calcium) משמש במערכת העצבים גם כשליח שניוני. הסידן בתוך התא נמצא במאגרים סגורים. הריכוז החופשי בציטופלזמה נמוך בהרבה ביחס לריכוז הסידן מחוץ לתא. מספר קטן של יוני סידן החודרים לתא כבר משנים את הריכוז התוך תאי. אחד האותות לשחרור סידן ממאגרים תוך תאיים הוא כניסת סידן מבחוץ. הסידן בעל השפעות רבות בתוך התא. ריכוז גבוה מידי של סידן בתא למשך זמן רב גורם להרס התא ולאפופטוזיס (מוות מתוכנן של התא, על ידי שחרור פרוטאזות המעכלות את התא מבפנים). שקף 2523: שליח שניוני messenger) (second גורם לשינוי פעולה של חלבון עלידי שינוי כימי, באמצעות פוספט (פוספורילציה). זוהי אינה הדרך היחידה, אך הנפוצה ביותר. פוספורילציה חיבור יון של פוספט עם 3 יוני חמצן לאחת החומצות אמינו של חלבון. מתבצע על ידי אנזים מסוג קינאז.(Kinase) דהפוספורילציה הסרת פוספט. מתבצע על ידי פוספטאז.(Phosphatase) שקף 26: כאן מובאת דוגמא להשפעות שליח שניוני: פוספורילציה של רצפטור AMPA המגדילה את המוליכות (בעיקר לסידן). השקפים הבאים מתארים את מהלך השפעת הסיגנל. שקף 27: פוספורילציה לרצפטור AMPA מתבצעת עלידי Calmodulindependent Kinase II.(CamKII) השפעה זו תתבצע כאשר CamKII נמצא בעצמו במצב מזורחן.(phosphorylated) שקף 28: הפוספורילציה של CamKII מתבצעת באופן עצמי ומאוקטבת על ידי קלמודולין.(CaM) השארות במצב מזורחן תלויה בחלבון נוסף: PP1 (Protein Phospatase1) המבצע דה פוספורילציה (ובעצם מפסיק את האיקטוב). שקף 29: PP1 מדוכא עלידי 1I הנמצא במצב מזורחן. שקף 30: PP1 מדוכא עלידי 1I. כאשר האחרון נמצא במצב מזורחן..I1 מבצע פוספורילציה ל (protein kinase A) PKA

7 שקף 31:.cAMP מאוקטב עלידי PKA.Adenylyl Cyclase מיוצר עלידי camp שקף 32:.(CaM) מאוקטב גם כן עלידי קלמודולין Adenylyl Cyclase שקף 3433: קלמודולין משופעל בעקבות קישור לסידן. הסידן נכנס דרך רצפטורי.NMDA לאחר השפעול והתקדמות הקסקדה השניונית, יכנס סידן גם דרך רצפטורי,AMPA ותהיה הגברה של הפעילות, כניסה נוספת של סידן ומתוך כך הגברה של קצב הירי. סיכום:.AMPA פוספורילצית רצפטור CAMII I1 PKA camp CaM Ca ++ שקף 3635: חלבונים: חלבון פולימר של חומצות אמינו. שקף 37: חומצות אמינו מולקולה בעלת קבוצת OH (הידרוקסיל), זהו הקצה החומצי של חומצת האמינו. בקצה אחר נמצא חנקן (בצורה הנגזרת מאמוניה), וזהו הקצה האמיני של חומצת האמינו (הקצה ה N ). שייר פחמני נוסף, מסומן על ידי R. לכל חומצת אמינו R שונה, וזהו ההבדל בין ח. אמינו אחת לשניה. קישור פפטידי הקשר בין חומצת אמינו אחת לשניה, מתבצע בין החלק הבסיסי לחלק החומצי. שקף 3938: ישנן חומצות אמינו הידרופוביות, בהן השייר ה R הוא הידרופובי (לא טעון חשמלית). בקיפול החלבון, החלק שפונה אל פנים החלבון יהיה הידרופובי. בחומצות אמינו הידרופיליות, השייר ה R טעון חיובית או שלילית. שקף 40: חומצות אמינו מיוחדות: R. גליצין זוהי חומצת האמינו הקטנה ביותר, ללא שייר o o ציסטאין בעל קצה גופרית (S). ציסטאינים נקשרים לרוב אחד לשני (קשרי גופרית, קשרי.(SS o פרולין חשוב למבנה החלבון. מאפשר ייצור מבנה קשיח בחלבון. שקף 4641: מבנה החלבון: מבנה ראשוני סדרת חומצות אמינו. מבנה שניוני ארגון של סדרות קצרות של ח. אמינו folding).(local מבנה שלישוני קיפול החלבון המלא folding).(longrange מבנה רבעוני מספר חלבונים יחד. תעלות יוניות רבות מורכבות מכמה יחידות, כאשר כל יחידה היא חלבון בפני עצמו. largescale ) שלמה "מכונה" ליצירת מבנה מורכב יותר, Supramolecular.(assemblies מבנים מפורסמים: αhelix (סלילי אלפא) o βsheets (משטחי ביטא) o חלקים שונים של החלבון יוצרים את המבנה שלו. כאשר כל חלק מהחלבון יוצר קיפול מסוים של תת מבנה. כך למשל נוצרים מבנים של.helixloophelix

8 המבנה של החלבון משפיע על הפונקציונאליות שלו. במקרים רבים, בחלבון אחד יהיו חתיכות הזהות לחלקים בחלבון אחר (מוטיבים החוזרים במספר חלבונים). למשל:,(endothelia growth factor) EGF מרכיב ממנו מופיע בחלבונים רבים נוספים (שקף 47). שקף 48: מעגל החיים של החלבון: החלבון מסונתז מחוץ לגרעין, בתוך גוף התא. ישנם תהליכים נוספים הנדרשים להתבגרות החלבון: קיפול לעיתים יש צורך במערכות אקטיביות הדואגות לכך שהחלבון יתקפל בצורה הנכונה (יש מחלות שבהן נפגע המנגנון של קיפול החלבון). o שינויים כימיים (למשל הוספת קבוצות סוכרים). o Targeting העברה למיקום האקטיבי של החלבון. חלבונים סינפטיים למשל, o מיוצרים בגוף התא ונשלחים אל קצה האקסון. כל חלבון (שעותחודשים). סופי (Degradation) החלבון בעל אורך חיים דגנרציה מפורק בסופו של דבר. המסלול של הפירוק נעשה בתיווך חלבון ה Ubiquitin. לחלבון שעומד להתפרק נצמדים כמה מהחלבונים הללו (לפחות ארבעה), וזהו האות למעבר למנגנון הפירוק בפרטאוזום.(proteasome) מצגת: MolecularBiologyBasics2.ppt שקף 41: הדוגמה הבסיסית של הביולוגיה המולקולרית: RNA DNA חלבון. גן הרצף מתוך ה DNA הנדרש בכדי לקודד פונקציה (בא לידי ביטוי בתור חלבון או.(RNA הדרך העיקרית להשפיע על התא באופן מולקולארי תהיה השפעה של / על חלבונים. הדרך הישירה היא להשפיע על גן של חלבון. נוקלאוטידים (חומצות גרעין) היחידות המרכיבות DNA או.RNA מבנה הנוקלאוטיד: 1) סוכר (ב DNA דיאוקסי.(ribose 2) קבוצה של בסיס o (למשל.(Adenosine 3) קבוצת פוספט. זהות הנוקלאוטיד נקבעת עלידי הבסיס o ל ribose 5 אטומי פחמן. הקישור הוא בקצוות. בין קצה 5' prime) 5, הפחמן o החמישי) לבין קצה 3' prime) 3) הבסיסים: o,adenine Guanine פורינים. Thymine (בRNA Cytosine,(Uracil פירמדינים. שקף 65: מבנה ה DNA : אדנין נקשר עם תימין (2 קשרי מימן). גואנין נקשר לציטוזין (3 קשרים). סינתוז הפולימר מתבצע על גבי הקצה ה 3 '. בשיעתוק הגן, הריצה על גבי ה"טמפלייט" היא מקצה 3 לכיוון קצה 5. שקף 87: מהגן (ב DNA ) משועתק (Transcription) RNA המתבגר לצורת mrna היוצא מגוף התא. כל 3 נוקלאוטידים ב mrna מגדירים חומצת אמינו.(Codon) תרגום ה mrna לחלבון מתבצע על פני הריבוזום.(Translation) הריבוזום מורכב ממולקולת RNA וחלבונים נוספים. מולקולה מקשרת את חומצת האמינו הנכונה לקודון של ה mrna. trna ישנם 64 קודונים שונים המקודדים ל 21 חומצות אמינו (יש חפיפה בין מספר קודונים המקודדים לאותה חומצה אמינית).

9 סיכום שיעור: מצגת: MolecularBiologyBasics2.ppt (המשך) שקף 9: ארגון הגנום: כרומוזומים הגנים ארוזים במבנה הכרומוזום. אלו מולקולות ארוכות ארוזות של ה.DNA רוב ה DNA ביצורים רב תאיים אינו מקודד לגנים (בחיידקים, כמות ה DNA שאינו מקודד קטנה). בבני אדם, 95% מה DNA לא מקודד. יש גנים הקיימים בעותק אחד, אחרים שייכים למשפחה של גנים. למשל, רצפטורי הריח דומים במבנה שלהם, אך שונים. הם שייכים למשפחה אחת של 1000 גנים שונים. בבלוטת הריח כל גן מבטא חלבון מסויים הקשור לחישת הריח. שקף 10: ברוב זמן חיי התא (בשלבים שבין חלוקות התא), הכרומוזומים נמצאים במצב פתוח יחסית. ישנם מספר שלבי קיפול שונים של ה DNA כפי שמתואר בשקף (לא הורחב בכיתה). שני הגדילים המצומדים של ה DNA מתלפפים סביב חלבונים הנקראים היסטונים (histones) למבנה הנקרא.Nucleosome השרשרת של ה DNA המלופפת סביב ההיסטונים ממשיכה בקיפול סביב עצמה עד לקבלת המבנה הדחוס של הכרומוזום. שקף 11: Exons חלקים מהגן שיקודדו לחלבון. בין אקסונים יש חלקים הנקראים אינטרונים. Introns חלקי הגן, שלא מקודדים לחלבון. משמשים בהרבה מקרים כאזורי בקרה לשיעתוק הגן. שקף 1312: לפני הנקודה בגנום בה מתחיל השיעתוק (לכיוון Upstream ק) יימים איזורי בקרה: פרומוטור זהו רצף מה DNA המסמן את תחילת האיזור בו יתבצע תהליך של o שעתוק לגן. האנזים RNA פולימרז מזהה רצף זה ונקשר ל DNA ומתחיל את זהו המנגנון הקובע אילו גנים יהפכו ל mrna שיעתוק ה DNA ל RNA. ולבסוף לחלבון. חלבונים DNA המשמש להגברת תהליך השיעתוק לגן. רצף Enhancers o מסויימים העוזרים לתהליך השיעתוק נקשרים לרצף זה. Activators ישנם חלבונים נוספים המעודדים את תהליך השיעתוק ומסייעים למשל בפתיחת המבנה המקופל של ה DNA. חלבונים אלו נקשרים לאיזורים מסוימים ב נקשרים לחלבונים נוספים הנקראים חלבונים אלו כמו איזורי.Enhancers,DNA Mediators הקשורים ישירות ל RNA פולימרז ומסייעים בפעילותו. ביטוי הגן תלוי ביכולת הקשירה של הפולימרז וכן ביכולת של הקשירה של האקטיבטורים בסביבה, המסייעים ליציבות הקומפלקס. Represors באופן דומה לקיומם של אקטיבטורים, קיימים חלבונים מדכאים. החלבונים המסייעים בדרך כלל ספציפיים לרקמה, וכך מתאפשר ביטוי חלבון ספציפי ברקמה מסויימת דווקא (למשל ביטוי חלבון מסויים ברקמת עצב, ולא ברקמת עור). בשיטות של ביולוגיה מולקולארית ניתן להדביק פרומוטורים מסויימים לחלק ב DNA וכך לאפשר ביטוי גן מסויים דווקא. שקף 1514: תהליכים לאחר השיעתוק: Splicing על גבי הRNA ישנן גם כן יחידות בקרה. לאחר שיעתוק ה RNA ישנו תהליך של חיתוך ה Introns והשארת ה Exons. הרגולציה של התהליך מתבצעת עלידי מולקולות RNA קטנות.

10 אחד המודלים להיווצרות החיים מתאר מולקולות RNA אשר שכפלו את עצמן וטיפלו בעצמן. במשך הזמן התפתחו מולקולות נוספות כמו DNA וכו'. ישנם איזורים ב Introns שעליהם נקשרים חלבונים מסויימים המבצעים קישור לחלבונים נוספים המבצעים את החיתוך. ה Exons נקשרים זה לזה, ואילו ה Introns יפורקו לנוקלאוטידים שיחזרו להיות אבני בניין למולקולות אחרות. היווצרות mrna הוא תהליך הנע בין דקות לשעות. כך, mrna מסונתז ומפורק כל הזמן ונראה כתהליך של בזבוז אנרגיה. תהליך זה חשוב, כיוון שמאפשר בקרה מהירה על חלבונים. קצב הפירוק והייצור של mrna יכול למעשה להכתיב את קצב הפעילות של בניית חלבונים. שקף 1716: Splicing Alternative מולקולת RNA יכולה להיחתך בכמה מקומות שונים לפני המעבר שלה למצב.mRNA למשל, האנזים Ach Esterase קיים בצורות שונות, בעקבות צורות שונות של.splicing חלבונים שונים בדרוזופילה באים לידי ביטוי בצורה שונה אצל זכרים ונקבות. הדבר בא לידי ביטוי בשל alternative splicing של חלבון מסויים. זוהי בקרת פידבק. חלבון הנוצר בתהליך, גורם למערכת לייצר עוד חלבונים כמותו. החיתוך האלטרנטיבי מאפשר אפשרויות קומבינטוריות רבות. לדוגמא, תאי שערה במערכת השמיעה בבעלי חוליות שאינם יונקים (למשל בצב). בניגוד ליונקים, הרגישות לתדר היא קטנה. מדידה מתאי השערה מראה שהם מגיבים לתדרים שונים. השונות בהבנת התדר, קשורה לשערה עצמה ולא לממברנה הבאסלית (כפי שאצל יונקים). הרזוננס של השערה תלוי בקבועי זמן של תעלות סידן ואשלגן. השינוי בתעלות ובקבועי הזמן שלהן משנה את התדר שאליו מגיבה השערה. השינויים בתעלות נובע מ alternative.splicing המבנה של התעלה, בעיקר חלקיה החיצוניים והפנימיים שקשורים ביניהם, משפיעם על המבנה ותפקוד התעלה. בתעלות בתדרים שונים, נחתך ה RNA בצורות שונות. שקף 18: ה splicing מתבצע בתוך הגרעין. לאחר יציאת הmRNA מהגרעין אל הציטופלזמה, עדיין מתאפשרת בקרה. חיבור גדיל RNA משלים ויצירת גדיל RNA כפול, גורם לפירוק המולקולה עלידי אנזימים ספציפיים. ניתן באופן זה להחליש ביטוי של גנים, על ידי החדרת גדילים משלימים ל.(antisense RNA) mrna ישנם מנגנונים פנימיים בתא המשתמשים בתכונות אלו. mirna אלו מולקולות קטנות של RNA בתוך התא, המשמשות לבקרה על ה mrna. מצגת: MolecularBiologyBasics3.ppt שקף 41: שיטות של ביולוגיה מולקולרית מאפשרת לנו לייצר חיות ששינו להן תכונה מסויימת על טרנסגניות ידי שינוי גן והחלפה של סדרה ספציפית בחלבון. חיות אלו מכונות.Transgenic להכניס גן כדי לחקור חלבון ספציפי ולבדוק את להוציא גן, נרצה להחליף סדרות, חשיבותו. למשל, ייצור תעלת אשלגן הנמצאת במצב פתוח כל הזמן, יגרום לכך שהתאים לא יתפקדו. תחילה נסתנז את הרצף הרצוי. בשלב הבא נרצה להחדיר את הרצף לתא ולמקום הנכון כדי שיווצרו ניקח את התא ונכניסו למערכת הרבייה של עכבר, בשלב הבא, בגנום. צאצאים בעלי תכונה דומה. אנזימי רסטריקציה אנזימים הקיימים בחיידקים החותכים במקום מסויים בפלסמיד. הנמצא מחוץ ל DNA פלסמיד בדר"כ הכוונה ל DNA מעגלי בעל שני גדילים, הכרומוזומלי, ומסוגל לבצע הכפלה עצמית. בדר"כ קיים בחיידקים. גודלם נע מ 1 ועד 400 אלפי בסיסים (חומצות גרעין,.(kilobase pairs בשיטות מולקולריות, משתמשים בפלסמידים בכדי לייצר גנים ולהחדירם לגנום.

11 שקף 85: בכדי להכניס את ה DNA לתאים בעלי גרעין (תאים,(Eukaryotic משתמשים בכמה שיטות: DNA Spontaneous uptake הנמצא בסביבתו של התא, לפעמים חודר פנימה o בתהליכים ספונטניים. Electroporation אלקטרופורזה, באמצעות שוק חשמלי, נוצרים חורים בדופן התא, ומתאפשרת כניסה של חומרים מחוץ התא פנימה. החורים נסגרים לאחר o הפסקת התהליך. הפעלת שוק חשמלי חזק מדי תגרום כמובן להרס התא. Microinjection הזרקה אל תוך התא. o Liposomes ליפוזומים אלו חלקיקים בעלי דופן שומנית (כמו ואזיקולה), ולכן o מסיסים בממברנת התא ומסוגלים להתאחות איתה. החומר שאותו הם מכילים נכנס פנימה אל התא, לאחר האיחוי של הממברנות. בתוך התא ישנם מנגנונים שיקחו את ה DNA ויכניסו אותו לגנום. התהליך קורה אך בהסתברות נמוכה (אחד מתוך 10), 4 ולכן מבצעים את התהליך במספר יחידות גדול, ולבסוף בוררים את אותם תאים שאליהם חדר הגן. הכניסה של הגן יכולה להיות אקראית, או למקום ספציפי שרצינו. זאת באמצעות סדרות ורצפים בקצות הפלסמיד. מחדירים עם הגן, גנים נוספים לביצוע רסטריקציה חיובית או שלילית. למשל, מחדירים בצמוד לגן שרצינו, גן נוסף המבטא פונקציה של עמידות לפניצילין. לאחר נסיון ההחדרה לכמות רבה של תאים, מעבירים את התאים לגידול במצע שבו קיים פניצילין. התאים שאליהם חדר הפלסמיד עם הגן המבוקש ועם הגן העמידות ישרדו. שאר התאים ימותו. זוהי (סלקציה חיובית). ניתן לברור תאים באמצעות סלקציה שלילית כאשר בוחרים את התאים שלא נמצאה עבורם עמידות (ניתן לזהותם על ידי העתקה לצלחת אחרת בעלת החומר הסלקטיבי (כאשר כל תא יהיה באותו מיקום כמו בצלחת הראשונה), לאחר שהתאים מתו, ניתן להשוות למיקום בצלחת המקורית, ולדעת מיהם התאים שאינם בעלי עמידות לסלקציה. שקף 157: השלבים ביצירת עכבר טרנסגני (מתוארים כאן השלבים לפי הסיכום בשקף 15): זוהי החסרה של פונקציה.Knockout מתואר תהליך לייצור עכבר עם מוטצית מסויימת. הכנת תא גזע אמבריונלי (ES) Embryonic stem הטרוזיגוטי (נושא גנים שונים עבור תכונה מסויימת, אחד מהאב והשני מהאם) עבור ה mutation knockout של הגן הרצוי (X). התא הומוזיגוט (בעל גנים זהים לתכונה מסויימת) עבור גן המרקר (כאן, צבע פרווה שחור). מכניסים את התא לעובר בן 4.5 ימים אל ה cavity blastocoel בעובר הומוזיגוט למרקר אחר (כאן, צבע פרווה לבן). העובר מושתל בעכברה שהוכנה להריון (נמצאת במצב של (pseudopregnant חלק מהעוברים של ההריון יהיו כימרים.(chimeras) כלומר, בעלי מאפיינים מעורבים (פרווה בצבעים שחור ולבן). מהריון זה, type).(wtwild העכברים הכימרים שנולדו יוכלאו עם עכברים לבנים עכברים שיוולדו שחורים מהריון זה יהיו גם אלו המכילים את התא האמבריונלי ES שהוכנס בהריון הראשון. כעת, על ידי בדיקה גנטית, יהיה קל יותר למצוא את העכבר השחור שהינו הטרוזיגוט לאלל allele) ביטוי התכונה הגנטית) הנוקאווט. אלו הם עכברי יניב הומוזיגוטים לאלל המוטנטי. הכלאה של עברים שחורים אלו,.Knockout אמור להיות כאן סרטון המסכם את התהליך: MB)

12 שקף 1816: יש לעיתים בעיות בלתי צפויות בייצור חיות טרנסגניות. לדוגמא, תאי שערה באוזן הפנימית מושפעים מאצטיל כולין. יצרו עכבר, ללא הרצפטור לאצטיל כולין. התאוריה הייתה שהרצפטורים חשובים להקשבה לצלילים בזמן שיש רעש רקע. בבדיקה התגלה, שלעומת ה wt העכברים היו בעלי קושי לשמוע צלילים ברעש. אך, הסתבר מאוחר יותר שהעכברים המקוריים שעליהם נעשה תהליך ה knockout גם לא שומעים ברעש. לכן חשוב, לבדוק שעושים knockout על זן טהור bread.pure דוגמא לשימוש בחיות טרנסגניות: AChE and stress אצטיל כולין,(Ach) חשוב בפריפריה: סינפסת עצבשריר, השפעה על המערכת הסימפטטית והפרהסימפטטית. יש לו השפעות רבות נוספות, כמו השפעה על המערכת החיסונית. במערכת העצבים המרכזית, ל Ach השפעה על תהליכים רבים. זוהי השפעה נוירומודלטורית שאינה ספציפית. הטרנסמיטר נשפך רחוק מהסינפסה (ולא בצורה של העברה סינפטית), ומשמש כבקרה כללית במוח. בדומה לנוירומודלטורים אחרים כמו סרטונין המגיע מגרעיני הרפה, נוראדרנלין מהלוקוס צרולוס ודופמין. הקורטקס האודיטורי למשל, מושפע על ידי נוירומודלטורים בעיקר בתהליכים של למידה וזכרון כמו התניה של צליל. אצטיל כולין מפורק עלידי אצטיל כולין אסתרז.(AchE) שקף 19: הגן לאצטיל כולין אסתרז,(AchE) בעל אקסונים רבים והוא מורכב מאוד. מסט מסויים מקבלים אנזים סינפטי הנמצא בממברנה הבאסלית. יש ורסיה אחרת של האנזים המופיע דווקא בתווך החוץ תאי ומבקר את ריכוז ה Ach ברקמה. שקף 20: לבין כמות ה AchE. במצבי לחץ, יהיה יותר Ach יש שיווי משקל בין כמות ה Ach שזוהי ורסיה נדירה יותר של AchE לעומת הורסיה ותהיה נטיה לסנתז,AchER הנפוצה יותר.AchES שקף 2321: אצל אנשים בעלי נטיה לללחץ anxiety) (Trait מצאו קורלציה בין רמות הקורטיזול (הורמון המופרש בזמן לחץ), לבין רמות.AchE שקף 24: בדקו חיות במצב של immobilization stress (מקבעים את החיות לשולחן ובכך גורמים להן להיות ב stress ). בעזרת צבענים מולקולרים סימנו את ה mrna לחלבון AchER רמות החלבון נמדדו בסביבת הנוירונים ומצאו עליה בסינתוזו בסמוך לזמן הלחץ. בהיפוקמפוס. שקף 2725: רמות גבוהות של AChER עשויות לגרום לסימפטומים מסויימים בחיות ובבני אדם, שלעיתים נרצה למנוע. נוכל לעשות זאת באמצעות השתקה של ה mrna של החלבון. באמצעות רצף RNA משלים (antisense) נוכל להשתיק את ביטוי ה AchER. למידה מושפעת מרמות.AchER נראה שהפסקת ביטוי AchER מוריד את הזכרון לאירועים מפחידים. ניסויים נוספים מראים ירידה בפעילות LTP כאשר יש השתקה של.AchER כידוע, LTP נחשב כחלק מתהליכי למידה וזכרון.

13 פיזיולוגיה של מערכת העצבים א' התפתחות מערכת העצבים עדי מזרחי או לחילופין: making neurons, synapses and networks חומר השיעור הוא חלקים מהמופיע ב Kandel פרקים המצגת הרלוונטית: DevelopmentMizrahi.pdf החומר הרלוונטי מ Kandel שלוב בתוך תיאור השקופיות. הודגשו מונחים שעשויים להיות חשובים. שקופיות 32 מחקר של התפתחות מערכת העצבים, והמוח בפרט, הינו תחום קשה מאוד וכורך בחובו קשיים פיסיים ומתודלוגיים רבים. תא העצב בניגוד לתאי רקמות אחרות, הם תאים בעלי מורכבות גיאומטרית גדולה לעין ערוך. כמו גם האינטראקציות בין תאי הרקמה. ההבנה שלנו בהתפתחות מערכת העצבים הולכת ופוחתת ככל שמתקדמים ברמת המורכבות של האלמנט הנחקר: Neurogenesis o יצירת תא עצב, יש לנו הבנה די טובה כיצד תא אקטודרם מתפתח לתא עצב. Neural Development o התפתחות והסתעפות תא העצב הבודד, יש בידינו הבנה מסוימת. Network Development o הווצרותה של הרשת העצבית, ההבנה שלנו דלה. Behavioral Development o ההתפתחות של ההתנהגות. הבנה אפסית. שקופיות 54 ב 1874, פירסם Ernst Haeckel את "תיאוריית ההתפתחות העוברית" שלו, שבה הראה את הדימיון הרב הקיים בהתפתחות העוברית של חולייתנים שונים לאורך הסולם האבולוציוני, ככל שהעובר צעיר יותר כל המינים דומים, במהלך ההתפתחות מתגלה השוני. תיאוריה זו עמדה בבסיסה של הביולוגיה ההתפתחותית עד לשנים האחרונות, ניסוי שחזר על בדיקותיו של הקל, ראה שהוא "עיגל פינות" בתיאורו. אך עדיין ניתן להצביע על דימיון רב בין התפתחות עוברית באדם וביונקים בעלי שליה אחרים. הבילוגיה ההתפתחותית התמקדה במיוחד בשלושה מינים עיקריים: הצפרדע, זבוב הדרוזופילה, והנמטודה.C.elegans במינים אלו נחקרו בעיקר שלבי ההתפתחות המוקדמים. חשוב לשאול את עצמנו עד כמה מודלים אלו אכן מהווים מודל טוב למתרחש באדם. שקופית 6 ניתן לחלק את התפתחות מערכת העצבים ל 3 שלבים: genesis of neurons יצירת תאי העצב o גדילה של אקסונים, דנדריטים ויצירת סינפסות o כיוונון של הקשרים הסינפטיים o

14 יצירת תאי עצב שקופיות 97 התפתחות תאי העצב נחקרו בעיקר הצפרדע. במהלך ההתפתחות העוברית המוקדמת בחולייתנים, וליתר דיוק בשלב הגסטרולה, מבחינים ב 3 שכבות הנבט: אנדודרם (הפנימית המתפתחת למערכת העיכול, הנשימה ועוד איברים פנימיים), המזודרם (האמצעית המתפתחת לשרירים, כלי דם ורקמת חיבור), והאקטודרם (החיצונית המתפתחת למערכת העצבים והעור). מערכת העצבים מתחילה להתהוות במעבר משלב הגסטרולציה לשלב הנוירולציה,(neurulation) וזאת ע"י הווצרותו של חוט השדרה. העובר קרוי בשלב זה נוירולה. ראשיתו של התהליך בהתעבות של איזור מסוים באקטודרם (בצד הדורזלי של הציר ראשזנב). ההתעבות מתרחשת כתוצאה מהתארכות ניכרת של תאי האפיתל באיזור, אשר יוצרים את ה.neural plate כתוצאה משינוי בצורת התאים באיזור זה אשר מתכווצים בצד אחד, נוצרת מעין התקפלות פנימה. שתי השפות מתקרבות זו לזו ע"י תנועות תאי האקטודרם עד למפגש ביניהן, אשר יוצר מבנה צינור, הרי הוא צינור העצבים ה tube.neural צינור זה מתנתק ממרבד תאי האקטודרם שמעליו. מצינור זה תתפתח מערכת העצבים, מחלקו הקדמי של הצינור יתפתח מוח הגולגולת (על שלושת חלקיו ה forebrain / prosencephalon, midbrain / mesencephalon, hindbrain /.(spinal cord) וחלקו האחורי יהיה חוט השדרה (rhombencephalon שקופיות 1014 נשאלת השאלה כיצד דווקא איזור זה מתמיין לצינור העצבים. כיצד בכלל תא "יודע" להתמיין לתא מסוג מסוים. כיום הגישה הכללית גורסת שהדבר נעשה באופן גס ע"י inducing factors שהם מולקולות סיגנאל המסופקות ע"י תאים אחרים, אשר משרות התבטאות גנים מסוימים או יצירת,internal factors אשר מאתחלים את תהליך הדיפרנציאציה. היכולת של תא להגיב ל factors inducing נקראת קומפוטנטיות.competence יכולת זו בנוכחותם של רצפטורים במצב זמין לאותם גורמי השראה, מולקלות תיווך וגורמי תעתוק בתא. ולכן במהלך ההתפתחות תאים מסוימים עשויים להגיב לאותות מסוימים למשך תקופה קריטית, אך לא תמיד ובכל תנאי. הרבה מאוד נקבע ע"פ מוצאו של התא מיקומו בעובר וכמובן עם אלו תאים הוא בא במגע. הניסוי של (1924) Hans Spemann & Hilde Mangold חשוב לזכור!!! o "ניסוי של :"cut and paste בניסוי לקחו החוקרים פיסה ממזודרם של גסטרולה מוקדמת של עובר צפרדע, מאיזור שמאוחר יותר יהיה קרוי ה organizer (שפת הבלסטופר הדורזלי), והשתילו אותה בגסטרולה אחרת בצד הונטרלי, מתחת לאקטודרם באיזור שבדר"כ מתחפתח לעור של הבטן. ולמרבה ההפתעה: ההתפתחות נמשכה ונוצר ראשן עם שני ראשים ושני חוטי שדרה ולמעשה שתי מערכות עצבים מלאות!!! o כלומר הניסוי הראה שנוכחות של קבוצת תאים מסוימת במזודרם גורמת להתמיינות מסוימת באקטודרם. כלומר ככל הנראה יש לרקמה זו יכולות אינדוקציה ליצירת מערכת העצבים. o על ניסוי זה קיבל ספמן פרס נובל.

15 כאשר מניחים תאי אקטודרם מופרדים זה מזה ללא תוספות בתרבית, הם תמיד מתמיינים לתאי עצב ולא לתאי אפידרמיס (עור), תאי דם, שרירים או תאי שומן. נשאלה השאלה מהו החומר אשר מונע את התמיינות ה default הזו? שקופיות 1815 נמצא כי אותו מעכב הם חומרים מקבוצת ה Bone Morphogenetic ) BMP (Protein, שהם תתקבוצה ממשפחת ה.TGFβ עדויות לכך נמצאו בניסויים בהם השתמשו ברצפטור מוטנטי ל BMP, ובהם ראו התמיינות מסיבית לתאי עצב. כמו כן נמצא כי הוספת BMP לתאי אקטודרם מביאה להתמיינות לתאי אפידרמיס ולא לתאי עצב. פירוש הדבר שהתמיינות תאי העצב נובעת ככל הנראה ע"י חסימת השפעתו של ה BMP ע"י חומרים המופרשים מאיזור ה organizer. ואכן נתגלו שלושה חומרים המבוטאים ע"י תאי "המארגן": follistatin, noggin, chordin אשר מסוגלים לעכב את השפעת ה BMP. כל שלושת המולקולות הללו נקשרות למולקולות BMP וע"י כך מונעות את פעולתן. וככל הנראה חומרים אלו הם העומדים מאחורי תהליך הנוירולציה. כיום סבורים כי קיימות שתי רמות של אינהיביציה על הדפרנציאציה של תאי העצב: FGF באקטודרם, ברמת התוך תאית, בשלב הקדםגסטרולה, o מביא לעיכוב בהתבטאות RNA המקודד לחלבוני.BMP מעכבי BMP מפרישים בשלב הגסטרולה תאי ה organizer o שונים הפועלים בצורה חוץ תאית על חלבוני ה BMP המופרשים מתאי האקטודרם ומעכבים את פעולתם. o ה BMP כאמור מעכב התמיינות לתאי עצב, ולכן יש במנגנון עיכוב על עיכוב. ה BMP מופרש ע"י תאי אקטודרם סמוכים ולכן השפעתו פריקרינית. שקופיות 2019 כעת נשאלת השאלה כיצד מתרחשת ההתמיינות בתוך צינור העצבים, כיצד נקבע מי יתמיין לתא גליה ומי לתא עצב ומי לתאים שאינם משוייכים למערכת העצבים? המנגנון שלפיו נקבע הדבר נתגלה בדרוזופילה וזהו מנגנון ה :DeltaNotch,pronueral genes בתוך הרקמה איים של תאים יבטאו גנים o ועל שם כך ייקראו איזורים אלו ה regions.pronueral גנים אלו מקודדים לשני חלבונים: Delta ו Notch, שהם ליגנד ורצפטור אחד של השני, בהתאמה (דלתא הוא הליגנד...). שני החלבונים מתבטאים על פני הממברנה של תאי האקטודרם ובכמויות דומות. הקשרות המולקולות זו לזו בין התאים הסמוכים באיזורים אלו גוררת הפעלה של מערכת משוב. הפעלה של Notch בתא מסוים מביאה לשלל תהליכים (דרך גורם התעתוק suppressor of hairless סתם שם מגניב שהייתי חייב להכניס קירחים היזהרו) שבסופם מפועלים חלבוני achaetescute אשר מביאים לירידה בהתבטאות ה.Delta o לאחר פרק זמן שבו נשמר האיזון השברירי בין התאים, מתרחש לפתע אי שיוויון מסוים בהתבטאות ה Delta על תא מסוים

16 המבטא כמות גדולה יותר. כתוצאה מכך נגרמת עודף אקטיבציה של Notch על פני התאים הסמוכים, דבר המביא להתבטאות של פחות Delta על פניהם. ומכאן להפעלה של פחות Delta בתא המסוים וכתוצאה מכך התבטאות של יותר Notch וכך במעין משוב חיובי עד למצב שבו נותר רק תא אחד "זוכה " המבטא Delta והוא יהפוך לנוירון, כל השאר יתפתחו לתאי גליה. מנגנון ה DeltaNotch נמצא גם בחולייתנים, נחקר במיוחד בצפרדע. בשלב התפתחותי מוקדם מתפתחות שלוש רצועות אורך של נוירונים של גבי ה nueral,tube כאשר המדיאלית מתפתחת למוטורנוירונים, האמצעית לאינטרנוירונים והלטראלית לנוירונים סנסוריים ראשוניים. ה Delta מתבטא בתאים אלו עוד קודם לכך, אך רק בתחומי אותן שלוש רצועות, ואילו ה Notch מתבטא גם באיזורי הביינים שבין הרצועות. כדי להוכיח את מעורבתו של המנגנון עשו ניסויים שבהם הפרו את האיזון הטבעי באחד הצדדים בין ה Notch וה Delta. כמו כן נמצא שתאי הרצועות הללו בהם מתרחשת הנוירוגנזה מבטאים עוד קודם ל Delta, את החלבון.neurogenin שקופית 21 ברגע שהתא הופך לנוירון הוא מתחיל לנדוד לאתר המטרה שלו. דוגמא מאלפת לנדידה של תאי עצב, הם תאים שמקורם ב,neural crest הנחקרו בעובר תרנגולת. תאי הרכס העצבי מקורם מעל לחלק הדורזלי של צינור העצבים, ובשלב מקודם יחסית לאחר יצירת צינור העצבים הם מתחילים בנדידתם, ומתפשטים במהירות לאורך מסלולים שונים בפריפריה. נמצא כי תאי ה crest nueral עשויים להתפתח לנוירונים, תאי שוואן או אף מלנוציטים. התאים שיתפתחו לתאי פיגמנט נעים בצמוד לאקטודרם, התאים הנעים על גבי הסומיטים יתפתחו ל,sensory ganglia והתאים הנעים במסלול מדיאלי יותר יתפתחו לגנגליה סימפטטית ואף לתאי יותרת הכליה. נמצא כי בכל רקמה שעל גביה מתרחשת הנדידה יש מולקולות ספציפיות המכוונות את התאים הנודדים למה עליהם להתפתח, וכי "גורל" זה נקבע בשלב קריטי מסוים במהלך הנדידה. שקופיות 2422 בהתפתחות תקינה של מערכת העצבים יש ייצור עודף של תאי עצב שלאחריו מתרחש מוות של חלק מהתאים. למעשה, כ 50% מתאי העצב המוטורים ואף הסנסוריים של חוט השדרה המתהווים במהלך ההתפתחות מתים (בתהליך של אפופטזיס). בניסוי שביצעו בשנות ה 40 Rita Levi Montalcini ו Hamburg :Victor o הסירו ניצן גפה מעובר תרנגולת, הדבר הוביל לתמותת נוירונים רבים מהרגיל, שהיו מעצבבים את הגפה החסרה. o בניסוי המשך שבו השתילו ניצן גפה בעובר, נמצא כי תמותת הנוירונים פחתה אף למטה מזו שבמצב הנורמלי. o ואילו במצב שבו שיתקו את שרירי הגפה של העובר ע"י רעל ה curare, תמותת הנוירונים הייתה באופן מפתיע נמוכה מהמצב הנורמלי. פירוש דבר שיש איזשהיא אינפורמציה כימית ככל הנראה המשפיעה על שרידות תאי העצב. על הגילוי הזה ועל גילויים אחרים שהביאו להכרתם של ה factors,growth התחלקו Rita Levi Montalcini ו Cohen Stanley בפרס נובל בשנת בעקבות הניסוי נוסחה "התיאוריה הנוירוטרופית" hypothesis) (neurotrophic factor בתאי המטרה של תאי העצב קיים חומר נוירוטרופי הדרוש לקיומם הנספג בקצותיהם. הכמות של חומר זה מוגבלת ורק אחוז מסוים מתאי העצב ישרוד. הפקטור הזה מושפע מהפעילות החשמלית של איבר המטרה.

17 על בסיס ההשערה הזו הצליחה Rita Levi Montalcini לבודד את ה NGF. זהו החומר הנוירוטרופי הראשון שזוהה, והוא סיפק אישוש משמעותי לתיאוריה הנוירוטרופית. ה NGF גרם להתפתחות מסיבית של נוירונים בתרבית. שקופיות 2625 תהליך האפופטזיס תלוי בפעילות תאי המטרה ופעילות הנוירונים: o נמצא כי הפעילות של תאי המטרה גורמת לעיכוב בייצור החומרים הנוירוטרופים. o בנוירונים, הפעילות הכרחית לצורך תגובה לחומרים נויורטרופיים. יותר פעילות עשוייה לשנות את התגובתיות של הנוירונים לחומרים הנוירוטרופים. מאז גילוי נתגלו חומרים נוירוטרופים רבים אחרים: BDNF, Neurotophin3, Neurotrophin4/5, Interleukin 6 class, TGFβ class,.fgf class, HGF וכנראה שיש עוד רבים אחרים. הנוירוטרופינים נקשרים לרצפטורים מסוג טירוזין קינאז trkc).(trka, trkb, כל קבוצה של נוריוטרופינים נקשרת לכל רצפטור בזיקה שונה. למשל NGF נקשר בעיקר ל trka, NT3 נקשר לכולם אך יותר ל trkc, BDNF ו NT4,5 בעיקר ל trkb וכך הלאה. הפעלה של הרצפטורים הללו גורמת לפוספורילציה של מרכיבים מסוימים בנוירון המעבירים את האותות לגוף התא. בנוסף כל הנוירוטרופינים נקשרים בצורה דומה לרצפטור p75. NTR לרצפטור זה מספר תפקידים: הוא חושף את ה NGF לקשירה גם ל trka, מעביר אותות תאיים ע"י הפעלה של לפידים ממברנליים, ועוד. באופן פרדוקסלי הראו כי הפעלה של רצפטור זה ללא הפעלה של רצפטורי ה trk מביאה דווקא להחשת האפופטוזיס ולא למניעתה. שקופיות 2927 עד אמצע שנות ה 90 החיים היו פשוטים, החוקרים בתחום סברו שהחלטות התאים לחיים או למוות תלויות בהתבטאות הרצפטורים בעיקר: התאים ששורדים מבטאים על פני רצפטורי,trk אלו שמתים מבטאים רצפטורי p75 כלומר הוא כנראה הגורם לאפופטוזיס. כמו כן היה ידוע כי התהליך מתרחש יותר ב PNS מאשר ב CNS. העדות הראושנה לכך שייתכן שיש כאן תהליך מורכב יותר, הייתה במחקר שבו עוכבה סינתיזת חלבונים או RNA של נוירונים סימפטטיים בתרבית. תאים אלו שורדים בתרבית רק בנוכחות NGF באופן כללי, ללא NGF הנוירונים מתו. אך כאשר עיכבו את סינתיזת החלבון או ה RNA והרחיקו את ה NGF, התאים למרבה הפלא שרדו דווקא. כלומר הנוירוטרופינים עוצרים איזושהיא תוכנית מוות (אפופטוטית) מוכנה מראש של התאים. מחקר ב C.elegans הביא להבנה טובה יותר. באופן טבעי מתפתחים בנמטודה מספר קבוע וידוע של תאים, כ 15% מתוכם, רובם תאי עצב, עוברים אפופטוזיס ידוע מראש. ההכרה של תאים אלו הביא לזיהוי של הגנים המעורבים בתהליך, ונמצאו בערך 12 כאלה, הקרויים.(cell death genes) ced מאוחר יותר נמצא כי גנים אלו ומסלול התבטאותם השתמר להפליא גם בחולייתנים והוא מאפיין תהליכי אפופטוזיס גם בהם. נמצא כי: o משפחת הגנים Bcl2 מקבילה לתפקודו של ced9 שהוא דווקא מעכב של אפופטוזיס מקביל בפעילותו לזה של ced4 (activating apoptosis factor 1) ה apaf1 o המתבטאת ע"י הפעלה של אנזימים מסוג Caspase o ה Caspase הם ציסטאין קינאזות המקבילות בפעילותן ל ced3. פעולת אנזימים זו היא שמביאה את האפופטוזיס, כלומר אלו המולקולות ה"מוציאות להורג" וע"פ היודע כיום הם מופיעים בכל תהליכי המוות המתוכנן בנוירונים.

18 מערכת הבקרה כפי שהיא מוכרת כיום, חלבוני ה Bcl2 מונעים את פעילות ה apaf1 המפעילים את ה Caspase (המיוצר בצורה לא פעילה). באופן default י בתא מולקולות ה Bcl2 נמצאות במצב לא פעיל ולכן תוכנית המוות המתוכנן לא נמנעת. אך כתוצאה מקשירה של נוירוטרופינים, למשל NGF ל trka, מופעלים חלבונים אלו ומנעים את תוכנית המוות. כלומר כל תאי מערכת העצבים מתוכנתים למות! ורק מניעה של תוכנית זו גורמת להשרדותם. שליחה של אקסונים שקופיות 3530 אחרי שחלוקת התאים נפסקת מתחילה מטלה התפתחותית חדשה והיא מציאת המטרה הנכונה ע"י שליחת האקסונים. ככל שמתקדמים בהתפתחות המטלה הופכת קשה וסבוכה יותר. כיוון שהסביבה בה צריך לנווט האקסון נעשית צפופה יותר. מדידות הראו כי האקסון יכול לצמוח במהירות ממוצעת של כ 40 מיקרומטר לשעה. ב 1965, הראה Hibbard שכאשר הפך מקטע של ה hindbrain ועקב אחרי תאי Mauthner אשר מהווים חלק מהעצב הוסטיבולרי, האקסונים "ידעו" לשנות כיוון מכיוון ההתפתחות הטבעי ולהתפתח אל המטרה באופן תקין. עוד קודם לכן נחקרו בע"ח העוברים תהלכי רגנרציה: הניסוי של (1942): Sperry חקר רגנרציה של הרטינה בצפרדע. בניסוי נחתכך עצב הראייה של הצפרדע וגלגל העין סובב ב 180. אחרי תקופה של רגנרציה הצפרדע נבדקה, ונמצא כי התנגותה הייתה פגומה. במקום לשלוח את לשונה לעבר זבוב בסביבה, היא שלחה את הלשון למקום ההפוך אליו. פירוש הדבר כי האקסון של תאי הגנגליון חזרו לתאי המטרה שאותם עיצבבו קודם לכן, אך עתה יצרו תמונת ראי בתפיסת הצפרדע של המציאות, ולכן הצפרדע הגיבה הפוך מהנדרש (מומלץ להסתכל בשקופית 34). כתוצאה מהניסוי עלתה ההשערה המתבקשת כי חומר כימי כלשהו מוביל את האקסונים אל תאי המטרה, התיאוריה נקראה ה.chemospecificity hypothesis שקופיות 3936 האקסון מדומה לנהג בעיר שצריך לדעת איפה לפנות ומתי, וזאת ללא הכרות מוקדמת עם השטח, ובניגוד לנהגים האקסונים לא טועים. מה התכונות הדרושות מהאקסון: יכולת תנועה קדימה (מנוע), וכן יכולת לפנות (גלגלים) o יכולות סנסוריות (קריאת תמרורים) o יכולות אינטרגציה (קבלת החלטות) o כל התכונות הללו מתרכזות ב cone growth של האקסון. ל cone growth יש שלושה איזורים עיקריים: ליבה מרכזית עשירה במיקרוטובולי ואברונים תאיים. שלוחות דקות המקרינות מגוף התא לכל עבר הקרויות.filopodia ובתווך נמצאות ה lamellipodia. יכולות החישה של ה cone growth מסתמכות בעיקר על ה filopodia. אלו מבנים דמויי מקל, עשירים באקטין, בעלי כושר תנועה עצמאי, ובממברנה שלהם הרבה רצפטורים 10 מיקרון אורך הפילופודיה יכול להגיע עד כדי השונות. "המכוונות" למולקולות יש התארגנות של על כיוון התקדמות מסוים, "מוחלט" כאשר במקרים מסוימים. המיקרוטובולי בליבה, האקסון מתארך ואיזור ה lamellipodia וה filopodia הופכים ל growth cone חדש. ה cone growth מושפע מסיגנלי כיוון מסוגים שונים: Extracellular matrix adhesion מולקולות המקובעות במטריקס החוץ תאי o מעודדות את הגדילה במסלול הרצוי, וזאת ע"י יצירת מגע רצוף עם האקסון במסלול. (לדוגמא: (laminin Cell surface adhesion פני השטח של תאים מסוימים מבטאים מולקולות o המכוונות את האקסון. (לדוגמא: (cadherins

19 Fasciculation o האקסון פוגש אקסון אחר ונצמד אליו, כלומר צומח במקביל ויוצר.fascicule Chemoattraction o מולקולות מסיסות במצע מנחות את האקסון להתקדם כנגד מפל הריכוזים. (לדוגמא: (netrins Contact inhibition o המצע החוץ תאי או פני השטח של תאים מכילים מולקולות הדוחות את האקסון ומשנות את כיוון התקדמותו.(לדוגמא: ephrins ) Chemorepulsion o מולקולות מסיסות במצע מנחות את האקסון להתרחק עם מפל הריכוזים. (לדוגמא: (semaphorins ברגע שהאקסון מגיע לתא המטרה, נפסקת ההתארכות, מופעלת תוכנית פעולה חדשה של יצירת טרמינל ועגינה,(arborization) מתבטאות תכונות שונות, נוצרות סינפסות וכו'. על כל התהליך הזה יש הרבה פחות ידע. בהגעה לתא המטרה יש מספר עודף של אקסונים וחלקם מקוצצים (pruning) שקופיות 4340 ע"פ מחקר חדש שפורסם: o סוגי אקסונים שונים מראים התנהגות עגינה שונה. שני הסוגים שנבדקו מתארכים ונסוגים אך בדינמיקה שונה מאוד. o האקסונים מתעגנים בעיקר ע"י,interstitial branching כלומר יצירת שלוחות חדשות מגוף האקסון, כלומר האינפורמציה לא מתקבלת יותר רק ע"י ה growth.cone o אקסונים שונים מתנהגים שונה באותה מצע חוץ תאי, כלומר כל סוג מגיב באופן שונה לאותן מולקולות, תוכניות פנימיות כנראה חשובות יותר מהסביבה החוץ תאית. o ה pruning נעשה לפחות ע"י שני מנגנונים שונים: נסיגה (retraction) ותמת.(degeneration) שליחה של דנדריטים שקופיות 4744 לגבי התפתחות דנדריטים ההבנה דלה בהרבה. לעומת האקסונים, הדנדריטים באים במגוון עצום של צורות שונות. יש דימיון מסיום לשליחת אקסונים. גם כאן פועלים חומרים חוץ תאיים במשיכה ובדחייה של הדנדריטים. לדוגמא: נויורטרופינים כדוגמת BDNF וסמפורין כ Sema3A מעודדים צמיחה ו NT3 דוחה צמיחה. כמו כן ידוע על חומרים תוך תאיים המעכבים גדילה כגון:.CamKIV קצת על הנעשה במעבדה של עדי: צילום של גדילת דנדריטים ויצירת סינפסות.in vivo יצירה של סינפסות (synaptogenesis) שקופיות 5148 זה לוקח יומיים (או שלושה כולל התא גליה) ליצור סינפסה חדשה לגמרי, בתהליך מאוד מורכב שלא נכנסנו אליו. שלב זה מסיים את "החיווט הקשיח" של מערכת העצבים. עוד דוגמאות לנעשה במעבדה של עדי...

20 שקופיות 5552 הסינפסה שנחקרה בצורה המעמיקה ביותר זו ה NMJ,(Nueromuscular junction) הסינפסה הנוצרת בין נוירונים מוטוריים לתאי השריר. הפשטות והנגשיות לסינפסה זו הפכו אותה לנחקרת כל כך. מה שמיוחד בסינפסה זו, הוא בכך שכל אקסון יותר סינפסה אחת ויחידה עם תא המטרה. כמו כן היא גדולה מאוד באופן יחסי. הסינפסה משלבת חלקים של שלושה סוגי תאים: נוריון מוטורי, תא שריר ותאי שוואן. כל התהליך מתחיל עם המפגש בין האקסון לתא השריר. ומכאן מתחילה דיפרנציאציה פרה ופוסט סינפטית שבה חלה השפעה הדדית של התאים. הדיפרנציאציה היא הדרגתית ויש לה שלבים מוגדרים, אשר בסופם. בטרמינלים של הנוירונים המוטוריים מתקבצות וזיקולות של אצטילכולין, o שרובן מצטופפות באיזורים הקרויים active zones בהם הן מתאחות עם הממברנה בזמן פ"פ. קצה העצב גם עשיר במיטוכונדריה. o תאי השוואן עוטפים את תא העצב לכל אורכו, כאשר תאים לפני הטרמינל יותרים מיילין, ואילו תאי השוואן בטרמינל לא יוצרים מיילין ורק עוטפים אותו בעטיפה דקה. active מול ה zones שטח הפנים של השריר מאורגן בדיוק מול הטרמינל. o כאשר שהם התקפלויות של הממברנה פנימה,.junctional folds נוצרים הרצפטורים לאצטילכולין מאורגנים בהם בריכוז גדול בעיקר בפתח ההתקפלות. בשאר איזורי ממברנת השריר יש מעט מאוד.AChR כמו כן קיימת שכבה של חומר חוץתאי הקרויה ה lamina basal המקיפה את o כל השריר. אך באיזור הסינפסה היא עשירה באנזים אצטילכולין אסטראז האחרי לפירוק הנוירוטרנסמיטר. כמעט מיד אחרי האיחוי של AChR מתבטאים בשריר לפני הגעת האקסון, המיובלאסטים (התאים המרכיבים את השריר), כאשר רובם נאגרים בפלזמה ומיעוטם מתפזר על כל שטח הפנים של ממברנת השריר בצפיפות של 1000 ל,µm 2 עם צברים הרצפטורים מעטים בלבד. ברגע שמתחילה להווצר הסינפסה, מצב זה משתנה דרמטית. מתקבצים באיזורים הסינפטיים בצפיפות של כ 10,000 ל,µm 2 ואילו מחוץ לאיזורים אלו הצפיפות יורדת ל 10 ל.µm 2 וזאת כתוצאה משלושה אפקטים: טרנסלוקציה של הרצפטורים בממברנה. o בקרה חיובית על תעתוק של AChR בגרעינים הנמצאים מתחת לאתר הסינפסה. o בקרה שלילית (דיכוי) על התעתוק שלהם בגרעינים מרוחקים יותר. o α נעשה ע"י שימוש ברעלן (AChR) במחקר סימון הרצפטורים לאצטילכולין,bungarotoxin המופק מארס של נחש. כאמור, במהלך ההתפתחות פעילות חשמלית כתוצאה מהעברה סינפטית מדכאת את לעומת זאת בגרעינים שהם מרוחקים מהאתר הסינפטי. התבטאות הגן ל AChR, הגרעינים הקרובים לסינפסה אינם מושפעים מכך. כתוצאה מדנרווציה של העצב, התבטאות הגן לרצפטורים עולה מחדש בגרעינים המרוחקים. כנ"ל מתרחש במקרה של שיתוק, אך במקרה של דינרווציה שבה ממשיכים לתת גירויים חשמליים לשריר המצב הפעילות החשמלית בשריר מבקרת את התבטאות הגן בקיצור, נשמר. "התקין" לרצפטור. שקופיות 5856 אלמינציה של סינפסות (להבדיל מאפופטוזיס). במהלך ההתפתחות, בזמן שה NMJ מעוצבת, כל myotube (סיב שריר) מעוצבב ע"י מספר אקסונים באתר הסינפטי. לאחר הלידה כל הטרמינלים למעט אחד נסוגים מהאתר, והשורד מתפתח על חשבונם. האלימנציה מתרחשת ללא אובדן של סה"כ אקסונים, האקסונים שמפסידים במקומות מסוימים מנצחים באחרים. במחקר של (2003) Kasthuri & Lichtman שעקב אחרי מאבק שכזה בין שני נוירונים, שנעשה בעכברי.YFP/CFP עכברים טרנסגניים מוכלאים המכילים נוירונים מוטורים שחלקם מבטאים את החלבון הפלורוצנטי התכול CFP וחלקם מבטאים חלבון

21 שקופית 59 פלורוצנטי צהוב.YFP נערך מעקב בשבועיים הראשונים לאחר הלידה במהלך מה שקרוי ה season,competition אחר גורל המאבק בין התאים המעצבבים אתרים זהים, כאשר עקבו אחר זוגות שבהם אחד הנוירונים צהוב והשני תכול. נמצא כי: o גורל הענפים האקסונלים תלוי בזהות האקסונים איתם הם מתמודדים. פירוש הדבר כי אם שני נוירונים מתמודדים במספר אתרים שונים, האקסון המפסיד שייך בכל המקרים לאותו אקסון, ובכל האתרים הוא נמצא בערך באותו שלב של נסיגה. כלומר יש פה מעין התמודדות בוזמנית בכל החזיתות. o כל נוירון משתתף בכמה מערכות התמודדות בוזמנית, כלומר מול מספר נוירונים שונים, וכל התמודדות מתקדמת בקצב שונה אך עם מנצח ומפסיד מסוימים. o החוזק של הנוירון בכל התמודדות תלוי באופן ישיר בסה"כ המשאבים המפוזרים שלו כך ש: נוירונים עם שטח עיגון (arborization) גדול כלומר עם שטח שלוחות גדול, הם בנחיתות בתחרות עם נוירונים עם שטח עיגון קטן. כלומר יש פה נטייה ברורה לנצחון הקטן על הגדול (דוד מול גוליית). NMJ כאשר באים לחקור סינפסות במערכת העצבים המרכזית יש הבדלים מה המקשים על המחקר: יש מורכבות גדולה הרבה יותר, כל תא יכול ליצור עם תא אחר סינפסות רבות. o הסינפסות קטנות באופן ניכר והם רבות ומגוונות הרבה יותר. o יש מגוון רחב של נוירוטרנסימטרים ושל רצפטורים. o המצע הוא שונה, אין למינה באזלית. o הספציפיות שלהן לא ברורה. o שינויים בסינפסות שקופיות 6760 הקשרים הסינפטיים הם תלויי ניסיון, אין במידע הגנטי את כל המידע ליצירת קשירויות מדויקת. שינויים פלסטיים בחוזק הסינפסות נעשה לאורך כל ההתפתחות והחיים, גם בחיה הבוגרת. לדוגמה: למידת שפה, בקרה מוטורית, אדפטציה סנסורית, למידה וזכרון כל אלו תהליכים הממשיכים להתקיים ולהשתנות כל החיים. במחקר של מזרחי מ 2001 נשאלה השאלה מה משפיע יותר על המורפולוגיה של העץ הדנדריטי המטען הגנטי או הסביבה Nurture).(Nature vs. בהשוואה שהוא מציג במצגת ניתן לראות שעקומת הדימיון של השוואה בין הנוירון לעצמו (intra) גבוהה באופן מובהק מזו של ההשוואה בין נוריונים שונים.(inter) כלומר במקרה זה יש חיזוק לתפקידו של ה"טבע". בניסוי ה" frog,"3eyed הצליחו ליצור ocular dominance columns בצפרדע. בדו חיים באופן בסיסי אין עמודות העדפה, אך בניסוי זה בו השתילו עין שלישית בצפרדע בקרבת העין הימנית, נוצרו בצד הקונטראלטרלי של הטקטום האופטי ocular.dominance columns החוקרים השתמשו בסימון רדיואקטיבי שהזריקו לעין ימין בכדי לסמן את העמודות בצילום. כלומר העין השלישית מתחלקת במשאבים עם עין ימין המקורית ולכן נוצרות עמודות. יש בכך דוגמה מדהימה לפלסטיות, התחרות בין השלוחות מספיקה כדי לבצע סגרגציה של הטרמינלים. במהלך ההתפתחות של מערכת הראייה תאי הגנלניון שולחים שלוחות אל ה LGN, וזאת בכל צד משתי העיניים, בתחילה אין הפרדה ברורה בקישרויות אך מחקרים הראו שב LGN ההפרדה בין העיניים מתרחשת עוד לפני הלידה, כלומר ללא פעילות אקטיבית של הרטינה, כפי שמתרחש בקורטקס. חוקרים הראו כי ברחם תאי גנגליון סמוכים זה לזה נוטים לירות ב burst ים סינכרוניים של מספר שניות. פעילות מסונכרנת זו מחזקת קשרים מסוימים ב LGN, ובגלל שהפעילות בשתי העיינים איננה מסונכרנת הרי שהדבר

22 יכול להביא לסגרגציה בקישוריות, והדבר יכול להסביר את החלוקה העינית בשלב כה מוקדם אך הדבר עוד לא הוכח. כמובן שהכל לפי הכלל ההביאני שכולנו אוהבים: Neurons who fire together wire.together ממצאים חדשים, כמו המחקר של Peter Mombaerts בנוירונים של חוש הריח מעלים התנגדות לכך שהכל תלוי בפעילות הנוירונלית. מערכת זה מראה שינויים בהצגת רצפטורי הריח שלה גם ללא תלות בניסיון.

23 פיזיולוגיה של מערכת העצבים א' תא העצב כיחידה חישובית עידן שגב להרצאה זו אין מצגת... לכן יש כאן ניסיון להוציא מה שניתן ממספר סיכומי שיעור. מאמרים רלוונטיים: RALL& RINZEL BRANCH INPUT RESISTANCE AND STEADY ATTENUATION FOR.1 INPUT TO ONE BRANCH OF A DENDRITIC NEURON MODEL.pdf What do dendrites and their synapses tell the neuron.pdf.2 אתר רלוונטי: נשאלת השאלה האם הדנדריטים מבצעים חישובים מורכבים? בשנת 1943 התפרסם מאמרם של,McCullok & Pitts בו הם הראו איזה כוח חישובי אדיר יש למערכת עם יחידות לוגיות נקודתיות שכאלו. תפיסה זו היא חלק מ"דוקטירנת הנויורון" הרואה בנוירון הבודד את היחידה החישובית כל נוירון יורה או לא יורה, שני מצבים בלבד. כיום אנחנו כבר לא מתייחסים לנוירון כאל יחידה חישובית נקודתית, העץ הדנדריטי איננו נקודה איזופוטנציאלית, הוא איננו מאוזן מבחינה חשמלית. ונשאל את עצמנו מה ניתן להרוויח ביכולות חישוביות מעבר למודל McCullok.& Pitts מחקר העץ הדנדריטי עשה כברת דרך מאז תואר לראשונה עי" Ramon y Cajal בסוף המאה ה 19. כיום ניתן לרשום מחתכי מוח מהעץ הדנדריטי, ומתחילים לרשום מהדנדריטים גם בחיות.in vivo כיום נמצאות בעולם 32 קבוצות אשר מצליחות לרשום ממספר אלקטרודות בעץ דנדריטי אחד. בתאים פרימדיליים העץ הדנדריטי: o אורך של 0.3 עד 1 מ"מ. o קוטר של מיקרונים בודדים. o רוחב כ 20 מיקרון. בתאים אחרים המורפולוגיה יכולה להיות מאוד שונה, והם נבדלים באופי החשמלי, ובאופי הקלט (למשל תאי פורקנייה יורים ב burst םי ). כלומר התאים מעבר להבדלים המורפולוגים, נבדלים בהרכב סוג ובצפיפות התעלות, סוג הקלט שהם מקבלים וכן אופי הירי המתפתח וההתנהגות הכללית. להרבה תאים יש שם לפי צורת העץ הדנדריטי שלהם. מעריכים שיש בקליפת המוח כ 100 סוגים של תאי עצב עם פונקציונליות חשמלית ומורפולוגיה שונה. האם ניתן לקבל כוח חישובי חזק יותר או מורכב יותר לא רק מעצם העובדה שיש פוטנציאלי ירי שונים, אלא גם ממבנה העץ הדנדריטי? עצם הקיום של מספר גדול של קבועי זמן בעץ הדנדריטי מאפשר חישוב מורכב, בזכות המבנה ניתן: o ליישם סלקטיביות כיוונית. o אבחנה זמנית בין אירועים במקומות שונים (הרבה קבועי זמן אינטרינזיים).(B.Mel) ניתן לבצע חישובים באופן מקומי בתת יחידות מבניות o האקסון הוא יחידה חשמלית פשוטה, הדנדריט לעומת זאת מורכב הרבה יותר. מרבית המגוון של התעלות השונות (למעלה מ 100 סוגים) מופיע בעץ הדנדריטי ולא באקסון או בסומה. יש כאמור רפרטואר ירי נרחב כתוצאה מפיזור התעלות והיחידות המבניות באיזורים שונים ובמרחקים שונים מגוף התא. דבר זה יכול אף ליצור "פינג פונג" בין גוף התא לדנדריטים (ירי הולך וחוזר).

24 בסיכומו של דבר, יכולת חשובית מורכבת של העץ הדנדריטי קיימת. אך אין בידינו הוכחה שהמוח משתמש ביכולות ובתכונות הללו, לא מקשרים עדיין את המבנה הספציפי לחישוב המסוים. זהו תחום שטרם הגיעו לקונצנזוס בקהילת ה neuroscience. Rall חלוץ ה,dendritic modeling תורת הכבל. הזרם האורכי בכל נקודה יכול לצאת דרך הממברנה (וזאת אנחנו מכירים כ dv V I m הזרם הממברנלי ה"קיבולי" והזרם הממברנלי ה"נגדי") או = C + dt R להמשיך הלאה לאורך הדנדריט (הכבל). המפלים שאינם על ציר האורך של הכבל הם זניחים באופן יחסי, רוב הזרם האורכי זורם במקביל, ולכן ניתן להסתכל על חתך באופן איזופוטנציאלי, ומכאן ההסתכלות על המודל היא חדמימדית. 2 כאשר מזריקים בצילינדר מתקיים ), ( + =. במצב ה V V steady 2 V T X X T 2 d V,T = V ( כאשר T זהו הזמן המנורמל בקבוע הזמן X ) הכבל מקיים state 2 dx 1 Rm ו X המרחק המנורמל בקבוע המרחק. ) d, λ = כאשר Rm זוהי 2 Ri התנגדות הממברנה ו Ri התנגדות הציטופלזמה, ו d הוא קוטר הכבל). קבוע המרחק רלוונטי לכבל אינסופי ופסיבי. λ אופייני של דנדריט הוא כ "מ. כאשר בודקים צילנדר חסום,(sealedend) אז הדעיכה תהיה איטית יותר. וזאת משום שאין זרם אורכי בקצה הכבל > זה גורם לפחות דעיכה כי הזרם נעצר > הוא חייב לצאת דרך הממברנה > גורם להפרש פוטנציאלים> פחות דעיכה בכבל סופי קצר. כאשר יש קצה עם הארקה (killedend) הדעיכה תהיה מהירה יותר עד כדי הגעה לאפס. תנאי הגבול (ה (boundary conditions קובעים את תנאי הזרם, ויש מגוון צורות: open, sealed, leaky וכו'. פיצולים בכבל גם כן מצריכים פתרונות יותר מורכבים. התוצאה החשובה של Rall התפרסמה ב 1973, והביאה למסקנות חשובות: החוקרים Rall & Rinzel בנו עץ דנדריטי סימטרי אידאלי שכל יחידה שלו היא בעלת אורך חשמלי שווה ב λ, כל פיצול הוא סימטרי ולוקח את החלק היחסי המתאים של ה λ. והראו שהוא אקוויולנטי לכבל אחד אם מתקיים: o ה conditions boundary של כל הקצוות זהה. o האורך החשמלי ב λ זהה בכל המסלולים. o בכל נקודת פיצול הקטרים של הבנות ואם מתנהגות לפי: מ 1 d d 3 2 d p = 1 בתנאים אלו ניתן לכווץ את כל התיאור של העץ הדנדריטי לצילינדר אחד. במודל הפסיבי והלינארי כאשר מזריקים זרם בקצה העצב מתפתח מתח מקומי גדול שדועך עד שמגיע לגוף התא מתח קטן הרבה יותר, זוהי הדעיכה הפחותה ביותר משום שהמודל לא מתחשב בזרם הקיבולי (אשר לא קיים במצב steady.(state אם היינו מזריקים את אותו זרם בגוף התא המתח שהיה מתפתח היה מעט גדול יותר. למעשה בגוף התא לא ניתן לדעת האם הזרם I התקבל מכניסה אחת, או משמונה זרמים קטנים יותר שכל אחד הוא של 8/I. יש הרבה מקרים שהם אקוויולנטים מבחינת גוף התא.

25 כאשר מדברים על מוליכות (כלומר פתיחת תעלות) הלינאריות של המודל הפסיבי הזה לא מתקיימת באופן המושלם הזה. ה epsp מרוח יותר בזמן (דיספרסיה) ככל שהאות מגיע ממקום רחוק יותר מגוף התא. ומכאן שצורת ה epsp מלמדת על המרחק החשמלי ממנו היא הגיעה, אך לא על עוצמתו. [יש לי הערה במחברת שאני לא בטוחה לגמרי בכוונתה: " הקלס טען שההבדל בצורה הוא בגלל טרנזמיטורים שונין בעוד רול טען שזה תלוי במרחק"] selectivity :Directional דוגמא לחישוב בעזרת העץ הדנדריטי, וניצול ה delay הטמפורלי לצורך גילוי הכיוון של נקודת אור בעולם (=תא גנגליון), זוהי הצעה תיאורטית. העץ הדנדריטי מסודר בכיווניות מסוימת ביחס לפוטורצפטורים. כאשר נקודת האור נעה בכיוון ה"רצוי" הפוטורצפטורים מזריקים זרמים מהפריפריה אל גוף התא, ואילו במצב ההפוך הזרם מתקבל תחילה קרוב לגוף התא ומתרחק. פירוש הדבר כי הכיווניות משפיעה מאוד על פרופיל הפעילות. כאשר נתחיל מרחוק נקבל פוטצניאל גבוה הרבה יותר בגוף התא. כל זאת בתנאי שהתנועה הזוויתית מתאימה ל delay הדנדריטי. בתנאים מסוימים העץ הדנדריטי יודע לייצר ספייקים משל עצמו הקרויים Calcium spikes הם לא מתפשטים לכל העץ אלא רק, Hot Spot שיש להם תפקיד חשוב בפלסטיות. תופעה זו בדר"כ מלווה בפרק ספייקים בגוף התא.

26 סיכום שיעורים בפיזיולוגיה א', 2006 המערכת הסומטוסנסורית סיכום שיעורים מהתאריכים: 26/3 + 29/3 + 2/4/06 נושא:.Introductory to sensory systems + Somatosensation ההרצאות הועברו ע"י אלי נלקן. הסיכום מבוסס על ההרצאות ועל חומר משלים מפרקים 2123 מ Kandel, מהדורה 4 (החומר מ Kandel שובץ מהסיכומים של המחזור של איתי). הסיכום מסודר על פי השקפים בהרצאות, ונועד להיקרא במקביל אליהן. מפורטים השקפים בהם נאמרו דברים בכיתה מעבר למה שרשום בשקף, או שקפים ונושאים עליהם יש הרחבות על סמך.Kandel התוספות מהסיכומים של Kandel לא תמיד רלוונטיות לשקף מסויים, ולכן ישנן "הפסקות "Kandel מדי פעם, בהן מסוכם החומר הרלוונטי לתחום הנידון. מסכם: יובל בןחורין המצגות הרלוונטיות: Introduction to sensory systems.ppt Somatosensory1.ppt.4 Somatosensory2.ppt.5 Somatosensory3.ppt.6 סיכום שיעור: מצגת: Introduction to sensory systems.ppt שקפים 35: התפיסה שלנו את העולם איננה ישירה: אנחנו לא חשים (תפיסתית) ישירות את העולם, אלא המידע עובר סינון (פילטרציה) ועיבוד כלשהם. ישנן גם כמה החושים הינם מערכות מדידה פיזיקליות, מהפריפריה אל מערכת העצבים. מערכות שחשות את מערכת העצבים עצמה. מגבלות החישה נקבעות ע"י הפיזיקה של העולם, בעיות (ומגבלות) של רעש, ומגבלות של תאי העצב עצמם. הייצוג הפריפרי הוא הנאמן ביותר שיהיה זמין למוח (כי כל עיבוד מידע כרוך באיבוד מידע). שקף 6: מודגש ההבדל בין תחושה (sensation) לתפיסה,(perception) שהיא מה שאנו מודעים אליו, ומבוססת על מידע שעבר עיבוד. החלק של התפיסה (שימוש בנתונים הפיזיקליים) מובן פחות לעומת הבנת המערכת המודדת עצמה. בעיבוד המידע החושי יש גם הפסד (איבוד) של מידע, אך הדבר יעיל בכך שהמידע שנשאר ולא אובד זה המידע שאנו זקוקים לו אחרת היינו מוצפים בעודף אינפורמציה לא רלוונטית. שקפים 710: דיון ודוגמא לטעויות שאנו עושים עקב עיבוד המידע.

27 שקפים 1114: דוגמא נוספת למגבלה שיוצר עיבוד המידע שאנו עושים: אפקט Stroop (אפקט ההקראה של צבעים של מילים אשר מתארות צבעים אחרים (למשל כחול) במקום לומר את הצבע של המילה {ורוד}, אנו נוטים לומר את המילה עצמה {כחול}, שמתארת צבע אחר). שקפים 1627: התפלמסות סביב ההגדרה של חוש, כמה חושים יש בכלל, כמה חושים יש לנו (כבניאדם), וחושים אחרים שיש לחיות אחרות (השקפים די מסבירים את עצמם). אלקטרומגנטי (ראיה), מכני (מגע, שמיעה), תאוצה (שיווימשקל), דוגמאות לחושים: כימי (טעם, ריח). גלים אלקטרומגנטיים לראיה, למשל; משתנה פיסיקלי שנמדד. מה הופך "חוש" לחוש? אנרגיה מכנית מגע, לחץ; גלי לחץ שמיעה; הרגשת חומרים כימיים, וכיוצ"ב. מעבר לחמשת החושים המקובלים בבניאדם, יש לנו חושים נוספים: שיווי משקל, סומטוסנסורי (מגע, ויברציה, פרופריוספציה, טמפרטורה, כאב), אוסמורצפטורים (חישת צמא אובדן נוזלים). כלומר, תחום ה somatosensation זה "שק" שמכיל הרבה מאוד חושים: מגע, רעד, טמפרטורה, כאב, פרופריוספציה (תחושת מיקום איברי הגוף), המערכת הוסטיבולרית (מערכת שיווי המשקל), ועוד. modality (ותתחלוקות, (submodalities = תחום חישה מסויים (מגע בניגוד לכאב, למשל). פרופריוספציה, צמא ורעב, לחץ דם, כימיה של נוזלים בגוף פירוט חושים פנימיים בגוף: חושים שאין לבניאדם: o הרחבת תחום החישה = שימוש באולטרהסאונד, ראיה באולטרהסגול, שדות מגנטיים הרחבת תחום החישה = שמיעה של כלבים, ראיה באינפרהאדום... o o חישה של מדדים פיזיקליים אחרים (רגישות לשדות מגנטיים, חישת תנועה של אויר או של מים (בדגים) ( (למשל חישה באמצעות שימוש באותם פרמטרים פיסיקליים בצורה אחרת o שערות השפם בחולדה) כאשר דנים בחיות אחרות, ההפרדה בין חושים הינה בעייתית לפי ההגדרות שלנו כבני אדם, למשל: ראיה? Echolocation (מדידת מיקום באמצעות הד, אצל עטלפים): שמיעה? o Vibrissa (מישוש באמצעות השפם אצל חולדות): שמיעה? מגע? ראיה? o Pheromons שייכים למערכת חוש הריח אבל משפיעים על ההתנהגות באופן o חריג הרבה יותר מאשר חוש ריח רגיל) כלומר אם מתעמקים בהתנהגות, ניתן לסכם שכל חוש מוגדר בצורה ספציפית לחיה. תוספות מ Kandel : ישנן 4 תכונות בגירוי אשר מרכיבות את החישה של הגירוי: modality (סוג הגירוי), location (מיקומו של הגירוי במרחב), intensity (עוצמת הגירוי), timing (תזמון הגירוי). * העובדה כי כל המערכות הסנסוריות נושאות את אותו סוג מידע יכולה להיות סיבה אחת לכך שכולן בעלות אירגון דומה. כדוגמא שנחזור אליה פעמים רבות נדון בחישה ע"י 4 סוגי רצפטורים לגירוי של מגע (מכנורצפטורים): Ruffini,Pacinian corpuscle,merkel cells,meissner's corpuscle.endings רצפטורים אלו עוד ידונו בפירוט בהמשך. * תחושת מרקם ספציפית נוצרת כאשר סוג מסויים של מכנורצפטורים מופעל, וירי של כל ארבעת המכנורצפטורים יפיק תחושה של מגע עם אובייקט. * הפעלה סלקטיבית של תאי Merkel cells ו endings Ruffini תפיק תחושה של לחץ קבוע על העור מעל הרצפטורים. לעומת זאת, אותו דפוס ירי ב corpuscle Meissner's וב Pacinian corpuscle יתן תחושה מעקצצת של ויברציה.

28 * מבחינת הדיוק בקביעת מיקום הגירוי במרחב, Merkel cells ו corpuscle Meissner's נותנים את המיקום במדוייק ביותר של המגע מכיוון שהם בעלי שדות הקליטה הקטנים ביותר, והם יותר רגישים ללחץ שמופעל ע"י פרוב קטן. * העוצמה של הגירוי משתקפת בקצב הירי של כל רצפטור לבדו ומשך הירי משתקף בפרק הזמן בו נמשך הירי. שניים מהרצפטורים: Meissner's corpuscle ו corpuscle Pacinian הם בעלי אדפטציה מהירה לגירוי קבוע ואילו השניים האחרים בעלי אדפטציה איטית (כאמור, עוד נשוב לזה בהמשך). שקפים 2840: דיון בעקרונות הכלליים של הקצה (frontend) של מערכות סנסוריות. עקרונות מנחים: "משטח ביונקים הרצפטורים שחשים את הפרמטר הפיזיקלי מסודרים על הרטינה היא מערך דומימדי של למשל, מערך של רצפטורים. סנסורי", פוטורצפטורים, ה cochlea היא מערך חדמימדי של תאי שערה, בקצה האצבע יש מערך דומימדי של מכנורצפטורים... שינוי בגודל הפיסיקלי (של הפרמטר אותו חשים) גורם לשינוי חשמלי בתאי החישה (להתמרה הזו קוראים.(transduction נשים לב כי האנרגיה הפיזיקלית של הגירוי לא גורמת לחשמל ישירות, אלא דרך תהליך מסויים של המרה בתא. בקליטת פוטון כדוגמא נידון המקרה של הפוטורצפטור בעין: o בודד נוצרת בפוטורצפטורים דפולריזציה שעל מנת ליצור אותה נדרשת כמות מטען שצורכת מעבר של 10,000 יונים. על מנת להעביר כמות כזו של יונים דרושה הרבה יותר אנרגיה מאשר האנרגיה שבפוטון אחד כלומר משלמים אנרגיה אלפימונים מעל האנרגיה של הסיגנל (פוטון) שהתקבל כדי לייצר שינוי חשמלי מתאים. הגירוי הפיסיקלי עושה מודולציה לחשמל שנוצר ע"י המערכת המטאבולית; הגירוי לא משמש כמקור האנרגיה עצמו (זוהי התמרה של צורות אנרגיה). לו היינו יודעים להמיר את הפוטון ישירות לחשמל, זה היה הרבה יותר יעיל. והשינוי בכל תא שחש את הגודל הפיסיקלי של הגירוי נגרם שינוי חשמלי, בחשמל כתוצאה מהגירוי הפיסיקלי מוגדר כפוטנציאל הרצפטור. מודגש ה גרף בשקף 39 יש קשר בין עוצמת הגירוי ופוטנציאל הרצפטור. tradeoff בין קידוד תחום עוצמות רחב לרזולוציית ההפרדה בין גירויים בעוצמות דומות (זה בעיקר מאחר שקיים רעש במערכת, ולכן אין כאן רזולוציה אנלוגית אינסופית). בשקף 40 מתוארות מספר דוגמאות לתהליך ההתמרה (transduction) מהגירוי הפיסיקלי לשינוי חשמלי הגירוי הפיסיקלי יפתח או יסגור תעלות בחושים מכניים, o ישירות. גם בחושים כימיים יתכן כי החומר המגרה עצמו יגרום ישירות o לשינוי בתעלות היוניות. ישנו מערכות בהן יש שימוש בשליח שניוני למשל במערכת o הראיה (שקף 42, יפורט מיד). שינוי מכני בתא השערה יגרום ישירות במערכת השמיעה, o לפתיחת תעלות יונים. תוספות מ Kandel : * רוב הרצפטורים הסנסוריים סלקטיביים בצורה אופטימלית לגירוי אנרגטי מסויים, מונח הנקרא ספציפיות רצפטור. * העובדה כי הרצפטור סלקטיבי לסוג ספציפי של אנרגיית גירוי משמעה שהאקסון של הרצפטור פעילות באקסון בהכרח תעביר אינפורמציה לגבי מתפקד כקו תקשורת בעל מודליות ספציפית.

29 * * סוג מסויים של גירוי. לכן מתייחסים לזה כאל,labeledline code כלומר זהות הסיבים (קו התמסורת) מקודדת את סוג הגירוי. * כל קבוצת רצפטורים סנסוריים יוצרת קשרים עם מבנים ספציפיים במע' העצבים המרכזית, לפחות בשלבים הראשונים של עיבוד המידע. מודליות היא ייצוג של חיבור של נוירונים הקשורים לקבוצה ספציפית של רצפטורים. אוסף כזה של נוירונים נקרא מע' סנסורית (כדוגמת המע' הסומטוסנסורית, ויזואלית, וסטיבולרית, אודיטורית ועוד). לבני האדם יש ארבעה סוגי רצפטורים, כל אחד רגיש ביותר לצורה מסויימת של אנרגיה פיזיקלית: מכנית, כימית, תרמית או אלקטרומגנטית. * המכנורצפטורים של המערכת הסומטוסנסורית מתווכים בתחושת מגע, פרופריוספציה ותנוחת מפרקים. המכנורצפטורים של האוזן הפנימית מתווכים בשמיעה ושיווי משקל (איזון). כימורצפטורים מעורבים בתחושות של כאב, גירוד, טעם וריח. תרמורצפטורים בעור חשים את טמפ' הגוף, האוויר הסובב אותנו וטמפ' האובייקטים בהם אנו נוגעים. * בני האדם בעלי סוג אחד בלבד של רצפטורים לאנרגיה אלקטרומגנטית: הפוטורצפטורים ברישתית. מנגנון הטרנסדוקציה של גירוי אנרגטי לפוטנציאל רצפטור משתנה בין סוגי הגירוי הפיזיקלי: [] מכנורצפטורים חשים שינויים (דהפורמציות) פיזיקליים ברקמה בה הם נמצאים. לחץ מכני, כמו לחץ על העור או מתיחת שריר, הופך לאנרגיה חשמלית בעזרת השפעה פיזיקלית של הגירוי על תעלות קטיונים בממברנה המחוברת לציטוסקלטון. גירוי מכני מעוות את ממברנת הרצפטורים וכך נפתחות תעלות הרגישותלמתיחה ומוליכות תעלות היונים גדלה וגורמת לדה פולריזציה ברצפטור. עוצמת פוטנציאל הרצפטור פרופורציונלית לעוצמת הגירוי, ע"י פתיחת יותר תעלות יוניות לפרק זמן ארוך. לחץ חזק גורם לדהפולריזציה רבה יותר מאשר לחץ חלש. הסרת הגירוי מקלה על הלחץ המכני על ממברנת הרצפטור וגורמת לתעלות (הרגישות למתיחה) להסגר. [] באותו אופן, המכנורצפטורים באוזן הפנימית מגיבים לכיפוף הסיליה על הממברנה האפיקלית. כיפוף לצד מסויים יגרום לדהפולריזציה ואילו לצד השני להיפרפולריזציה (שקף 41). [] פוטנציאל רצפטור בכימורצפטורים ופוטורצפטורים נוצר ע"י פעילות תוך תאית של נשאים שניוניים, כאשר הגירוי נקשר לרצפטורי ממברנה המצומדים לחלבוני G. הנשאים השניוניים גורמים לשינויים במוליכות בצורה מקומית או באתרים מרוחקים. כימורצפטורים מגיבים באופן נורמלי לליגנד מתאים בדהפולריזציה. לעומתם, פוטורצפטורים מגיבים בהיפרפולריזציה. היתרון הגדול של מנגנון הנשאים השניוניים הוא שהסיגנל הסנסורי מקבל הגברה: כמות קטנה של אור או מולקולות ריח הנקשרות לאתר הרצפטור יכולה להשפיע על מוליכות תעלות יוניות רבות בתא הרצפטור. קיים צימוד מכני ישר בין הגירוי לבין פתיחת שקף 41: מבנה השערות בתאיהשערה במערכת השמיעה: התעלות. שקפים 4244: דוגמא ל messangers.secondary בראיה, החומר שאחראי על פתיחת וסגירת התעלה (בבעלי חוליות) הוא.cGMP האור גורם להיפרפולריזציה ממצב של דפולריזציה חלקית. את התהליך המלא לא ממש הצלחתי להבין (אולי הביולוגים יעזרו?). שקפים 4549: לאחר תהליך ה transduction בו נוצר פוטנציאל חשמלי (פוטנציאל הרצפטור), השלב הבא הוא ניתן להתייחס ל transduction כאל תהליך אנלוגי, ולתרגום קידוד הגירוי באמצעות ספייקים. של זה לספייקים כאל תהליך דיגיטלי. ברטינה, הספייקים נוצרים בתא הרצפטור עצמו, או בתא במורד הדרך ממנו: למשל, התא השני מגיב, בעוד התא הראשוני מבצע עיבוד (ופלט) אנלוגי.

30 שקף 46: receptors Tonic מגיבים לאורך כל הגירוי. יש מעט רצפטורים כאלו. שקף 47: receptors Phasic קצב הספייקים הולך וקטן לאורך הגירוי (כאשר עוצמת הגירוי נשארת קבועה). ניכר תהליך של אדפטציה לגירוי. בקצה הסקאלה יש רצפטורים שמגיבים רק לשינויים (למשל גופיף פאצ'יני שרגיש לרעידות). רצפטורים כאלו מוגדרים כ adapting.(very) rapidly כאמור, התגובה המשתנה של הרצפטור לגירוי (למשל, תגובה שהולכת ופוחתת כאשר הגירוי נשאר יציב, או תגובה רק לשינויים בגירוי) מעידה על תהליך אדפטציה שקורה ברצפטור. האדפטציה נגרמת כתוצאה מהכימיה של הרצפטור עצמו או מהסינפסה עם סיב העצב הבא, או כתוצאה מאדפטציה מכנית. האדפטציה המכנית בגופיף פאצי'ני: הגופיף הוא דמוי בצל, והגירוי ידחוף את המבנה אך תהיה רלקסציה בחלק הפנימי לאחר הדחיפה הראשונית, כך שהמבנה יחזור לקדמותו כלומר מדובר באדפטציה מכנית (שקף 49). על האדפטציה המכנית בגופיף פאצ'יני, קצת יותר בפירוט: [] ה corpuscle pacinian ממוקם בעור, במפרקים ובחלל הבטן. הוא מכיל למינה של רקמת חיבור המסודרת בצפיפות ומלאה בנוזל, והיא שיוצרת את הקפסולה העוטפת את טרמינל העצב הסנסורי. בשל אותה קפסולה, הקצוות הסנסוריים מתמחים בהבחנה של תנועה. [] הקפסולה מסיטה לחץ קבוע. הרצפטור מגיב באחד או שני ספייקים בתחילת גירוי לחץ ובסופו אבל הוא שקט בעת שהגירוי קבוע בעוצמתו. כאשר גירוי נוגע לראשונה בעור, הקפסולה מתעוותת ולוחצת על טרמינל העצב, דבר אשר מפעיל תעלות רגישותלמתיחה בטרמינל, המפיקות תגובה מיידית לגירוי. במהלך לחץ קבוע, הקפסולה משנה את צורתה ומפחיתה את המתיחה על ממברנת העצב. הלמלות (שכבות הלמינה) החיצוניות של הקפסולה נלחצות וסופגות את הרעש הסטטי ומונעות את מהעיוות (דהפורמציה) לעבור לליבה הפנימית של הקפסולה ולטרמינל העצב. [] כאשר הלחץ מוסר, הקפסולה חוזרת למצבה הראשוני ותזוזת הרקמות מגרה את טרמינל העצב בשנית, וגורמת לתגובת סיום response).(off עקב תכונות אלו, ה corpuscle pacinian רגיש לויברציות. תנועות מהירות מועברות דרך הלמלה לטרמינל ויוצרות פוטנציאל רצפטור וספייקים לכל מעגל ויברציות. שקף 50: הפריפריה הסנסורית צריכה להיות אמינה בעקיבה ובייצוג של הגירוי הפיסיקלי החיצוני הרצפטור צריך לייצר תגובה שאמורה להיות נאמנה לגירוי הפיזיקלי, אך בתהליך קיימות מגבלות (מגבלות פיזיקליות ; סינון מרחבי ; סינון בזמן (של שינויים מהירים מדי) ; מגבלות עקב רעש במערכת). יש לשים לב לכך שחלק מהמגבלות (הסינון המרחבי והסינון הזמני) קיימות בכוונה על מנת שהמערכת תוכל לשמור על יחס אות לרעש טוב ברצפטור. שקף 51: דוגמאות למגבלות פיזיקליות של כושר ההבחנה שלנו בגירויים (השקף מסביר את עצמו) שקפים 5164: פירוט דוגמאות לסינון המרחבי שנעשה ברצפטורים. שקף 52: כל תא רגיש לאזור מסויים, כך שאינהרנטית יש לנו מגבלה של רזולוציה שדה רצפטיבי: o תא חוש מגיב לשטח מסויים (או תחום מסויים של הפרמטר הפיסיקלי של מרחבית. האזור אשר גירוי בו יגרור תגובה בתא כלשהו מוגדר בתור השדה הרצפטיבי של הגירוי). התא. בדרך כלל מוגדר בתור השטח שהגירוי הפיסיקלי משפיע על האפיתל החושי. גירוי המשפיע על איזור הגדול משדה כל רצפטור מגיב רק לגירוי בשדה הקלט שלו. o לכן, גודל הגירוי משפיע על הסך הקלט של רצפטור אחד יפעיל גם רצפטורים סמוכים. הכולל של הנוירונים שיגורו.

31 שקף 54: דוגמאות לשדות רצפטיביים ולאופי התגובה לגירוי מתמשך של מספר רצפטורים בקצה האצבע בבניאדם. הדוגמא הזו ואותם הרצפטורים שכבר למדנו להכיר נידונים לעומק בהרצאה הבאה (בשיעור הבא, שקף 18 במצגת.(somatosnsory1 נזכיר כי אלו אותם הרצפטורים בהם דנו קודם (תוספת,Kandel עמ' 2). ניתן להבחין באדפטציה (תגובה מתמשכת או רק בעת השינוי), על פיה מוגדרים הרצפטורים כ rapidly או.slowly adapting ככלל, צפיפות הרצפטורים בקטע הנתון בגוף קובעת כמה טוב תוכל המע' הסנסורית לפענח את פרטי הגירוי באותו איזור. אוכלוסיה צפופה של רצפטורים תוביל לרזולוציה טובה יותר של מידע מרחבי בגלל שהרצפטורים בעלי שדהקלט קטן יותר. יש להדגיש כי הרזולוציה המרחבית של המערכת הסנסורית אינה אחידה לאורך כל מרחב הרצפטורים. תוספת מ Kandel : משך תחושת החישה נקבע בחלקו ע"י הקצב האדפטיבי של הרצפטורים: תכונות הזמן של הגירוי מקודדות כשינויים בתדירות בפעילות הנוירון הסנסורי. גירוי מופיע, עולה בעוצמתו, משתנה או נשאר קבוע ולבסוף נעלם. רצפטורים רבים יעבירו את הקצב בו הגירוי מתגבר או נחלש ע"י שינויים מהירים בקצב הירי. למשל, כאשר פרוב נוגע בעור, הירי הראשוני פרופורצינלי למהירות הנגיעה וכיפוף העור ולכמות הלחץ. בעת לחץ קבוע קצב הירי מואט עד לרמה פרופורציונלית לכיפוף העור. הירי מפסיק כאשר הפרוב מוסר. מכאן, שנוירונים מעבירים תכונות חשובות של הגירוי לא רק בעת הירי אלא גם בעת הפסקתו. למרות שהירי המתמשך מקודד את עוצמת הגירוי, אם הגירוי מתמשך לאורך מספר דקות ללא שינוי במיקום או באמפליטודה, עוצמתו תדעך והתחושה תאבד זוהי אדפטציה. כל הרצפטורים הסנסוריים עוברים אדפטציה לגירוי קבוע, הם יכולים לעשות זאת באיטיות או במהירות. [] רצפטורים המגיבים לגירוי מתמשך וקבוע הם slowly adapting neurons והם יכולים להעביר מידע בנוגע לעוצמת גירוי למשך מספר דקות. משך הגירוי מועבר ע"י דהפולריזציה מתמשכת ועיקבית ויצירת פ"פ לאורך משך זמן הגירוי. רצפטורים אלה מתרגלים בהדרגה לגירוי כתוצאה מאינאקטיבציה של תעלות נתרן או סידן ע"י פוטנציאל רצפטור מעורר או כתוצאה מאקטיבציה של תעלות אשלגן התלויות בסידן. [] חלק מהרצפטורים מפסיקים לירות כתגובה לגירוי בעל אמפליטודה קבועה ופועלים רק כשעוצמתו עולה או יורדת; אלה הם ה rapidly adapting neurons שמגיבים רק בתחילת הגירוי ובסופו, ומאותתים על קצב או מהירות הגירוי. האדפטציה שלהם תלויה בשני פקטורים: ראשית, ברבים מרצפטורים אלה הדהפולריזציה הממושכת של פוטנציאל הרצפטור גורמת לאינאקטיבציה במנגנון יצירת הספייק באקסון. שנית, מבנה הרצפטור מסנן את הרכיבים הקבועים של הגירוי ע"י שינוי צורה ובכך מוריד את הסיגנל החשמלי שנוצר ע"י הרצפטור (לדוגמא, גופיף פאצ'יני שנידון קודם). קיומם של רצפטורים בעלי אדפטציה מהירה ואיטית מראה עיקרו נוסף של הקידוד החושי: מערכות סנסוריות חשות בניגודים בגירוי, כלומר, שינויים בדפוסי הגירוי במרחב ובזמן. שקף 55: tuning curves (סף הקליטה של תאים בודדים כפונקציה של תדר הגירוי) עבור תאים שונים במערכת השמיעה (כנראה של תאים לאורך ה cochlea ). גם כאן ניתן לראות "שדות רצפטיביים" (אשר מוגדרים כאן כתחומי תדר נקלטים) שונים בתאים השונים. תוספת מ Kandel :( I ) [] לכל אחת מהמודליות העיקריות ישנן תתחלוקות של החישה לתחומים או תכונות.(submodalities) לדוגמא: טעם יכול להיות מתוק, חמוץ, מלוח או מר; אובייקטים שאנו רואים שונים בצבע, צורה ותנועה; מגע הוא בעל תכונות של טמפ', מרקם ונוקשות...).

32 ה( [] תתחלוקות אלה קיימות בגלל שכל קבוצת רצפטורים אינה הומוגנית. במקום זאת, כל קבוצה מכילה מגוון של רצפטורים המתמחים בתגובה לטווח מוגבל של אנרגיית הגירוי. [] הרצפטור מתנהג כפילטר לטווח צר או bandwidth של אנרגיה. לדוגמא: פוטורצפטורים בודדים אינם רגישים לכל אורכי הגל של האור אלא רק לחלק קטן מהספקטרום. נגיד כי אותם רצפטורים מכווננים (tuned) לגירוי מספק, הגירוי הייחודי שיאקטב את הרצפטור באנרגיה נמוכה. [] כתוצאה מכך ניתן לשרטט עקומת כיוונון curve) (tuning לכל רצפטור בהתבסס על ניסויים פיזיולוגיים. עקומה זו מראה את טווח הרגישות של הרצפטור, כולל רצועת האנרגיה המועדפת בה הוא פועל באמפליטודה הנמוכה ביותר. בערכים גבוהים או נמוכים יותר עוצמת הגירוי צריכה לעלות כדי לעורר את הרצפטור (שקף 55). [] תחת תנאים נורמליים, כל נוירון סנסורי רגיש בעיקר לסוג גירוי אחד, אך רגישות זו אינה מוחלטת: אם גירוי חזק מספיק הוא יכול להפעיל מספר סיבי נוירונים. לדוגמא: הרישתית יחסית לא רגישה לגירוי מכני אך מאוד רגישה לאור; למרות זאת, פוטורצפטורים יגיבו למכה בעין ויפיקו הבזק של אור שניתן להבחנה. הגירוי המכני הפיק תמונה ויזואלית מכיוון שהרצפטורים מחוברים למרכזי ראיה במערכת העצבים המרכזית. תוספת מ Kandel :( II ) הפסיכופיזיקאים פיתחו פרדיגמות ניסוייות להשוות איך מבחינים בין שני גירויים בעלי אמפליטודה שונה. הם כימתו את עוצמת החישה בצורת חוקים מתמטיים המאפשרים לחזות את היחסים בין עוצמת הגירוי וההבחנה הסנסורית. [] חוק וובר: הרגישות של המע' הסנסורית לשוני תלויה בכוח המוחלט של הגירוי. אנו יכולים להבחין בקלות בין 1 ק"ג ו 2 ק "ג אך בקושי בין 50 ק"ג ו 51 ק"ג, למרות ששניהם שונים זה מזה רק בק"ג אחד. יחסים אלה מבוטאים בחוק וובר. מונח ה difference just noticeable מגדיר את השוני המינימלי בעוצמה ההכרחי להבחנה בין גירוי אחד לשני, והוא עולה ככל שעוצמת הגירוי הראשון עולה. הגירוי בעל הכוח החלש ביותר בו נבדק יכול להבחין נקרא הסף הסנסורי threshold) ;(sensory [] רמת הסף עבור מודליות מוגבלת ע"י רגישות הרצפטורים. [] רמת הסף האנרגטית היא הגירוי בעל האמפליטודה המינימלית היוצרת פוטנציאל פעולה בנוירון סנסורי. [] אנו מגדירים רמת סף במונחי פוטנציאל פעולה מכיוון שפוטנציאלי רצפטור הם מקומיים ומתקדמים בצורה פסיבית ולכן אינם מועברים למרחק גדול מ 1 מ"מ. כדי להעביר מסר חושי למוח אינפורמציית הגירוי חייבת להיות מיוצגת כסדרת פוטנציאלי פעולה. שקפים 56,57: אז מה צריך להיות הפיזור המרחבי של שדות רצפטיביים כך שנוכל להבחין בין שני גירויים ברזולוציה מסויימת? קריטריון Nyquist אומר שעלינו לדגום (כלומר לפזר את השדות הרצפטיביים) בצורה שגודל החפיפה בין שני שדות רצפטיביים יהיה מחצית מהמרחק המינימלי שנרצה למדוד בין גירויים (הרזולוציה המבוקשת). ברוב החושים פיזור השדות הרצפטיביים עונה לקריטריון.Nyquist כלל Rayleigh (קריטריון שמתייחס לראיה) point spread במערכת הראייה, התגובה של הרצפטור לנקודה מתוארת כ o function (כמה הנקודה "נמרחת"), וצורתה כמו כובע מקסיקני (עם שוליים רבים ודועכים). תגובה זו נוצרת בגלל שהרצפטור קולט את האור דרך מפתח אישון). o כלל ריילי קובע שהרגישות המקסימלית = ההפרדה המקסימלית האפשרית בין שני גירויים (המרחק המינימלי ביניהם כך שניתן להפריד ביניהם) היא כאשר ה PSFים של השדות הרצפטיביים חופפים בצורה כזו שמתקבלת תגובה מקסימלית (שיא) בשדה הראשון לגירוי הנקודתי הראשון באותה הנקודה בה מתקבל האפס הראשון בתגובה של השדה השני לגירוי השני. (מפורט בשקף)

33 זה אותו ה PSF שתואר בשקף הקודם, שקף 58: airy disc זו התגובה המרחבית לגירוי נקודתי ראייתי. הפעם בשני מימדים. שקפים 5962: כאמור, קיימת מגבלה פיזיקלית על רזולוציית הראיה בגלל המפתח של העין (האישון) o בשקף 59 מתוארת הנוסחא של הרוחב הזויתי של ה PSF כפונקציה של אורך הגל בו o מתבוננים ורוחב המפתח. מפתח בגודל עבור ערכים אופייניים לראיה האנושית (אורך גל בתחום האור נראה, o האישון, וגודל העין) מסתבר שגודל ה PSF כפי שהוא משתקף בחלק האחורי של העין הוא בערך.1µm (מעט יותר בתמונה בשקף 61 רואים שהרצפטורים ברטינה הם מסדר הגודל הזה o גדולים), כלומר הרצפטורים מותאמים פחות או יותר לעבוד בגבול המגבלות הפיסיקליות ; הם קצת יותר גדולים, אמנם, אך הם בסדר הגודל המינימלי הנדרש על מנת שהם לא יהוו גורם מגביל לרזולוצייה המרחבית של הראייה. o יש לזכור כי ממילא ישנם עיוותים נוספים בעין, כך שלא ברור שהעובדה שהרצפטורים מעט גדולים יותר מהמינימום האפשרי מהווה גורם מגביל. הראיה האנושית היא הכי טובה שיש בממלכת החיות! (ציפורים מגיעות עובדה מעניינת: o בגדול, מסתבר כי בניהאדם הינם בעלי החושים הטובים ביותר לאותה רזולוציה כמונו). כמעט בכל אחד מהחושים על פני רוב החיות. הרזולוציה המרחבית של מערכת רצפטורי הראיה היא שקף 62 מהווה שקף סיכום: o כמעט הטובה ביותר האפשרית (הם היו יכולים להיות קצת יותר קטנים), ומה שמגביל את יכולת ההפרדה הן המגבלות הפיזיקליות של העולם ומבנה העין. שקפים 63,64: (תופעה המוגדרת כ 2 נקודות גם כשתנאי ריילי לא מתקיים לפעמים ניתן להפריד בין :(hyperacuity התופעה תלויה בתנאים הפיסיקליים. o דוגמא: יכולת ההפרדה בין 2 קוים טובה יותר מיכולת ההפרדה בין שתי נקודות בגלל שהקוים נקלטים ביותר רצפטורים, ואפשר לעשות אינטגרציה על פני רצפטורים רבים o (ובכך לעלות מאוד את יחס האותלרעש). תופעה זו קורית הרבה גם במערכת השמיעה (שקף 64). o תגובה אמינה (במסגרת עקומת הכיוונון של התא) נדרש לשם כך יחס אות לרעש טוב: o כאשר זזים בתוך השדה הרצפטיבי של התא. שקפים 6567: פירוט דוגמאות לסינון הזמני (temporal) שנעשה ברצפטורים. קיים בשמיעה וגם בחושים אחרים. o הקידוד של הגירוי עוקב בזמן אחרי הגירוי עד לגבול מסויים בו קצב השינוי של הגירוי o מהיר מדי והקידוד לא מספיק לעקוב אחריו (וזהו הסינון בזמן). היכולת לעקוב (להנעל) על גירוי משתנה. :Phase locking o בשמיעה, הרזולוציה הטובה ביותר היא היכולת לעקוב אחר גירוי בתדר 10KHz (קיימת o בחיות). בראייה, הרזולוציה הזמנית בה ניתן לעקוב אחרי גירויים נמוכה מ 25Hz (לכן זה o מספיק כקצב התמונות בסרטים, כי ממילא אנחנו לא מספיקים לעקוב אחרי קצב שינוי מהיר יותר, אז זה מספיק מדמה את המציאות). בשמיעה קיימות מערכות שונות, עם רזולוציות זמן שונות. o עושים סינון לעקוב אחר הדברים הרלוונטיים, ולא אחרי רעש. מטרת הסינון הזמני: o כדי לעקוב אחרי מה שרלוונטי, ולא להגיב זמני מאותה הסיבה שעושים סינון מרחבי: לרעש. הערה קטנה: יש לציין כי יכולת העקיבה בזמן מוגבלת ע"י פרמטרים פיזיקליים של תאי o העצב עצמם, אז קצת מוזר לדבר על זה במובנים של "מטרות הסינון הזמני", אלא יותר במובנים של "יכולת הרזולוציה הזמנית של רצפטורים שונים במערכת העצבים".

34 שקף 68: התייחסות לרעש כגורם מגביל במערכת הסנסורית. לא ממש פורט מעבר למה שיש בשקף. שקפים 6976: (למיטב זכרוני, הוא לא נכנס אליהם בשיעור) מתואר גרף של תגובת תאים להפרש הזמנים בין קליטת גירויים בשתי האוזניים. o עפ"י תגובת התאים הבודדים, צריכה להיות לנו יכולת הפרדה זמנית בין שני גירויים o (אולי זה סוג של הביצועים טובים הרבה יותר בפועל, מסדר גודל של.0.5mSec (?hyperacuity כאן המקום לציין, אולי, שמערכת עיבוד המידע שבאה לאחר הרצפטורים (שהיא כנראה o זו שתורמת ל hyperacuity וליכולת הנ"ל) הינה מערכת גדולה מאוד. למשל, יש פקטור בין כמות התאים בקורטקס הראיה (1e9) לבין כמות תאי הרצפטורים לראיה (10,000,000). באותה הצורה, בשמיעה יש 1e4 רצפטורים, ובערך אותו היחס בינם כלומר על כל תא רצפטור יש כ 100 תאים "מעבדים". לתאי קורטקס שמיעתי (1e6) המשך הניתוח בשקפים הבאים לא ברור. o ידע כללי, ROC curve (שקף :(74 o במבחן יש 4 אפשרויות לתשובה hit (היה גירוי והנבדק אמר שהיה גירוי), miss (היה גירוי והנבדק אמר שלא היה גירוי), false alarm (לא היה גירוי אך הנבדק אמר שהיה גירוי), correct rejection (לא היה גירוי ואמר שלא היה גירוי). ה curve ROC מתאר את אחוז ה hit כפונקציה של אחוז ה alarms.false שקפים 7778: סיכום התפיסה מוגבלת ע"י התחושה כי אין לנו יכולת לייצר ידע יש מאין, ולא נוכל לתפוס את o מה שלא חשנו... התפיסה תהיה בדר"כ פחות טובה מהתחושה המקורית, בגלל עיבוד המידע שנעשה. o (ביצוע אפשר לפעמים לדחוף את עצמנו בתפיסה עד למגבלות היכולת של התחושה o מינימום עיבוד על המידע). התפיסה לכאורה משקפת את מה שקיים בעולם, אך בפועל מבוססת על עיבוד והכללה o (abstraction) של המידע שנקלט במערכת הסנסורית.

35 סיכום שיעור: מצגת: Somatosensory1.ppt שקף : 1 חזרה על ההגדרות של מרכיבי מערכת סנסורית : הפיכת הגודל התחושתי לחשמל (transduction) ל CNS (הפיכה של הפיכה של פוטנציאל הרצפטור לשדה שעובר למרכז, מעבר הספייקים ל CNS =,encoding = פוטנציאל הרצפטור לספייקים (transmission עיבוד המידע (processing) התפיסה (שלא מוגדרת היטב), החיבור בין התחושה (הקלט) לתנועה (הפלט) = perception שקף 3: נתחיל לדון באנטומיה, במבנה המסלולים הסנסוריים. המערכת הסומטוסנסורית כוללת את כל התחושות מהגוף שנכנסות דרך חוטהשידרה (זו (אשר מגיעות דרך העצבים הקרניאליים, וגם תחושות מהפנים הגדרה אנטומית), ספציפית דרך העצב ה trigeminal ). זה רץ על עצב כפי שכבר דיברנו, ברצפטור התחושה הופכת לחשמל שהופך לספייקים. פריפרי nerve) (peripheral בדרך יחד עם השלוחה האפרנטית,(efferent) המוטורית. העצב הפריפרי מתפצל בכניסה לחוטהשידרה לענף מוטורי וענף סנסורי. גופי התאים המוטוריים נמצאים בתוך חוטהשידרה, וגופי התאים הסנסוריים בתוך ה( ganglion,drg (dorsal root שנמצא מחוץ לחוט השידרה על הענף הסנסורי. לדעתי הכוונה ל (הערת מסכם: התאים בגנגליון ה DRG הם קוואזיביפולאריים פסבדואוניפולריים, כלומר אקסון אחד שיוצא מהתא ומתפצל לשני הכיוונים). חוט השידרה מורכב מחומר אפור (בפנים), וחומר לבן (מסלולי סיבים) מסביב לחומר האפור. ונטרלי = ביטני = מוטורי ; דורסלי = גבי = סנסורי החלק הקרן הונטרלית החלק הסנסורי. = הקרן הדורסלית של החומר האפור המוטורי. יש גם רשתות ענפות של אינטרנוירונים, עליהן נעבור עם יפעת בהמשך הקורס. המסלולים עוברים מחוטהשידרה ל medula (גזע המוח), משם לתלמוס, ומשם לקורטקס הסומטוסנסורי. ה CNS (transmition) במסלולים שקף 4: חזרה על שרשרת התהליכים עד כה: גירוי הופך לפוטנציאל רצפטור (transduction) פוטנציאל הרצפטור הופך לספייקים (encoding) מועברים למערכת העצבים המרכזית, הספייקים שיתוארו להלן. שקף 5: לכל סיב יש שדה רצפטיבי (האזור באיבר החישה אותר מרגיש הרצפטור). יש מוזאיקה (פסיפס) של שדות, וכל גירוי מתפרק (disaggregation) / מקודד ע"י הרבה רצפטורים שהופעלו, ואז צריך לבצע "הרכבהמחדש" (reassembly) של הגירוי, הכללה, כדי להבין את כל הגירוי. העצבים מגיעים מחלקים שונים ומתאגדים בכניסתם לחוטהשידרה.

36 שקפים 6,7: הסגמנטים הדיסקרטיזציה של הכניסות מתבטאת בחלוקה לסגמנטים של חוטהשידרה. העצביים מתאימים לחוליות. חוט השידרה קצר מעמוד השידרה ולכן הסגמנטים לא חופפים לגמרי (מבחינת השם ומיקומם האנטומי) לחוליות. לכל סגמנט נכנסות תחושות מחלקים דיסקרטיים בגוף דרמטום (dermatome) זו הקבוצה בגוף שמתאימה לסגמנט בחוטהשידרה (החלק שמעוצבב ע"י עצב פריפרי שיוצא מסגמנט אחד). השקפים מתארים את חלוקת הגוף לדרמטומים. שקפים 8,9: יש אפילו הבדלים בין הרצפטורים בעור עם ובלי יש הרבה מאוד סוגי רצפטורים שונים. שיערות... חלוקת רצפטורים עם שדות יש מוזאיקה משלו: modality (סוג של מידע) לכל רצפטיביים אשר ממפים את מרחב הגירוי של ה modality או ה submodality. סוגי רצפטורים: פירוט wanted) (much more than you think you בשקף.18 שקפים 1013: ההתמרה (transduction) בחושים שקשורים במגע, למשל צימוד ישיר. תעלות מכנורצפטיביות שרגישות לעיוות בממברנה (נפתחות כפונקציה של מתיחות). בתוספות של Kandel יש פירוט נוסף לגבי זה. יש תעלות שרגישות לחום (רצפטורי חום / קור), או רגישות לליגנדים (כאב, למשל, הוא במידה מסויימת חוש כימי...). שקף 14: לקצות העצב, כאמור, יש שדה רצפטיבי (מובאות דוגמאות לשני שדות רצפטיביים של רצפטורים שונים בקצות האצבע). סיב עצב סנסורי מתפצל לרוב בסיומו למספר ענפים. השדה הסנסורי מיוצג בהתאם לפיזור קצוות העצב. לפיכך, השדה הרצפטיבי לא אחיד ויש לו כמה מרכזים, בהתאם לפיזור קצוות העצב. זה בולט בדוגמא של ה corpuscle,meissners שנמצא קרוב לפני השטח של העור. גופיף פאצ'יני, לדוגמא, נמצא עמוק יותר בעור, כך שהוא ממצע יותר דברים בצורה אחידה לכן יש לו שדה אחיד יותר וגדול יותר (הסברים נוספים ע"ע שקף 18). שקף 15: ה follicle,whisker מבנה אנטומי. ישנם רצפטורים מסוגים שונים על קצות השערה. שקף 17: שקף של ניסויים מהעבודה של אהוד אחישר. ברגע שהיה פוטנציאל ונוצרו ספייקים, מסווגים את הרצפטורים ל adapting slowly (יורים כפונקציה של עוצמת המגע), ול adapting rapidly (נותנים פרץ ירי עבור שינויים בקלט, בתחילת גירוי ובסיומו, לכן הם רגישים בעיקר לרעידות, למשל). יש קורלציה בין slowly ו rapidly לבין אנטומיית קצה העצב (וקירבתו לקצה העור). שקיים גם ב slowly האדפטציה, הזכרנו כבר את נושא הירידה בקצב הספייקים,.adapting

37 שקף 18: תחושות סומטיות מתווכות ע"י מס' רצפטורים מיוחדים: חום וקור מתווכים ע"י רצפטורים טרמיים; כאב מתווך mediated) (is ע"י נוססיספטורים; Proprioception מתווכת ע"י מכנורצפטורים בשריר השלד ובמפרקים; לאיברים פנימיים יש מכנורצפטורים ורצפטור כמוסנסורים. בפרט, המגע. בשקף זה מתוארים ארבעת סוגי המכנורצפטורים העיקריים, אשר אחראים לתחושת תוספת מ Kandel (תוספת זו מתמקדת לעומק בארבעת סוגי המכנורצפטורים, תוך סקירת התכונות של rapidly adapting ו slowly,adapting המשמעות והיתרונות של כל אחד. לא חובה לקרוא כי זה לא נידון בכיתה, אבל זה מעניין ועוזר להבנה) מכנורצפטורים שונים זה מזה במורפולוגיה ובמיקומם בעור: למעשה, לכל המכנורצפטורים יש איברים (organs) ממוקצעים המקיפים את טרמינל העצב.(capsule=) למרות שהרגישות של אותם הרצפטורים לתזוזה מכנית הוא מאפיין של ממברנת הטרמינל, התגובה הדינאמית לגירוי מעוצבת ע"י הקפסולה הממוקצעת. אותם מבנים לאנוירונלים חייבים להתעקם/להתעוות בדרכים מסוימות כדי לעורר את העצב הסנסורי. מחקרים היסטולוגיים ופיזיולוגיים זיהו ארבעה סוגים עיקריים של מכנורצפטורים בעור החלק skin).(glabrous שניים מרצפטורים אלו ממוקמים בשכבות השטחיות של העור (בצומת של הדרמיס עם האפידרמיס), ושניים ממוקמים ברקמה התתעורית (בדרמיס). הרצפטורים השטחיים הקטנים חשים בעיוות של הפטמיות,(papillae) בליטות קטנות של דרמיס הנשלחות לתוך האפידרמיס, במקום בו הם ממוקמים. הרצפטורים הגדולים יותר הממוקמים ברקמה התתעורית חשים בעיוותים באזורים נרחבים יותר בעור. שני המכנורצפטורים העיקריים בשכבות השטחיות של העור הם ה Meissner's corpuscle (=גופיף מייסנר) וה Merkel disk receptor (=לוחית מרקל). * גופיף מייסנר, רצפטור בעל אדפטציה מהירה,(RA1) קשור מכנית לפטמיות וע"י כך מעניק רגישות מכנית טובה. הרצפטור הוא מבנה כדורי, מלא בנוזל המקיף מאגר של תאי אפיתל שטוחים; הטרמינל של העצב הסנסורי שזור בין מגוון שכבות הגופיפים. * לוחית מרקל, רצפטור בעל אדפטציה איטית,(SA1) הוא תא אפיתליאלי קטן המקיף את טרמינל העצב. תאי מרקל מקיפים מבנים נוקשים למחצה המעבירים מידע של לחץ/מתח מהעור לעצב הסנסורי. לוחיות מרקל בדרךכלל נמצאות כמקבץ במרכז הפטמיות. שני המכנורצפטורים המצויים בשכבות התתעוריות העמוקות הם ה corpuscle Pacinian (=גופיף פצ'יני) וה ending Ruffini (=גופיף רופיני). רצפטורים אלו הרבה יותר גדולים מלוחיות מרקל וגופיפי מייסנר, אך פחותים מהם במספרם. * גופיפי פצ'יני (RA2) דומים פיזיולוגית לגופיפי מייסנר. הם מגיבים לחריצה מהירה של העור אבל לא ללחץ מתמיד בגלל השכבה הדקה של הרקמה המקשרת המקיפה את סוף העצב. הגופיף הגדול מחובר לעור בגמישות, דבר המאפשר לרצפטור לחוש ויברציות המתרחשות במרחק של מספר סנטימטרים. * גופיפי רופיני הם רצפטורים עם אדפטציה איטית (SA2) המחוברים ברקמות התתעוריות לקיפולי העור במפרקים, בכף היד או בציפורניים. רצפטורים אלו חשים במתיחה של העור או בכיפוף של הציפורניים כיוון שגירויים אלו לוחצים על קצות העצב. מידע מכני שחשים גופיפי רופיני תורמים לנו לתפיסה של הצורה של אובייקט שאנו לופתים בידינו. למכנורצפטורים בשכבות השטחיות ובשכבות העמוקות של העור יש שדות רצפטורים שונים: כל dorsal root ganglion neuron מעביר מידע סנסורי מאזור מוגבל של העור הנקבע על פי המיקום. של קצה הרצפטור. האזור ממנו נוירון מעורר נקרא 1 receptive field הגודל והמבנה של שדות הקלט משתנה בין רצפטורים הנמצאים בשכבות השטחיות של העור לבין אלו המצויים בשכבות העמוקות של העור. ניורון דורסלי יחיד המעצבב את השכבות השטחיות 1 שדה קלט = אותו חלק שהצבת גירוי בתחומיו תעורר שינוי בקצב הירי של נוירון מסוים.

38 מקבל קלט ממקבץ של 1025 גופיפי מייסנר או לוחיות מרקל. לסיב המוביל כלפי המוח (afferent) יש שדה קלט המשתרע על פני אזור מעגלי קטן בקוטר של 2 עד 10 מ"מ. שדות קלט אלה גדולים בקוטרם בלפחות סדר גודל אחד מקוטרו של רצפטור יחיד, ולכן סיבי העצב המעצבבים את השכבות השטחיות של העור דוגמים את הפעילות של הרבה רצפטורים סנסוריים מסוג אחד. בניגוד לכך, כל סיב עצבי המעצבב את השכבות הפנימיות של העור מעצבב גופיף פאצ'יני יחיד או גופיף רופיני יחיד. כתוצאה מכך, שדות הקלט של רצפטורים אלו מכסים אזורים גדולים של העור, וגבולותיהם לא מובחנים. בדרךכלל, לשדות קלט אלו יש spot" "hot יחיד בו הרגישות למגע היא הגדולה ביותר; נקודה זו ממוקמת בדיוק מעל הרצפטור. שדות הקלט הגדולים מתאפשרים בזכות יכולתם של רצפטורים אלו לחוש בשינוי מכני גם במרחק מה מסוף העצב. השוני בגודלם של שדות הקלט של הרצפטורים בשכבות השטחיות והעמוקות של העור מהווה תפקיד חשוב בתפקוד הרצפטורים. גופיפי מייסנר ולוחיות מרקל בשכבות השטחיות מאפשרים אבחנה של שינויים מרחביים עדינים ביותר כיוון שהם מעבירים אינפורמציה מאזור מוגבל של העור. מכיוון שלרצפטורים אלו קוטר קטן יותר מאשר לטביעות האצבע של העור החלק, רצפטורים יחידים יכולים לקבל גירוי ע"י טלטלה קטנה על פני העור. הרזולוציה המרחבית הטובה המתאפשרת בזכות גופיפי מייסנר ולוחיות מרקל מקנה לאדם את היכולת לבצע אבחנה עדינה באמצעות מישוש של מרקמים וכן את היכולת לקרוא כתב ברייל. גופיפי פאצ'יני וגופיפי רופיני הממוקמים בשכבות העמוקות של העור מבחינים רק בשינויים מרחביים גסים /גדולים. הם לא מתאימים לביצוע משימות כמו מיקום במרחב או לרזולוציה של פרטים מרחביים עדינים. מכנורצפטורים בשכבות העמוקות של העור חשים במאפיינים יותר גלובליים של אובייקטים ומבחינים בהעתקה ממקום למקום מאזורים נרחבים של העור. * הרזולוציה המרחבית של גירוי בעור משתנה לאורך הגוף כיוון שצפיפות המכנורצפטורים משתנה. למה לכל שכבה בעור יש שתי מערכות שונות של מכנורצפטורים עם שדות קלט דומים? התשובה נמצאת בתפקודם הפיזיולוגי. למרות שכל ארבעת הסוגים מעוררים ע"י חריצה של העור, הם מעבירים סיגנלים שונים. מכנורצפטורים מגיבים למגע בתגובה של אדפטציה איטית או באדפטציה מהירה המתפרצת בתחילה או בסוף המגע. הרצפטורים שעושים אדפטציה איטית מאותתים על הלחץ וצורת האובייקט ע"י ממוצע של קצב הירי. סך פוטנציאלי הפעולה המעוררים בשנייה פרופורציונאלי לכוח החריצה הפועל על הרצפטור. רצפטורים בעלי אדפטציה מהירה חשים בתנועה של אובייקט על העור. רצפטורים אלו מגיבים כל עוד הפוזיציה של הגירוי משתנה, והם מפסיקים לירות כאשר האובייקט במנוחה. קצב הירי פרופורציונאלי למהירות התנועה, ומשך פעילותם מאותת על משך התנועה. הם חשים בהתנגשות אנכית כמו גל הלחץ המופק כאשר היד באה במגע עם אובייקט וחשים ויברציה אם אובייקט מיטלטל/מתנדנד. רצפטורים עם אדפטציה מהירה עוברים עירור גם ע"י תנועה אופקית כמו מכה,שפשוף או מישוש (palpation). מכנורצפטורים גם שונים זה מזה בסף הסנסורי (העוצמה המינימאלית של גירוי הדרוש כדי ליצור פוטנציאל פעולה). לרצפטורים עם אדפטציה מהירה יש סף סנסורי נמוך מאשר רצפטורים בעלי אדפטציה איטית. גופיפי פאצ'יני הם הרצפטורים הכי רגישים. רצפטורים אלו מסוגלים לגלות את הרגע בו הופקה ויברציה שנגרמה מפגיעה של היד במשטח או מהמהום של מכשיר חשמלי. גופיפי פאצ'יני חשים גם בחיכוך בעור כאשר היד ממששת אובייקט, בין אם המשטח חלק או מחוספס. גופיפי מייסנר רגישים במיוחד לשינויים קיצוניים בצורה של אובייקט המתרחשים בקצוות או בפינות וכן באסימטריות קטנות של המשטח המורגשים בעת מישוש עם היד. משתמשים בגופיפי מייסנר על מנת לגלות ולמקם בליטות קטנות או חריצים על פני משטח חלק. כדי לחוש בבליטות או חריצים עדינים יותר יש צורך בהפעלה של לוחיות מרקל בעלי אדפטציה איטית. מרגע שהם מאוקטבים לוחיות מרקל מספקים תמונה ברורה יותר של המתאר ע"י שינויים בתדירות הירי. אם המשטח שטוח, הרצפטורים ירו באופן מתמשך בתדירות נמוכה. התקמרות שעושה חריצה בעור מעלה את קצב הירי, ואילו התקערות משקיטה רצפטורים אלו. התגובות פרופורציונאליות לעקמומיות המשטח: קוטר גדול, ועקמומיות קלה של אובייקטים מעוררים תגובות חלשות יותר מאשר אובייקטים בעלי קוטר קטן. התגובה החזקה ביותר מתרחשת כאשר יש גבולות חדים או נקודות (כמו נקודות של עיפרון) הבאות במגע עם שדות הקלט. שינויים אלו בפעילות הרצפטור ניתן לחוות בתפיסה שלנו כאשר אנו מחזיקים כדורים בקטרים שונים בין האגודל לאצבע. כדור מאד קטן נחוש באופן יחסי כחד, בעוד כדור יותר גדול כמו כדור פינגפונג נחוש כקהה יותר.

39 הרזולוציה המרחבית של פרט בתוך התבנית תלוי בסך שטח העור המעוצבב ע"י כל עצב סנסורי. לוחיות מרקל מספקות את הרזולוציה החדה ביותר של תבנית מרחבית, כיוון שכל אקסון של הרצפטור משגיח על נקודה יחידה. גופיפי מייסנר מספקים תמונה ברזולוציה קצת פחות חדה מכיוון שיש להם שדות קלט קצת יותר גדולים. גופיפי פאצ'יני לא מאותתים על שינויים בקווי המתאר כיוון שדות הקלט הגדולים שלהם כוללים מספר נקודות במשטח. במקום זה הם יורים באופן מתמשך ומודדים את המהירות בה היד זזה על פני המשטח. הפעילות של גופיפי פאצ'יני מספקת מידע על התזמון וזה מאפשר למוח להמיר את מספר התפרצויות הירי הנורות ע"י מייסנר ולוחיות מרקל למידע מרחבי של מספר הנקודות לס"מ על פני השטח של הטקסטורה. סיכום: תפקוד שדה קלט אדפצטיה מיקום בעור מגיבים למידע נמוך תדר קטן (רזולוציה גבוהה) מהירהסף סנסורי נמוך,רגישים לשינויים בלחץ שטחי : קרוב לפני העור RA1 מגיבים לגירויי חריצה קטן איטיתמדווחים על עוצמה שטחי: קרוב לפני של לחץ מתמשך העור SA1 עמוק: בשכבות מגיבים למידע בתדר גבוהה גדול מהירה סף סנסורי העמוקות של העור מספקים מידע על ריטוט נמוך,רגישים לשינויים בלחץ RA2 מגיבים למידע נמוך תדר גדול איטית מדווחים על עוצמה עמוק: בשכבות של לחץ מתמשך העמוקות של העור SA2 Meissner's corpuscle Merkel disk receptor Pacinian corpuscle Ruffini ending שקף 19: תגובות שונות של תאים (רצפטורים) שונים במונחי ספייקים לגירויים שונים שמופעלים על שערת ניתן לראות תגובה (המתורגמת שפם בחולדה מגע, הפעלת לחץ, מגע ושחרור, שחרור בלבד. לתדר ירי) לכל סוג גירוי בסוג תאים אחר. שקף 20: קידוד העוצמה :transduction הקידוד של עוצמת הגירוי לערך מתח חשמלי בתא הרצפטור. התחום הדינמי של קיימים רצפטורים עם תחום דינמי רחב וכאלו עם תחום דינמי צר. רצפטור הוא התחום בין העוצמה המינימלית של גירוי שמעוררת תגובה לעוצמה המקסימלית שמעבר לה הרצפטור לא משנה את תגובתו (רוויה). באופן כללי, כשמתארים את אופן קידוד העוצמה ברצפטור, מעניין לדון ב: threshold נקודת הסף (העוצמה המינימלית שיוצרת תגובה ברצפטור) o נקודת הרוויה (העוצמה המקסימלית שמעבר לה אין שינוי בתגובת הרצפטור) o saturation בתוך תחום זה יש התחום הדינמי שביניהן (תחום הקידוד, ;(encoding region o שינוי בקצב הירי כפונקציה של שינוי בעוצמת הגירוי. תחום דינמי גדול נותן הבחנה בין הרבה גירויים בעוצמות שונות, אך מאבדים רזולוציה (כי בסופו של דבר הכל הוא פונקציה של יחס האות לרעש). שקף 22: רוב הסיבים שמעבירים תחושות הם בעלי תחום דינמי צר. = LTM למשל, למכנורצפטורים יש סף נמוך, וגם הרוויה שלהם מהירה. הם מכונים.low threshold mechanoreceptors חיישני כאב (נוציצפטורים, (nociceptors הם גם בעלי תחום דינמי צר, אך סף גבוה. שקפים 2326: איך מייצרים תחום דינמי רחב? במערכת הסומטוסנסורית באופן כללי: יש הרבה רצפטורים עם ספים שונים (למשל ה o LTM והנוציצפטורים שנידונו קודם).

40 במערכת הראיה: יש סף אדפטיבי, משתנה. מדובר על חלון דינמי של שני סדריגודל בעוצמות אור, אשר יכול לנוע על תחום אפשרי של 12 סדרי גודל... אפשר לראות את זה כסוג של כיווץ התחום הדינמי. האדפטציה הזו היא לא בגלל שינוי קוטר האישון (שגם הוא, כמובן, משפיע), אלא עקב שינוי בסף של הפוטורצפטורים בעין שינוי ברמת האור תשנה את הסקלה של התגובה של הרצפטור, כאשר הסף וערך הרוויה נעים לאורך הסקאלה. השינוי ברגישות לרמות אור נמוכות אדפטציה לחושך מתואר ב"אנימציה" בשקפים o שקף 29: Sensory encoding (transduction) encoding,sensory קידוד במרחב ובזמן: למציאת שדות רצפטיביים של רצפטורים שונים, העבירו יד של חיה על מערך של נקודות. הניעו את מערך הנקודות על פני האצבע ורשמו פעילות בעצב הפריפרי עבור סוגי רצפטורים שונים. באופן הזה ניתן לראות את השינויים בתגובה בהתאם לשינוי הנגרם בנקודה ניתן לראות אבחנה מרחבית, וכן אבחנה בזמן (לראות שהתגובה לגירוי מפסיקה לפני הגעת הגירוי הבא). o מספרי 1 מתארים רצפטורים קרובים לעור, ולפיכך יש להם רגישות מרחבית טובה יחסית: SA1 מראה קידוד מרחבי וזמני די טוב (יש ממש עקיבה אחרי הנקודות במערך), כלומר נאמן לגירוי ; RA1 מציג קידוד מרחבי בינוני (לא טוב ולא רע) וקידוד זמני טוב. o מספר 2 מתארים רצפטורים עמוקים יותר בעור, ולפיכך הרגישות המרחבית שלהם גרועה: RA2 ; SA2 (עבורו כמעט לא קיים קידוד לא למרחב ולא לזמן, עקב השדה הרצפטיבי הגדול והאדפטציה המהירה, שנידונו לעומק קודם (מדובר בגופיף פאצ'יני)). שקפים 3035: ניסוי קלאסי נוסף העבירו אצבע של קוף על גבי גלגל ובו חיספוס, וראו את התגובה בעצב עבור חריצים בתדר מרחבי משתנה (מערכת הניסוי מתוארת בשקף 30). בשקפים 3132 ניתן לראות שבסיב של עצב RA נראה תגובות שאופיין משתנה בהתאם לחספוס ולמרחק בין החיספוסים בגלגל. בקידוד הנאמן ביותר נרצה שכל בליטה בגלגל תוביל לספייק. בתדרים מרחביים משתנים לפעמים יש פיספוסים, או יותר מספייק אחד לבליטה כלומר יש תחום של קידוד נאמן, 1:1, ובמהירויות נמוכות מדי או גבוהות מדי הוא לא עוקב בצורה נאמנה ויש פיספוסים. במילים אחרות, יש מהירות מסויימת של תנועת הגלגל, כלומר תדר גירוי מרחבי כלשהו, בו לסוג תא מסויים תהיה תגובה מיטבית = עקיבה מדוייקת, אחד לאחד, ספייק לבליטה: o בתאי RA תהיה תגובה טובה לגירוי בתדר גבוה (למשל גופיף פאצ'יני, מסוג.(RA2 o בתאי SA (שקף 34) התגובה תהיה טובה יותר כשהגירוי יהיה בתדר נמוך. הנתונים מהגרפים השונים מתי העקיבה שלהם אחרי הגירוי היא אחד לאחד מסוכמים בשקף 35. רואים באופן ברור כי לכל סוג משפחת תאים יש תחום אחר בו היא מדוייקת (עוקבת 1:1 אחרי הגירוי), וביחד המשפחות מכסות בצורה לא רעה את מגוון האפשרויות לקלטים טבעיים. o לא ברור מדוע קיימת הפרדה בגרף בין ה adapting rapidly לגופיפי פאצ'יני, אשר הינם מסוג RA ממילא. ניתן גם לראות כי עקומת העקיבה שלהם (תגובה לתדר מרחבי) דומה לתגובה של ה RA... יתכן שהגרפים העליונים הם של הרצפטורים הקרובים לפני השטח של העור,(RA1,SA1) והגרף של ה PC הוא של.RA2

41 מצגת: Somatosensory2.ppt נדון באופן מפורט ב transmission : לחוט השידרה. מסלולי העברת המידע (הספייקים) מקצות העצב הסנסורי מבוא קצר מ Kandel : לחישה הסומטית sensibility) (somatic יש ארבעה אופנויות (modalities) עיקריות: 1. touch Discriminative נדרש כדי לזהות את הגודל, הצורה והמרקם של אובייקטים ואת תנועתם עלגבי העור. 2. Proprioception הכרה של הפוזיציה הקבועה של הגוף או תנועת הגוף (תחושת מצב הגוף). 3. Nociception סיגנל המגיע מרקמה פגועה או מגירוי כימי הנתפס ככאב או גירוד. 4. sense Temperature תחושה של חום וקור. למרות שכל אחת מאופנויות אלה מתווכת ע"י מערכת מובחנת של רצפטורים ומסלולים למוח, לכולם סוג משותף של נוירונים סנסוריים הנקראים.dorsal root ganglion neurons נוירונים גנגליונים דורסליים שונים מגיבים בסלקטיביות לסוגים ספציפיים של גירויים בגלל התמחות מורפולוגית ומולקולרית של הטרמינלים הפריפריאליים. ה neuron dorsal root ganglion מותאם לשני תפקודיו העיקריים: קבלת גירוי, והערבת מידע זה ל CNS. גוף התא נמצא בגנגליון הממוקם על העצב הסנסורי היוצא מעמוד השדרה. לאקסון שתי הסתעפויות האחת לכיוון ה CNS והשנייה לפריפריה. הטרמינל של האקסון המסתעף לפריפריה הוא החלק היחיד של ה dorsal root ganglion neuron הרגיש לגירוי. התכונות של הטרמינל קובעות את התפקוד הסנסורי של כל.dorsal root ganglion neuron שארית ההסתעפות הפריפריאלית יחד עם ההסתעפות ל CNS נקראת: the primary afferent fiber והיא מעבירה את המידע של הגירוי לעמוד השדרה או לגזע המוח. שקף 2: חזרה על המסלול הסנסורי הכללי, שתואר בשקף 3 בהרצאה הקודמת. שקף 3: גופי התאים ב DRG. הענפים = כלי דם. שקף 4: האם לגופי התאים ב DRG יש תפקיד עצבי (תפקיד לא טריוויאלי)? ככל הנראה לגופי התא ב DRG אין סינפסות, כלומר האקסון הסנסורי ככל זה הנראה לא תלוי ביחידות האחרות, ומוביל את המידע לחוט השידרה.as is מה שקורה במצב רגיל. מסתבר שגוף התא מקבל מידע על במצב פתולוגי יש שינוי בתפקוד גוף התא. הפעילות החשמלית (פוטנציאלי הפעולה) בסיבים, ויש אינטראקציה כלשהי בין גופי התא במקרים פתולוגיים מסויימים (הובטח שמרשל דבור יתאר מקרים כאלו).

42 שקף 5: מבנה עצב פריפרי: מבני = fascicles צרורות של עצבים. 1. בתוך הצרורות: אקסונים עם מיילין + צרורות של אקסונים צרים, חסרי מיאלין, שבדר"כ מתאגדים ביחד במבנה צרור משלהם. הם קטנים ביחס לאקסונים עם המיילין..2 ה endoneurium זה התווך בתוך הצרורות, ה perineurium זו המעטפת של הצרורות, 3. וה epineurium זו המעטפת של כל העצב. קיימת קורלציה בין סוגי האקסונים לסוג התחושה הסנסורית שהם מעבירים פירוט 4. יותר בשקף 8. יש כלי דם שמלווה את העצב. 5. מעבר של מידע בין (ephaptic) = אינטראקציה אפפטית מונח שהוזכר: אקסונים אשר רצים זה לצד זה. כדאי מאוד ללמוד את הטבלה המופיעה בשקף זה (סוגי הסיבים הערה חשובה: השונים ומספרי אצבע מייצגים) ואת הטבלה המפורטת יותר שמופיע בשקף 9. זו שאלה קלאסית לבחינות. שקף 6: מבנה האקסון (כולם כבר מכירים...) הרעיון של התקדמות פוטנציאל הפעולה לאורך האקסון conduction Saltatory בקפיצות (דעיכה, שחזור מחדש ב ranvier node of הבא, דעיכה עד להבא ושחזור בו, וחוזר חלילה; האות כל הזמן משוחזר) מרחק אופייני בין.12mm nodes of Ranvier המרווח עצמו ב nodes מסדר גודל של 12. micron שקף 7: תמונת חתך של סיב עטוף מיילין. שקף 8: פירוט סוגי הסיבים השונים עבור קצות עצבים סנסוריים שונים: סיבים עבים, בעלי מיילין, (hair, PC, RA, SA, LTM) Aβ סיבים דקים יותר אך עדיין בעלי מיילין Aδ (רצפטורים לסיגנלים פחות ספציפיים, כאב, חום וקור, (mechanonociceptors סיבים ללא מיילין סוג C (רצפטורי כאב שונים) שקף 9: טבלה מלאה יותר של סוגי הסיבים למסלולי הרצפטורים הסנסוריים השונים. CV = conduction velocity תוספת מ Kandel (גם חלק זה לא ממש ממש נידון בכיתה, אך נראה רלוונטי להבנה הכוללת. לשיקולכם...) מע' סנסוריות מעבדות מידע בסדרות של גרעיני ממסר nuclei) :(relay לדרכי המעבר של המערכת הסנסורית קיים אירגון סדרתי. רצפטורים משגרים לנוירונים מסדר ראשון במערכת העצבים המרכזית, שבתורם משדרים לנוירונים מסדר שני וסדר גבוה יותר. האירגון הפונקציונלי והאנטומי של רשת עיבוד סנסורי הוא היררכי: גירוי אוכלוסיית רצפטורים יוצר אותות המועברים דרך סדרות של גרעיני ממסר למרכזים גבוהים יותר במוח. בכל שלב עיבוד הסיגנלים עוברים אינטגרציה למידע סנסורי מורכב יותר. [] גרעין ממסר מקבל קלט חושי מקבוצה גדולה יותר של רצפטורים ולכן הוא בעל שדהקלט גדול יותר. [] רצפטורים הקרובים לגירוי יגיבו יותר מאשר רצפטורים מרוחקים.

43 גרעיני הממסר משמשים כעיבוד מקדים של מידע סנסורי וקובעים האם הוא יועבר לקורטקס. הם מסננים החוצה רעשים או פעילויות אקראיות בסיגנל ע"י כך שהם מעבירים רק רצפים חזקים של פעילות חוזרת מסיבים סנסוריים בודדים או פעילות המועברת במקביל מרצפטורים מרובים. הקשרים המתכנסים מהרצפטורים בתוך גרעין הממסר מאפשרים לכל נוירון מסדר גבוה לפרש את המסר הסנסורי בהקשר לפעילות בערוצי קלט שכנים. כמו לרצפטורים, גם לנוירונים בגרעין הממסר יש שדה קליטה המוגדר ע"י אוכלוסייה של תאים פרהסינפטיים המתכנסים אליו. שדות הקלט של נוירונים מסדר שני או גבוה יותר גדולים ומורכבים יותר משל הרצפטורים. הם גדולים יותר מכיוון שהמידע מתכנס מאלפי רצפטורים, ומורכבים יותר מכיוון שהם רגישים לתכונות גירוי ספציפיות כמו תנועה בכיוון מסויים בשדה הויזואלי. זה קשור לתכונות ה convergence וה divergence שמפורטות בהמשך, בשקפים 1718 במצגת. אינטרנוירונים אינהיביטורים בכל גרעין ממסר עוזרים לחדד את הניגוד בין הגירויים: בניגוד לשדה המעורר האחיד של הרצפטורים הסנסוריים, שדה הקלט של נוירונים סנסורים מסדר גבוה במע' הראיה והסומטוסנסורית בד"כ כולל איזורים מעוררים ומדכאים. הדיכוי מושג ע"י אינטרנוירונים מדכאים בגרעין הממסר. זוהי דרך חשובה להגביר את הניגוד בין גירויים ובכך לתת למערכת הסנסורית עוד יכולת בזיהוי פרטים מרחביים. אינטרנוירונים מדכאים מופעלים ע"י שלושה מסלולים מובחנים: 1. החשוב ביותר הוא המסלול בו נפגשים בקשר מעורר הסיבים האפרנטיים של הרצפטורים או נוירונים מסדר נמוך עם האינטרנוירונים המדכאים שיוצרים קשרים עם תאים סמוכים. זהו feedforward inhibition אשר מאפשר לפעילים ביותר להפחית את הפלטים של התאים הסמוכים להם, הפעילים פחות. 2. האינטרנוירונים המדכאים יכולים לקבל הפעלה גם מהתאים המקרינים (projection) הסמוכים בגרעין הממסר דרך אקסון חוזר. זהו feedback inhibition והוא מאפשר לנוירוני הפלט הפעילים ביותר להגביל את פעילות הנוירונים הפחות פעילים. כך נוצרים איזורים של פעילויות מנוגדות בתוך מערכת העצבים המרכזית: איזור פעיל מוקף סביבו בטבעת של נוירונים פחות פעילים. 3. האינטרנוירונים יכולים להיות מופעלים ע"י נוירונים באיזורים מרוחקים יותר כמו בקורטקס. כך מרכזים גבוהים יכולים לשלוט בזרימת המידע דרך גרעיני הממסר. סוג זה, שלא כמו השניים הקודמים, אינו בהכרח קשור לעוצמת הגירוי המעוררת את התגובה. כפי שרואים, מידע סנסורי במע' העצבים המרכזית מעובד בשלבים: בגרעיני הממסר, בחוט השדרה, גזע המוח, תלמוס והקורטקס. כל תחנת עיבוד מביאה קלטים סנסוריים מרצפטורים סמוכים ובאמצעות עבודת הנוירונים המדכאים הופכים את המידע לבעל דגש על הסיגנלים החזקים.

44 סיכום שיעור: מצגת: Somatosensory2.ppt (המשך) שקף 11: נכנסנו לחוט השידרה, ונתמקד עתה בו. הרפלקס המיוטקטי (רפלקס כישור השריר): רפלקס זה מאפשר שמירה על אורך השריר ועמידה בפרטוברציות. המטרה היא לשמור על אורך שריר קבוע. קיים רצפטור שמדווח על מצב השריר בגוף (רצפטור ממשפחת הפרופריוספטיביים, המושפע ממתח השריר ומשנה את פעילותו כפונקציה של אורך השריר). הוא עובר בעצב הפריפרי (גוף התא נמצא ב DRG ), מגיע לחוט השידרה מכיוון דורסלי, ועובר ונטרלית לצורך עירור מוטונוירונים פלקסוריים, ואינהיביציה (דיכוי) למוטונוירונים אקסטנסוריים הפוכים. שקף 12: חלוקת חוט השידרה לסגמנטים (החלוקה היא הגדרתית לפי העצבים הפריפריים שנכנסים לתוכו, אך חוט השידרה עצמו הוא רציף). ועד לחלק ה coccygeal, בקצה הרוסטלי, מתואר מהחלקים ה cervical (צוואריים) הזנבי, בקצה הקאודלי. ככל שעולים לכיוון הראש יש משורטטים חתכים בסגמנטים השונים של חוט השידרה. יותר חומר לבן, כי יש יותר מסלולים שעולים או יורדים לקורטקס (הרי הכל מצטבר ומתנקז בסוף לכיוון הראש). בחלק הדורסלי בחומר האפור של חוט השידרה קיימים תאי עצב, בסידור מרחבי מסויים. לאורך הסגמנט, מהעצב שנכנס דרך ה DRG ל horn,dorsal מתפצלים קולטרליים שחלקם ממשיך לכיוון גזע המוח וחלקם עובר לעיצבוב תאים אחרים בסגמנט. שקף 13: ארגון חוט השידרה: מיפוי סומטוטופי של אזורים שונים של הגוף. מיפוי רוסטלי > קאודלי. מאחר שחוט השידרה עצמו רציף (למרות שכניסת העצבים הפריפריים היא לפי הסגמנטים), נמצא בו אזורים שיכולים לקבל קלט בחפיפה מאזורים דרמטומיים השונים, כלומר יש תאים שיכולים לקבל קלט מדרמטומים שונים. דרמטומים הינם אזורים בעור שמעוצבבים ע"י שורש דורסלי יחידי, הידועים בשם 'דרמטומה'.(dermatome) יש צורה קבועה של הדרמטומות בגוף (כפי שרואים בשקף, לדוגמא). מפות של דרמטומות maps) (dermatomal חשובות ככלי דיאגנוסטי עלמנת שנוכל למקם פגיעה בחוט השידרה ובשורשים הדורסליים. שקפים 1416: חלוקת הסגמנטים לפי.Rexed בתוך כל סגמנט יש חלוקה על שם Rexed (במקור מדובר בחלוקה היסטולוגית, אבל החלוקה היא לשכבות (למינות) שונות, מסתבר שהיא גם די מתאימה פונקציונלית). ממוספרות מ I עד IX (מספרים רומיים). ונטרליים, המספרים הגבוהים דורסליים סנסוריים. המספרים הנמוכים יותר מוטוריים. בכל למינה המידע מסודר כך שאיזורים לטרליים יותר אלו חלקים שיותר שקף 15: ואזורים מדיאליים בלמינה מייצגים חלקים קרובים למרכז הגוף (פרוקסימליים), דיסטליים יותר בגוף (מתקבל ייצוג מרחבי של הגוף בכל למינה). במעבר דרך הלמינות נגלה קורלציה מסויימת בין הלמינות והמידע שהן שקף 16: מייצגות, כלומר.nociceptors בשכבה החיצונית ביותר נראה תאים המקודדים כאב, o

45 תאים אחר כך תאים.low threshold specific בהמשך range),wdr (wide dynamic תאים לא ספציפיים, מולטירצפטיביים (אלו האזורים שקשורים במערכת האוטונומית). למינות VIII ו IX כבר שייכות למערכת המוטורית. o o o שקפים 1719: פיצול של אקסונים לתאים שונים (גם בסגמנטים אחרים) בחוט השידרה = Divergence (מתואר בשקף.(17 = התכנסות של הרבה קלט קולטרלי לתא אחד בחוטהשידרה מתואר בשקף 18..convergence ניתן לראות שהשדה הרצפטיבי של אפרנט afferent) = רצפטור מסויים) הוא רק חלק מהשדה הרצפטיבי של התא בחוט השידרה כי יש עוד כניסות רצפטיביות לתא. כל סיב אפרנטי תורם להרבה תאי חוט שידרה בסגמנט שלו ובסגמנטים אחרים, וכל תא בחוט השידרה בונה את השדה הרצפיבי שלו מהרבה אפרנטים שונים. הרעיון של divergence ליותר תאים במורד הדרך ו convergence של מידע סנסורי ספציפי לתאי העיבוד בהיררכיות המתקדמות מופיע גם בהמשך (ברמות הקורטיקליות). תוספת מ Kandel : תכונות של שדות הקלט הקורטיקליים נובעות מקשרים מתכנסים ומסתעפים (divegent) בגרעיני הממסר nuclei) :(relay העלייה בשטח של שדות הקלט של נוירונים קורטיקליים משקפת תוכנית אנטומית במסגרת של גרעיני ממסר. גרעיני הממסר כמו העמודה הגבית ) dorsal (column או גרעיני התלמוס nuclei) (thalamic מורכבים מנוירוני השלכה (או ממסר),projection / relay neurons אשר שולחים את האקסונים שלהם לגרעין הבא בנתיב ואינטרנוירונים מעכבים (inhibitory) אשר מסתיימים על נוירוני הממסר. התכנסות והסתעפות נרחבים מאפיינים קלט חושי \ סנסורי לגרעין הממסר. לכל סיב סנסורי אפרנטי (afferent) יש טרמינל מסועף, אשר מעצבב מספר נוירונים פוסטסינפטיים, כך שכל אחד מנוירוני הממסר מקבל קלט סינפטי מאקסונים סנסוריים רבים. התבנית הזאת של קשרים פרהאסינפטיים מסתעפים וקשרים פוסטסינפטיים מתכנסים חוזרת על עצמה בכל ממסר בנתיב מעבר. שקף 20: נדון במסלולים העולים (על המסלולים היורדים נדבר בהמשך הקורס). שקף 21: החומר הלבן בחוט השידרה מקיף את החומר האפור, והוא מכיל מסלולים עולים ויורדים o בחוט השידרה. יש לציין כי המסלולים היורדים משפיעים גם על מעבר של מידע כלפי מעלה, למשל o החלשת תחושת הכאב בזמן stress (השפעה קורטיקלית על מסלולי התחושה מעמוד השדרה). ישנם שני מסלולים עולים חשובים: המסלולים העולים מכילים מידע סומטוסנסורי. o העמודה הדורסלית, dorsolateral column (תחושות ספציפיות) העמודה האנטרולטרלית, anterolateral column העמודות שונות זו מזו באנטומיה ובמידע שרץ עליהן. o

46 שקפים 2224: נדון במסלול הדורסולטרלי, שקרא גם מערכת ה lemniscus.medial זהו המידע הספציפי של תחושות עדינות. בעמודה הדורסלית רץ האקסון שגוף התא שלו נמצא ב DRG. יש סידור סומטוטופי בתוך העמודה עצמה, האקסונים מצטברים מכיוון החומר האפור (מלמטה כלפי מעלה מצטברים לטרלית, מידע מאזורים גבוהים יותר בגוף (יד למשל) יהיה לטרלית יותר). האקסון מגיע לגזע המוח,.medula שם האקסונים יוצרים קשרים סינפטיים עם תאי מספר 2 ברצף ה transmission. תאים מספר 2 נמצאים בגרעינים,cunate, gracilis לכן אלו הם הגרעינים של העמודות הדורסליות, ומכונים גם.dorsal column nuclei האקסונים של תאים מספר 2 מבצעים חציה במדולה (בגלל החציה התחושות הן קונטרהלטרליות, כלומר מחצי הגוף הנגדי). משם הם עולים במסלול ה medial lemniscus (ומכאן השם של כל המסלול). מאחר שמדובר במידע ספציפי, קוראים למסלולים אלו גם מסלולים ספציפיים, או למניסקליים. סיבי ה lemniscus medial מסתיימים בגרעינים הסומטוסנסוריים של התלמוס. הגרעין הספציפי העיקרי הוא ה,(ventroposterolateral) VPL ומשם המסלול ממשיך לקורטקס הסומטוסנסורי. כנראה שגרעין ה VPL מתואר בתמונות בשקף 24. סיכום (שקף 23): אפרנט מסוג Aβ עולה לאורך חוט השידרה > קשר סינפטי עם תא מספר 2 בגזע המוח (מדולה) > חציה > עליה במסלול ה lemniscus,medial ויצירת סינפסה עם תא 3 בתלמוס > המשך עליה לקורטקס הסומטוסנסורי. יש להזכיר כי האפרנט המקורי עושה במקביל סינפסות גם בחומר האפור בחוט השידרה. תוספת מ Kandel :( I ) (הדברים קצת חוזרים על מה שנאמר, אך בצורה יותר מסודרת המסכמת את מה שעברנו עד כה) הסידור הטופוגרפי של הרצפטורים על העור נשמר בעיקרו עלידי כניסתם של הנוירונים המגיעים מהגנגליונים הדורסליים דרך המסלול הדורסלי אל מח השדרה (שקפים 12,13). האזור בעור בו סיבים עצביים מרכיבים את המסלול הדורסלי נקרא דרמטום.(dermatome) ההתפלגות של דרמטומות אלו לכל הסגמנטים השונים במח השדרה מופתה בעזרת מחקרים על רגישות ורפלקסים שנשארו לאחר פגיעה בנתיב הדורסלי. הדרמטומות מסודרות לפי סדר אחורה אל הקדימה,(caudalrostral) כאשר פי הטבעת ואברי המין הם האחוריים ביותר והכתפיים הצוואר והרכס (dorsum) של הראש הם הקדמיים. שלושת הענפים של העצב הטריגמינלי ) trigeminal (nerve שומרים גם הם על מפה טופוגרפית של הרצפטורים על גבי הפנים, והם עושים זאת באמצעות העברת המידע לגרעין הטריגמינלי nuclei) (trigeminal שבגזע המח. לקראת הכניסה למח השדרה, האקסונים המרכזיים של הגנגליון הדורסלי מסתעפים באופן מקיף עד לגרעין שבחומר האפור של מח השדרה ולגזע העצם. השכבה האפורה מחולקת ל 3 אזורים פונקציונלים: הקרן הגבית horn),(the dorsal אזור ביניים zone) (Intermediate והקרן הגחונית horn),(the ventral המופיעים בשקף 14. על בסיס הארכטיקטורה הציטופלסמטית, השכבה האפורה מחולקת גם ל 10 שכבות ;(Rexed) כל שכבה מכילה גרעין פונקציונלי ולכל אחד דפוס העברת מידע שונה. שכבות,IVI תואמות לקרן הגבית, שכבה,VII בגדול, מקבילה לשכבת 2 הביניים ושכבות VIII ו IX ירכיבו את הקרן הגחונית. שכבה X מכילה את החומר האפור שמקיף את התעלה המרכזית במח השדרה (שקפים 15,16). 2 בכיתה נאמר שיש 9 שכבות בחלוקה של,Rexed אך כנראה שבפועל קיימות 10.

47 ה, ההתמחות הסנסורית של נתיב הגנגליונים הדורסלי משתמר עלידי מערכת העצבים המרכזית בה נתיבים עולים ברורים עבור אפשרויות סומטיות רבות. האפשרות לתחושת מגע ולתפיסת פרופורציה מתווכים ישירות למדולה דרך הטור הדורסלי האיפסילטרלי (:= של אותו הצד בגוף). תחושת הכאב והטמפרטורה נתמכות בסינפסות במח השדרה ל contralateral anterolateral,quadrant היכן שהאקסונים של הקרן הגבית עולים לגזע המח ולתלמוס. תוספת מ Kandel :( II ) מערכת הטור האמצעילמניסקאלי הגבי system) (the dorsal columnmedial lemniscal היא הנתיב המרכזי לחישת מגע ותפיסת פרופורציה (שקף 23): השלוחה העיקרית של האקסונים של הנוירונים שמתווכים חישת מגע ופרופורציה מהגוף והגפיים עולה אל מח השדרה באותו הצד של הטור הדורסלי ואל המדולה. שלוחה שניונית מסתיימת בקרן הגבית. אקסונים שנכנסים למח השדרה באזור הקרוב לעצם הזנב נמצאים קרוב לקו האמצע של הטור הדורסלי, אקסונים שנכנסים לשדרה גבוה יותר נוספים אליהם במיקומים יותר צדדיים. בחלק העליון של מח השדרה, הטור הדורסלי מחולק לשני צרורות (fascicles) של אקסונים: the gracile fascicle.1 the cuneate fascicle.2 ה fascicle gracile נמצא במרכז ומכיל סיבים שעולים מאותו הצד מעצם הזנב, המותן וחלקים נמצא בצדדים ואליו מתרכזים סיבים מהחלקים ה fascicle cuneate נמוכים של החזה. אקסונים משני הצרורות מסתיימים במדולה התחתונה בגרעינים העליונים של החזה ומהצוואר. מידע מכנוסנסורי מהפנים ומהגולגולת מועבר הנקראים gracile nuclei ו nuclei.cuneate לגרעינים הטריגמינלים המרכזים nucleus) (principal trigeminal שנמצאים ב pons חזיתית לגרעינים הדורסליים. הסדר הסומטוטופי של אקסונים המובילים מידע מהעור והבשר נשמר דרך מסלול סומטוסנסורי, הסידור דרך התלמוס אל האזור הסומטוסנסורי שנמצא ב gyrus postcentral בקורטקס. המפות הללו הן הבסיס הטופוגרפי של סיבי החישה יוצר מפות חישה של הגוף בכל גרעין. (אגוניסט לאינטגרציה של המידע מהרצפטורים האזורים קרובים על העור או מזוג שרירים מועבר ישירות אל וה nucleus principal trigeminal gracile ואנטגוניסט). מידע סנסורי מה cuneate האקסונים הgracile והcuneate מצטלבים אל הצד השני בגזע המח ומועלים אל התלמוס. הגרעינים האחוריים בטניים וצדדיים של התלמוס nucleus) (ventral posterior lateral בצבר הסגמנטים מרגע שסיבים אלו מוצלבים נשמרת מפת הגוף: סיבים שנקרא.medial lemniscus מסלול שכן ומקביל שבעצם הזנב ממוקמים צדדית, וסגמנטי הצוואר ממוקמים יחסית מרכזית. שיוצא מה nucleus principal trigeminal ונקרא trigeminal lemniscus מעביר מידע חישתי ומסתיים בגרעינים האחוריים בטניים ומידע הקשור בתפיסת הפרופריוספציה מהפרצוף, ומרכזיים nucleus).(ventral posterior medial ה lemniscus trigeminal מאוחר יותר יצרף נוירונים מהיד ומהחלק האחורי של הראש, ב. medial lemniscus בשל ההצלבה שהתרחשה בpons ובמדולה, צד ימין במח מקבל מידע סנסורי מהצד השמאלי של הגוף (גפיים וגוף) ולהיפך. כשהמידע הסנסורי עולה בגזע המח, הסידור הטופוגרפי משתנה כך שכשיגיע המידע אל התלמוס הסידור יתאים. מידע מהרגל ממקומם צדדי ביותר, מרכזית אליו נמצא מידע מהיד ובמרכז יהיה מידע מהפרצוף. חישה ופרופריוספציה, אך הוא שומר עליהן מבודדות אמנם הטור הדורסלי מעביר שתי יכולות: האקסונים מרצפטורי הפרופריוספציה ממוקמים גחונית (ventral) זו מזו מבחינה אנטומית. לאקסונים של החישה בטור הדורסלי. יתרה מכך, רצפטורי פרופריוספציה מסתיימים יותר הפרדה דומה בין שני סוגי הרצפטורים מתרחשת גם לכיוון המקור rostral) ב) gracile ובcuneate. נוירונים שמגיבים למגע מסתיימים בגרעין ה proprius (שכבות III ו IV ), נוירונים במח השדרה: של פרופריוספציה מסתיימים גחונית לשם באזור ה column clarke s (afferent) אפרנטיים (שכבה,(VII על אינטרנוירונים בשכבות V ו VI, ועל נוירונים מוטוריים בשכבה.IX

48 שקפים 2529: המסלול האנטרולטרלי. מסלול זה מעביר תחושות שונות (פחות ספציפיות מהדורסלי). מדובר בהרבה תחושות שונות, ובניגוד לעמודה הדורסלית שמעבירה מידע ספציפי, העמודה האנטרולטרלית תכיל גם מידע ספציפי וגם מידע ולאספציפי. בניגוד למסלול הקודם, במסלול זה האקסונים מבצעים חציה לצד השני כבר בחוט השידרה (תא מספר 2 נמצא בתוך חוט השידרה), ברמת אותו הסגמנט בו הם נכנסו. המערכת הדורסלית מהירה יותר (בהעברת המידע) מאשר המערכת האנטרולטרלית. פירוט המסלול: התאים חוצים בחוטהשידרה, ועולים משם לגזע המוח (שקף 25). התחושות מהחלקים העליונים של הגוף עוברות מדיאלית יותר מאשר התחושות מהחלקים התחתונים של הגוף. האקסונים שולחים שלוחות רבות בדרך (קולטרליים, שקף 26), ואז הם מגיעים לתלמוס, ל VPL,.VPM המערכת הספינותלמית עושה סינפסות עם הרבה תאים collaterals (שקף 28), בהרבה אזורים שקשורים במערכת האוטונומית. כאמור, המערכת נותנת תחושות פחות מדוייקות, ועוברת להרבה אזורים שפחות קשורים בעיבוד מידע ספציפי. בשקף 28 מודגש בנוסף ההבדל שתחושות מאזורים נמוכים בגוף עוברות מדיאלית במסלול הדורסולטרלי (ומצטברות לטרלית ככל שעולים בגובה), ולטרלית במסלול האנטרולטרלי (מצטברות מדיאלית ככל שעולים). שימו לב שמדובר במיפוי המסלולים שעולים לאורך חוט השידרה (סדר המיפוי משתנה אח"כ בגזע המוח ולמעלה ממנו). חלק מהקולטרליים מגיעים לגרעינים בתלמוס שקשורים במערכת הלימבית (שקף המקומות הנוספים הללו לא קשורים לעיבוד של 29), ומשם ל gyrus.cingulate המידע עצמו, אלא להשפעה על רגשות וכדומה; יש המתייחסים לאיזורים אלו כאל אזורים עתיקים של המוח. המסלול נקרא גם bulbo) spinobulbothalamic בגלל השלוחות שיוצאות ל,bulbar גזע המוח). ב lemniscus, ולכן קוראים לה גם המערכת האקסרה המערכת הזו לא עוברת למניסקלית,.extralemniscal תוספת מ Kandel : המערכת האנטראולטרלית (Anterolateral) מתווכת תחושות של כאב וטמפרטורה (שקפים 2529): נוירונים שמתווכים חישת כאב וטמפרטורה מהגפיים והגוף מסתיימים באותו הצד בקרן הגבית של מח השדרה. לגנגליונים הדורסליים הללו יש אקסונים וגופי תא קטנים יותר מאשר לנוירונים שמעבירים תחושת מגע או פרופריוספציה, ורובם ללא מיילין. סיבים אפרנטיים שמביאים מידע על כאב וטמפ' מהראש והפרצוף יוצרים את ה tract spinal trigeminal העולה שמסתיים ב horn.medulary dorsal כמו המידע על החישה והפרופריוספציה, כך גם כאב וטמפ' עולים אל התלמוס בנתיב אנטומי שממוקם ברבע האנטראולטרלי של הצד הנגדי במח השדרה. נתיב זה מורכב מzone marginal (שכבה I) וגרעין ה proprius (שכבה,(IV שכבות עמוקות יותר של הקרן הגבית (שכבות V ו VI ) ואזור ביניים (שכבה.(VII נוירונים אלו שולחים את האקסונים שלהם לאורך מח השדרה, במרכזו, בטור האנטראולטרלי של הצד השני של הגוף. האקסונים של הנויריונים הטרגמינליים (התחושות מהפנים) מוצלבים גם הם בגזע המח ומצטרפים יחדיו לסיב עולה מהסגמנטים הרוסטרליים ביותר של עמוד השדרה. כמו האקסונים בטור הדורסלי, גם האקסונים של הנתיב האנטרולטרלי מסודרים בצורה סומטוטופית,somatotopic) סידור במרחב שמתאים לסידור של אזורים בגוף). בכל סגמנט נכנס אקסון שניצב לאקסונים העולים מאזורים נמוכים יותר של מח השדרה. אם כך, הסיבים האנטרולטרלים מאזור עצם הזנב ממוקמים בצד, סיבים מאזור החזה יותר במרכז, וסיבים מהצוואר נמצאים במרכז. סידור סומטוטופי זה חשוב מבחינה קלינית באבחון וטיפול בהפרעות של כאב. שלא כמו ה lemniscus,medial אשר מעביר מידע סנסורי ישירות לתלמוס, למערכת זו יש גם נתיב ישיר אך גם נתיב עקיף אליו. לנתיב האנטרולטרלי יש שלושה נתיבים:

49 spinothalamic (מכיל מידע לגבי כאב ו/או גירוי תרמי ומעבירו לגרעינים האחוריים גחוניים וצדדיים של התלמוס) שבמדולה ובpons (reticular formation) ברטיקולרפורמשיין (סינפסות spinoreticular ומשם עובר המידע לגרעינים פנימיים ואחוריים בתלמוס ולמבנים אחרים בדיאנספלון כמו ההיפותלמוס) spinomesencephalic סיכום נושא המסלולים, במבט כללי: המערכת הסומטוסנסורית מעבירה מידע לגבי 4 יכולות: מגע, פרופריוספציה, כאב וטמפרטורה. למרות שהנוירונים החישתיים ) הגנגליונים הדורסליים) משותפים לארבעת היכולות, הרצפטורים לכל יכולת שונים מבחינה מורפולוגית ומולקולרית המאפשרת לכל אחד מהם התמחות בסוג אחר של גירוי. * אבחנה בין מגע ופרופריוספציה תלויה במכנורצפטורים שרגישים לשינויים פיזיולוגים שנוצרים עלידי תנועה לטרלית על העור או התכווצות או מתיחה של שריר או הזוית של מפרקים בודדים. מכנורצפטורים בעור מתמחים בהעברת סיגנלים לגבי לחץ או תנועה ומסוגלים להבחין בצורה ובמרקם החיצוני של הגירוי. הרזולוציה המרחבית שלהם תלויה בשדה הרצפטורי שלהם וידוע כי בקצות האצבעות ובשפתיים היא הגבוהה ביותר, היכן שיש רצפטורים בשפע. * תחושת הטמפרטורה מתווכת באמצעות הקצוות החשופים (bareending) של נוירונים חסרי מיילין או בעלי שכבה דקה של מיילין, אשר רגישים לטווח ספציפי של אנרגיה תרמית. נוכל להפריד את הרצפטורים לפי קר, קריר, חם ולוהט. הם שונים זה מזה בטווח הטמפרטורות ובסף הרגישות שלהם. * תחושת כאב מתווכת על ידי הקצוות החופשיים שנקראים,nociceptors אשר חשים בגירוי מכני הרסני שגורם לחץ או צביטה פציעה בעור ; טמפ' גבוהות או נמוכות באופן קיצוני שעשויות לגרום לצריבה או קפיאה של העור ; וכימיקלים המשתחררים ברקמה על ידי התאים לאחר נזק. ארבעת היכולות הללו מתאגדות בנתיבים עולים שונים אל התלמוס והקורטקס. * תחושות המגע והפרופריוספציה מועברות על ידי אקסונים גדולים בעלי מהירות הובלה גבוהה לקרן הגבית שבמח השדרה ומשם לגזע המח ולתלמוס דרך הטור הדורסלי medial lemniscal.system * תחושות של כאב וטמפ' מועברות על ידי אקסונים עם מיילין אשר מסתיימים בשכבות השטחיות של מח השדרה או הקרן הדורסלית הטריגמינלית. יכולות אלו מועברות באופן ישיר ודרך רשתות רבות סינפסות לתלמוס במסלול אנטרולטרלי מוצלב. הגירוי הסומטוסנסורי שאנו מכירים מחיינו הינו מורכב, רחב (מכסה אזורי עור רבים) ובעל תכונות רבות. כל סוג של רצפטור ספציפי לאזור ולאיכות התכונות של הגירוי. סוגים שונים של מידע לגבי האובייקט מועברים באמצעות אוכלוסיות שונות של תאים סנסוריים, אשר נעים במסלולים מקבילים אל הקורטקס הסומטוסנסורי הראשוני, בו כל המידע מורכב יחד לתפיסה חישתית יחידה.

50 מצגת: Somatosensory3.ppt שקף 2: נדון עתה בקורטקס האנושי, ב cortex barrel בחולדה ובמסלולי עיבוד המידע בקורטקס. בקורטקס קיים ייצוג סומטוטופי (קבוצות תאים סנסוריים שמתאימות לאיבר גוף מסויים ומסודרות בסדר מסויים) לכל.modality יצוג סומטוטופי זה בקליפת המוח הסומטוסנסורית נקרא ה homonculus. יש ייצוג לאיברי הגוף השונים על פני קליפת הקורטקס (אם כי לא בדיוק בסדר שהם מופיעים בגוף). קיימות אירציפויות בייצוג (למשל באצבעות), בגלל מיפוי העור בגוף למשטח הקורסקס. אנטומית, האזור הסומטוסנסורי הראשוני, S1, מצוי ב gyrus.postcentral האזור המוטורי הראשוני, M1, מצוי ב gyrus,precentral כששניהם מסביב ל sulcus.central שקף 3: הקורטטקס הסומטוסנסורי, אזור S1, כולל את אזורים אזורים 1,3b של Brodman (המיפוי של ברודמן הוא חלוקה היסטולוגית של הקורטקס לפי הגובה, כשאזור 1 הוא הגבוה ביותר). הערת המסכם: בקורס אחר למדנו שגם אזורים 2,3a הם חלק מאזור S1. מ Kandel : הקורטקס הסומטי הראשוני S1 מכיל 4 אזורים המחולקים לפי מבנה הרקמה (חלוקת אזורי.2,1,3a,3b :(Brodmann's רוב הסיבים המגיעים מהתלמוס מסתיימים באזורים 3a ו 3b, והתאים באזורים 3a ו 3b שולחים את האקסונים שלהם לאזורים 1 ו 2. נוירונים מהתלמוס שולחים שלוחות קטנות גם ישירות לאזורי ברודמן 1 ו 2. ארבעת האזורים הללו של הקורטקס שונים מבחינה פונקציונלית: אזורים 3b ו 1 מקבלים מידע מהקולטנים בעור, ואילו אזורים 3a ו 2 מקבלים מידע פרופריורספטיבי information) (proprioreceptive מקולטנים בשרירים ומקולטנים במפרקים. בכל אופן, ארבעת האזורים של הקורטקס מקושרים במידה עצומה, כך שעיבוד סדרתי ועיבוד מקבילי שניהם מעורבים בעיבוד ברמה גבוהה יותר של מידע חושי. יש לציין גם כי שדות הקלט של נוירונים קורטיקליים הרבה יותר גדולים מאלו של נוירונים בגנגליון של שורש גבי ganglion).(dorsal root שקף 5: ה cortex barrel בחולדה. הראיה של החולדה גרועה מאוד. החושים החזקים שלה הם שמיעה, סומטוסנסורי והריח (במכרסמים באופן כללי הראיה די חלשה). שערות השפם (באנגלית (vibrissae משמשות ל discrimination texture (הבחנה בין טקסטורות שונות) ול crossing gap (אם יש חלל שהחולדה צריכה לעבור היא משתמשת בשערות השפם לאמוד את המרחק). השפם מהווה איבר סנסורי עיקרי של החולדה. השיערות מסודרות בשורות קדימה ואחורה, וקשתות (עמודות) מלמעלה למטה. תוספת מ Kandel : הייצוג הקורטיקלי של השפם במכרסמים זהה במדויק מחיה לחיה: במכרסמים השפם מהווה קולטן מישושי עיקרי, לכן האזור מסביב לפה מיוצג באופן רחב יותר בקורטקס מאשר הגפיים. כל אחת משערות השפם מעוצבבת ע"י עצב וויבריסלי נפרד הכולל בערך 100 סיבים עטופי מיילין, אשר מופעלים ע"י תנועת השערה בכיוון ספציפי. הייצוג הקורטיקלי של השפם בעל מבנה מיוחד: נוירונים של שכבה IV בקורטקס מאורגנים ביחידות פונקציונליות נפרדות הנקראו חביות,(barrels) ונקראים כך משום שכשהקורטקס נחתך באופן טנגנטיאלי (במקביל לפני השטח של הקורטקס), גופי התאים של שכבה IV יוצרים מערכים בצורות חביות מסביב למצבורים של אקסונים ודנדריטים. כל חבית מעבדת קלט מישושי בעיקר משערת שפם בודדת. מספר החביות זהה למספר של השערות בצד הקונטראלטראלי של הפנים, והחביות מאורגנות בתבניות שתואמות לטופוגרפיה של השפם.

51 העובדה שכל חבית מייצגת קבוצת קולטני מישוש המופרדים מורפולוגית היא מאוד שימושית לחקירת גמישות של מפות קורטיקליות. הסרה סלקטיבית של וויבריסאי אחת או של זקיק וויבראסילי, או תבניות שונות של גירוי של וויבריסאי ספציפי, גורמים לשינוי בתבניות הירי הנוירונליות גם בחבית הנבדקת וגם בחביות סמוכות. המורפולוגיה המיוחדת של שדות החביות במכרסמים מאפשרת לנסיינים לקשר מיקום קורטיקלי ספציפי אל פונקציה ללא ביצוע רישומים אלקטרופיזיולוגיים ישירים. כך באמצעות מדידות ציטוכימיות ומטבוליות ניתן לאבחן שינויים מורפולוגיים הקשורים לקלט סנסורי משתנה. שקף 6: המסלול מקצוות העצב בשיערות השפם ל CNS דומה למסלול הספציפי שדיברנו עליו בשיעור הקודם אך הפעם מקורו מהפנים : גופי התאים נמצאים בגנגליון הטריגמינלי (המקביל ל DRG ) שנמצא מחוץ לגזע המוח > האקסונים עוברים לגרעין הטריגמינלי בגזע המוח > ומשם לתלמוס ולקורטקס הסומטוסנסורי. שקף 7: בקורטקס הסומטוסנסורי באיזור ייצוג הפנים יש אזור גדול מאוד (יחסית) המייצג את שערות השפם. שקף 8: בשכבה IV בקורטקס יש מיבנים דיסקרטיים, חביות (barrels) בארגון שמתאים בדיוק לשערות השפם > יש כתם, חבית, לכל שערת שפם. המיפוי הוא סומטוטופי, ומאורגן מרחבית בצורה זהה בשפם ובקורטקס. פיזיולוגית תא מסויים יגיב ליותר משערה אחת (יש שדה רצפטיבי שגדול קצת מעבר לשערה בודדת). יש הרבה גופי תאים בחבית; החבית גדולה יותר מגוף תא בודד. נזכיר כי כתמי החביות מתאימים לקליטת שערות השפם הקונטרהלטרלי. שקף 9: ניסוי שמראה את ההתאמה (בגסות) בין barrel לשערה. צריך משום מה להזיז בשקף במצגת בלוק כחול שחוסם את תמונות...D,C,B הזיזו שערה אחת, וראו פעילות שהתחילה באזור ספציפי (חבית מסויימת B, חלק אמצעי) ובהמשך התפשטה על פני כל הקורטקס (B, חלק תחתון). לאחר הפעלה של ניתן לראות שחבית אחת מתאימה לשערה: בשורה התחתונה, לאחר זמן רב יותר, תהיה הפעלה 10mSec של השערה נראה הפעלה של אותה החבית. גם של תאים בחביות אחרות. הזריקו DiI שנמס בממברנה (בשומנים), ועובר בדיפוזיה ב D ביצעו צביעה פונקציונלית: החומר לא מתפשט בכל בצורה כזו ניתן לראות את מיקום גופי התאים; לתא. ניתן לראות שהגירוי אכן הקורטקס אלא רק בתאים הראשוניים שקולטים את השערה. מתחיל ב barrel הראשון (B, חלק אמצעי), שזיהו בו פעילות, כלומר ה barrel מגדיר יחידה אנטומית. של ה barrels ע"י צביעה אנטומית) (כנראה היסטולוגית, ב C ניתן לראות חלוקה השונים. שקף 10: צביעה של תאים במטרה למצוא קורלציה לדנדריטים ניסוי נוסף שבוצע בחיה מורדמת: נכנסים לתא ספציפי שמתאים לשערת שפם ידועה. השייכים לכל תא. אחר כך צביעת התא תוכל ללמד הצביעה היא לתא ספציפי שנמצא מגיב לשערת שפם. אותנו על מיקום התא במוח (למשל בדיוק באיזו שכבה). בשכבה IV הדנדריטים של התאים מוגבלים לחבית, כך שהתגובה של התאים תשפיע בעיקר על תאים באותה חבית.

52 האקסונים של תאי שכבה IV מגיעים לשכבות,III,II אך גם הם לא מתפשטים הרבה מחוץ למסגרת החבית. בשכבות III,II נראה שהדנדריטים גם כן מרוכזים בעיקר באזור החבית. ההתפשטות המסיבית לאזורי חביות אחרות היא של האקסונים של התאים בשכבה.III שקפים 1114: נרשמו תגובות בתאים בימים שונים לאחר הלידה. רואים פעילות ספונטנית (גרפים עליונים) ובתגובה לגירוי (גרפים תחתונים) שמתפתחת בחולדה במהלך הימים שלאחר הלידה (שקף 11). התאים הסנסוריים לשערות שפם בשכבות II,III מתחילים להגיב רק לאחר 20 ימים. הסימון P7 מתאר את היום ה 7 לאחר הלידה, וכן הלאה. שקף 12: אם מגרים את שערות השפם בגיל 12 יום לא רואים תגובה. מתחילים לראות תגובה רק מגיל 14 ימים. שקף 13: המפות הסנסוריות מתפתחות, כפי שניתן להבין, רק לאחר הלידה. ניתן לראות את התגובה לגירוי ה whisker העיקרי whisker),(principle שכנו הקרוב (S1) ושכן אחד אחריו (S2). ההבדל בין תגובות התאים (המיפוי הסנסורי) הולך ונהיה חד עם הימים, ככל שמתרחקים מה whisker העיקרי. התגובה מתפתחת ו"מתמרכזת" סביב ה PW. במילים אחרות, רואים פלסטיות: המפות הסנסוריות של ה cortex barrel מתפתחות ומשתנות במהלך 20 הימים לאחר הלידה. על שקף 14 קפצנו בהרצאה. מדובר ב deprivation sensory (חיתוך שערות השפם). אם חותכים את השערות ביום P9 זה פוגע בתקופה הקריטית (בת מספר ימים), ומונע התפתחות תקינה של המיפוי הסנסורי. אם חותכים ביום P15 אז החלון הקריטי כבר נסגר, המיפוי כבר נעשה ורואים את אותה התגובה בין חולדה שהיא deprived לחולדה בריאה. כלומר חיתוך שערות השפם משפיע על התפתחות השדות הרצפטיביים, כאשר החלון הקריטי הוא בין גיל 912 ימים. שקף 15: שקף פלסטיות הזכור לנו מהמאמר מה"בסיס התאי": התמונות למטה מראות את אותו האזור בקורטקס לאורך מספר ימים. וכאלו שמופיעים (אדום) חדשים (צהוב), רואים dendritic spines קבועים ונעלמים (כחול). קיימת פלסטיות ברמת הסינפסות שנוצרות (שמזוהות ע"י גדילת הפואנטה: (dendritic spines גם בחיות בוגרות. שקף 17: מכאן והלאה מתוארים ניסויים ומסקנות מהמאמר של,ROMO אשר הקובץ שלו מצורף באתר במאמר מתוארים ניסויים רבים ונידונים הרבה נושאים שלא הקורס.(ROMO_nrn1058.pdf) בסיכום אתייחס רק לחלקים שרלוונטיים למה שהועבר בשיעור. הועלו בשיעור. הבחנה בין שני גירויים, במקרה זה הניסוי הוא ניסוי :sensory discrimination בין שני סוגים של ויברציות. הקוף מקבל גירוי באצבע בתדר מסויים (במשך,(500mSec יש המתנה של 3 שניות, ואז הקוף מקבל גירוי שני בתדר אחר (גם כן במשך.(500mSec הקוף צריך ללחוץ על לאחר מכן מושמע קול שמאפשר לקוף ללחוץ על כפתור. הכפתור שמתאים לגירוי המהיר יותר, כלומר מלמדים את הקוף להגיב לויברציה המהירה יותר. המספרים בתוך הריבועים בתוצאות שבתחתית השקף מתארים את אחוז (כל ציר הוא תדר הגירוי ההצלחה בהפרדה בין זוג התדרים לפי הצירים אחוזי כצפוי, ככל שהמרחק (בתדר) בין זוג התדרים גדול יותר, המתאים). ההצלחה עולים בהבחנה מי הגירוי המהיר יותר.

53 הגרף השמאלי מאפשר לקבוע את ספי ההחלטי (יכולת ההפרדה בין גירויים); הגרף האמצעי משמש לבחינת ה memory ;working הגרף הימני משמש להשוואה בין תהליכים קורטיקליים במהלך הבדיקה. שקף 18: מתוארות תגובות נוירונים ב S1 לתדרים: משמאל רואים עקיבה טובה של תא אחר שני הגירויים. תגובה כזו נקראת :phaselocked עקיבה נעולה אחרי המופע (פאזה) של הגירויים. רואים תגובות קבועות ובהפרשים קבועים יש מידע ב S1 שבעזרתו ניתן להבחין בין הגירויים. מימין רואים עקיבה פחות טובה (של תא אחר). שקפים 2022: לא זכור שעברו עליהם בשיעור, והם לא ממש ברורים. אם למישהו יש סיכום על זה, תבורכו. שקפים 2324: מצד שמאל רואים את אותו התא ב S1 שכיכב, וראינו שהוא phaselocked על הגירויים בשני התדרים. למעשה, על סמך תא זה בלבד היינו מצליחים בצורה מושלמת ב task ההחלטה מי משני הגירויים מהיר יותר. במקרה זה, הגירוי f2 הוא בתדר קבוע, וההחלטה היא בעצם האם f1 היה מעליו או מתחתיו. בגרף הימני רואים עקומה ירוקה שמתארת את הביצועים האידאליים, ועקומה כחולה שמתארת את ביצועי הקוף. יש כאן משהו מוזר: אם היינו ממצים את המידע מאותו תא בודד היינו מגיעים לביצועים האופטימליים, אך הקוף לא מגיע לביצועים אלו. בשקף 24 מציגים שוב את ביצועי הקוף, אולם הפעם הם מושווים לביצועים האופטימליים שניתן להוציא מתא אחר, שהוא לא.phaselocked כמובן שהביצועים פחות טובים, ומסתבר שכאן ביצועי הקוף יותר מתאימים לאופטימום על בסיס מיצוי המידע מהתא. ניתן להסיק שהקוף לא מבסס את ההחלטה על בסיס אותו התא שיש בו את כל האינפורמציה שצריך. מתבצעת אינטגרציה גם על התגובות שאינן phase,locked והיא גורמת לפגיעה בביצועים. שקף 25: האינפורמציה שמוצגת במצגת היא חלקית, ומציגה את כמות הנוירונים ב S1 שיש להם סף ירי מסויים כפונקציה של סף הירי. העמודות המלאות מתארות את הכמות עבור חישוב ספי ירי על סמך תדר הירי הממוצע, והעמודות ה"ריקות" מתארות את חישוב ספי הירי על סמך המחזוריות בזמן (התדר) של הירי. זה קצת לא ברור, אבל השורה התחתונה היא שאין התאמה ביניהם. לעומת זאת, בגרף אחר שקיים במאמר רואים התאמה טובה בין הירי בפועל לחישוב ספים על בסיס קצב הירי הממוצע. לפיכך, ניתן להסיק שה decoding בקורטקס מתבצע לפי מספר הספייקים הכללי (קצב הירי הממוצע), ולא לפי ניתוח מיקומם בזמן (התדר, או המחזוריות שלהם על פני הזמן). כלומר: הקורטקס הסומטוסנסורי מכיל מספיק מידע כדי להצליח ב task הספציפי הזה בצורה מושלמת, אך מידע זה לא מנוצל במלואו שכן ניתוח המידע אינו אופטימלי (מיקום הספייקים בזמן לא מנוצל לחישובים, אלא רק תדר הירי הממוצע).

54 שקף 26: במחקר, Romo רצה לדעת היכן במוח מתבצע תהליך ההחלטה. המסלול של ביצוע ה task במוח במוח הוא מ S1 (קליטה של הגירויים בקורטקס), דרך (secondary somatosensory cortex) S2 ה, PFC prefrontal ) middle pre) ובסופו של דבר ה MPC (working שקשור ב memory,cortex motor cortex ההכנה לתנועת הלחיצה על הכפתור). שקפים : 2731 כאן יבוא הסבר ארוך כי התאור במצגת (ובכיתה) היה חלקי מאוד. מאחר שהגירויים ניתנים טורית זה לזה, לקוף יש מטלה מורכבת: הוא צריך לקדד את המידע מהגירוי הראשון, לזכור אותו עד לגירוי השני, לקדד את השני, לבצע השוואה ביניהם, לקבל החלטה וליישם אותה באמצעות הלחיצה על הכפתור. נתבונן בתגובה של נוירונים "מייצגים" מכל אחד מהאזורים לגירוי בחלק הראשון של הניסוי (לפני מתן הגירוי השני), שמתוארת בשקף 27. יש לשים לב שבשקף מתוארות התגובות בארבעת האזורים בטווח הזמן של הגירוי הראשון בלבד. תגובות אותם האזורים לגירוי השני לא מתוארות בגרף במאמר, אך מתוארות במלל, וחלק מהניתוח להלן מתבסס עליהן. הגרפים מתארים את קצב הירי בארבעה נוירונים "מייצגים" אזורים הנ"ל, כפונקציה של הזמן. בתכל'ס, הנוירונים הם לא ממש "מייצגים" כי בכל אזור יש נוירונים שמתנהגים לגמרי אחרת מאלו שמוצגים (במאמר מתואר אילו סוגי נוירונים נבחרו להצגה בכל אזור, אבל סביר שהם לקחו את התוצאות שמתאימות למה שהם רצו לראות... ) בS1 התאים מגיבים בזמן הגירוי בלבד, ומפסיקים אחריו. יש רגישות לתדר הגירוי. אין "זכרון". ב S2 יש קצת פעילות אחרי הגירוי (תגובה מושהית או אולי איזהשהו אלמנט זכרון), ורגישות לתדר הגירוי. ב PFC ניכרת פעילות גם בזמן לאחר סיום הגירוי (זכרון הגירוי), ורגישות לתדר הגירוי. במהלך ההשהייה בין שני הגירויים הפעילות ב PFC נושאת אינפורמציה (זכרון) על תדר הגירוי הראשון. ב MPC ניכרת פעילות הכנה לתנועה שעוצמתה מתאימה לתדר הגירוי שניתן 3 שניות קודם. פעילות ההכנה מתחילה כשניה לפני תחילת התנועה עצמה. יש להתחשב בעובדה שהחל ממתן הגירוי השני צריך לדעת להפריד בין פעילות כתוצאה מהגירוי הראשון, פעילות כתוצאה מהגירוי השני, ופעילות כתוצאה מהשוואה ביניהם (שזה מה שאנו מחפשים). לפיכך עשו ניתוח קצת אחר (שקפים 2830): כל נקודה בגרפים מתאימה לנוירון אחר באותו אזור קורטיקלי. עבור כל נוירון, בוצעה רגרסיה לינארית לפי החישוב:, firing _ rate = a f + a f + b כלומר בוצעה התאמה של תדר הירי בפועל לתדרי הגירויים שניתנו, הנוירון במישור וחולצו הקבועים,a1 אשר מתארים את תגובת a2. a1, a2 אם נתבונן בתגובת כל אזור כפונקציה של הזמן, שמובאת בשקפים של ההרצאה, נגלה כי: ב S1 יש תגובה מתכונתית לתדר הגירוי הניתן באותו רגע, כלומר תגובה ), a = בזמן מתן הגירוי הראשון (התגובות על פני קו אופקי, f 1 שמתכונתית ל 2 0 f 2 (תגובות על פני אין תגובה בין שני הגירויים, ותגובה שמתכונתית לתדר השני האנך) בזמן מתן הגירוי השני. ב S2 יש תגובה לגירוי הראשון כשהוא ניתן, יש פעילות דועכת שמתאימה לסוג מסויים של זכרון לגירוי לאחר הפסקת הגירוי הראשון (שניתן לראותה גם כתגובה מושהית, ב delay ), ובזמן מתן הגירוי השני יש פעילות לא מאוד מתואמת (בתחילה היא יותר לאורך הצירים כלומר מתכונתית לתדרי הגירויים

55 בנפרד, ולאחר מכן היא מתחילה להיות יותר על פני הקו האלכסוני, שמתאים להפרש התדרים בין הגירויים). ב PFC רואים פעילות שתלויה בתדר הגירוי הראשון כאשר הוא ניתן, הפעילות נשמרת גם לאחר הפסקת הגירוי (זכרון,,(working memory והפעילות בעת הגירוי השני יושבת בצורה מובהקת על הישר, a2 = a1 כלומר מתכונתית להפרש התדרים בין הגירויים. הפעם אנו רואים באופן ברור שהפעילות באזור קורטיקלי מתאימה לחישוב שהקוף נדרש לבצע = ההשוואה בין שני תדרי הגירויים. ב MPC התוצאות מזכירות איכותית את התוצאות מה PFC (וזה לא מפתיע, כי הפעילות בו מבוססת על הפעילות ב PFC, הוא "אחריו בשרשרת"). אז איפה התבצעה ההחלטה (שקף 31)? o בשני האזורים האחרונים יש פעילות שמתכונתית להפרש התדרים בין שני הגירויים. o אותו סיגנל הוא גם הסיגנל שאמור להכווין את התנועה (ההחלטה גוררת בחירה של תנועה: על איזה כפתור ללחוץ?) o לפי זה, נגדיר שההשוואה בוצעה ב PFC, והסיגנלים ב MPC מתאימים להכוונת התנועה הנדרשת. o נגדיר את "איפה שבוצעה ההחלטה" בתור המקום בו התבצע חישוב ההפרש בין הגירויים, כלומר ההחלטה התקבלה ב PFC. o אפשר להתווכח על זה, כי הכל עניין של הגדרה ושל אינטרפרטציה: אולי עצם הקליטה של הגירוי בקורטקס הסומטוסנסורי הוא זה שמתחיל את המסלול שנגמר בתנועה, ואולי, לכן, הקליטה של הגירוי בקורטקס היא ההחלטה??... אבל לא נתפלסף בנושא.

56 תוספת מ Kandel רוב הפרק המתאים להרצאה זו (פרק 23) לא נידון כלל בכיתה ולכן לא יובא במסגרת סיכום זה. מומלץ לעיין בתרגום של הפרק (בקבצים שאיתי שלח). יחד עם זאת, נראה נכון להוסיף כאן את ה view,overall סיכום הפרק מ kandel : בכדי לתפוס כיצד העולם מתקשר לגופנו, המוח מאורגן לייצג מערכת מישושית סנסורית של העור. שדות הקלט של הנוירונים הקורטיקליים הופכים בהדרגה ליותר מורכבים עם כל שלב של עיבוד מידע, וכך מחלצים תכונות יותר מלכדות של גירוי בכל שלב. שדות הקלט הקורטיקליים גדולים יותר מאלה של הקולטנים הפריפריאליים עקב התכנסות של קלטים מאזורי עור המעוררים בו זמנית. נוירונים קורטיקליים מאורגנים פונקציונלית בעמודות, כך בעצם כל 6 השכבות של הקורטקס בכל עמודה מקבלות מידע המייצג את אותו מיקום ומודליות. העמודות מאורגנות באופן טופוגרפי ומקרינות ייצוג מדויק של פני הגוף על פני השטח של הקורטקס. סומטוטופיה, השלכה מסודרת אנטומית של משטחים סנסוריים במוח, מאפשרת קשרים תוךקורטיקליים מסודרים. יחד עם זאת, יש לזכור כי המפה הסומטוסנסורית (ה homoncolus, הומונקולוס) לא מהווה ייצוג מדויק של פני הגוף אלא היא מעוותת. קצה האצבע, למשל, מיוצג ע"י אזור קורטיקלי הרבה יותר גדול מאשר אזורים כמו הגב. המפה הקורטיקלית מייצגת את צפיפות העיצבוב, ומכאן ניתן ללמוד על החשיבות הפונקציונלית של אזורים שונים בעור. בקורטקס הפריאטלי יש לפחות 8 מפות שונות של פני הגוף: 4 בS1, 2 ב S2 ועוד 2 בקורטקס הפריאטלי האחורי. כל אחד מ 4 האזורים של S1 מכיל מפה משלו של פני הגוף, הספציפית למודליות סומטוסנסורית מסוימת. אזור 3a מקבל קלט בעקר מקולטני מתיחת שרירים; אזור 3b מקבל קלט מהעור; אזור 1 מקבל קלט מקולטנים ;rapidly adapting אזור 2 מכיל גם מפה של קולטני עור וגם מפה של קולטנים פנימיים. כתוצאה מכך, האזורים השונים הללו אחראים על אספקטים שונים של חישת גוף: אזורים 3b ו 1 מעורבים בחישת מרקם פני השטח, בעת שאזור 2 אחראי על חישת גודל וצורה של עצם. נוירונים באזורים 2,5,7, המעורבים בשלבים מאוחרים יותר של עיבוד סומטוסנסורי, הינם בעלי תכונות גילוימאפיין מורכבות יותר ומקבלים קלט מתכנס ממספר תתמודליות, והינם בעלי שדות קלט גדולים יותר מנוירונים קורטיקליים ב S1. נמצאו לפחות 4 סוגים של תאים סומטוסנסוריים מסדרגבוה: רגישים לכיוון, רגישים לאוריינטציה,רגישים למרקם, רגישים לצורה. מדוע כל כך הרבה ייצוגים של פני הגוף? חישת הגוף מערבת ניתוח מקבילי של גירויים שונים המיוחסים באזורים קורטיקליים שונים. עיבוד מקבילי במוח הינו מאפיין חוזר על עצמו במערכות סנסוריות. זה עוצב לא מנת להשיג הכפלה של מעגלים זהים, אלא כדי לאפשר נתיבים נוירונליים ותחנות ממסר מוחיות שונות על מנת לטפל במידע הסנסורי בדרכים שונות.

57 סיכום שיעורים בפיזיולוגיה א', 2006 Somatosensory System and Pain סיכום שיעור מהתאריך: 23/4 נושא: מערכות סומטוסנסוריות וכאב. ההרצאות הועברו ע"י פרופ' מרשל דבור. הסיכום מבוסס על ההרצאות. במקומות מסויימים בחרתי להוסיף תמונות והרחבות מקנדל. ההרחבות לקוחות מתוך תרגום פרק 24 המצורף (אפשר לסמוך על התרגום בעיניים עצומות). ההמלצה שלי ללימוד, היא לקרוא פרק 24 או את התרגום בעברית ולאחר מכן את הסיכום הזה של ההרצאה. הסיכום מסודר על פי השקפים בהרצאות, ונועד להיקרא במקביל אליהן. מאמר מעניין רלוונטי (שמסכם חלק ניכר מהנושאים): AuroraAll.pdf מסכם: איתי הרשנהורן. המצגת הרלוונטית: CentralSens_Descending.ppt סיכום שיעור: מצגת: CentralSens_Descending.ppt שקפים 1: Pain Somatosensory System and המידע מועבד ברמת חוט השדרה, וכן יש descending control (שליטה מרכזית) ועיבוד מידע לאורך הדרך. הקורטקס מצליח להשפיע על עיבוד המידע אפילו ברמת ה horn dorsal בחוט השדרה. שקף 2: threshold pain ניתן להגדיר סף כאב. זוהי הגדרה סובייקטיבית של כל אחד. detection לעומת זאת הסף לזיהוי הסף לכאב נמצא על ציר התגובה. threshold קשה להגדרה. שקף 3: כפי שלמדנו בשיעורים הקודמים, לאקסונים של תאי חישה יש שלוחה אחת המגיעה מהעור ושלוחה שניה מגיעה אל הקרן הדורסלית בחוט השדרה. גופי התאים נמצאים ב DRG.(dorsal root ganglia) באיזור העור, יש התמרה של הגירוי לדפולריזציה וקידוד של רצף פוטנציאלי ישנן מולקולות ספציפיות ופפטידים הגורמים למעבר של פוטנציאל פעולה. פעולה ומנגנונים המופעלים בעקבות לחץ פיזי. למשל, עקיצת דבורה מפרישה חומרים כימיים הגורמים לכאב. nociception ישנם נוירונים המופעלים בעקבות גירוי רצפטורים לכאב =noci).receptors נזק לרקמה). תכונה חשובה של האקסון היא מהירות ההולכה. מהירות ההולכה תלויה בעובי ציפוי המיילין העוטף את האקסון. אקסונים חסרי מיילין, יהיו בעלי מהירות הולכה איטית. אקסונים עטופי מיילין יהיו בעלי מהירות הולכה גבוהה יותר. החלוקה לסוגים השונים של הסיבים מפורטת במצגת Somatosensory2.ppt בשקף מספר 9. או בקנדל עמוד 444 טבלה 222:

58 הסיבים האיטיים (מסוג C) ברובם מעבירים מידע של.nociception ה"חיווט" במערכת העצבים המרכזית מאפשר את התפיסה ההכרתית של הגירוי. הפעילות אינה תלויה רק בשחרור המקומי, כיוון שישנם נוירוטרנסמיטרים ונוירופפטידים העוברים בדיפוזיה (לכמה עשרות מיקרון) ומסוגלים להשפיע כך גם בסביבה רחוקה יותר. האקסונים ללא מיילין בדרך כלל נעים יחד באותו צרור של סיבים. ניתן להבחין בהבדלים במהירויות ההולכה בניסוי פשוט בבית: נוגעים בנורה חשמלית לרגע. נרגיש בתחושות הבאות מאקסונים המתמירים חום. נרגיש 2 מכות בשלבים שונים: מכה ראשונה, חדה יותר ואחריה מכה שניה עמומה יותר (אם לא מצליחים, אפשר לנסות עם האצבע של הרגל, שם המרחק רחוק יותר וההפרדה בין מוליכויות האקסונים ברורה יותר. ההולכה מהרגל באמצעות סיבי C היא בערך של שניה). שקף 4: תא החוש הוא תא פסאודויוניפולרי. האקסון מגוף התא לצד ההיקפי ומכונה עצב. מהגנגליון לחוט השדרה האקסון מכונה.dorsal root low threshold (מכאניים) נוירונים המגיבים לגירויים חלשים Aβ.mechanoreceptors בעלי הולכה מהירה (עבים, עטובים במיילין)..(noxious) נוירונים ללא מיילין המגיבים לכאב C+Aδ ההבחנה בין הסיבים נשמרת לאורך הדרך (עד לתלמוס, קורטקס). הספציפיות מתחילה ברצפטור וממשיכה עד הקורטקס. שקף 5: laminae Rexed s החומר האפור בחוט השדרה מחולק לשכבות. האקסונים ה DH של ה DRG מבצעים סינפסות ב Horn (DH) Dorsal בחוט השדרה. מחולק ל 6 שכבות.(VII) באמצעות החדרת אלקטרודה ניתן להבחין בפעילות בשכבות השונות: שכבות 21 (העליונות): o תאים המגיבים לגירויים חזקים ומזיקים ) threshold high (selective שכבות :43 o מגיבים לגירויים חלשים. מגע קל וויברציה. אלו כיצד יתכן שנוירון יגיב למגע קל אך לא למגע חזק? נוירונים בעלי קצב ירי מקסימלי. קצב הירי משתנה בהתאם

59 לעוצמת הגירוי. קצב ירי מהיר בסיבי Low ) LTM (Threshold Myelinated יקודד לעוצמת גירוי חלש. גירוי חזק יותר, מקודד לקצב ירי מהיר יותר, אך בסיבים אחרים.nociceptor שכבות 65: WDR.wide dynamic range הנוירון הבודד מגיב לתחום רחב של גירויים.(multiception) o סיבים נוסיספטים פרנטים מגיעים לנוירונים בקרן הדורסלית בחוט השידרה (הרחבה מתוך קנדל). הקרן הדורסלית מחולקת לשש שכבות (מכונות (laminae לפי המאפיינים התאיים של הנוירונים בכל שכבה. יש התאמה בין הארגון הפונקציונלי והארגון האנטומי של הנוירונים בקרן הדורסלית. כלומר סוג מסוים של נוירונים שמעבירים מידע מסוג מסוים (ארגון פונקציונלי) מגיע לשכבה מסוימת (ארגון אנטומי). נוירונים נוסיספטים ממקומים בשטח החיצוני של הקרן הדורסלית. הם ממוקמים בשכבה הראשונה המכונה lamina 1 או marginal layer וגם בשכבה השניה המכונה lamina 2 או substantia.gelatinosa רוב הנוירונים בשכבה הראשונה מקבלים אינפוט סינפסי ישיר מסיבי Aδ ודרך שכבה 2 גם קלט מסיבי C. רבים מהנירונים בשכבה הראשונה מגיבים רק לגירוי מזיק (לכן מכונים nociceptive (specific neurons והם מעבירים מידע לאזורי מח גבוהים יותר. חלק מהנירונים בשכבה זו מגיבים באופן מדורג גם לגירויים לא מזיקים וגם לגירויים מזיקים מכניים. הם מכונים widedynamic.rangeneurons השכבה השניה היא ברובה המוחלט אינטרנוירונים אקסיסטורים ואינהבטורים. חלקם מגיבים רק לאינפוט מהנוסיספטים (סיבי C) וחלקם מגיבים גם לגירוי לא מזיק. שכבות 3 ו 4 ממוקמות וונטרלית לשכבה 2 ומכילים נוירונים שמקבלים קלט מונוסינפטי מסיבי.Aβ הנוירונים הללו מגיבים לגירוי מזיק. שיכבה 5 מכילה בעיקר widedynamicrangeneurons שמעבירים מידע לגזע המח ולאיזורים של התלמוס. הנוירונים האלו מקבלים אינפוט מונוסינפטי מסיבי Aβ ו.Aδ הם גם מקבלים אינפוט מסיבי C, או באופן ישיר דרך הדנדריטים שלהם או באופן בלתי ישיר על ידי אינטרנוירונים. נוירונים רבים בשכבה 5 מקבלים קלט נוסיספטי מאיברים פנימיים. ההתכנסות של נוסיספטים סומטים ונוסיספטים מאיברים פנימיים לנוירונים של שכבה 5 יכולה להסביר מצב של,referred pain מצב בו כאב מפגיעה באיבר פנימי מועבר לאיזורים על פני שטח הגוף. למשל פציינטים עם אוטם שריר הלב מדווחים על כאב מהחזה וגם מהזרוע השמאלית. הסבר אפשרי לתופעה הזו הוא שנוירון יחיד מקבל אינפוט משני האזורים. כתוצאה מכך איזורים גבוהים יותר לא יכולים לאבחין בין מקורות הכאב ומייחסים את הכאב באופן שגוי לעור, אולי מכיוון שהאינפוט העורי שולט במצב נורמלי. הסבר אלטרנטיבי ל referred pain הוא בהתפצלות האקסונים של הנוירונים הסנסורים, אבל סביר להניח שזה תורם רק למקצת המקרים רק לעיתים רחוקות סיב אפרנטי יחיד מעצבב גם איבר פנימי וגם אזור עורי. נוירונים בשיכבה 6 מקבלים אינפוט מאפרנטים בעלי קוטר גדול, משרירים ומפרקים. הם מגיבים למניפולציות לא מזיקות של מפרקים. הנוירונים הללו לא תורמים להעברת מסר נוסיספטי. רבים מהנוירונים בשכבות הקרן הוונטרלית, שכבה 7 ו 8, מגיבים לגירוי מזיק. התגובה שלהם מורכבת יותר, משום שהאינפוט הנוסיספטי לנוירונים אלה הוא פוליסינפטי. בניגוד לרוב הנוירונים בקרן הדורסלית, שמקבלים אינפוט רק מצד אחד של הגוף, רבים מהנוירונים בשיכבה 7 מגיבים לגירוי מכל צד גוף. ייתכן שהנוירונים בשכבה 7 דרך הקשר עם גזע המח וה,reticular formation תורמים לטבעם המתפשט של מצבי כאב רבים. שקף 87: יש בעיות במודל הקלאסי המתאר את התגובות למגע וכאב: o מגע קל תמיד יגרום לנו תחושה של מגע קל. o צביטה תמיד תביא לתחושה של כאב. אך האם הדבר תמיד כך? ישנם מצבים שבהם גם מגע קל גורם לכאב כוויה) ולמעשה יש שינויים ברגישות לגירוי. (למשל לאחר

60 אלחוש analgesia גירוי שגרם לכאב, כבר לא כואב. יש להפעיל לחץ חזק יותר כדי לגרום לכאב. למשל, בהרדמה מקומית או לאחר פציעה חמורה בשדרה הקרב. ריגוש sensitization גירוי בעוצמה נמוכה יותר כבר גורם לכאב. אלודניה allodynia גירוי שקודם לכן לא גרם לכאב, עכשיו o יגרום לכאב. Hyperalgesia o גירוי שקודם לכן גרם לכאב מסויים, כעת גורם לכאב מוגבר. שינוי בסף הרצפטור עשוי להסביר את המצב של אלודניה. שקף 119: דלקת זהו מצב שבו הרקמה: rubor (red) אדומה. בעקבות התרחבות ופתיחה של כלי דם. o (hot) calor חמה. המקום מתחמם בעקבות פתיחה של כלי דם. o נפוחה. בעקבות ויסות מים שונה. בצקת. tumor (swollen) o (pain) dolor כואבת. בעקבות שחרור חומרים המשפיעים על המערכת. o תרופות כמו E2 Prostaglandin מולקולה המשפיעה על תחושת הכאב. אקמול או תרופות אחרות שניתן להשיג ללא מרשם נגד כאב, חוסמות פעילות הפרוסטוגלנדין על ידי דיכוי פעולת האנזים המסנתז אותו.(cyclooxygenase) BK (bradykinin) חומר נוסף המקדם דלקת. הפרקורסור למולקולה נמצא בדם. כאשר מגיע לרקמה הפגועה הופך ברקנין המשפיע על פתיחת כלי דם. החומר משפיע על סף התגובה (על הרגישות לתגובה). אינו משנה את קצב הירי. אם הסף ירד מאוד, תהיה תגובה נוציספטית גם ללא גירוי. שקף 1312: מקדמי דלקת: המולקולות מגיעות מאיזורים שונים במערכת ומשפיעים זה על זה. למשל BK משפיע על תאי Mast המשחררים היסטמין. bradykinin o histamine o prostaglandins o 5HT (סרטונין) o ph (protons) o leukotrienes (משפחה של מולקולות) o SP, CGRP o

61 בבסיס היפראלגזיה עומדים שינויים בסנסיטביות של נוסיספטורים (הרחבה מתוך קנדל) כשיש חזרה על גירוי מזיק מכני, נוסיספטורים קרובים שבעבר לא הגיבו לגירוי המזיק, הופכים להיות מגיבים, זה מכונה סינסיטזציה. המכניזם מתווך על ידי "רפלקס האקסון", באופן דומה להתרחבות כלי דם באזור של פגיעה עורית מקומית (תיכף נדבר על זה..). סינסטיזצית נוסיספטורים אחרי פגיעה או דלקת נוצרת כתוצאה משחרור כימקלים על ידי תאים bradykinin, histamine, כוללים: הללו החומרים הפגיעה. איזור בסביבת כל.substance P,prostaglandins leukotrienes, acetylcholine, serotonin אחד מהם מקורו מקבוצת תאים שונה, אך כולם פועלים להורדת סף הירי של נוסיספטורים. mast מאקטב היסטמין שמשוחרר מתאי לדוגמא, חלקם גם מאקטבים נוסיספטורים..polymodal nociceptors,atp אצטילכולין וסרטונין מופרשים מתאי אנדותל וטסיות דם. הם פועלים בנפרד או ביחד ליצירת סינסיטזציה של נוסיספטורים דרך כימיקלים אחרים כמו פרוסטגלנדינים וברדיקינין. הוא מטבוליט של חומצה ארכנואידית והוא נוצר על ידי האנזים E2 פרוסטגלנדין אספירין ואנלוגים אנטידלקתיים שאינם cyclooxygenase שמשוחרר מתאים שניזוקו. ( cyclooxygenase) יעילים בשליטה על כאב כי הם חוסמים את האנזים סטרואידים, ומונעים יצירת פרוסטוגלנדינים. הוא אחד מ"יוצרי הכאב" החזקים ביותר. פעילותו הרבה היא תוצאה הפפטיד Bradykinin Aδ ו C באופן ישיר + הוא מגביר של שתי פעולות שונות: הוא מאקטב סיבים נוסיספטיים יצירת ושחרור פרוסטגלנדינים מתאים באזור. נוירונים נוסיספטורים ראשוניים מווסתים את סביבתם הכימית דרך מדיאטורים כימקליים שמסונתזים בגוף התא ואז מועברים לטרמינל שם יאוכסנו וישתחררו בשעת דפולרזציה. למשל: פגיעה מובילה לשחרור 2 נוירופפטידים מקצה הנוסיספטורים הסנסורים: + p substance.calcitonin gene related peptide שני הפפטידים תורמים להתפשטות בצקת על ידי פעילות ישירה על ורידונים ליצירת וזודילטציה (התרחבות כלי דם). הם גם תורמים להיפראלגזיה על ידי כך שהם גורמים לשחרור היסטמין (שכאמור מוריד את הסף לאקטיבצית נוסיספטורים). סימני הדלקת הם חום, אודם ונפיחות. מתן substance p באופן מקומי יוצר את שלושת הסימפטומים. חום ואודם נוצרים על ידי הרחבת כלי דם פריפראלים. נפיחות נוצרת כתוצאה מתפליט שיוצא מהפלסמה (חלבונים, נוזל ותאים חודרים דרך כלי הדם לאזור הפגוע). מכיוון.neurogenic inflammation שהדלקת נוצרת בעקבות פעילות נוירונלית היא מכונה יכול לחסום לגמרי את הדלקת מהמקור העצבי. זוהי אנטגוניסט לא פפטידי ל p substance דוגמא לכיצד הבנת המכניזם של נוסיספטורים יכולה להוביל ליישומים קליניים. שקף 14: ניסויים בתחום (אלודניה): o חולדה יושבת על רשת. נוגעים בה עם שערת ניילון ברגל. באופן נורמלי, גירוי זה אינו מפריעה לחיה. כאשר אחת הרגליים פגועות, נראה שאותו גירוי גורם לחיה להניע את הרגל וללקק אותה, ככל הנראה זוהי תגובת החיה לכאב או לתחושה לא נעימה שגרם הגירוי. שקף 1615: את האלודניה לגירוי מכאני, בשונה מאלודינה לחום, לא ניתן להסביר על ידי סנסיטיזציה של הרצפטורים. אין את התזוזה שמאלה של הסף שתסביר מדוע מגע קל גורם לכאב. בסיבי Aβ ההולכה מהירה. ניתן לחסום את ההולכה ואחרי 20 דקות נראה שכבר לא מרגישים מגע קל. ברגע שהתגובה בסיבי Aβ יורדת, נעלמת ה tactile.allodynia נזכור שסיבים אלו באופן רגיל אינם בעלי תפקיד בהעברת תחושת כאב, אלא בהעברת תחושות טקטליות (של מגע) בלבד. בניסוי בגירוי תוך עצבי באמצעות אלקטרודה, מגרים עד לסף הגירוי בשדה הרצפטיבי (נניח עד שמרגישים מעט דגדוג), לאחר מכן, מזריקים capsaicin (זהו חומר המצוי בפלפל חריף). אחרי כמה דקות, נראה מעבר למצב של tactile.allodynia

62 Aβ נגרה שוב באלקטרודה ונראה תגובה של כאב, מעבירים כאב. עובדה זו פוגעת במודל הקלאסי. ולא של דגדוג. כלומר, שקף 1817: ההסבר לכאב בסיבי Aβ ול allodynia tactile מובא במודל Central Sensitization (ריגושי מרכזי). המודל מבוסס על מודל השער המתואר בקנדל (המודל שהובא בשיעור שונה ממודל תאורית השער הקלאסי מקנדל). מאזן הפעילות של סיבים נוסיספטיים ושל סיבים לא נוסיספטיים ראשוניים (כלומר: נוירוני ה DRG ) יכול לווסת כאב: תיאורית בקרת השער Theory) (Gate Control (הרחבה מתוך קנדל) כאב איננו תוצר פשוט של פעילות בסיבים הנוסיספטייםהוא מו סת בין היתר גם על ידי הפעילות בסיבים עטופי מיילין שאינם מעורבים ישירות בהעברת מידע נוסיספטי. בשנות השישים של המאה שעברה הועלה הרעיון שתחושת הכאב נוצרת כתוצאה ממאזן הפעילות בסיבים נוסיספטיים ובסיבים לאנוסיספטיים כאחדרעיון שנוסח במסגרת תיאורית בקרת השער. תיאוריה זו מצליחה להסביר מספר ממצאים. ראשית, נוירונים בלמינה 5 (ואולי גם בלמינה 1) מקבלים מידע מעורר מתכנס הן מסיבי Aβ הלאנוסיספטיים והן מסיבי Aδ ו C הנוסיספטיים. שנית, סיבי Aβ העבים מדכאים ירי של נוירונים בלמינה 5 באמצעות הפעלת אינטרנוירונים מדכאים בלמינה 2. שלישית, סיבי Aδ ו C מעוררים נוירונים בלמינה 5, וכן מדכאים ירי של אינטרנוירונים מדכאים בלמינה 2, שמופעלים על ידי סיבי.Aβ במילים אחרות סיבים נוסיספטיים פותחים את השער להעברת מידע אודות גירויים מזיקים הלאה ב CNS, ואילו סיבים לא נוסיספטיים סוגרים את השער. תיאורית בקרת השער מצליחה להסביר את הבסיס הנוירופיזיולוגי של הממצא שגירוי רוטט, שמפעיל אך ורק את האקסונים העבים, יכול להפחית את תחושת הכאב. תיאורית בקרת השער היא היא הרציונל שנמצא בבסיס שיטות הטיפול להקלת כאב הידועות בשמות TENS stimulation) (transcutaneous electrical ועירור ה columns.dorsal ב TENS משתמשים באלקטרודות כדי לעורר את הסיבים העבים שנמצאים באיזור הפגיעה והכאב. בשיטה השניה, עירור ה columns dorsal באמצעות אלקטרודות שעל פני השטח מפחית את הכאב כנראה משום שכך מופעלים סיבי Aβ רבים בו זמנית. מנגנון זה של אנלגזיה (=אי חישת כאב) הוא ספציפי לאיזור המגורה. איזור הגוף שבו מווסת הכאב מקושר אנטומית לאיזור ה SC שאליו נכנסים הסיבים הנוסיספטיים והסיבים הלא נוסיספטיים. בקצרה, לא מנערים את רגל שמאל כדי להקל על הכאב ביד ימין. איור 1024 היפותזה זאת ויסות מקומי של כאב לפי תיאורית בקרת השער. מתרכזת בפעילותם המשולבת של ארבעה סוגי נוירונים בקרן הדורסלית שב SC : (1) סיבים נוסיספטיים עולים חסרי מיילין (סיבי סיבים עולים ממויילינים שמעבירים מידע לא נוסיספטי (2) C), (סיבי,(Aβ (3) נוירונים בקרן הדורסלית שמעבירים מידע הלאה אינטרנוירונים (4) neurons),(projection לתחנות גבוהות יותר מדכאים. הנוירונים שגופיהם נמצאים בקרן הדורסלית (סוג 3) מעוררים הן על ידי הנוירונים מסוג 1 והן על ידי הנוירונים מסוג 2, והמאזן בין הקלטים הללו קובע את עוצמת הכאב. האינטרנוירון המדכא פועל ספונטנית ובתנאים נורמליים הוא מדכא את נוירון הקרן הדורסלית נוירון זה מעורר על ידי הסיבים ומפחית את עוצמת הכאב. הממויילנים ומדוכא בעקיפין על ידי הנוסיספטורים. כך, לנוסיספטור יש הן השפעה ישירה והן השפעה עקיפה על נוירון הקרן הדורסלית. הערת המסכם: אפשר לסכם את התאוריה ולהגיד, שעירור סנסורי של מגע (לא של כאב) יחליש את תחושת הכאב עבור גירוי חלש יחסית. אנו יודעים שכאשר נזיז או ניגע באיזור פגוע חזק יותר, המגע עצמו כבר יגרום לכאב. השרטוט משמאל מסכם את התאוריה.

63 סיבי C משחררים גלוטמט ופפטידים נוספים הגורמים לדפולריזציה ממושכת. בעקבות כך, החסימה שקיימת בתעלות ה NMDA נעלמת (ה Mg החוסם משתחרר). כעת תהיה תגובה גם ב NMDA בעקבות גלוטמט המשתחרר גם מ.Aβ בשלב הזה גירוי של Aβ יגרום לכאב. בעקבות תגובה ממושכת, ישנה טענה שאומרת שיהיה שיפעול של גנים בגרעין ובעקבות כך היווצרות רצפטורים נוספים לגלוטמט שאינם.NMDA שקף 2423: יש אצלי קפיצה במחברת לשקף הזה. קשה לי להביא הסברים מעניינים יותר מידי לשקפים הקודמים. אני מניח שהמרצה דילג עליהם בהרצאה. המוח מסוגל לווסת את הסינפסות עוד ברמה הראשונה ב horn.dorsal מורפין, או מצב נפשי/פסיכולוגי משפיע על הכאב, ויכול לגרום לאלחוש. ההשפעה היא מהמוח על רמת חוט השדרה, או על רמות אחרות בדרך. שקף 2825: חיות שהשתתפו בקרב הראו סף לכאב גבוה יותר analgesia) (stress induced לאחר מכן (בעיקר החיה המנוצחת). אם נזריק חומר חוסם מורפין לחיה שעומדת להפסיד לפני הקרב, לא נראה את העליה לסף לכאב. שקף 3229: בחוט Range) (WDR Wide Dynamic רישום מתא המגיב לתחום רחב השדרה בזמן הזרקת מורפין בכמות זעירה לאיזור ה midbrain או גירוי חשמלי באמצעות אלקטרודה ל PAG (periaqueductal grey) התגובה לגירוי החלש לא השתנתה, התגובה לגירוי נוציספטיבי ירדה. מכאן רואים השפעה מהמוח (מאיזור ה PAG ) על הסינפסה בצד הפוסט סינפטי בחוט השדרה. נמצאים ב midbrain באיזור ה הרצטורים למורפין המשפיעים על אלחוש,.PAG ההשפעה היא דרך כמה סינפסות על חוט השדרה. המסלול לחוט השדרה נקרא.(dorsolateral funiculus) DLF ניתן להדגים את המסלול עלידי חיתוך מסלול זה בחלקו ונראה שהזרקת מורפין לדם תגרום לאלחוש הידיים, אך לא לרגליים. מעגל זה חשוב למצבי לחץ,(stress) וקיים בלוחמה בין פרטים וחשוב להישרדות. אמונה פסיכולוגית משפיעה גם כן על כאב. נראה שהשפעת פלסיבו מתווכת עלידי מנגונונים אופיאטים. לא הייתה הרחבה על שאר השקפים בהרצאה.

64 סיכום שיעורים בפיזיולוגיה א', 2006 המערכת האודיטורית סיכום שיעורים מהתאריכים: /4/06 נושא:.Introductory to sensory systems + Somatosensation ההרצאות הועברו ע"י אלי נלקן. הסיכום מבוסס על ההרצאות ועל חומר משלים מקנדל (פרק 30) הסיכום מסודר על פי השקפים בהרצאות, ונועד להיקרא במקביל אליהן. כמעט בכל סוף קבוצת שקפים יש תוספות מ.Kandell לדעתי לא תמיד הם חשובות, אבל הוספתי אותן בכל זאת. בכדי להנחות את הקריאה מומלץ תחילה לקרוא את השאלות שאלי שואל בבחינות. מסכם: גולן פונדק המצגות הרלוונטיות: Auditory1.ppt.1 Auditory2.ppt.2 Auditory3.ppt.3 Auditory41.ppt.4 Auditory42.ppt.5 סיכום שיעור: מצגת: Auditory1.ppt P ref שקפים 16: צלילים הגירוי השמיעתי הוא גל לחץ, היכול להתקיים בגלל האלסטיות של האויר. גל לחץ שינוי בזמן בצפיפות החלקיקים באויר. השינוי קטן מאוד ביחס ללחץ הממוצע. לצלילים מבנה בסקאלות זמן רבות: מנגינה (1 שניה), תוים (0.1 שניה) ו pitch (0.01 שניה < ( o תוספת מקנדל: מדידה ותפיסה של עוצמת צליל: כל הגברה פי 10 של קול באויר נתפסת כתוספת של יחידה אחת o.(weberfechner law) SPL Sound Pressure Level o ומחושבות יחידות העוצמה הסטנדרטיות נקראות db SPL o כך: P log L = 20 * כאשר הגדלים הם: 10 P ref P: עוצמת לחץ האויר RMS) של גל לחץ האויר ביחידות פסקל) סף השמיעה האנושי ב 4. KHz מה שחשוב כאן זה שהסקאלה לוגריתמית, ויחסית לסף השמיעה.

65 שקפים 117: הספקטרום ניתן להציג צלילים כסכום של סינוסים בתדרים שונים, ופאזות שונות (פירוק פורייה יש כאן מתמטיקה כבדה, שממש לא קריטית להבנה) בשקפים 87 יש דוגמאות של פירוקי פורייה של גל ריבועי ושל קליק. רעש לבן הוא רעש המכיל עוצמה שווה בכל התדרים, וכך גם קליק. ההבדל בינהם הוא שהפזות של קליק זהות ושל רעש לבן לא. (תוספת שלי) מקובל להתעלם מהפאזה כי בד"כ אין רגישות אליה. זה לא מדויק: במערכות שבהם התזמון הוא קריטי, הפאזה חשובה. לאחר שמתעלמים מהפאזה נשארנו עם סכום של סינוסים. לכל תדר יש עוצמה שונה. ניתן להציג גרף של העוצמה כפונקציה של התדר. שמו של גרף זה: ספקטרום. אלי: "ספקטרום הוא רצפט שמסביר איך להרכיב סיגנל כסכום של סינוסים". שקפים 1312: הספקטרוגרמה ראינו 2 צורות לייצוג צליל: במישור הזמן (עוצמה כפונקציה של זמן גל), ובמישור התדר (עוצמה כפונקציה של תדר ספקטרום). דרך ההצגה במישור התדר ניתן (בערך) לענות לשאלה "מה קרה?". אך כאשר הצליל משתנה עם הזמן דרוש לנו עוד מידע. דרך הצגה במישור הזמן ניתן לענות לשאלה: "מתי הדבר קרה?", אך בלי מושג ברור לגבי תוכן הארוע. צורת הצגה שעונה לשתי השאלות יחד היא הספקטרוגרמה, שאומרת לנו מה קרה ומתי. בכדי לחשב ספקטרוגרמה מריצים חלון קצר (באורך עשרות מילישניות) ומחשבים את הספקטרום באותו חלון, וזה מה שמציגים. שקפים : 1814 האוזן החיצונית האוזן החיצונית מורכבת ממבנה חיצוני ומתעלת השמע (יש כאן המון שמות אנטומיים ממש לא חשובים) תפקידה הם: o הגנה על האוזן הפנימית o איכון (בעיקר ורטיקלי) של צלילים ע"י הכנסת עיוות בצליל המשקף את הכיוון. העיוות אינו אחיד לתדרים שונים בכיוונים שונים. שקפים : 2219 האוזן התיכונה (אמצעית). האוזן התיכונה מורכבת מחדרון מלא אויר המחבר בין העולם החיצוני לאוזן הפנימית. היא מורכבת מ: o עור התוף 3 o עצמות קטנות (חשוב רק השם של ה stapes, המכה על החלון האוולי) o מחוברת עם תעלת אאוסטכיוס לחלל הפה והאף. תעלה זו בד"כ סגורה ומשמשת להשוואת לחצים. עיקר תפקידה הוא לענות על הבעיה הבאה: לחץ אויר לא עובר בצורה יעילה ללחץ בנוזל. לחץ האויר מניע עור התוף ומפעיל כוח. העצמות הקטנות מבצעות התמרה מכנית של הכח ומניעות את החלון האוולי,(oval) ומניעות את הנוזל באוזן הפנימית. בצורה כזאת לא נוצר מגע ישיר בין האויר והנוזל.

66 כמו כן השגנו הגברה בלחץ:,F=AP כאשר F הוא כח, A הוא שטח פנים, P הוא לחץ. שטח פני עור התוף גדול משטח פני החלון האוולי. הכח נשמר. משמע שהגברנו את הלחץ! תוספת מקנדל: בעיות שמיעה הנגרמות עקב דלקות באוזן Conductive hearing loss o התיכונה. שואלים את מבחן :Rinne' בדיקה פשוטה של,Conductive hearing loss o הנבדק האם צליל שמיוצר ע"י tunning fork (קולן) שמוצמד לראש נשמע חזק יותר מאשר אותו קולן המורחק מהראש. אם כן אז אין נזק לאוזן הפנימית, אך יש בעיה עם האוזן התיכונה. יש ניתוחים אפקטיביים בכדי לפתור בעיות כאלו. שקפים 2623: האוזן הפנימית הקוכליה התמצאות: בשקף 24 מוצג חתך צד של הצינור המשובלל הקרוי קוכליה, ובשקף 25 הגדלה של חתך הצד. שקף 25: הצינור מחולק ל 3 מדורים: oval ) שבבסיסו החלון האוולי,scala vestibule העליון: o (window (round שבבסיסו נמצא החלון העגול,scala tympani התחתון: o window) האמצאי:,scala media שלאורכו נמצא הגופיף ע ש קורטי. o בין המדור העליון לאמצעי מפרידה הממברנה הוסטיבולארית. o בין המדור התחתון לאמצעי מפרידה הממברנה הבאסילארית. o הממברנה הבאסילארית נעה בתגובה לצליל חיצוני. בסיס הקוכליה רגיש לתדרים גבוהים: Hz קצה השבלול (apex) רגיש לתדרים נמוכים: 200 Hz דבר המשפיעה של מה שמשתנה לאורך הממברנה היא הקשיחות שלה, התנודתיות שלה. שקפים 2827: הגל על הממברנה הבאסילארית עד 1920 האמינו שהקוכליה מורכבת מסדרת מיתרים קטנים עם תדרי רסונסס שונים. חשבו שהצליל מגיע לכל המיתרים בו זמנית. אם זה היה נכון אז צורת הגל על הקוכליה היתה של גל עומד. Bekesy Von גילה שצורת הגל האמיתית היא של גל נע, כלומר המיקום ע"פ הקוכליה קובע את ההגבר אך לא את צורת הגל. הגל מטייל על הממברנה, מגיעה למקום בו האמפליטודה מקסימלית, ואח"כ נעלם. משמעות הדבר: שומעים צלילים גבוהים לפני נמוכים! יש דרך לבדוק אובדן שמיעה בעזרת שריקה עולה, בה תדרים נמוכים באים לפני הגבוהים וכך יוצא שכל הממברנה פועלת יחד, זה יוצר אקטיבציה חזקה בגזע מוח שאם היא לא קיימת אז אנחנו בבעיה. מה עושה גל קול? ה stapes מכה על החלון האוולי, שמרעיד את הנוזל שבמדור העליון לאורך ה membrane basilar תוך נוזל זה מייצר גל שמתפשט, vestibule),(scala מילישניות בודדות, ודוחק החוצה את ה window.oval תוספות מקנדל: אורך הממברנה כ 33cm. o הממברנה היא דוגמא למפה טונוטופית (יש קשר בין מיקום לתדר) סידור זה o נשמר במעלה מערכת השמיעה. התדרים אינם מחולקים בצורה אחידה לאורך הממברנה אלה בצורה o לוגריתמית. האמפליטודה הנוצרת בממברנה פורפורציונאלית לאמפליטודת התדר המתאים o בקול.

67 יש ציפורים וזוחלים שעבורן הממברנה אחידה, ואז כל גל קול יוצר אותו אפקט, בלי תלות בתדר שלו. o שקפים 3029: הגופיף ע ש קורטי ותאי השערה עד כה הסברנו איך נוצרת תנועה של הממברנה הבאסילארית המתאימה לצליל, כעת נסביר איך תנועה זו מתורגמת לפוטנציאלי פעולה (טרנסדוקציה) על הממברנה "רוכב" גופיף זה הגופיף ע"ש קורטי. המקום בו קורה הדבר הוא הבאסילרית לכל אורכה. מעליו נמצאת עוד ממברנה קטנה (תסתכלו בשקף) הנקראת הממברנה הטקטוריאלית. לאורכו של הגופיף נמצאות 4 שורות של תאי שערה: שורה אחת של תאי שערה פנימיים ו 3 של תאי שערה חיצוניים. תפקידם של תאי השערה הפנימיים הוא לבצע את הטנסדוקציה של תנועת הממבראנה לחשמל. תפקידם של החיצוניים לשמש כחלק ממעגל הגבר (הרחבה בהמשך) שקפים 3631 :טנרסדוקציה (transduction) של הצליל לחשמל ע"י תאי שערה פנימיים במערכות סנסוריות אחרות ראינו תא יחיד שעושה טרנסדוקציה ומייצר פ"פ. כאן התפקידים חולקו: תאי השערה עושים טרנסדוקציה והעצב השמיני מייצר פ"פ. על כל תא יש עשרות עד מאוד שערות. תנועה של הממבראנה הבאסילארית השערות מחוברות לממבראנה הטקטוריאלית. גורמת להזחה של השערות, ופתיחת תעלות אשלגן ע"ג תאי השערה. זה מנגנון שלא לגמרי ברור. יש איזה חלבון שמחבר בין קצה השערה לתעלה ומשמש כמעין פקק. זרמי אשלגן עוקבים אחרי התנועה המכנית של השערות, ומשנים את המתח בתא. בתגובה משוחרר גלוטמט, באופן פרופורציוני למתח (לא בצורת פ"פ). :scala הנוזל שב media Endolymph הנוזל שב media scala שונה מנוזל חוץ תאי רגיל. יש שם ריכוז אשלגן גבוה o הגורם למתח חוץ תאי של +80mV מעל המתח החוץ תאי הרגיל. scala vestibule בכדי להפריד נוזל זה מהנוזל שב.Endolymph נוזל זה נקרא o (שהוא נוזל חוץ תאי צה"לי תיקני) דרושה הממברנה העליונה, הוסטיבולארית. o בגלל שהמתח החוץ תאי כה גבוה (מתח המנוחה בתאי השערה הוא (50mV יש ואחד כוח מניע ליוני האשלגן, דבר המאפשר זרמים מהירים. חלק גדול מאובדן.stria vascularis מיוצר ברקמה בשם ה Endolymph o השמיעה הגנטי נובע מבעיות ברקמה זו. בגלל קיבוליות הממברנה של תאי השערה אין מעבר של תדרים גבוהים ונוצר אפקט של.low pass filter בשקף 36 ניתן לראות שבתדרים נמוכים יש עקיבה מצויינת של המתח אחרי השינויים בעוד שמתדרים גבוהים של עקיבה אחרי המעטפת. לדבר יש חשיבות בדרך הייצוג של צלילים גבוהים ונמוכים בשלב זה במערכת השמיעה. שקפים 3937: תאים שערה חיצוניים והטעות של Von Bekesy Bekesy Von חזה, מתוך תצפית על גופות שלממברנה הבאסילרית יהיה סף תחתון מסויים לתגובה לצליל. הסף האמיתי נמוך בהרבה, כלומר הממברנה רגישה הרבה יותר ממה שהתכונות הפאסיביות שלה מרמזות. האחראים למחדל הם תאי השערה החיצוניים. תאי שערה חיצוניים משנים את האורך באופן פופורציוני לפוט' החשמלי, בעזרת שינוי קונפורמציה של חלבונים. שינוי זה מגדיל את התנועה של הממבראנה הבאסילרית ומגדיל את הרגישות לתדר. זוהי הגברה אקטיבית. יש כאן מעגל משוב: תנועה של הממברנה מפעילה את תאי השערה החיצוניים שמצידם יוצרים תנועה של הממברנה. יש כאן מקור לאי לינאריות: שינויים קלים מוגברים יותר משינויים חזקים.

68 בשקף 39 רואים תא שערה רוקד כאשר מחשמלים אותו (די טבעי...) מקנדל: הוכחות לקיום הגברה אקטיבית: o רגישות שינוי המתח בעוצמות חלשות גדול פי 100 מאשר בעוצמות חזקות. evoked otoacoustical emission o ניסוי: מצימידים לאוזן אוזניה ומיקרופון, ומשמיעים קליק. במיקרופון קולטים את הגלים שהממברנה עצמה מייצרת, ורואים שם דברים ששונים מסתם הד. spontaneous otoacoustical emission o אם יש מיקרופון רגיש מספיק, אפשר לשמוע צלילים ספונטניים שהממברנה מייצרת. הבחינו בזה בפעם הראשונה אצל תינוקות! (כמו פידבק של מיקרופון, כיש לו gain מוגזם) o הוכחה למעורבות של תאי השערה החיצוניים בהגברה: אם שמים חומר שמקלקל אותם ההגברה נחלשת. o האם יש מנגנון נוסף? כנראה שכן, כי יש יונקים בלי תאי שערה חיצוניים שגם אצלם יש הגברה. יש השערה שאצלם קבוצות של תאי שערה פנימיים אחרים לכך, אבל אין הוכחה.

69 סיכום שיעור: מצגת: Auditory2.ppt שקפים 21: Encoding בעצב הקרניאלי השמיני,(CN8) הידוע בשם "עצב השמיעה". ה cells spiral gangilion הם גופי התאים של העצב הקריאנלי השמיני. אלו תאים ביפולאריים, Afferent ים,שמקבלים מידע מתאי השערה הפנימיים והחיצוניים. הם באים בשני טעמים: עם מיאלין, עבים יחסית, 90% מכלל התאים בגנגליון, המהווים,Type 1 o מעצבבים את תאי השערה הפנימיים. רב סיבי CN8 הם כאלו.,Type 2 o המהווים כ 10%, מקבלים מידע מתאי השערה החיצוניים, ולא ברור מה תפקידם. לא הצליחו לרשום מהם ספייקים. ב CN8 קיימים גם סיבים Efferent ים, שגופם במערכת העצבים המרכזית, והם שולחים מידע לתאי השערה החיצוניים בלבד. גם הם באים בזוג טעמים: עבים, גדולים ומהירים, שתפקידם כנראה להקטין את רגישות הממברנה בזמן o רעש סיבים דקים הקשורים לקצה סיבים מ 1,type ותפקידם אינו ידוע. o בגלל הרגישות הלא אחידה של הממברנה הבאסילארית לתדרים, תאי הגנגליון מהווים מפה טונוטופית (כלומר משקפים את הספקטרום הנשמע בצורת סידורם). מקנדל: תאי גנגיליון מעצבבים כל אוזן. 30,000 o 90% מהסיבי הגנגליון מסתיימים בתאי שערה פנימיים. לכל תא שערה פנימים o מגיעים בממוצע כ 10 אקסונים. לכל תא שערה חיצוני מגיע אקסון יחיד. משמעות הדבר: o רב המידע שמגיע ל CNS ממערכת השמיעה מגיע מתאי שערה פנימיים. בעלות אופי שונה אחת קיימות דגימות רבות של תאי שערה אלו, מהשניה. המבנה הטונוטופי נשמר גם בגנגיליון. כמעט כל ה Efferent ים הולכים לתאי השערה החיצוניים. דבר זה מחזק את o המחשבה עליהם כעל מערכת משוב. שקף 3: רגישות לתדר לסיבים האפרנטים יש עקומת כיוונון בצורת V, כלומר אם מעלים באופן הדרגתי את עוצמת הצליל, קיימת תדירות מסויימת שבה ורק בה תחל תגובה ראשונה. זוהי תהיה התדירות האופיינית לתא. כשנעלה את העוצמה יצטרפו תדירויות נוספות, שגם להן התא יגיב. יש כאן שני מונחים, שההבחנה בינהם לא קריטית, אך הם הוזכרו: אופייני" התדר בו יש תגובה לעוצמה מינימלית (החוד של ה V ) "תדר o "best frequency" o עבור עוצמה נתונה, מה התדר בו יש מקסימום תגובה. 10 שקפים 84: צורת עקומת הכיוונון, place information מתוך ידיעה של מיקום הסיב בתוך העצב השמיני ניתן לדעת את התדר. למידע זה אנו קוראים,place information כי הוא מועבר פשוט בעזרת מיקום הסיב. מה שרואים בשקף 5 זה שככל שהתדר נמוך יותר רוחב הפס אליו נענים התאים רחב יותר יותר רחב). יש מדד שמכמת את זה שנקרה Q10. (V CF Characteristic Frequency Q10 = = BW Band Width שימו לב שצורת ה V, של עקומות הכיוונון אינה סימטרית. מה הסיבה? (תנסו לחשוב. תשובה בנקודה הבאה)

70 אמרנו שהממברנה הבאסילארית מוליכה גל עד למקום בו יש תגובה מקסימלית, ושם הוא נפסק. כמו כן סדר התדרים הוא מהגבוה לנמוך. משמעות הדבר שתא קולט את הגלים של כל התדרים הנמוכים ממנו (שעוברים דרכו) אך לא את הגבוהים יותר (שנעצרו לפניו). מכאן מגיע חוסר הסימטריה. בשקף 6 רואים שיש קורלציה מעולה בין תנועת הממברנה לעקומת הכיוונון. בשקף 7 מוצגת הטענה שאפשר לחשוב על הפלט העצבי של CN8 כעל המרה של גל הקול לספקטרוגרמה או. Neurogram בשקף רואים שתגובת הירי מתאימה כמעט ביחס של אחד לאחד לספקטרוגרה של דיבור. שקפים :109 Information Time נשים לב שהזזת השערות לצד אחד גורמת לדהפולאיזציה ולצד השני להיפרפולאריזציה. כפי שכבר ראינו בתדרים נמוכים יש העברה של AC ובגבוהים של.DC עובדה מגבילה את היכולת לעקוב אחרי פאזה לתדרים נמוכים בלבד. בתדרים נמוכים הספייקים די נעולים לפיק בצליל, ולכן מתקיימת נעילת פאזה. Index Synchrony הוא מדד בין 0 ל 1, כאשר 1 אומר "נעילת פאזה מושלמת" ו 0 אומר שאין קשר בין הפאזות. בשקף 13 ניתן לראות שמעל ל 4KHz אין יותר נעילת פאזה. לתנשמות יש נעילת פאזה עד.10KHz מקנדל: o קצב הירי המקסימלי האפשרי בתאי הגנגליון הוא 500 ספייקים לשניה (מה שקובע אותו הוא התקופה הרפרקטורית), זה הגורם המגביל את נעילת הפאזה. שקפים 1814: לא דיברנו עליהם בכיתה. לתאים שונים בעצב השמיעה יש רגישויות שונות. מקנדל: לסיבים רגישים במיוחד (סביב (0Db יש ירי ספונטני די גבוה והם בסטורציה o סביב.40Db לסיבים הכי פחות רגישים יש סף עליון (סטורציה) בערך ב 100Db. מה הגורם המשפיע של רגישות זו? o המקור הוא בסינפסות הנעשות על תאי השערה הפנימיים. קיימות שם סינפסות המיקום של הסינפסות הגסות רגישות ביותר לצד סינפסות גסות ביותר. והרגישות קבוע בכל תאי השערה הפנימיים. סיבים אלו גם עולים ביחד לכיוון המח, וכך נוצרים מספר מסלולים מקבילים בעלי רגישויות שונות, הנובעים מאותו תא שערה. יש כאן חזרה על עניין עקומות ה V. ראינו 2 תאוריות לייצוג התדר: Place Code לפי מיקום הסיב נדע את התדר (מפה טונוטופית) o Time Code לפי קצב הספייקים נדע את התדר (אם יש נעילת פאזה אז צורת o ירי עם אותו מחזור כמו הגל המקורי) שתי התיאוריות אינן מספקות להסבר של כל הממצאים הפיזיולוגיים... o

71 שקפים 2019: פרוטזה קוכליארית אחד הפתרונות למות של תאי שערה הוא השתלת פרוטזה קוכליארית, המייצרת מתחים על גבי תאי העצב השמיני המתאימים לצורה בה מקודדדים צלילים. ככל שמושתלות יותר אלקטרודות כך איכות הצליל הנשמע משתפרת. מקנדל: Sensorineural Hearing Loss מתייחס למותם העצוב של תאי השערה. תאי o שערה לא מתחדשים, ולכן כשהם הולכים הולכת גם השמיעה. קיימים ניסיונות חידוש של תאי שערה אצל ציפורים ואמיפביים, אך לא אצל בני o אדם. o חרשות היא בעיה קשה, בעיקר בגלל הצורך בשפה. קיים קשר הדוק בין שפה לקוגניציה. ילדים שאובחנו כפגועים קוגניטיבית בעבר, היו למעשה כבדי שמיעה, וכאשר בעיה זו תוקנה, ההתפתחות האינטלקטואלית שלהם המשיכה כסידרה. o מלבד שפה משמשת השמיעה כמערכת אזעקה חשובה (צפירות ומערכות אזעקה משתמשות בעובדה זו). מכשיר שמיעה בעבר היה "סתם" מגביר, וזה היה מציק בתדרים שלא נפגעו. o היום מכשירים אלו מתוחכמים בהרבה ומגבירים תדרים הנשמעים פחות טוב, כלומר תדרים שתאי השערה המתאימים להם מתו. השתלת פרוטזה כוכליארית הפרוטזה מורכבת מ 2 יחידות: פנימית וחיצונית. o מכילה מיקורופון הקולט הנמצאת בכיס למשל, היחידה חיצונית, o צלילים. יחידה זו מפרקת את הצלילים לתדרים ומעבירה אותם בחוט לאזור שליד האוזן שם יש אנטנה (המורכבת על משקפיים למשל) המשדרת את התדרים ליחידה הפנימית. קולטות את היחידה הפנימית מורכבת מאנטנות הצמודות לעור, o התדרים ומעברים אותם למערך של כ 20 אלקטרודות הנמצאות ב,scala tympani ומעצבבות את העצב השמיעתי.

72 סיכום שיעור: מצגת: Auditory3.ppt שקפים 91: איכון מקור קול איכון = מציאת מיקום של אובייקט. המערכת השמיעתית מסוגלת לספק מידע לגבי כיוון של צליל. o הכיוון מורכב מאזימוט (כיוון במישור) והגבהה. o אנו מסוגלים להבחין בתזוזה של 21 מעלות מהמרכז (בראיה מדובר על חצי דקה: 1/120 של המעלה). הראש מטיל צל, והוא בעל קוטר מסויים. כלומר: קול שמגיע יקלט בזמן ועוצמה שונה בכל אחת מהאוזניים. מכאן שיש 2 פרמטרים לפיהם ניתן לאכן קולות: Interaural Time Difference ITD הפרש זמנים o Interaural Level Difference ILD הפרש עוצמות o "חרוט הבלבול" כל הנקודות שהמרחק בינן לשתי האוזניים שווה, ולכן החיה לא יכולה להגיד בוודאות מאיזה מהן הצליל מגיע. בני אנוש מסוגלים להבחין בהפרש של מעט פחות מ 1 מילישניה. הראש מטיל צל רק אם אורך הגל קצר יותר מאורך הראש, אחרת הוא לא מפריע. כלומר, תדרים נמוכים פשוט עוברים דרכו. קוטר הראש כ 30 ס"מ וזה מתאים לפילטור של תדרים מעל ל 1. KHz בתנשמת יש מנגנון שונה: הפרשי עוצמות נותנים מידע על האזימוט. o o יש לה אוזן אחת שמכוונת למעלה ואחת שמכוונת למטה, ולכן ההפרשים בעוצמות מתאימים להגבהת הקול (במרחב). צורת האוזן החיצונית אצל בני אדם היא שעוזרת במציאת ההגבהה. שקפים :1110 הדרך ל MSO (Med. Sup. Olive) ה MSO הוא איזור שיודע לחשב.ITD כעת נתאר את המסלול הבא : AN AVCN MSO IC.ITD מקבל מידע משתי האוזניים ומחשב MSO (Med. Sup. Olive) (AVCN),anteroventral cochlear nucleus מקבל אקסון מעצב השמיעה: הסינפסה בינם היא השלישית בגודלה במערכת העצבים (עובר שם גלוטמט), o ושמה Held.. endbulbs of bushy cells בצד הפוסטסינפטי יש o הסיבה לגודל היא החשיבות של שמירה על תזמון. o יש תזמון טוב יותר אפילו מזה שיש בסיבים ה Afferents. bushy cells ב o משם עולה המידע ל Culiculus.(IC) Infrior שקפים 1812: חישוב ITD ב MSO יש כאן "קו השהיה": סדרת תאים המקבלת סיגנל מ 2 האוזניים. אם הצליל הגיע באותו הזמן לשתי האוזניים ) ITD=0 ( אז התא האמצעי יקבל סיגנל בוזמנית משתי האוזניים וירה. אחרת ירה תא שקרוב יותר לאוזן שאליה הגיע הצליל באיחור. בשקפים 1715 יש הדגמה של המסלול ושל החישוב במצבים שונים. בשקף 18 רואים תגובה של ה MSO כאשר משמיעים סינוס לשתי האוזניים בהפרשי התאוריה ניתן לראות שהתגובה מתאימה להפרש הזמנים ומחזורית. זמנים שונים. עובדת!

73 מקנדל: o o ה MSO מסוגל להבחין בהפרשים זעירים עד כדי 10 מיקרו (!) שניות. זהו JND הקטן מגודל ספייק במערכת העצבים! ב MSO קיים מיפוי לפי כיוון התנועה. שקפים 2519: חישוב ILD ב LSO חישוב הפרשי העוצמות נעשה ב LSO החישוב שם הוא מהסוג של "אוזן שמאל פחות אוזן ימין" ולכן צד אחד מגיע בצורה אינהיביטורית והשני אקסיטטורית. האקסון שמגיע מה CN הוא אקסיטטורי שמשחרר גלוטמט יש צורך בסיב מקשר שיעשה היפוך סימן. ה NMTB (Med. Nuc. of Trapazoid Body) מבצע את ההיפוך הזה, משם יוצא סיב אינהיבטורי. החישוב עצמו נעשה ב LSO. החישוב נעשה על פני זמנים ארוכים יחסית, ואין חשיבות להפרש הזמנים. ב NMTB יש סינפסות ענק, שנועדו ל"שחרור בטוח". זה מוזר כאשר אין חשיבות לזמן מדוייק. הסיבה לכך היא שיש משם גם הקרנה ל MSO. משם עולה המידע ל Culiculus,(IC) Infrior ומשם יש מעבר לצד הקונטרלטרלי. בשקף 25 אפשר לראות שכאשר LSO בצד אחד יורה, ה LSO בצד שני שותק. זה קורה כי הם מבצעים את אותו החישוב, אבל בסימנים הפוכים. מקנדל: ב LSO קיים מיפוי טונוטופי. o שקף :26 סיכום ה Superior Olivary Nuclei שאלה לבחינה: למה LSO עושה דקוזציה ו MSO נשאר באותו הצד? (התשובה להלן) רב הנוירונים ב MSO מגיבים הכי טוב לצלילים שמגיעים קודם כל לצד הקונטרלטרלי שלהם. רב הנוירונים ב LSO מגיבים הכי טוב לצלילים שחזקים יותר בצד האיפסילטרלי (כלומר בצד שלהם). שני האזורים מחשבים את אותו מידע, ולכן יש כאן הצלבה לא רצויה, שמתוקנת ע"י הצלבה נוספת כאשר עולים ל IC. תוספת מקנדל בנושא: ל MSO ול LSO תכונות משלימות: הפרשי זמנים (ITD) יורגשו יותר בגלים ארוכים (תדר נמוך), בגלל שבגלים אלו קל יותר לגלות את הפאזה. הפרשי עוצמות (ILD) יורגשו יותר בגלים קצרים (תדר גבוהה), להם תכונות עקיפה גרועות, ולכן הראש בולע אותם יותר. עדות ישירה לכך היא שבגרעין המידיאלי יש נוירונים רבים יותר הרגישים לתדרים נמוכים, ובלטראלי יש יותר נוירונים הרגישים לתדרים גבוהים. רגע של אנטומיה: הסיבים היוצאים מה Olive sup. מתאחדים ל lemniscus medial ומגיעים ל midbrain.

74 סיכום העניינים המרכזיים בנושא זה: רגיש מעברי צד מקבל ישירות מה CN? גרעין תפקיד לתדרים MSO איכון הוריזונטלי נמוכים שולח ל IC חיובי באותו הצד בעזרת ITD, איכון הוריזונטלי גבוהים עושה לא. דרך ה NMTB LSO דקוזציה לפני להחלפת סימן. בעזרת ILD המעבר ל IC התאים מגיבים הכי טוב ל: צליל המגיע קודם כל לצד הקונטרהלטרלי צליל שחזק יותר בצד האיפסילטרלי שקפים 5727: אלי לא דיבר עליהם בכיתה... סיכום שיעור: (אותו יום כמו הקודם) מצגת: :Auditory41.ppt הקורטקס האודיטורי שקפים 15: כיוונון תדר בקורטקס האודיטורי כיונון תדר בכל תא ניתן לבדוק קצב ירי כפונקציה של תדר ועוצמה (שקף 3) יש ארגון של עמודות, כאשר בתוך כל עמודה יש תדר אופייני אחיד. רואים שיש שימור של המפה הטונוטופית מהקוכליה. (שקף 4 למעלה) את בחתול רואים שמאחורה מסודרים תדרים נמוכים ואילו מקדימה הגבוהים. הרישומים עושים משכבה 4 של חתול מורדם. לתאים עם טווח תדרים (רוחב פס) צר יש נטיה להיות קרובים אחד לשני. (שקף 4 למטה) ה Q בקורטקס הוא בערך חצי מה Q בעצב השמיני (כלומר מגיבים לרוחב פס גדול יותר). ככל שמתקרבים לקליפת המח העקומות הופכות לרחבות יותר. (שקף 5) זה די מפתיע, הרגישות יורדת ככל שהעיבוד עולה. o שקף 7: תגובה לטון כלומר מתחילים ברישום במעבדה של נלקין רואים תאים שמגיבים בצורת,onset מגיבים כאשר יש טון ומפסיקים מיד כאשר הטון מפסיק: בשקף 7 רואים קצב ירי שעולה משמעותית בזמן טון (אזור אפור בגרפי הירי) o בנוסף יש תאים שפועלים גם אחרי שהטון הפסיק: זה מבטא זיכרון. o זה לא קיים בעצב השמיני. o לא ברור אם זה מתחיל בקורטס או מתחת. o שקפים : 128 SSA ופרדוקס מספר 1 :SSA Stimulus specific Adaptation o כאשר נשמיע לתא את אותו הטון מספר פעמים נראה שתגובת התא הולכת ויורדת o כאשר נשמיע לו טון קרוב לטון שאליו היתה אדפטציה, נראה תגובה חזקה. o בשקף 9 רואים שהאפקט הזה מושג גם כשרוחב הפס גדול וההטונים נורא קרובים. זה מפתיע! שקף :10 o משמיעים סדרות של טונים כאשר יש טון שחוזר הרבה פעמים, ויש טון נדיר. ההפרש אינו גדול יחסית (0.44 של אוקטבה, תזכרו שהסקאלה לוגריתמית) והם נמצאים באותו איזור בעקומת התדרעוצמה, עבור עוצמה ספציפית. o רואים אדפטציה: התא נהיה אדיש לטון שחוזר הרבה פעמים אבל מגיב חזק לטון הנדיר. o רואים גם חוסר סימטריה: כאשר F1 נדיר ו F2 תדיר התגובתיות שונה מאשר המצב ההפוך.

75 שקף 12: o כאן מנסים לבדוק מה קורה כאשר התדרים מתקרבים ורואים הבדל גדול באדפציה גם בהפרש של 0.1, בהפרש של 0.04 כבר לא רואים הבדל המסקנה מהסיפור הזה היא שהתא עובר אדפטציה שונה עבור כל תדר, ולכן קשה לחשוב עליו כעל פילטר דטרמיניסטי פשוט. פרדוקס 1: מצד אחד התאים הם רחבי סרט ומצד שני בעלי סלקטיביות גבוהה לתדר. שקפים 1513: תאים שמחשבים נגזרת תגובה לזמן הרבה תאים בקורטקס מאוד מדוייקים בתגובתם לזמן הגירוי. בהשמעת שריקה עולה ואז יורדת רואים שהתא מגיב בצורה שהיא נעולה לזמן. יש הרבה ספייקים שהשריקה עולה ואח"כ יש ירידה בקצב. רואים שהתא מאוד רגיש לזמן בו הצליל נכנס לטווח הגירויים שלו. לתגובה זו יש תכונה של נגזרת. מודל הנגזרת מסביר טוב את תגובת הנעילה בזמן. שקפים :1716 sluggishness temporal הנושא כאן הוא נעילה לפאזה של הגירוי. משמיעים שרשרת של חזרות (קליקים) על התדר האופייני של התא. בין זוג קליקים יש זמן המתנה.(ITI) בקצב גבוה של חזרות ITI) נמוך) התא כבר לא מצליח לעקוב אחרי המעטפת של הגירוי ובמקום לשמוע "יריות" שומעים טון רציף. לטון הנתפס קוראים.PITCH נשים לב שה לא גודל פיסיקלי אלה פסיכופיזי: למרות שאנו "שומעים" תדר אחיד, הגירוי מורכב מרכבת של קליקים בתדר אחר. כאשר התדר נמוך הנעילה טובה יותר מאשר בתדר גבוה. כאשר הפאזה מתחילה להשתנות (אין נעילה) קוראים לזה.temporal sluggishness הנעילה בקורטקס פחות טובה מאשר בעצב השמיני: 40 חזרות בשניה על התדר (כלומר בקורטס הנעילה טובה עד 40Hz בערך o האופייני) בעצב השמיני הנעילה טובה אפילו ב 1000Hz. o שקף 17 מראה שה sluggishness גדל ככל שעולים במערכת העצבים. o שקפים :2018 STRF ופרדוקס 2 STRF= SpectroTemporal Receptive Field "איזה גירוי התא אוהב?" או "מתי התא יורה STRF נועד בכדי לענות על השאלה ספייק?" 100 אומר 100 מילישניות לפני ציר ה X מציין זמן אחרי הספייק: = 0 זמן הספייק הספייק. ציר ה Y הוא ספקטרום התדרים. הצבע מציין עוצמה. צבע חם מציין חזק וצבע קר חלש. בשקף 18 משמאל רואים תא שיורה כאשר יש שקט בתדר,8KHz לאחר רעש מתון. בשקף 18 מימין רואים תא שאוהב שאוהב שקט ואז רעש בתדר של.8KHz בשקף 19 רואים שוב תא שאוהב שקט ואז רעש: זה חישוב של נגזרת. מתכון לחישוב STRF ים: משמיעים סט של צלילים אקראיים ועושים קורלציה לאחור, כלומר רואים איזה o צליל היה באיזה זמן ובאיזו עוצמה לפני הספייק. עושים ממוצע על כל התאים (בכל תא יש סט של עוצמות שונות באותו תדר וזמן) o ומקבלים.STRF מתבלים לפי הטעם. o

76 פרדוקס 2: הנוירונים כאן הם גם Sluggish גירויים ספציפיים) (אין נעילת פאזה) וגם מדוייק (אוהבים שקפים 2321: הנוירונים ב A1 כפילטרים לינאריים אינוויאנטים לזמן. כעת ננסה לטעון שהנוירונים ב A1 הם לא יותר מפילטרים לינאריים. נניח ש s(t) מתאר את הסיגנל בזמן t. וש F(s(t)) היא התגובה של הנוירון בזמן t, לגירוי.s מליניאריות יתקיימו זוג תכונות: צירוף של צלילים יגרום לתגובה שהיא סכום התגובות לכל צליל בנפרד: o F(s1(t)+s2(t))=F(s1(t))+F(s2(t)) הגברה של צלילים בפרופורציה מסויימת תגרום להגברת הירי באותה o פרופורציה: F(a*s(t))=a*F(s(t)) כל עולל בן יומו מבין מייד כי אלו פעולות פשוטות ביותר, וזה יהיה מפתיע אם o הם יסבירו STRF ים של נוירונים ב 1A. אינוורנאיטיות לזמן מתקיימת כאשר הזזה של הגירוי בזמן מובילה לאותה הזזה בדיוק של הירי בעקבות הגירוי: אם,F(s(t))=f(t) הירי של הנוירון בזמן t אז: o t0. כלומר לא חשוב מתי הגירוי התחיל,,F(s(tt0))=f(tt0) o בניסוי שנערך על סמור הוערכו ה STRF ים של תאים שונים, כאשר הצלילים שהושמעו נמדדו בתוך האוזניים של הסמור. אח"כ הושמעו צלילים במקומות שונים בחלל מדומה, ונעשה חיזוי של תגובת הנוירונים (כפילטרים לינאריים אינוורינטים לזמן) לגירויים אלו. בשקפים 2322 מוצגת השוואה של הפרדיקציות למציאות והיא די טובה. משמעות הדבר שפעילות הנוירונים (לפחות בחלקה) אכן מתנהגת כפילטר ליניארי. שקפים 2524: איליניאריות ופרדוקס 3 בשקף 24 רואים שיש תאים המגיבים בצורה לינארית ויש כאלו שלא. אלו שאנם ליניארים מפרים את הכלל a*f(s(t))=f(a*s(t)). מגבירים בהם את עוצמת הצליל אך תדר הירי לא עולה ביחד איתה, אלה להפך, יורד! כאשר הגירוי לתא הוא אופטימאלי התא מגיב בצורה ליניארית, אך כאשר הגירוי הופך לפחות מאופטימאלי התא התגובה יוצאת מלינאריות. פרדוקס 3: נוירונים הם גם לינאריים STRF) םי ( וגם איליניאריים. המשך סיכום שיעור: (אותו יום כמו הקודם) מצגת: :Auditory42.ppt הקורטקס האודיטורי שקפים 41: פלסטיות אצל בני אדם עשו השוואה בין קורטקס אודיטורי של מוזיקאים לבין קורטקס של כאלו שהם לא. ראו שהקורטקס של המוזיקאים גדול יותר. ראו שהתגובה הראשונית של תאים אצל מוזיקאים גדולה יותר.

77 שקפים 95: פלסטיות במהירות שונות. התניה קלאסית בצימוד לצליל: o בחיה, צימדו צליל עם גירוי לא נעים. o לאחר אימון, הצליל מספיק בשביל להוריד את קצב הלב של החיה (אינסטינקט של קפיאה במקום). o בנוסף לכך, עקומות הכיוונון משתנות בכדי לייצג טוב יותר את התדר של הצליל המתנה. התאים הופכים לרגישים יותר לצליל זה מאשר לפני הצימוד. o אפשר לעשות זאת בחיה מורדמת אם משתמשים באצטילכולין שנותן משמעות התנהגותית (המע' הכולינרגית): במשך חודש, פעם בשבוע, מרדימים חולדה, ובצימוד לצליל נותנים לה מכת חשמל שמשחררת אצטילכולין. לאחר חודש רואים אצל החולדה ייצוג נרחב יותר של הצליל שצומד להתנהגות מאשר בקבוצת ביקורת. o יש קבוצות שטוענות שאפשר לראות שינוי תוך 32 דקות, אצל סמור: נותנים לסמור ללקק מים ומשמעים לו טון מורכב. כאשר הוא שומע טון טהור הוא צריך להפסיק ללקק, ואחרת מקבל עונש. הטון הטהור נותן יותר תגובה מאשר לפני הניסוי. o אם לצליל יש משמעות התנהגותית התגובה אליו תתגבר. o כאשר הצליל הוא צליל חוזר ואין לו משמעות לחיה, רואים שיש ירידה בתגובה של התאים, כפי שראינו בניסויים שהשוו בין תדרים שניתנו ביחס של 90:10. שאר שקפים במצגת אודיטוריים. לא דיברנו עליהם בכיתה, מדובר בהם על עיבוד של אובייקטים תוספות מקנדל: :Inferior colliculus כנראה קשור גם כן לאיכון מקורות קול, אך התפקיד שלו לא ברור עד הסוף. נשמר שם מיפוי טונוטופי. :MGN Medial Geniculate Nucleus. קשור בקשרים שונים ל IC. מקבל גם מידע ויזואלי, וסומטוסנסורי. יש בו נוירונים הרגישים ל ITD. האזור האודיטורי המרכזי בקורטקס A1 (אזורי ברודמן 41 ו 42 ): מקבל קלט מהגרעין המרכזי של ה MGN. אזור זה מארוגן טונוטופית, ובכך הוא דומה לקורטקסים הויזואלי, והסומטוסנסורי. קיימת חלוקה של הקורטקס האודיטורי לפי הרגישות שלו לצד מסויים. קיימת חלוקה לרצועות וקיימים שני סוגי של רצועות: Summation Columns רצועות המכילות נוירונים המקבלים אקסיטציה משני o הצדדים ולכן נקראים.EE Cells בד"כ הצד הקונטרלטרלי חזק יותר. Suppression Columns רצועות בהם הנוירונים מקבלים אינהיביציה מצד o אחד ואקסיטציה מהצד השני, ולכן נקראים.EI Cells מסביב ל A1 ישנם מספר איזורים הקשורים בעיבוד צלילים, כל איזור עם עיבוד מיוחד ליונקים רבים יש 9 איזורים כאלו ויותר. לא ברור אם יש אזורים כאלו אצל בני משלו. אדם. אין על כך מידע רב, כי קשה אצל בני אדם העיבוד הצלילי החשוב ביותר הוא של שפה. לעשות ניסויים על חיות בכיוון הזה...

78 עיבוד צלילים אצל עטלף לצורך איכון. עטלף משמיע 2 סוגי צלילים אשר בעזרתם הוא יכול לקבוע את המיקום ואת המהירות של חרקים: צלילים קבועי תדר שכאשר הם פוגעים בחרק נע חוזרים בתדר מוסט (בגלל o אפקט דופלר) וכך ניתן לקבוע את מהירות החרק. צלילים אלו דומים לצלילי התנועות בשפה. צלילים בעלי תדר משתנה אשר בהם יש ארוע ברור בזמן, קליק למשל. צליל כזה מתפשט, פוגע בחרק וחוזר. אם יודעים כמה זמן לקח לקליק לחזור אפשר o צלילים אלו דומים לצלילי העיצורים בשפה. לדעת את מיקום החרק. הצלילים מושמעים אחד אחרי השני (תדר קבוע ואז קליק), ביחידות הנקראות.pulse הפולסים מושמעים בכמה הרמוניות, כאשר השניה היא החזקה מכולן ומתקבלת באזור ה.60KHz הקורטקס של העטלפים מאורגן טונוטופית, אבל עם אפליה קשה לטובת התחום של 60,62KHz שבו מעובד המידע הנוגע לאיכון.

79 סיכום שיעורים בפיזיולוגיה א', 2006 מערכת הראייה סיכום שיעורים מהתאריכים: /5/06 נושא:.The Visual System ההרצאות הועברו ע"י אלי נלקן ואודי זוהרי. הסיכום מבוסס על ההרצאות ועל חומר משלים מקנדל מסכם: רע מיטלמן המצגות הרלוונטיות: vision11.ppt.1 vision12.ppt.2 vision13.ppt.3 V1 edge or fourier analysis (short version).ppt.4 vision14.ppt.5 vision15.ppt.6 vision21.ppt.7 vision22.ppt.8 סיכום שיעור: Retina (אלי נלקן, + 7/5 תוספות מפרק 26 בקאנדל) אופטיקה של העין האור הנכנס לעין ממוקד על ידי הקרנית (Cornea) והעדשה על האפיתל הסנסורי הרשתית, וההתמרה החושית מתבצעת בפוטורצפטורים. הרשתית מסודרת בצורה "הפוכה" הפוטורצפטורים מצויים בחלקה ה"אחורי" של הרשתית, והאור עובר דרך תאי הרשתית האחרים לפני שהוא מגיע אליהם. על מנת לצמצם את הבליעה של תאי הרשתית האחרים, הם אינם מצופים במיילין. כמו כן, באיזור הפוביאה ישנה הסטה של תאי הרשתית האחרים (ר' 126), באופן שחושף את הפוטורצפטורים באיזור זה לאור באופן

80 ישיר. תוצאה נוספת של הסידור ההפוך הינו איזור ה,Optic Disk דרכו יוצא עצב הראייה (העצב הקרניאלי השני), ולכן אין בו פוטורצפטורים והוא מהווה "כתם עיוור". Rods ו Cones ישנם ישני סוגים של פוטורצפטורים: Rods (קנים), ו Cones (מדוכים): Cones Rods רגישות נמוכה "ראיית יום", פחות "ראיית לילה", רגישות גבוהה פוטופיגמנטים. אמפליפיקציה נמוכה. כמות פוטופיגמנטים גבוהה, יכולת לזהות פוטון בודד (אמפליפיקציה גבוהה) מהירה, רגישות גבוהה, תגובה אינטגרציה קצרה בזמן. איטית, רגישות נמוכה, תגובה אינטגרציה ממושכת בזמן מרוכזים בעיקר בפוביאה, ולכן בעלי רזולוציה מרחבית גבוהה. אינם נמצאים בפוביאה, ולכן בעלי רזולוציה מרחבית נמוכה אין שלושה סוגים שונים של רצפטורים, סוג יחיד של פוטורצפטורים; המאפשרים רגישות לאורכי גל שונים. רגישות לצבע. רגישות לאור רגישות טמפורלית פיזור צבע רגישות הרצפטורים השונים לאורכי גל שונים:

81 אלקטרופיסיולוגיה וביוכימיה של הפוטורצפטורים מורפולוגית, החלק החיצוני של הפוטורצפטורים (משני הסוגים) בנוי מקיפולי ממברנה דמויי דיסק, המכילים את הפוטופיגמנטים. לרודפסין, הפוטופיגמנט בתאי ה Rods, מורכב משני חלקים: החלבון הממברנלי אופסין, והמולקולה קולטת האור רטינל. כאשר מולקולת הרודופסין סופגת אור, חל שינוי קונפורמציה במולקולת הרטינל, והיא מתנתקת מאתר הקישור עם הרודופסין. בכל אחד משלושת הסוגים של תאי ה Cones יש סוג שונה של Cone opsin והאינטראקציה הספציפית בינו לבין הרטינל היא שיוצרת את הרגישות הספציפית של כל סוג cone לאורכי גל שונים. רמת ה cgmp בתא יורדת בנוכחות אור: בהעדר אור, ריכוז ה cgmp בתא גבוה, בשל רמת אקטיבציה נמוכה של האנזים ( cgmp פוספודיאטראז) PDE האחראי לפירוק ה G בנוכחות אור עוברת מולקולת הפיגמנט אקטיבציה, והיא גורמת לכך שה.cGMP protein מחליף את הGDP אליו הוא קשור ב.GTP בעקבות זאת, משופעל ה PDE, ולכן יורד ריכוז ה cgmp. מכיוון שמדובר בתהליך איטי, יחסית, אירועים בתדירות של יותר מ 50 לשניה לא ייקלטו כבר ברמת הרצפטור. הירידה ברמת ה cgmp יוצרת היפרפולריזציה בפוטורצפטור: בחושך, נקבע מתח המנוחה של הפוטורצפטורים ע"י תעלות אשלגן ותעלות נתרן תלויות,cGMP והוא עומד על כ 40 mv, כך שהם מצויים בדפולריזציה חלקית. עם הירידה בריכוז ה cgmp תעלות הנתרן נסגרות, והתא נכנס להיפרפולריזציה. הפוטורצפטורים אינם יורים פוטנציאלי פעולה, אלא משנים את תגובתם באופן הדרגתי: בחושך הם משחררים כמויות גבוהות של נוירוטרנסמיטר (גלוטמאט), בשל הדהפולריזציה; ככל שהם חשופים לעוצמת תאורה גבוהה יותר, כך הם משחררים פחות נוירוטרנסמיטר בשל ההיפרפולריזציה אליה הם נכנסים. לפוטורצפטורים תפקיד מרכזי באדפטציה לרמות תאורה שונות. ירידה איטית בריכוז הקלציום, בנוכחות תאורה גבוהה לאורך זמן, מביאה להתאוששות פוטנציאל הממברנה (הוא אינו נשאר בהיפרפולריזציה מקסימלית לאורך זמן) וכן לדהסנסיטיזציה של הרצפטורים. עיבוד מידע ברמת הרשתית המיקרואנטומיה של הרשתית מוכרת ברמת תיאור גבוהה. הפוטורצפטורים מעבירים פלט לתאים הביפולריים, המעבירים פלט לתאי גנגליון בהם נוצר לראשונה פוטנציאל פעולה במערכת. מערכת של קשרים לטרליים קיימת בשתי רמות: בין תאי הגנגליון לתאים הבי פולריים נמצאים תאים הוריזונטליים, ובין התאים הביפולריים לתאי הגנגליון נמצאים תאים אמקריניים. לתאי הגנגליון, המהווים כאמור את תאי הפלט של המערכת, שדה רצפטיבי בעל מרכז ושוליים אנטגוניסטיים תאי Oncenter מגבירים קצב ירי בתגובה לאור במרכז השדה הרצפטיבי וחושך בשוליים, ותאי Offcenter נותנים תגובה הפוכה. קיימים שני סוגים של תאים ביפולריים בעלי סינפסה אינהיביטורית מן הפוטורצפטורים, ובעלי סינפסה אקסיטטורית מהם (אותו הנוירוטרנסמיטר גורם לאקסיטציה ולאינהיביציה בהתאם לסוג הרצפטור המצוי בצד הפוסט סינפטי). תאים ביפולריים בעלי סינפסה אינהיביטורית מגיבים בדהפולריזציה לאור, ולכן תאי הגנגליון אליהם יתחברו יהיו תאי,Oncenter ולהפך בעלי סינפסה אקסיטטורית יתחברו לתאי Offcenter (ר' להלן).

82 התגובה האנטגוניסטית בין המרכז לפריפריה מושגת באמצעות אינהיבציה לטרלית של 8 (להלן) מודגמת האינהיביציה בשקף התאים אמקריניים והתאים ההוריזונטליים. הלטרלית של התאים ההוריזונטליים. תכונה זו של השדות הרצפטיביים הופכת אותם לרגישים במיוחד לקצוות.(edges)

83 סוג נוסף של חישובים המבוצעים ברשתית רגישות לכיוון. שני מודלים היכולים להסביר זאת: (a) מודל המבוסס על תזמון פוטנציאל הפעולה הגירויים מפעילים סינפסה אינהיביטורית (עיגול) וסינפסה אקסיטטורית(מלבן). בכיוון הבלתי מועדף (Null) הסינפסה האינהיביטורית מופעלת לפני הסינפסה האקסיטטורית, וכך הפוטנציאל החשמלי המתקבל אינו מספיק על מנת ליצור פוטנציאל פעולה. בכיוון המועדף הסינפסה האקסיטטורית מופעלת ראשונה, והפעלתה מספיקה ליצור פוטנציאל פעולה בצד הפוסט סינפטי. מודל זה אינו מתאים למורפולוגיה של הרשתית. (c) מודל המבוסס על אינהיביציה לטרלית, ולכן מתאים יותר לרשתית בכיוון הבלתי מועדף יש אינהיביציה פרהסינפטית על הסינפסה האקסיטטורית, המקדימה את ההפעלה הישירה של סינפסה זו, ומונעת התפתחות פוטנציאל פעולה בה. כאשר הסדר הפוך, האינהיביציה הפרהסינפטית מגיעה לאחר שכבר התרחש פוטנציאל פעולה, ולכן התא הפוסט סינפטי יופעל. נתבונן שוב בתאי הגנגליון ה Oncenter וה Offcenter :

84 תאי Oncenter הם בעלי פרופיל תגובה של "כובע מקסיקני". זהו בקירוב נגזרת של גאוסיאן: אם נתבונן בפלט של הרשתית כולה, הוא יהיה בקירוב קונבולוציה של ה"כובע המקסיקני" עם הקלט הראייתי של הרשתית. הדבר יוצר, כאמור, הבלטה של גבולות, ויכול גם להסביר אשליות אופטיות מסויימות, דוגמת :Mach bands I A B C D * I למרות שכל אחד משני המלבנים הינו בעל צבע אחיד, נראה כאילו לאיזור הקרוב לקו ההפרדה גוון שונה: C נראה כהה יותר מ D, וB נראה בהיר יותר מ A. הקונבולוציה עם ה"כובע המקסיקני" יוצרת את אפקט ההבלטה של הקצוות, כפי שניתן לראות בגרף מימין. את הקונבולוציה עם ה"כובע המקסיקני" ניתן לראות גם כהפעלת נגזרת שניה על הקלט הראייתי: Intensity edge di / dx d 2 I / d x 2 גבולות חדים יביאו למצב בו הנגזרת השניה חוצה את האפס מסומן Z בגרף (c).

85 מעבר לרשתית 3 התחנה הראשונ ה של הקלט הראייתי הינם גרעיני ה LGN Lateral Geniculate ) (Nucleus בתלמוס (גרעין אחד בכל צד), והם מהווים מעין תחנת ממסר של הקלט בדרכו לקורטקס. בעבר הניחו שאין בשלב זה עיבוד משמעותי של הקלט, אבל... בדומה לתחנות תלמיות אחרות מסתבר שהקלט מן הקורטקס אל ה LGN גדול פי 10 בערך (לא ברור לי האם מדובר על סיבים או על סינפסות, רע) מן הקלט המגיע מהרשתית אל ה LGN. הדבר מעלה את ההשערה כי ל LGN תפקיד כלשהו בויסות, אולם אין לכך עדויות נוספות. הקורטקס הויזואלי (V1) מצוי באונה האוקסיפיטאלית, בשתי ההמיספרות. בכל אחת מהן מיוצגת מחצית העולם הקונטרלטרלית. החלוקה אינה פרופורציונית לשטח הרשתית, כך שהפוביאה מיוצגת בשטח קורטקס נרחב יותר מחלקה היחסי ברשתית. בקורטקס מתקיים מיפוי רטינוטופי של הגירוי הראייתי (איזורים סמוכים זה לזה על הרשתית יהיו סמוכים זה לזה ב V1 ), אלא שיש לו צורה מעוגלת, כך שקו בעולם ממופה לעיגול על פני הקורטקס. חריגה יחידה ממיפוי זה הינה חוסר הרציפות של הקלט הראייתי בין שתי ההמיספרות. מיפוי פשוט זה מקל על איבחון מיקומן של לזיות במערכת הראיה, באמצעות מבחן התנהגותי פשוט. 3 ישנה פרוייקציה של קלט ראייתי מהרשתית ל.Superior colliculus חשיבותה קטנה עם העליה בסולם הפילוגנטי, היא משמשת מנגנון רפלקסיבי בעיקרו, ומעורבת בסקדות, למשל. כמו כן, היא האחראית ככל הנראה לתופעת ה Blindsight בבני אדם. לא נרחיב עליה את הדיון בקורס.

86 סיכום שיעור: Higher organization of visual perception אודי זהרי כאמור, שדה רצפטיבי ברשתית ובתלמוס הינו בצורה של "כובע מקסיקני", וניתן להביעו כהפרש בין שני גאוסיאנים,(DOG) או כנגזרת שניה של גאוסיאן. כמו כן, נתן לראות בו פילטר המסנן תדרים מסויימים. RF structure: Difference of Gaussians ~ = 2 ( G) 2 nd derivative operator כאמור, תגובת הרשתית כולה הינה קונבולוציה של הגירוי עם השדה הרצפטיבי, כלומר הפעלת הפילטר (השדה הרצפטיבי) על כל נקודה במישור. התוצאה הינה הדגשה של הקצוות,(edges) כיוון שקונבולוציה של הגירוי עם הנגזרת השניה של הגאוסיאן שקולה לקונבולוציה של הנגזרת השניה של התמונה עם גאוסיאן: 2 2 ( G)* I = ( I) * G כאשר, כאמור, חציית אפס של הנגזרת השניה מצביעה על קצוות. הפעלת קונבולוציה של גאוסיאן מבצעת החלקה, כאשר גודל השדה הרצפטיבי מקביל לרוחב הגאוסיאן, וככל שהשדה הרצפטיבי רחב יותר, כך נקבל החלקה גדולה יותר.(Bluring) זאת, כיוון שלגבי כל נקודה בתוצאת הקונבולוציה (קרי, בפלט של הרשתית) ניקח בחשבון גירויים מרוחקים יותר, ככל שהשדה גדול יותר. בפועל, השדות הרצפטיביים בפוביאה קטנים יותר (ולכן הגאוסיאן צר) בעוד שבפריפריה של הרשתית השדות הרצפטיביים גדולים יותר. Gaussian Blurring I I * G (wide) I * G (narrow) כעת נתבונן בחציות ה 0 של הנגזרת השניה: ככל שהגאוסיאן אותו הפעלנו צר יותר, כך נקבל רגישות גבוהה יותר לגבולות. בשלבים ראשוניים יותר של העיבוד, ייתכן שנתעניין דווקא בהבחנות גסות יותר. במקרים כאלה יהיה דווקא ייתרון להחלקה מרובה, הנותנת רגישות נמוכה לגבולות, ונוצרת באמצעות גאוסיאן רחב. רק בשלב מאוחר יותר בעיבוד נתעניין בהבחנות הדקות יותר, המושגות באמצעות הגאוסיאן הצר.

87 Zero crossings at multiple scales דוגמה לשימוש בהבחנות הגסות בעיית ההתאמות: מערכת הראיה האנושית עושה שימוש בראיה בינוקולרית לצורך תפיסת עומק. Random dot stereogram מדגימה יפה יכולת זו, כיוון שבמקרה זה אין כל רמזי עומק נוספים. לצורך כך יש לבצע התאמות בין קלט בעין ימין לקלט בעין שמאל. בעיה זו אקספוננציאלית בקלט (יש לבדוק התאמה בין כל נקודה בעין ימין לכל נקודה בעין שמאל), ולכן על מנת ליעל את החישוב ניתן להשתמש במפת חציות ה 0 של הגאוסיאנים הרחבים בשתי התמונות (חציות אפס של קונבולוציה בין הקלט הראייתי לנגזרת שניה של גאוסיאן רחב). הדבר מקל מאוד את החישוב, כי לקחנו מפה של גבולות גסים, ועתה ניתן לעדן את ההתאמה, על ידי שימושי ברזולוציה גבוהה יותר, כלומר גאוסיאנים צרים יותר. על עקרון זה מבוססת גישה המכונה פירמידה של גאוסיאנים Adelson) (Burt & מכל תמונה מיצרים סדרת תמונות על ידי מיצוע של פיקסלים שכנים. באופן כזה התמונה המקורית היא החדה ביותר, וככל שמתקדמים מקבלים תמונה קטנה יותר, ומוחלקת יותר. כעת, חיסור בין זוגות של תמונות בסדרה ייתן את גבולות התמונה. כיצד כל זה קשור לפיסיולוגיה של מערכת העצבים? הטענה היא ש V1 רגיש לתדרים מרחביים שונים. היפותיזה זו נתמכת ע"י ניסויים פסיכופיזיים, המראים כי המערכת יכולה לעבור אדפטציה לתדרים מרחביים חשיפה ארוכה מספיק לתדר מרחבי מסויים מביאה לירידה ברגישות לתדר זה, ולתדרים הקרובים אליו. ניסויים פסיכופיזיים אחרים מראים כי למערכת יש רגישות שונה לתדרים מרחביים שונים. כמו כן, רישום מ V1 הראה כי ישנם תאים שההיענות שלהם הינה פונקציה של תדר מרחבי ויזואלי בתאים אלה נרשם קצב ירי מקסימלי לתדר מרחבי מסויים, ורגישות פחותה לתדרים קרובים. ניסוי נוסף בדק את מעטפת הרגישויות, כלומר הקו המחבר את הרגישויות המקסימליות, והשווה מעטפת זו לרגישות הפיסכופיזית הכוללת של המערכת הויזואלית בחתול. התוצאה שהתקבלה, בקירוב טוב, מראה כי אכן הרגישות הפסיכופיזית קרובה לרגישות הנוירונלית. על פי פרשנות זו, מקורה של האדפטציה לתדרים ספציפיים הינו ירידה בתגובה של התאים המייצגים תדרים אלה. מפרשנות זו נובע כי חשיפה לגירוי לאחר אדפטציה, תביא להטיה בפרשנות. עבודה נוספת בנושא בוצעה ע"י Campbell & Robson (המאמר הרלוונטי:.(Campbell&Robson Application of Fourier Analysis to the Visibility of Gratings.pdf הם השתמשו בהבחנה בין גל סינוס לגל מרובה, בתדר זהה: נבחנים נתבקשו לזהות (detect) מתי ראו גל, ומתי רקע אפור. הגל היה לעיתים גל סינוס ולעיתים גל מרובע, כשהרגישות לגל המרובע הייתה באופן קונסיסטנטי גבוהה מן הרגישות לגל הסינוס. מעבר לכך, נמצא כי במרבית התדרים היה יחס קבוע בין רמת הרגישות לגל המרובע, לבין רמת הרגישות לגל הסינוס יחס של ניתן להבין תופעה זו, אם מערכת הראיה מבצעת פירוק π פורייה לקלט החזותי.

88 אם נבצע פירוק פוריה לשני הגלים, ונתבונן במרכיב הבסיסי של שניהם נקבל: עבור גל 4 π מזו של גל הסינוס אותו עצמו; ועבור הגל המרובע, גל באמפליטודה הגבוה ב. 4 π הסבר הסינוס. בתדרים נמוכים התקבלה סטיה מן היחס הנ"ל, לכדי יחס הגבוה מ לסטיה זו מתבסס על כך שהמערכת נעזרת בתדרים הגבוהים מהם מורכב הגל המרובע. תדרים אלה הם בעוצמות נמוכות מן הגל הבסיסי (ירידה ב 1/3 עם כל עליה בתדר), ואולם בתחומים בהם יורדת הרגישות בפקטור גדול מ 3, שימוש בתדר המשני יכול לתת תוצאות טובות מאשר שימוש בתדר הראשי. לכן הוא הופך רלוונטי בתחומים אלה, ונותן תוצאה. 4 π טובה מגל הסינוס בפקטור של יותר מ בניסוי נוסף שערכו, נתבקשו הנבדקים להבחין (discriminate) בין גל הסינוס לבין הגל המרובע. הפעם יוצר הגל המרובע כך שהגל הבסיסי של הגל המרובע זהה לגל הסינוס. התוצאה שהתקבלה הינה ירידה ברגישות ההבחנה בהשוואה לרגישות הזיהוי (הניסוי הקודם). מכיוון שהגל הראשי בשני הגירויים זהה, ההבחנה בניהם מסתמכת על הגל המשני, שעוצמתו הינה, כאמור, 1/3 מעוצמת הגל הבסיסי (או על הגלים הבאים, שעוצמת כל אחד הינה 1/3 מקודמו). ואכן, בעקומת רגישות הזיהוי התקבל shift של פי 3 בשני הצירים. לתאים השונים ב V1 יש רגישות לתדרים מרחביים שונים ולאוריינטציות שונות. מערכת הראיה אמנם לא מבצעת אנליזת פוריה מלאה, כיוון שהיא לא ייכולה ליצג את התדרים בטווח ( +, (, אך היא מייצגת לפחות באופן חלקי אנליזה כזו.

89 סיכום שיעור: אלי נלקן +תוספות מפרק 27 ב kandel Cortical mechanisms עקרונות בעיבוד ויזואלי גבוה 1. איזורים מרובים: מבחינה אנטומית, איזורים קורטיקליים רבים מעורבים בעיבוד הראייתי. Multiplicity of areas Felleman and van Essen אירגון היררכי: ניתן לאפיין בצורה ברורה, יחסית, מהיכן נכנס קלט לאיזור מאופיין, ולאן הוא נותן פלט: פרוייקציות עולות יוצאות משכבות 32 (ולעיתים באיזור האינפרהגרנולרי שכבות 65), ומגיעות לשכבה 4 באיזור המטרה. אלה לרוב סינפסות חזקות.

90 קשרים יורדים מתחילים באיזור האינפרהגרנולרי, והם מסתיימים מעל או מתחת לשכבה 4. קשרים לטרליים (קרי, באותו איזור) מתקיימים בתוך אותה השכבה. החלוקה הנ"ל מאפשרת ליצור קלאסטרים של איזורים, בחלוקה לשכבות עיבוד שונות LGN) V4),,MT ; 2V ; אך לא קיימת חלוקה לקלאסטרים המקיימת באופן מלא את הכללים הנ"ל. Hierarchical ordering of the visual fields Felleman and van Essen מסלולי עיבוד מידע מקבילים: קיימת חלוקה למסלולי עיבוד מובחנים, ואולם בניגוד לחלוקה שהייתה מקובלת בעבר, כיום ידוע שהסגרגציה בין המסלולים אינה מוחלטת, וקיימת תקשורת בינהם. Different morphologies magno parvo ברמת הרטינה: תאים גדולים מאגנוצלולריים; ותאים קטנים פרבוצלולריים. קיימים הבדלים פיסיולוגיים בין התאים, וכן הבדלים בתגובתם לגירויים ראייתיים שונים. ההבחנה נשמרת גם ברמת ה LGN ה. LGN בנוי משני סוגי תאים המסודרים ב 6 שכבות. שכבות 21 הינן מגנוצלולריות, ושכבות 63 הינן פרבוצלולריות; שכבות 1,4,6 מקבלות קלט מן העין הקונטרלטרלית, ואילו שכבות 2,3,5 מקבלות קלט מן העין האיפסילטרלית. השכבות השונות מאופיינות בקלט מסוג שונה: השכבה המגנוצלולרית אינה רגישה לצבע, אך יש לה רגישות גבוהה לקונטרסט, ורגישות טמפורלית גבוהה. מאידך השכבות הפרבו צלולריות רגישות לצבע, ויש להן רגישות גבוה לתדרים מרחביים.

91 פירוט ההבדלים בין סוגי התאים (מתוך המצגת): Parvocellular Magnocellular from y ganglion cells from x ganglion cells in fovea in periphery Characteristics: small in size small Receptive Fields sustained response Sensitivity: colour (no movement) detail large in size large Receptive Fields brief responses movement outline of shape בקורטקס: בשכבת הקלט ב V1, שכבה 4, ישנה דומיננטיות עיינית כאשר רצועות שונות מפגינות דומיננטיות לעין שונה: Projections ordered by eye: ocular dominance columns כמו כן, הקלט המגנו והפרבו צלולרי מגיע לתתשכבות שונות בשכבה 4: הקלט המגנו צלולרי מגיע לתת שכבה,4Cα והקלט הפרבוצלולרי מגיע לשכבה.4Cβ גם מעבר לשכבה 4 ישנה עדיין חלוקה לקלט מגנו ופרבוצלולרי. צביעה של האנזים ציטוכרום אוקסידאז מסמנת "כתמים" בקוטר כ 0.2 מ"מ המכונים blobs ואיזורים שאינם נצבעים ומכונים.interblobs חלוקה זו בולטת במיוחד ב שכבות 32, וניתן לאפיין את הקלטים שמקבלים האיזורים השונים: כל blob מקבל קלט פרבוצלולרי חד עייני וכן קלט שמקורו במסלול נוסף (לא פרבו ולא מגנו צלולרי), בעוד שה interblobs מקבלים קלט פרבוצלולרי משתי העיניים. הקלט המגנוצלולרי מגיע משכבה 4Cα לשכבה 4B, ומשם הישר מחוץ ל V1 (ל V2 ול MT ).

92 Projections ordered by magno/parvo source ניתן לתת אפיון קלט ברור גם באיזור V2. צביעה בציטוכרום אוקסידז נותנת באיזור זה תוצאות שונות מן הצביעה באיזור V1 (דבר המאפשר גם הבחנה טובה בין V1 ל V2 ): חלוקה לפסים דקים, פסים עבים, ואיזור חיוור בין הפסים interstripe).(pale ה blobs נותנים קלט בעיקר לפסים הדקים, וה interbolbs נותנים קלט בעיקר ל interstripes. הפסים הדקים מקבלים קלט הישר משכבה 4B. חלוקה זו מאפשרת לאפיין שני מסלולים מרכזיים במערכת הראיה: מסלול ונטרלי (הכולל את ה blobs וה interblobs ב V1, את הפסים הדקים וה interstripes ב V2, את V4, ואיזורים נוספים) ומסלול דורסלי (הכולל את שכבות המגנוצלולריות ב LGN, את שכבה 4B ב V1, הפסים העבים ב,MT V2, ואיזורים נוספים). Beyond V2

93 באופן כללי נחשב המסלול הונטרלי למסלול ה"מה" (זיהוי אובייקטים דורש תפקוד תקין של מסלול זה), והמסלול הדורסלי למסלול ה"איפה" (זיהוי תנועה דורש תפקוד תקין שלו). יחד עם זאת, קיימים קשרים רבים בין המסלולים, והחלוקה מורכבת מתיאור פשטני של שני מסלולים. המסלול הונטרלי: חוקרים הציגו אובייקטים פשוטים לקופים, ו"שיחקו" עם מאפיינים שונים שלהם, עד שהגיעו להפעלה מקסימלית של תאים במסלול הונטרלי. התאים הראו רגישות מקסימלית לתכוניות (features) בינוניים, כלומר לא לאובייקטים מורכבים, אך גם לא לתכונות גיאומטריות פשוטות (דוגמת הרגישות לקווים ב V1 ). הארגון האנטומי של התאים היה, בקירוב, בעמודות. 4. ניתוב דינמי של האינפורמציה: עקרון זה טוען שהעיבוד הראייתי תלוי באופי המשימה ובקשב המופנה אליה. יחד עם זאת, כיום ידוע שקשב אינו הכרחי לצורך עיבוד מתקדם של המידע הראייתי. (לא היה ממש ברור מה אלי רצה לומר כאן) הדגמת העיקרון של שימוש ברמות ייצוג בינוניות לצורכי עיבוד גילוי פרצופים (שמעון אולמן): באופן עקרוני, קיימות שתי גישות בזיהוי ויזואלי: Bottom up זיהוי של קווים צורות גיאומטריות פשוטות... פרצופים Top down קיימת במערכת תבנית (pattern) של פרצוף, ואליה משווים את האובייקט המוצג למערכת. ההיפותיזה של אולמן לגילוי פרצופים (כמקרה פרטי של התאמת גירוי חזותי לתבנית), מתבססת על "להתחיל מהאמצע" שימוש בfeatures. Mutual information I( C, F) = H ( C) H ( C F) ניזכר כיצד מוגדרת אינפורמציה משותפת: Entropy P( x) H ( x) = Log( P( x)) Binary variable H(C) = P(C=1)Log(P(C=1) +P(C=0)Log(P(C=0) אינפורמציה משותפת בין feature לבין התמונה הוא ההפרש בין אי הודאות (האנטרופיה) שהייתה בידי לפני שבדקתי האם feature כלשהו נמצא בתמונה, לבין אי הודאות שנותרה לי לאחר שבדקתי זאת:

94 Mutual information H ( x) = P( x) Log( P( x)) H(C) F=1 F=0 H(C) when F=1 H(C) when F=0 I(C;F) = H(C) H(C/F) אלגוריתם זיהוי הפרצופים מתחיל בסט של תמונות אימון. עבור סט זה מייצרים features "מועמדים" בעלי רמת סיבוך בינונית; מחשבים את הסיכוי להופעת פרצוף עם כל אחד מה feature, ולהופעת פרצוף בלעדיו; על בסיס זה מחשבים את האינפורמציה המשותפת בין פרצוף לבין ה feature. זיהוי של ה feature בתמונה מתבצע על ידי הרצה של ה feature על התמונה, חיפוש ההתאמה המקסימלית, והשוואה לסף. בוחרים את ה features הממקסמים את האינפורמציה המשותפת: Mutual Info vs. Threshold forehead hairline mouth Mutual Info eye nose nosebridge Detection threshold long_hairline chin אחרי הגדרה של features רבים, תהיה בידינו רשימה שלהם, וסף לכל אחד, כאשר נבחר את הסף הממקסם את האינפורמציה המשותפת. כעת ננסה להמנע מיתירות: נבדוק את האינפורמציה המשותפת בין כל זוג,features ובוחרים את אלה שמוסיפים מידע מקסימלי. בנוסף מגדירים לכל feature משקל עד כמה נוכחותו מטה את הכף לטובת ההחלטה:

95 Likelihood ratio: P( F C) R( F) = P( F C) Weight of F: w ( F) = Log( R( F)) משחק עם תכונות שונות של ה,features דוגמת גודל, או חדות, מראה שקיים אופטימום, עבורו מתקבלת אינפורמציה משותפת מקסימלית. Optimal Face Fragments סיווג תמונות חדשות משווים את הסכום המשוקלל של המצאות הfeature בכל תמונה, ומכריעים: Classifying novel images Detect Fragments Compare Summed Weights Decision k W (k F) < W (w F) Westerner w W (k F) = W (w F) Unknown W (k F) > W (w F) Korean

96 באופן דומה ניתן ליצור גרף,ROC ומתברר שביצועי האלגוריתם טובים מאוד, אפילו יותר מביצועי בני אדם, במקרים מסויימים: כל זה מחזק, במידה מסויימת, את חשיבותם של ייצוגים ברמת סיבוך בינונית.

97 פיזיולוגיה של מערכת העצבים א' עקרונות הבקרה המוטורית איילון ועדיה או לחילופין: 1 control principles of motor חומר השיעור הוא חלקים מהמופיע ב Kandel פרק 33, אך הוא אינו ממש חופף. המצגת הרלוונטית: ICNCintroaleph2006.pdf מעט החומר הרלוונטי מ Kandel שלוב בתוך תיאור השקופיות. הודגשו מונחים שעשויים להיות חשובים. רצוי לקרוא גם את המאמר המצורף של.Wolpert & Ghahramani שקופיות 52 איך מבצעים תנועות? אנחנו איננו מבצעים תנועות אלא אינטראקציות עם העולם. ע"פ דקארט שהציב את הגישה המודרנית לחקר המערכת המוטורית: "תפקידו של המוח הוא ליצור ייצוג פנימי של הגוף והתנועות שלו בעולם החיצון". מערכת הבקרה המוטורית: input>brain>output>input זוהי לולאה סגורה, כאשר המערכת כל הזמן מקבלת feedback על פעילותה. כלומר המוח מחזיק כנראה מעין מודל פנימי לתיאום התחושות והתנועות. מערכת הבקרה מבצעת: o בקרה של רפלקסים posture בקרה על מנח o o בקרה על תנועות אוטומטיות (purposeful) בקרה על תנועות עם מטרה o כל הדיון שלנו היום נסוב סביב תנועות עם מטרה voluntary).(purposeful = התנועות הנחקרות מאז שנות ה 60, הן תנועות פשוטות כגון כיפוף פרק כף היד ותנועות מורכבות יותר כדוגמת.reaching עקרונות הבקרה: o נעשית ב 3 רמות: חוט השדרה, גזע המוח ומוח הקדמי. o קיימת היררכיה בין מסלולים מקבילים. o קיום של לולאות בקרה בכל רמה ובין הרמות. שקופיות 86 באופן גנרי ניתן להצביע על שני סוגים של מבני הבקרה: קיים ה feed back controller מערכת בקרה אשר רק משווה את הרצוי ביחס למצוי, כלומר מקבלת input סנסורי ומשווה אותו ל signal.reference הטעות או ההפרש מתורגמים לתיקון. וקיים feed forward controller אשר מאפשר לבצע פרידקציות של המערכת ולכן לא תלוי רק במצב הקיים (מצריך זכרון), פועל קודם ל.feedback דרוש לפעולות מהירות. במערכת המוטורית מבחינים ב 3 רמות של לולאות בקרה: o רמה 1: השרירים, הרצפטורים הסנסוריים וחוט השדרה. o רמה 2: גזע המוח והתלמוס. o רמה 3: הצרברום מוטור קורטקס. ללא רמה מוגדרת משתתפים גם הצרבלום והבאזאל גנגליה. כל רמה פועלת בהכרח עם הרמות שמתחתיה, אך מסוגלת לבקר תהליכים מסוימים ללא הרמות שמעליה.

98 את התוכנית המוטורת ניתן להפריד לשני חלקים: o קינמטיקה התיאור של "מי זז ולאן", כלומר מאפייני התנועה מבחינת כיוון, זוויות, אילו מפרקים ינועו. בתנועת יד למשל כוללת בחובה את: מטרת התנועה, ה path,hand ותנועת המפרקים. o דינמיקה אילו כוחות צריכים לפעול ובאיזה עוצמה על המפרקים להפקת התנועה. הדינמיקה נותנת משוב לקינמטיקה. (במצגת מצויין open loop,open loop only זוהי תנועה המתחילה עוד לפני שניתן לה input סנסורי ישיר, כלומר היא מסתמכת על ציפייה. לא ברור לי איך זה מתקשר לעניין והדבר למיטב זכרוני לא צויין בכיתה). שקופיות 129 ההנחה המרכזית: המערכת המוטורית מייצרת internal model שתפקידו לנבא כיצד התנועות ישנו את המצב הסנסורי. זוהי פעולה שאיננה מחוייבת (המערכת לא חייבת לבצע חיזויים) אך היא משפיעה על הדיוק והמהירות של התנועה. ברור כמו כן שהמערכת שלנו כן מייצרת חיזויים. המהירות בתנועה היא לרוב גרף בצורת פעמון (מהירות כנגד הזמן).bell shaped מאמר של,Wolpert & Ghahramani 2000 מומלץ לקרוא (המאמר מצורף באתר הקורס, (wolpert_ghahramani.pdf מערכת ה model internal בנויה כלולאה: o מרכיב המייצר את ה command.motor וזאת הפקודה כפתרון פיזיקלי של הגוף, השרירים והסביבה. הפקודה המוטורית נקבעת בהנתן: task שהיא המשימה שרוצים לבצע (כגון: "הבא את הכדור קרוב"). Context שהוא העולם בתוכו אנו פועלים כרגע, הפריורים על העולם בתפיסת עולם בייסיאנית (למי שלא למד עם תשבי תתעלמו אינם נתונים חיצוניים שעשויים להשפיע על התנועה, מהמשפט...). משתנים בזמן התנועה. State מצב העניינים הרגעי, מוגדר ע"י הקלטים הסנסוריים ומשתנים המשתנים בקבועי זמן קטנים (בניגוד ל context ). מרכיב ה.inverse model מבצע את המעבר מקינמטיקה לדינמיקה. בהנתן o הפקודה המוטורית, הקונטקסט וה state מחשב את כל פרטי הדינמיקה כלומר פירוט הכוחות השונים שצריכים לפעול ובאילו שרירים. הולך אחורה מהתוצאה הרצויה אל הפתרון הפרטני. בהנתן הפקודות המפורטות, ה state.forward dynamics מרכיב ה model o הנוכחי והקונטקסט, המרכיב נותן ניבוי לאיזה state נצפה בעוד קבוע זמן קטן. ה state בהנתן הפקודות המפורטות,.forward sensory מרכיב ה model o הנוכחי והקונטקסט, המרכיב נותן ניבוי לאיזה קלט סנסורי נצפה בעוד קבוע זמן קטן. הרבה פתרונות אפשריים יש לפקודה מוטורית, למרות שהם תלויים בחוקי הפיסיקה, אך למרות ריבוי הפתרונות אנו נוטים לחזור על אותן במגבלות הגוף, בשרירים ובסביבה. הפעולות. סקלת הזמן של התנועות היא בסדר גודל של עשרות,msec הדבר נכון גם לגבי הערכת תנועות ותנועת השרירים. ה model internal הוא,optimized controller הוא מנסה לתנועה אופטימלית בתנאים הקיימים. שאלות פתוחות הנגזרות מהמודל: האם המוח באמת מגדיר גם פקודה גבוהות (כלומר בצורת?(task כנראה שכן. o איפה? איך? איפה ואיך ה model inverse מחושב? חוט שדרה? קורטקס? צרבלום? כולם? o ממונט תאוצה? מהירות? כיוון תנועה? איזה פרמטרים מקודדים ב CNS? o הסיבוב מפרקים? הפעלת שרירים? כנראה כולם... איפה האלמנטים מקודדים בחוט השדרה? o

99 בעיות בהערכת ה :state delay o (אי אפשר לחכות לפידבק סנסורי) Partial information o איפורמציה חלקית (מידע סנסורי חלקי על המתרחש). o רעש Noise בביצוע והערכת התנועה. הפתרון: שימוש במודולי הניבוי כדי ליצור תחזית חכמה. שקופיות 1513 דוגמא לאלגוריתם כזה, אלגוריתם ה,"observer" במבנה של :Kalman filter Ayˆ y כאשר: + K ( x HAyˆ פילטר קלמן בנוי על הנוסחא: ) ˆt = t 1 t t t 1 ŷ t o o o המצב הנוכחי במודל 1 t ˆy המצב בשלב הקודם כפי שחושב A מטריצת הפרדיקציה, מבצעת פרדיקציה מתוך השלב הקודם, ללא observation חיצוניים, אל השלב הנוכחי. המטריצה מכילה משקולות 2 ( Ay t ומשתכללת עם הזמן. נלמדת ע"י מינימיזציה של ) y 1 t o o המצב הנוכחי כפי שנקלט ע"י המערכת הסנסורית, מערכת ה observations x t H מטריצה המשמשת להעברת הפרדיקציה, למערכת ה observations הצפוי. נלמדת ע"י מינימיזציה של ) ( x t Hy t העוצמה של התיקון או של הטעות, עשוי להשתנות בזמן. kalman gain K o כאשר השונות של x גדלה, K ייטה לקטון, ולהיפך בשונות קטנה. כלומר Kalman filter מבצע פרדיקציה על המצב הצפוי, וזאת בהתייחס לצפי הקודם של המערכת עם תיקון מסוים המתקבל מההפרש בין הקלטים הסנסוריים האמיתיים לבין הצפי שלהם. הנחה בסיסית היא שכל פקודה נכנסת ל internal model כ copy. effernce מומלץ להבין את המרכיבים 15. המודל בצורה ויזואלית יותר נראה בשקופית השונים ואיך הם משתלבים (נמצא גם במאמר). 2 שקופיות 1716 למידה מוטורית. האמנם אנחנו משתמשים במשקולות נלמדות (H,A)? התבונה של המוח שלנו היא היכולת לבצע אדפטציות מהירות ולשנות את ההתנהגות בסביבה המשתנה. למידה היא מנגנון חשוב העשוי לשפוך אור על תהליכים מוחיים נוספים. שאלות של למידה: Acquisition and consolidation o (רכישה והטמעה) האם הטמעה של רכישה מוטורית היא תהליך תלוי זמן? Specificity and generalization o כיצד נוצר ומהו שיווי המשקל בלמידה בין ספציפיות להכללה? Implicit vs. Explicit o איך אנחנו לומדים skill חדש? באופן מודע/ מפורש.(implicit) או באופן לא מודע/ מרומז (explicit) Interfernce and facilitation o האם הלמידה של כל skill מחדשת/ מפריעה interfernce) (retrograde או מוסיפה לדברים קודמים. ייתכן שיש הפרעה גם של דברים שנלמדו קודם ללמידה עכשווית.(anterograde) ביחס לכל אלו נרצה כמובן גם להבין מהו הייצוג הנוירולי של כל התהליכים הללו.

100 שקופיות 2518 נסתכל על ה.center out task היד נמצאת במרכז ועליה להגיע בתנועה ישרה לאחד מ 8 כיוונים שמוצג לנבדק. בכל פעם הכיוון משתנה אך מרבית הנבדקים בני אדם/קופים מבצעים תנועה ישרה למדי. בהוספה של שדה כוח,forced field זהו כוח ניצב שהעוצמה שלו תלויה במהירות התנועה. בתחילה הכוח מעוות את מהלך התנועה, ויוצר מעין תנועה קשתית. בני אדם אחרי 100 ניסיונות לכל היותר חוזרים לתנועה ישרה כמקודם, כלומר יש למידה, יש acquisition של התנאים החדשים. כאשר לומדים תנועה חדשה לרוב היא מתבצעת בכווץ של כל השרירים cocontraction שמאפשרת דיוק רב יותר, ככל שמשתפרים בביצוע התנועה והתנועה הופכת לחלקה יותר יש חזרה לתנועה שבה השרירים מתפקדים כ.agonistantagonist כאשר מבטלים את שדה הכוח,(washout) בתחילה יש עיוות של התנועה,aftereffect אך מהר מאוד, נסיונות בודדים (65), יש למידה של השינוי וחזרה לתנועות ישרות. תנאי אחר visuomotor rotation ה cursor שמלווה את התנועה נע בכיוון אחר מהיד. גם כאן יש תהליך של למידה והסגלות לתנאים החדשים. Arbitrary association יצירת תנאי שרירותי כלשהו בתנועה ה cursor, ללא קשר לתנועה ממש. האדם יודע לנבא מה יהיה ה state הבא ולכן הוא יוצר תנועה בכיוון הרצוי (ולא כפי שה cursor הולך) למרות שאין ממש צורך. את כל התוצאות נוטים לסכם ב,learning curves וכך ללמוד על הדינמיקה של ה.acquisition שקופיות 2926 בכיתה ריפרפנו על זה... בדיקות נוספות של שאלות למידה: generalization Extent of בדיקה של יכולת ההכללה, וזאת ע"י אימון בתנאי אחד לדוגמה: אימון בכיוון אחד של תנועה ובדיקת השפעה ב aftereffect לתנאים אחרים. ע"פ הגרף בתנאי, visuomotor rotation ובדיקה של ההשפעה על התנועה בכל הכיוונים. שמופיע בשקופית ניתן לראות שקיימת יכולת הכללה מאוד טובה. הרצת ניסוי בשני תנאים שונים בפרקי זמן בדיקה של interference paradigm שונים ובדיקה עד כמה מה שנלמד בשלב ראשון מפריע ללמידה בשלב השני.(retrograde) ולהיפך (anterograde) לסיכום: ה acquisition הוא יצירת internal model חדש. o.internal הוא עדות לקיומו של ה model aftereffect ה o דיברנו על ספציפיות של למידה והכללה. o?(interference) האם מודלים שונים יכולים להתקיים בכפיפה אחת o forced למשל (הטמעה), consolidation מאפיינים של האפקטים משפיעים על o.arbitrary association נטמע יחסית מהר, לעומת field

101 סיכום שיעורים בפיזיולוגיה א', 2006 המערכת המוטורית סיכום שיעורים מהתאריכים: /5/06 נושא:.The Motor System ההרצאות הועברו ע"י יפעת פרוט. הסיכום מבוסס על ההרצאות ועל חומר משלים מקנדל. מסכם: אחיה קרונמן. המצגות הרלוונטיות: Lecture1MusclesMUs_4web.ppt.1 Lectur2Proprioceptors_4web.ppt.2 Lecture3ReflexPathways_4web.ppt.3 סיכום שיעור: מצגת Lecture1MusclesMUs_4web.ppt שיקופית 1: מבנה השריר והמפרקים של קופים דומה לשל בני אדם, ובכל זאת היכולות התפקודיות של הקופים נמוכות בהרבה. דבר זה נובע מכך שרמת הבקרה המוטורית העצבית של בני אדם מפותחת הרבה יותר. הגישה הקלאסית לחקר המערכת המוטורית התבוננה על יחידה מוטורית המורכבת ממפרק הנשלט על ידי שרירים אגוניסטים/ אנטגוניסטים. גישה זו בעייתית שכן: א) שרירים רבים משפיעים על יותר ממפרק אחד (לדוגמא, שרירים שמכופפים את האצבעות משפיעים גם על כיפוף מפרק היד). ב) החלוקה הקלאסית בין שרירים שאחראיים ל posture לבין שרירים האחראיים לתנועה, בעייתית אף היא, שכן ישנם שרירים המשתתפים בשניהם, לדוגמא שריר החזה משמש לתנועה של היד אך גם לפיקסציה של מפרק הכתף. ג) קיימים אנשים עם פגיעה עצבית מרכזית שאינם מסוגלים להפעיל שרירים מסוימים לתנועה, אבל כן לייצוב מיפרק. שיקופית 2: כל תנועה דורשת הפעלה מתוזמנת של שרירים רבים. ההנחה היא שביצירת תנועה קיימת "תוכנית מוטורית" (הפעולה המוטורית עצמה) שאיננה כוללת את כל הפרטים של ה"משימה המוטורית" (הפעלת כל השרירים, כולל הפעלת המערך שקובע את ה posture התומך בתנועה). ההנחה היא שבמקום כלשהו מתבצע תרגום של התוכנית המוטורית למשימה המוטורית, ושהארגון שלהם אחד ביחס לשני הוא היררכי, אך ייתכן גם ארגון מקבילי, ושליטה ישירה ומודעת על שרירי ה.posture

102 שיקופית 35: השריר מורכב מ fasciculus סיבים העטופים ברקמת חיבור. כל סיב כזה מורכב מצרור של סיבים דקים יותר הנקראים,myofibrils אלו הם האלמנטים שמתכווצים. היחידה הבסיסית בתוך המיופיבריל נקראת.sarcomere הסרקומר נתחם בקצותיו על ידי 2 "דיסקיות Z" הנראות כפסים כהים ודקים בתוך מתחם בהיר H המופרדים על ידי A, band ומכיל בתוכו אזורים כהים מפוספסים I). band).band ברזולוציה גבוהה יותר ניתן לראות כי ה A band מורכבים מסיבים דקים, העשויים מאקטין והמחוברים בזנבם (זהו ה Z) disk ומסיבי מיוזין עבים יותר המחוברים ב H. band כיווץ השריר נעשה על ידי שינוי מידת החפיפה בין סיבי האקטין לסיבי המיוזין. על סיבי המיוזין קיימות בליטות קטנות היוצרות bridges" "cross עם סיבי האקטין. הידרוליזת ATP גורמת לראש המיוזין להתיישר, וקישור מחודש של ATP גורם לו להתכופף מחדש, וכך נוצרת תנועת הכיווץ. האתרים על פני האקטין שמאפשרים כיווץ מכוסים על ידי קומפלקסים חלבוניים (טרופונין וטרופומיוזין). כשמגיע פוטנציאל פעולה לשריר עולה ריכוז הסידן בתוכו וגורם לסילוק מולקולות אלה ובכך מאפשר את כיווץ השריר. שיקופית 6: השריר מורכב משלושה אלמנטים: 1) אלמנט מתכווץ 2) אלמנט אלסטי המחובר בטור לאלמנט המתכווץ והמייצג את האלסטיות של קשרי סיבי השריר למפרקים. 3) אלמנט אלסטי המחובר בטור מקורו ברקמת החיבור העוטפת את השריר. שיקופית 7: ביצעו ניסוי בו קבעו את אורך השריר ובדקו את הכוח שהוא מפעיל (כוח פאסיבי), במקביל גירו אותו בגירוי חשמלי מקסימלי (הגורם לטטנוס) ובדקו את הכוח המתקבל (זוהי "התכווצות איזומטרית"). הפחתת העקומות נותנת את הכוח המתקבל כתוצאה מהאלמנטים המתכווצים בלבד. התקבל כי הכוח הפאסיבי נמוך, ועולה מונוטונית עם העלייה באורך השריר. הכוח האקטיבי עולה עד לאורכי ביניים של השריר ויורד באורכים הקיצוניים שלו. ההסבר לכך נובע מהעובדה שבאורכים הגבוהים החפיפה בין סיבי האקטין והמיוזין מינימאלית ולכן לא נוצר כוח בשריר. מצד שני באורכים הנמוכים כל סיב אקטין חופף לסיבי המיוזין משני צידי ה H band ונוצרות אינטראקציות המפחיתות את כוח השריר, ולכן הכוח המקסימלי מתקבל באורכי הביניים.

103 שיקופית 8: שיקופית 9: במהלך ניסוי קיבעו את אורך השריר לאורך שבו הכוח שהוא יוצר מקסימלי, ואז נתנו לו להתקצר כנגד משקולת שהפעיל השריר). (שמשקלה נמוך מהכוח המקסימלי הראשוני התגלה כי ככל שהמשקולת קלה יותר השריר התקצר לאורכים קצרים יותר וכן כי ההתכווצות מורכבת מפאזה מהירה (מקורה באלמנטים האלסטיים הטוריים (בעיקר) ומפאזה בעלת קצב איטי אך קבוע. קצב ההתכווצות בפאזה השנייה עומד ביחס הפוך לכוח המופעל על השריר. ניתן לתאר את הקשר בין כוח למהירות על ידי משוואת היל: (T+a)(V+b)=(To+a)b=Const. התחלתי, =a,b קבועים. כאשר T =כוח, =V מהירות, =V0 שיקופית 10: כתוצאה מכך העבודה המקסימלית במהירויות ביניים. (מכפלת הדרך בכוח) כוח של השריר נעשית כתוצאה מפו"פ בודד נוצר בשריר.twitch בדר"כ השריר לא עובד באופן טטאני כי א) שיקופית 11: שיקופית 12: שיקופית 13: היחידות המוטוריות לא פועלות באופן מסונכן. מהקצב הדרוש להיווצרות טטנוס (הפעלה מלאה). השפעת תכונות השריר על הבקרה המוטורית: ב) המערכת צריכה לדעת מהו אורך השריר על מנת לדעת איזה כוח לתת. קשיחות שריר משתנה בהתאם לכוח. העבודה האופטימאלית מתבצעת באורכי ובמהירויות ביניים. תתכן בקרה, שאינה תלוית רפלקס על אורך השריר באופן הבא: קיצור הפלקסורים גורם להפחתת הכוח שלהם, האקסטנסורים גורמת להגדלת הכוח שלהם=> לשיווי משקל. קצב ההפעלה נמוך ובו זמנית הארכת יצירת כוח מתנגד עד להגעה מודל המתאר את הסעיף האחרון. הפעלה של שריר מזיזה את אחת העקומות (כי הוא קשיח יותר ולכן מייצר יותר כוח עבור אותה הזווית) ומזיזה את נקודת שיווי המשקל. האיור מתאר ניסוי בו הקוף צריך לבצע תנועה ולהגיע למטרה ללא פידבק ויזואלי. בחלק מהטריאלים הפעילו כוח על יד הקו, שלמד לתקן את התנועה ולהגיע למטרה. ניתן לראות כי גם לאחר ניתוק מסלולי הרפלקס (afferents) הקוף הצליח להגיע לנקודה הנכונה, בדרך של.feed forward

104 שיקופית 15: (כל תא נוירון מוטורי+ סיבי השריר עליהם הוא קשור היחידה המוטורית: להרבה סיבי שריר. כל סיב שרי לנוירון אחד בלבד). קיים כיווץ העצב מייצר פו"פ בשריר. רוב הסיבים בגוף. fibers :Twitch סינכרוני של כל הסיבים ביחידה המוטורית. fibers :Tonic בשרירים קטנים, לדוגמא גלגל העין. בסיבים אלו אין פו"פ אלא דפולריזציה בלבד. עוצמת הכיווץ אנלוגית לדפו'. שיקופית 17: הסיבים המהווים MU מפוזרים על פני חלק גדול מהשריר. ישנה חפיפה מרחבית גדולה בין MU שונות, דבר המאפשר כיווץ הומוגני של השריר. שיקופית 19: גודל ה MU נקבע על ידי מספר הסיבים שהנוירון המוטורי מעצבב. גודל ה MU מכתיב את הרזולוציה המוטורית. קיימים שרירים בהם הרזולוציה נמוכה מאוד (1000 סיבים ב,(gastrocnemius וקיימים שרירים בהם גודל ה MU קטן מאוד, לדוגמא בגלגל העין (פחות מ.(100

105 סיכום שיעור: שיקופית 2022: קיימים מספר סוגים של.MU השוני ביניהם מתבטא גם ברמת הסיב וגם ברמת הנוירון המוטורי. סוג היחידה S FR FF המוטורית גודל הנוירון גדול בינוני קטן יחסית מהירות הולכה הכי גבוהה בינונית איטית יחסית התעייפות כן לא לא סדר גיוס שלישית שנייה ראשונה שחרור מפעילות ראשונה שנייה שלישית מטבוליזם אנאירובי (גליקוליזה ( אנאירובי+אירובי אירובי שיקופית 23: ביחידה מוטורית כל הסיבים הם מאותו הטיפוס. ישנם שרירים שנוטים להשתייך ליחידות האיטיות רגליים לדוגמא, המשוייכים יותר ליחידות מהירות גסטרוקלמיוס (?) המשמש לקפיצה. וישנם הגרף של גיוס היחידות כתלות בכוח איננו ליניארי. ישנו סוג של trade off האיטיות יכולות לפעול לאורך זמן בלי להתעייף, מתעייפות מהר. סיבות להבדלים בסדר הגיוס בין ה MU השונים: והמהירות חזקות יותר, אך ה EPSP של היחידות האיטיות גדול משל המהירות, ולכן הן מופעלות קודם (הגעה מוקדמת יותר לסף ליצירת פו"פ). התנגדות הכניסה של היחידות הקטנות גבוה יותר, ולכן בעבור הפעלה סינפטית נתונה מתפתח בהם מתח חשמלי גבוה יותר. מצד שני, אין הבדל בסף פוטנציאל הפעולה בין היחידות השונות. המסלולים הרוברוספינאליים והמסלולים המגיעים מהעור מעצבבים יחידות מהירות, למרות גודלם הקטן הפרה של עקרון הגודל.

106 שיקופית 24: השדה הדנדריטי של MN יכול להגיע עד 40,000 קלטים יכולת אינטגרציה גבוהה. לתאים תכונות ירי אינטרינסיות. לדוגמא, תקופה רפרקטורית ארוכה מאוד היכולה להגיע עד לעשרות מילישניות. דבר זה משמש כפילטר לתדירויות ירי גבוהות, מותאם לתכונות הביו מכאניות של השריר (ירי בתדר של 3040Hz מוביל לטטנוס). שיקופית 25: תכונות הירי של ה MN מושפעות מאוד מנוירו מודולטורים כדוגמת סרוטונין ונוראדרנלין. לתאים יש אופי בי סטבילי, כאשר הוספת סרוטונין גורמת לתאים להמשיך ולירות בקצב גבוה, גם לאחר שהגירוי שניתן להם הסתיים. ייתכן כי תופעה זו קשורה לאוטומציה של השרירים בפעילויות מיוחדות, אם כי אין כל הוכחה לכך. מצגת Lectur2Proprioceptors_4web.ppt שיקופית 1: שיקופית 2: שיקופית 3: שיקופית 5: שיקופית 6: החישה הפרופריוספטיבית כוללת חישה מהשרירים (כישור השריר, ואיבר הגיד על שם גולג'י) מהמפרקים ומהעור. המידע הוא על המיקום של הגפיים יחסית לגוף, יחסית לעולם. אך לא של מנח אבסולוטי ניתן לראות כי סיבי כישור השריר נמצאים במקביל לסיבי השריר הרגילים, ואילו איבר גולג'י נמצא בין השריר והגיד (מחובר בטור לשניהם). בתמונה רואים מבנה של שריר הכולל את כישור השריר. Extrafusal fibers הסיבים המתכווצים שמחוץ לכישור. טיפוסי סיבים בכישור: בשרשרת לאורך הסיב. Intra fusal chain fibers Bag fiber סיבי הכישור. ישנם שני סיבים מוארכים וגרעיניהם מפוזרים סיבים "שמנמנים" שגרעיניהם נמצאים במרכז הסיב. הכישור מעוצבב ע"י סיבי עצב מטיפוס אלפא וגמא, ושולח מידע אפרנטי בסיבים מטיפוס 1a ו 2.\ בכל כישור קיימים 53 סיבי chain ו 32 סיבים מטיפוס bag המחולקים לשני תתי טיפוסים: 1 רגיש מאוד, 2 בעל רגישות נמוכה.

107 שיקופית 7: שיקופית 8: העצבוב הסנסורי של הכישור: 1a סיבי מגיעים לכל סיבי הכישור וסיבי group 2 מגיעים לפריפרית הכישור, בעיקר לסיב chain ו.bag 2 (למרכזם) עצבוב מוטורי: סיבי גמא מתחבר לפריפריה של סיבי הכישור. קיימת חלוקה פנימית: gamma static מעצבב תאים מטיפוס gamma.chain, bag 2 dynamic מעצבב תאים מטיפוס.bag 1 סיבי בטא מעצבבים גם את הכישור שיקופית 109: שיקופית 11: וגם את השריר החוץ כישורי. בדו חיים קיימים רק סיב בטא. כאשר השריר מתארך הסיבים הסנסוריים שעל הכישור מעלים את קצב הירי שלהם, ההבדל בין סיבי Ia וסיבי gii הוא שלראשונים סף הפעלה נמוך יותר. כאשר השריר מתכווץ, קצב הירי של הסיבים הסנסוריים יורד. כאשר הכישור נעשה רפוי האינפורמציה על מצבו מפסיקה להגיע (הסיבים הסנסוריים יודעים להעביר מידע על מתיחה בלבד) ויש צורך למתוח אותו. תגובה דינאמית של נוירון היא התגובה שלו במהלך המתיחה, היכולת שלו לקדד את מהירותה. ומשקפת את תגובה סטאטית היא התגובה במצב יציב, לאחר המתיחה, ומשקפת את יכולת התא לקודד את אורך השריר. Ia סיבי סטאטית בלבד. הם בעלי תגובה דינאמית וסטטית, ואילו סיבי gii שיקופית 12: המקור ליכולת התגובה הדינאמית של סיבי שהינם רגישים לשינויי מתיחה קלים ביותר Ia הם בעלי תגובה הוא בתאים מטיפוס,bag1 (כנראה בגלל שיש להם קצוות צפידים יותר מאשר לסוגי התאים האחרים), ולכן מסוגלים להעביר אינפורמציה על מהירות התנועה. האינדקס הדינאמי של סיב מתאר את היחס שבין שיא התגובה שלו במהלך המתיחה לבין התגובה שלו במצב יציב. Ia סיבי הם בעלי קצוות סנסוריים פרימאריים מסביב למרכז כל תאי הכישור (כולל.(bag1 מתלפפים בצורת ספיראלה סיבי II הם בעלי קצוות שניוניים (סקונדריים) ממוקמים על תאי הכישור קצת יותר פריפרלית מאשר הקצוות הפרימאריים. לא מעצבבים תאי.bag1 ניתן לראות כי האינדקס הדינאמי של השניוניים, ולכן מקודדים טוב יותר את מהירות התנועה. הסיבים הפרימאריים גבוה משל

108 שיקופית 13: ניתן לראות כי הסיבים הפרימאריים משנים את קצב הירי שלהם במהלך התנועה, בניגוד לסיבים השניוניים המשנים את קצב הירי שלהם במצב היציב בלבד. שיקופית 14: תפקידם של סיבי גמא הוא למתוח את הכישור כאשר השריר רפוי ובכך להגדיל את "טווח העבודה" שלו. ישנם שני סוגים של סיבי גמא: גמא דינאמי מעצבב תאים מטיפוס bag1 בלבד, וגמא סטאטי המעצבב תאים מטיפוס chain ו.bag2 שיקופית 15: כאשר תאי גמא סטאטי יורים, הכישור נמתח, דבר הגורם להעלאת הרגישות לאורך השריר במצב יציב, אולם מכיוון שתא גמא זה לא משפיע על מתיחת תאי,bag1 קצב הירי הדינאמי של סיב Ia לא משתנה. בפועל דבר זה מתבטא בירידת האינדקס הדינאמי של תאי Ia המשקף את רגישות התא לקידוד מהירות תנועה (מכיוון שקצב הירי במצב היציב עלה, היחס בין קצב הירי במהלך התנועה לקצב הירי במצב היציב ירד). כאשר תאי גמא דינאמי יורים, רגישות תאי Ia לקידוד תנועה עולה, אך יכולת קידוד המצב היציב אינה משתנה. שיקופית 16: מכיוון שהתאים הסנסוריים מטיפוס II לא מעצבבים תאי bag1 אין להפעלת תאים מוטוריים מטיפוס גמא דינאמי השפעה עליהם. הפעלת תאי גמא סטאטיים משפיעה עליהם באותו האופן כמו על.Ia שיקופית 1718: השקף מתאר את האופן שבו סיבי גמא מעלים את טווח העבודה של סיבי הכישור: כאשר הכישור פורק, הוא מתרפה ולא מסוגל להעביר מידע על מתיחה. הפעלת גמא גורמת למתיחה מחודשת שלו ולהעלאת רגישותו למתיחה. שרטוט עקומה המתארת את תגובת הסיבים הסנסוריים לשריר באורך מסוים מראה כי הפעלת גמא גורמת להסטה שמאלה של העקומה, כך שעבור אורך שריר נתון קצב הירי של Ia יהיה גבוה יותר. שיקופית 19: Merton העלה היפותזה כי ניתן לייצר תנועות רצוניות קצרות ואיטיות על ידי הפעלת סיבי גמא (ללא הפעלה מרכזית של סיבי אלפא): הפעלת גמא תגרום לעליית הקצב של Ia ולהעלאת קצב הירי בסיבי אלפא ובכך להתכווצות השריר. בדרך כלל ישנה הפעלה משותפת של סיבי אלפא וגמא, כך שגם כאשר השריר מתכווץ וקצב הירי של Ia אמור לרדת, הפעלת סיבי גמא גורמת לו לעלות בשנית.

109 שיקופית 20: הפעלה משותפת של סיבי אלפא וגמא מאפשרת להשתמש ברפלקס המתיחה כמערת תיקון שגיאות. ראשית המוח מבצע פרדיקציה של כמות הכוח שיש להשקיע לצורך מילוי משימה מוטורית. הוא מפעיל את סיבי אלפא לצורך כיווץ השריר ברמה הרצויה ובמקביל מפעיל את גמא על מנת שהכישור יהיה ברמת המתיחה האופטימלית לצורך קידוד אורך השריר המבוקש. מאורך השריר המבוקש תגרום לשינוי בקצב הירי של להתכווצות/ התארכות ולתיקון השגיאה. במצב זה סטייה,Ia שיקופית 21: שיקופית 22: דבר שיוביל רפלקס המתיחה מעורב גם כן ביצירת הטונוס השרירי הנכון במהלך תנועות. היתרון הגדול של רפלקס זה הוא באוטומטיות שלו. ללא הרפלקס המערכת המרכזית הייתה צריכה לבקר בעצמה את דיוק הפקודות שהיא נותנת. להיפותזה של Merton בדבר הפעלה נפרדת של סיב יגמא לצורך יצירת תנועה אין ראיות מבני אדם, אך נראה כי גמא פועל יותר מהצפוי ע"מ לשמור מתיחות הכישור, ולכן אולי הוא משתתף ביצירת תנועה יחד עם אלפא. על בחתולים יש עדויות חלקיות לכך שבתנועה חדשה ולא מוכרת יש הפעלה ראשונית של סיבי גמא ורק אח"כ של סיבי אלפא, כך שייתכן שהחתול מפעיל את סיב גמא לצורך יצירת התנועה. לסיכום, לסיבי גמא שלושה תפקידים אפשריים: א) הגדלת טווח הפעולה של כישור השריר. ב) קיבוע השריר לאורך מסוים. ג) הפעלת השריר

110 סיכום שיעור: עדיין מצגת Lectur2Proprioceptors_4web.ppt שיקופית 23: שיקופית 24: שיקופית 25: איבר הגיד על שם גולג'י ממוקם בין השריר והגיד (חיבור בטור). הרצפטור מורכב בעיקר מסיבי קולגן העטופים בקפסולה ומקצות עצב חופשיים השזורים בין סיבי הקולגן. מחובר לכ סיבי שריר. הסיב האפרנטי (afferent) הוא מטיפוס.Ib תגובת הרצפטור לשינוי באורך השריר איננה ליניארית: עליה באורך השריר גוררת עליה מתונה בקצב הירי של סיבי,Ib ואילו ירידה באורך השריר גוררת עליה חדה בקצב הירי של.Ib הרצפטור יכול להגיב בצורה שונה למתיחה או כיווץ, תלוי בסיבים שהתכווצו באותו הרגע. הסיבים לא נותנים מידע אינפורמטיבי על אורך השריר. ייתכן כי הרצפטור מקודד מידע הקשור לשינויים במידת המתח המכאני השריר. שיקופית 27: של במפרקים נמצאים מספר סוגים של רצפטורים סנסוריים המקודדים את זווית המפרק. הרצפטורים הם קצות עצב חופשיים, או מבנים מטיפוס גולג'י, רופיני ופצ'יני. שיקופית 28 סוף המצגת: לא הוספנו על מה שכתוב. מצגת,Lecture3ReflexPathways_4web.ppt מסלולי רפלקס שיקופית 2: מבנה חוט השדרה: חלוקה לאזורים cervical, thorasic, lumbar, sacral (קל לעשות לזה סימן: קרטל סמים). בחלק הסרוויקלי והלומברי יש התרחבויות (אזורים אלו שולטים על הגפיים ולכן צריך יותר תאים בהם).

111 שיקופית 3: מבחינה היסטולוגית מחלקים את החומר האפור בחוט השדרה לעשר שכבות שונות (ע"ש.(Rexed שכבות 61 שייכות לקרן הדורסאלית ועוסקות במידע סנסורי. 87 שכבות שיקופית 4: שיקופית 5: שיקופית 87: שיקופית 9: הן שכבות ביניים המכילות רשת אסוציאטיבית המאפשרת אינטגרציה של מידע סנסורי ומוטורי. שכבה 9 מכילה נוירונים מוטוריים שכבה 10 היא השכבה המקיפה את התעלה המרכזית. מבנה הקרן הוונטרלית: והחלק המדיאלי את השרירים הפרוקסימאליים. החלק הלטרלי מפעיל את השרירים הדיסטאליים הפרדה זו מאפשרת בקרה מקבילה של פעולות כמו הושטה (דיסטאלי) ויציבה/איזון (פרוקסימאלי). החלק הדורסאלי יחסית שולט על הפלקסורים והוונטרלי על האקסטנסורים. רק מה שכתוב. "גיוון" הרפלקס תלוי במורפולוגיית הסיב האפרנטי.(afferent) לסיבים מטיפוסים שונים יש שדות טרמינציה שונים: טרמינציה בקרן הדורסאלית, Ia לסיבי באזור הביניים ובאזור המוטורי. שדות 3 יש סיבים אלו שולטים על לפחות 2 מסלולי רפלקס שונים. סיבי Ib מסתיימים בשכבת הביניים ושולטים על מסלול רפלקס אחד.לסיבי מערכת רפלקס דיפוזית. II אין שדה טרמינציה אופייני, זוהי הרפלקס המונו סינאפטי של סיבי :Ia גירוי חשמלי או מתיחת הגיד גורם לעלייה בקצב הירי של Ia המעצבבים את אותו סינרגטיים הגורמים לכיווץ השריר שהתארך. MN וכן MN שיקופית 11: המעצבבים שרירים בגפה העליונה ארגון הרפלקס דיפוזי הרבה יותר מאשר בגפה התחתונה. ניתן לדבר על הגבר של מערכת משוב כעל היכולת שלה לתקן שגיאות (ההגבר הוא היחס בין התיקון לבין השגיאה). טונוס השריר הוא מידת הקשיחות שלו, כלומר מידת התנגדותו להארכה/כיווץ, ולכן מהווה חלק מהגבר המעגל. ניתן לווסת את ההגבר בשלושה דרכים: א)הפעלת סיבי גמא מפעילה את סיבי Ia וגורמת לכיווץ השריר, כאשר הוא ארוך מהנדרש. ב)אינהיביציה פרהסינאפטית על הסיב ה. afferent ג) הוספת אקטיבציה מרכזית לתאים המוטוריים מטיפוס אלפא (גורם באופן ישיר לכיווץ השריר).

112 דבר הגורם פגיעה ב CNS יכולה לגרום לתגובה מוגזמת לגירוי טריוויאלי, להגבר מוגבר של המערכת. תופעה זו מתבטאת בעוויתות שונות של החולה. סיבי Ia רגישים לשינויים קטנים, ולכן ברגע שמתחילה התארכות השריר הם גורמים לעליה בקשיחות שלו, וגורמים להתנגדות לעלייה באורכו. שיקופית 12: Ia מפעילים אינטר נוירונים סיבי בנוסף קיים רפלקס די סינאפטי: אינהיביטוריים שמעכבים פעילות של שרירים אנטגוניסטיים לשריר שצריך להתכווץ. רפלקס זה עובד במקביל לרפלקס המונוסינאפטי, אך איטי יותר עקב ההשהיה במעבר הסינאפטי. האינטרנוירונים האינהיביטוריים מייצרים אינהיביציה הדדית אחד על השני, ובנוסף עוברים אינהיביציה על ידי תאי Renshow (ראה עוד מספר שקפים). שיקופית 13: ניתן לדבר על יחידה ספינאלית המורכבת משרירים אגוניסטים לסיכום: והאינטרנוירונים Ia גמא, אלפא, הרפלקס: ומעצבי ואנטגוניסטיים האינהיביטוריים. שיקופית 14: מסלול הרפלקס של סיבי Ib מתחיל מאיבר הגיד של גולג'י וממקומות נוספים. הרפלקס גורם לאינהיביציה די סינאפטית של השריר האגוניסט ולאקטיבציה די/טרי סינאפטית של השריר האנטגוניסט. ניתן לראות כי זהו רפלקס הפוך מרפלקס,Ia וייתכן כי הוא משמש כגורם מאזן לרפלקס זה. הקלט לסיבי Ib מגיע גם מהעור, וייתכן כי הוא משמש לעצירה מהירה של הגוף, כאשר הוא ניתקל בחפצים. שיקופית 1615: סיבים מקבוצה II משתתפים ברפלקס ה.FRA ברפלקס זה מידע על גירוי מכאיב גורם להפעלה של הפלקסורים ולעיכוב של אקסטנסורים בצד האיפסי לטרלי. כתוצאה מכך מתבצעת הרחקה של הגוף מהגירוי המכאיב. במקביל מתבצעת (אם כי ברמה נמוכה יותר) הפעלה של אקסטנסורים וכיווץ של פלקסורים בצד הקונטרה לטרלי, על מנת שהגוף ישמור על איזון. זהו רפלקס מורכב, הפועל על שרירים רבים דרך מספר רב יחסית של סינפסות. כמו כן נתון רפלקס זה נתון תחת בקרה קורטיקלית וצרבלרית חזקה, למודולציה חזקה על ידי שחרור מונואמינים. ניתן לראות ברפלקס זה מנגנון פרימיטיבי ליצירת צעדים.

113 שיקופית 17: ראה שקף. בכיתה הוספנו כי במהלך תנועה מתבצעת אינהיביציה לרצפטורים העוריים. שיקופית 1918: תאי (RC) Renshow הם תאים אינהיביטוריים המקבלים קלט מה.MN תאים אלו מבצעים אינהיביציה לאותם ה MN ול MN הסינרגיסטיים. בנוסף הם מעכבים תאי גמא וכן תאים אינהיהביטוריים במסלול ה.Ia האינהיביצה היא לפרקים ארוכים של עד 50 אלפיות שניה. לא ברור מהי חשיבותם של תאים אלו. ייתכן כי הם משמשים להורדת ה gain של ה,MN ע"י סגירת משוב שלילי עליהם. ייתכן כי האינהיביציה לתאים האינהי' במסלול ה Ia משמשת להפחתת האינהיביציה לשרירים האנטגוניסטיים, ובכך מבצע מודולציה על רמת הרפלקס. ייתכן כי הוא משמש ליצירת דה קורלציה בין ה MN השונים, ובכך מונע יצרת טרמור הנובע מירי מסונכרן. שיקופית 2120: המודולציה על הרפלקסים יכולה להיעשות ברמה הסינפטית או ברמה המערכתית ע"י הפרשת ניורומודולטורים. מודולציה סינאפטית יכולה להיות ברמה הפרה סינאפטית, לדוגמא יצירה של סינפסה אקסואקסונית (של הסתעפות אקסונלית על אותו האקסון) והפרשת GABA גורמת לירידה באקסיטביליות ובהפרשת הטרנסמיטר. שיקופית 2422: שיקופית 25: שיקופית 26: תנועות ריטמיות נמצאות בין רמת הרפלקס לרמה הרצונית: הדפוס הבסיסי הוא אוטומטי, אך מצריך בקרה רצונית מתמדת. ניתן לחלק את ההליכה לשני חלקים מרכזיים: swing השלב שבו הרגל נמצאת באוויר, ו stance השלב שבו הרגל נמצאת על הקרקע. ב swing מופעלים בעיקר פלקסורים, וב stance אקסטנסורים (ניתן לראות זאת בדיאגרמה המתארת את רמת ה EMG של השרירים השונים). חתול שחוט השדרה שלו נותק מעל האזור האחראי על הפעלת הרגליים האחוריות עדיין מסוגל לייצר צעדים. כל רגל נעה ע"י CPG נפרד, אך מתואם שלרגל השנייה. כאשר מעלים את מהירות מכשיר ההליכה החתול עובר מהפעלה לסירוגין של כל רגל להפעלה מתואמת שלהם (ריצה).

114 שיקופית 27: שיקופית 28: רפלקס ה FRA מסוגל להוות גורם המייצר תנועה ריתמית, זאת על ידי הפעלה של פלקסורים ועיכוב של אקסטנסורים ברגל אחת, והפעלה הפוכה ברגל השנייה. אפליקציה של ריתמית בו. LDopa לחוט שדרה מבודד גורמת להיווצרות של פעילות למרות זאת לא סביר כי מולקולה זו נדרשת לצורך יצירת תנועה כי ידוע שבחיות מתנהגות, אין בו צורך. גירוי טוני ל MLR (אזור ב (midbrain גורם ליצירת תנועה. קושי: זהו לא מסלול ישיר מספיק CPG ברמת חוט השדרה). (עובר תחנות בדרך, וכבר ראינו שלתנועה עצמה בכל זאת ייתכן כי מסלול זה לא קובע את עצם דפוס התנועה, אך כן מאפיינים שונים שלה (מהירות, לדוגמא).

115 סיכום שיעורים בפיזיולוגיה א', 2006 המערכת המוטורית תבניות ריתמיות ומסלולים יורדים סיכום שיעור מהתאריך: 31/5/2006 נושא:.The Motor System ההרצאה הועברה ע"י יפעת פרוט. הסיכום מבוסס על ההרצאות ועל חומר משלים מקנדל (פרק 37 מעמוד 749). מסכמת: נועה דנון. המצגות הרלוונטיות: 1. Lecture3ReflexPathways_4web.ppt (חלק אחרון, שקופיות 2931) Lecture4Descending control1.ppt.2 Lecture4Descending control2.ppt.3 סיכום שיעור: מצגת Lecture3ReflexPathways_4web.ppt (תזכורת קצרצרה משיעור קודם כדי להיכנס לעניינים) תנועות היחס בין התערבות המערכת הספינלית לסופרהספינלית משתנה בתנועות שונות. ריתמיות הן בין רפלקס לתנועה רצונית. Locomotion היא תנועה אוטומטית רצונית. פעולה מוטורית סטריאוטיפית חוזרת מספר פעמים (למשל הליכה). תחילת התנועה נקבע רצונית אבל ה pattern נקבע אוטומטית. מקור התבניות הריתמיות הוא בחוט השדרה. התנועה עוברת מודולציה מקלט אפרנטי ומרמות גבוהות יותר. (ונעבור לשיעור הנוכחי) מודליזציה של התבניות הריתמיות נעשית ע"י: אפרנטים (afferent) קלט סנסורי. 1. דוגמא: על מסילה נעה החיה מעלה 1 מורידה את מהירות ההליכה בהתאם למהירות זה. בתפקוד בעיות מתחילות האפרנטים את חותכים כאשר המסילה. החשיבות: האפרנטים עוזרים במעבר מ swing ל.stance ללא אפרטנים ההליכה מתואמת. ופחות יותר איטית תפקידם בעיקר לווסת את ה swing אך לא את ה stance למרות שבהיתקלות במכשול יש חשיבות רבה לקלט מהעור. פקודות יורדות 2. אך לא משנות את התבנית. (קשור יותר related,goal מווסתות את התנועה לרצון). (Central Pattern Generator) CPG היא הרשת הספינלית שאחראית להפעלה ריתמית CPG בדרכים מבקר את ה (mesencephalic locomotion region ) MLR ה עקיפה: בקרה זוהי אך גלוטאמנרגיות MLR > MRF > via reticulospinal pathway > spinal cord בזמן תנועות ריתמיות יש פעילות (ירי) גם בצרבלום,,MC וגזע המוח כאשר חושבים הריתמית. התנועה בוויסות שונה תפקיד אזור שלכל

116 בבני אדם חשיבות המסלולים היורדים ל CPG גדולה יותר מאשר בחתולים כיוון שבהליכה (על 2) אולי דרוש יותר איזון סיכום המערכות השולטות בזמן הליכה: (קנדל עמוד 750) במסלולים היורדים מגזע המוח ו MC מתחילות locomotion ומכווניות את הצעדים לפי הצורך הנוכחי. הצרבלום מקבל מידע ממסלולים ספינוצרבלרים גם מרצפטורים פריפרים וגם מחוט השדרה ומכוון את התנועה דרך גרעיני גזע המוח. יש גם הכוונה לפי הראייה והמידע עובר דרך הקורטקס המוטורי. מידע נוסף מגיע מה MLR שבעצם מפעיל את תבנית ההליכה. <ארגון מודלרי של חוט השדרה יפעת דילגה על זה בשיעור ולא יהיה במבחן> מצגת Lecture4Descending control1.ppt מסלולים יורדים pathways) (Descending קנדל: פרק 33, מעמוד 663 ומקומות שונים בפרקי המבוא שעוסקים בסוגי תאים חוט השדרה ובקורטקס. המערכת המוטורית מסוגלת לבצע מטלות כל כך מגוונות בגלל שני מאפיינים של הארגון העיבוד וההעברה של הקלט הסנסורי והפקודה המוטורית אל הנוירונים הפונקציונלי שלה (1) והשרירים מועברת בצורה הירארכית כאשר כל רמה מעבדת את הקלט שנכנס לכדי פלט חדש מידע סנסורי שקשור לתנועה מעובד במערכות שונות שעובדות (2) בעזרת מעגלים פנימיים במקביל רפלקסים ותנועות ריתמיות הן רק חלק ממה שאנו מסוגלים חשיבות המסלולים היורדים לייצר. אך יש גם הכוונה אינטרינזית, רצונית לפעילות מוטורית. לכן קיימת מערכת בקרה מוטורית

117 רמות מערכת הבקרה המוטורית חוט שדרה גזע המוח קליפת המוח (פרה מוטורית מוטורית) המערכת היא הירארכית ומקבילית. הירארכית ברמה גבוהה יותר תהיה פקודה אבסטרקטית יותר. דבר זה מפשט את הבעיה כיוון שלמשל פקודה אבסטרקטית שמגיעה מקליפת המוח יורדת ונהיית מדויקת יותר כך קליפת המוח לא צריכה להחזיק מידע למשל על אורך השריר חוט השדרה יעשה את האינטגרציה. מקבילית מצד שני יש בקליפת המוח תאים ששולחים אקסונים ישירים ל Motor.neurons (מסלול ישיר). אלה הם קיצורי דרך שמאפשרים למערכת לעבוד באופן מקבילי הערה ה basal ganglia והצרבלום לא שולחים באופן ישיר מידע לחוט השדרה: ה BG שולח לקורטקס והצרבלום שולח דרך התלמוס לקורטקס וגם לגרעינים בגזע המוח. נתחיל מלמטה למעלה... חוט שדרה SC) (Spinal Cord, SC הוא הרמה הנמוכה ביותר בארגון ההירארכי. הוא מכיל מעגלים פנימיים לרפלקס ולתנועות ריתמיות. (מעגלים כאלה יש גם בגזע המוח לתנועות כאלה הקשורות לפנים) על אלה דיברנו בשיעורים קודמים. ב SC יש 4 סוגים של נוירונים 1. neurons propriospinal האקסונים שלהם מסתיימים בסגמנטים רחוקים 2. neurons projection שהאקסונים שלהם מגיעים לאזורי מוח גבוהים 3. neurons (MN) Motor האקסונים יוצאים ממערכת העצבים אל השרירים 4. neurons (IN) inter פנימיים, האקסונים נשארים באותו סגמנט או בסגמנט צמוד על שני האחרונים MN ו IN דיברנו בשיעור.אלה מקבלים גם מידע מלמעלה. רוב המידע (למעלה מ 90% מקליפת המוח המוטורית) מגיע ל,IN אך יש גם הפעלה ישירה של ה.MN ארגון MN ה MN מאורגנים בגרעינים מוטוריים (pool) שמתפרשים על 41 סגמנטים. הארגון המרחבי של הגרעינים המוטורים השונים הוא לפי "חוק פרוקסימלי דיסטלי" MT במיקום לטרלי אחראים על תנועות דיסטליות ובמיקום מדיאלי מעצבבים שרירים פרוקסימליים. יש גם ארגון של פלקסורים ואקסטנסורים פלקסורים הם דורסלים. אך האקסונים של הנוירונים דיסטלי, / ארגון IN אותו ארגון פרוקסימלי מושפעים מהמיקום שלהם. כי למה? אקסונים קצרים. ודיסטלי אקסונים ארוכים, מדיאלי (תזמון) המדיאלים הם פחות מדויקים ויותר קשורים לקורדינציה לאורך הגוף. הדיסטלי הוא יותר עדין כמו למשל בידוד תנועות סיבוב במפרק בודד.

118 ה דנדריטים ארוכים MN השוואה בין MN ל IN דוגמא יש הבדל בין MN ל IN באופן אינטגרציית המידע: ולכן יש אינטגרציה של מידע סנסורי שיורד מהרמה הסגמנטית, IN דנדריטים ארוכים בארגון דו מימדי (=בתוך הסגמנט) הוא לא עובר סגמנטים ולכן המידע יחסית ספציפי MN וה IN מאורגנים אורתוגונלית אחד לשני. מסלולים יורדים שמקורם בגזע המוח (BSP) Brainstem pathways קיימות 3 מערכות יורדות מגזע המוח לחומר האפור ה.SC פרטתי אותן בטבלה: המסלול מגיע ל... השפעה הערות posture proximal & axial חלקים ונטרלים Medial מדיאלים של ה 3 musculature מסלולים (מפורטים בהמשך) (IZ) inter zone goal directed limb חלקים דורסלים שרירים דיסטליים Lateral movement לטרלים של IZ משפיעה באופן דיפוזי Aminergic על MN ו.IN פחות מאורגן Medial BSP פיזיולוגית הם נחשבים העתיקים ביותר. יש 3 מסלולים מדיאליים וסטיבולוספינל (איפסילטרלי) מקורו בגרעינים הוסטיבולרים ומעביר מידע על balance ו.posture מעצבב שרירים פרוקסימליים רטיקולו ספינלי (איפסילטרלי) מקורו בגרעיני.(Reticular formation) RF זהו מסלול מורכב יותר, הוא גם אקסיטטורי וגם איניהטורי ומשפיע ישירות על MN ו.IN המסלול נמצא תחת בקרה קורטיקלית חזקה. גם הוא אחראי ל.posture חלק ניכר מהקלט במערכת המוטורית לא מגיע לחוט השדרה אלא במסלול הקורטיקורטיקולוספינלי (מהקורטקס גם מ M1 וגם מה.(PM החשיבות שהמידע מגיע גם מ PM היא שהמסלול כנראה מכין את ה IN לתנועה (מחקר של קלפרס) טקטוספינל מקורו ב.sup. Colliculus אחראי לקורדינצייה של תנועות העין והצוואר. מפעיל וגם Long PN אלה חשובים להפעלת הצוואר כדי לתאם עם תנועת העיניים. Lateral BSP מסלול לטרלי יחידי עליו דיברנו רוברוספינלי (קונטרה לטרלי). מקורו ב magnocellular (חלק מגרעיני הרובורו) ומסתיים על.IN מטפל בתנועות לטרליות. מעט גרעינים, חשיבות המסלול קטנה בבקרה של תנועות דיסטליות ויש נדידה אבולוציונית של פונקציה זו לקליפת המוח. השוואה בין המדיאלי והלטרלי מדיאלי עתיקים יותר פיזיולוגית. אחראיים על שיווי משקל ו posture דרך שרירים פרוקיסמליים ודיסטליים. תחום סיום רחב. לטרלי מגוון רחב של פעולות מוטוריות חשוב ל reaching ו object manipulation בעזרת שרירים דיסטליים. כנראה נדד לקליפת המוח

119 Aminergic BSPs מקורם של נירואדרנלין וסרוטונין בגזע המוח. בנוכחות החומרים הללו אקסטביליות התא התא יכולה לעלות או לרדת. NA מתחיל ב RF וב.Locus ceruleos יורד דרך החלק הונטרלי של ה.lateral column משפיע גם על רצפטורים שהם לא חלק ממבנה סינפטי וגם על MN ו.IN Serotonin מקורי בגרעיני.Raphe יורד דרך.ventral + lateral columns האקסוני מגיעים ל IZ ויכולים לשלוח אקסונים לאורך כל חוט השדרה. הקלט הסרטוניני הוא דיפוזי לאורך כל חוט השדרה, זה יכול לגרום לסנכרון באקסיטביליות של התאים סנכרון בפלט של התאים (זוהי רק השערה!) המערכת ה raphespinal מווסתת העברה סנסורית בקרן הדורסלית יש gating של הקלט הסנסורי כתלות במצב ההתנהגותי. Pyramidal tract (קורטיקוספינלי, מסלול ישיר) כדי שתהיה תנועה רצונית דרוש קשר ישיר ו/או עקיף לחוט השדרה. האזורים בקליפת המוח משפיעים גם במסלולים ישירים קורטיקוספינליים וגם דרך גזע המוח. המסלול הישיר הוא כ 10 6 אקסונים (מהווים 5%) העקיף פי 19 גדול יותר (חישוב מהיר 95%) אלה הקורטיקו רטיקולוספינל וקורטיקורוברוספינל שהוזכרו למעלה. בקופים למסלול הישיר יש השפעה מצומצמת אך הטענה היא שזוהי ההתפתחות המוטורית שלנו. מבנה המסלול מורפולוגית חשוב לדעת שהמידע לא מגיעה רק מקליפת המוח המוטורית. 60% מגיע מהאונה הפרונטלית, 40% מהאונה הפרייטלית (סנסורי). עוד מאפיין מעניין 75% הוא קונטרה לטרלי CST.dorsolateral column lateral 25% איפסילטרלי.ventral column ventral CST הערה: ישנה חשיבות למעבר האיפסלילטרלי מנסים בעזרתו לשקם חולים עם פגיעה בצד אחד של קלפית המוח, כיוון שעדיין יש קשר לצד הפגוע. Lateral עובר ב Pyramidal decussation ואז עובר צד. ייתכן שישלח גם ל.n red למסלול זה יש השפעה על תנועות דיסטליות. משתתף בפעילות מדיאלית שהיא Ventral corticospinal Ventral יחד עם המסלולים המדיאלים מגזע המוח. שירירים פרוקסימלים. Lateral corticospinal Medial brain stem pathways Ventral corticospinal Red nucleus Pyramidal decussation Lateral corticospinal (תמונה מהמצגת)

120 המקור של המסלול הוא תאים בשכבה 5 ששולחים אקסון. אלו תאי פלט ולא רק קורטקס קורטקס. ב M1 התאים גדולים cells) (Betz וב PM גוף התא קטן יותר. זוהי שיטה טובה להבדיל בין M1 ל.PM ארגון ה PT neurons ניסויים שונים חיפשו קשר בין הקורטקס המוטורי לשרירים. גירויים בשכבה 5 (שם התאים ששולחים אקסונים) הניבו את התוצאות הבאות: נמצא שאזורים רחבים בקורטקס יכולים להשפיע על.n Motor בודד ואותו אזור יכול להפעיל MN שונים (כלומר שרירים שונים). המסקנה: Muscle colonies (כלומר ב M1 יש נוירונים עם חפיפה חלקית שמשפיעים על אותו,(MN ארגון מפושט עם חפיפה חלקית. כמו כן, יש הבדל בין שרירים דיסטליים (צפוף יותר, ה muscle colony קטן יותר) פרוקסימליים (מופשט יותר) לאן האקסונים מגיעים בחוט השדרה? זה תלוי במיקום החיה בסולם האבולוציוני. באיפוסום מגיע רק לקרן הדורסלית ומשתתף ב gating של מידע סנסורי. ככל שעולים בסולם יש shift ונטרלי של המסלול הפרמידלי והוא מגיע ל.MN כלומר יש מעבר מ sensory gating לבקרה מוטורית ישירה. יש גם התפתחות של הסיבים הקורטיקו ספינלים במהלך הלידה. הם עוברים shaping כחלק מהניסיון המוטורי שלנו ואורך הדנדריטים אף יכול להתקצר. ציטוט מהמצגת שכיוון שלא הבנתי היטב אני מביאה במלואו synaptic Embryogenesis of CST: reduced overlap and clustering סיב קורטיקוספינלי בודד יכול להפעיל מספר גרעינים מוטוריים יותר משריר אחד ולעיתים יותר ממפרק חד. כמו כן אותו סיב יכול להפעיל גם MN וגם IN בקליפת המוח אין ייצוג של שריר בודד אלא של יחידת הפעלה מוטורית. אין עמודות שרירים בקליפת המוח המוטורית מצגת Lecture4Descending control2.ppt פונקציונליות המסלול ב MN הסיפים הם נמוכים במיוחד לתגובה מוטורית והתגובה מבודדת אך מסתבר שהבקרה של חוט השדרה היא מורכבת יותר והקורטקס המוטורי הוא לא רק.switchboard Spike trigger ) STA בדק מה הקשר בין קליפת המוח לשרירים. בשימוש בשיטת Fetz (averaging ממצעים פעילות EMG סביב פעילות תא בודד. כך ניתן ניתן למצוא למי קשור התא הקורטיקלימוטורי. בדרך כלל מוצאים שקיים muscle field גדול מ 1 כלומר הוא קשור לכמה שרירים (ולפעמים ליותר ממפרק אחד).

121 ארגון של אתרי ICSM ככה בחוט שדרה ה muscle field הוא קטן יותר יש גם מחקרים (מוזרים..) שמראים שבגירוי ממושך באזורים שונים מתקבלים סוגי תנועה שונים reaching),grasping, תנועה לכיוון הפה, תנועות התגוננות) וזאת להבדיל מגירוי שגורם לתנועה מאוד מבודדת. פתולוגיה של המסלול כשחותכים/ נפגע את ה CST יש חולשה חמורה בשרירים איבוד הדיוק באחיזה תנועות דיסטליות מבודדות נאבדות. נשמר balance ו posture אבל התנועות הן איטיות יותר הקשרים דרך גזע המוח מפצים חלקית על איבוד הקשר הישיר לסיכום המסלולים היורדים... MN עוברים סיגמנטים, IN ממוקדים יותר. ברמת חוט השדרה המידע מגיע ל IN ו.MN ובמעלה המוח... מגזע המוח יש 3 מסלולים BSP Aminergic BSPs,Lateral BSP,Medial ומהקורטקס המוטורי (לא רק מוטורי כזכור) יש את המסלול הפרמידלי לשניים). (שגם הוא מחולק

122 נספחים לסיכום החלק המוטורי של יפעת: CPG Central Pattern Generator MLR mesencephalic locomotion region BG basal ganglia MC motor cortex SC spinal cord MN motorneuron IN interneuron BSP brainstem pathways PT pyramidal tract CST corticospinal tract STA spike triggered averaging ICMS intra cortex micro stimulation א. ראשי תיבות ב. תקציר נושאים עיקריים מההרצאות של יפעת מסלולים: תפקידים איפסי / קונטרה לטראלי איפיון יוצא מ שם המסלול וסטיבולו ספינאלי רטיקולו ספינאלי טקטוספינאלי הג. הוסטיבולרי מדיאלי איפסי מידע על מנח ואיזון מנח; חלק ממסלול איפסי מדיאלי רטיקולר קורטיקורטיקולוס' פורמיישן תנועת ראשעין קונטרה מדיאלי טקטוםסופריור קוליקולוס רוברוספינאלי קונטרה לטרלי רדנוקלאוס (מאגנו) NA אמינרגי לוקוס סאורלוס ; סרולאוספינאלי סרוטונין אמינרגי גרעין הראפה ראפהספינאלי קונטרה( 75% ) לטרלי: קורטקס פירמידלי איפסי (25%) מדיאלי: החישה הפרופריאוספטיבית: איבר חישה עצבוב עצבוב סנסורי מוטורי מיקום יחסי לשריר Gamma מקבילי Dynamic Ia Dynamic Nuclear bag (1) Gamma מקבילי Static Ia; II Static Nuclear bag (2) Gamma Ia; II Nuclear chain מקבילי Static איבר הגיד ע "ש Ib טורי גולג'י רצפטורים בפרקים רצפטורים על IV,III העור תנועה מדוייקת; חשיבות יורדת בסולם פילוגנטי שליטה קורטיקלית ישירה

123 סיב איברי קלט All muscle spindles Ia Ib איבר הגיד ע"ש גולג 'י מגיב ל (העצב) אורך שריר וקצב שינוי מתח על ביניים השריר דיפוזי אורך שריר ; chain Nuclear Static Nuclear bag (2) II איזור מעורבות ברפלקס טרמינציה 3: דורסלי, מונוסינפטי:אקסי' אגוניסטי. ביניים דוסינפטי: אינהי' אנטגוניסטי ומוטורי דוסינפטי: אינהי' אגוניסטי. :1 דו/תלת סינפטי: אקסי' אנטגוניסטי. רתיעת השריר,FRA פוליסינפטי. איפסילטרלית: אקס' של הפלקסורים ואינה' של האקסטנסוריים רתיעה של הגוף. יכול גם לשמש פרימיטיבית להליכה. פוליסינפטיים רצפטורים על העור, III IV נוירונים פרופריוספינלים: מדיאליים אקסונים ארוכים, משפיעים על איזורים נרחבים של שרירים פרוקסימליים לטרליים אקסונים קצרים, משפיעים על איזורים פרוקסימליים מצומצמים, אך באופן מדוייק. o יחידות מוטוריות :EPSP) זרם זהה, Rin ולכן גם המתח, פרופורציוני הפוך לגודל) S FR FF סוג היחידה המוטורית קטן יחסית בינוני גדול גודל הנוירון איטית יחסית בינונית הכי גבוהה מהירות הולכה לא לא כן התעייפות ראשונה שנייה שלישית סדר גיוס שלישית שנייה ראשונה שחרור מפעילות אירובי אנאירובי+ אירובי אנאירובי (גליקוליזה ( מטבוליזם וצמצום יצירת צווארים סינפטיים, שינויים התפתחותיים לאחר לידה: o החפיפה (אלימינציה של אקסונים?) נוירונים מוטוריים בחוט השדרה: o ולטרליים נוירונים מדיאליים מעצבבים שרירים פרוקסימלים, דיסטליים. נוירונים דורסליים מעצבבים שרירים פלקסוריים וונטרליים אקסטנסוריים. מנגנונים ריתמיים בחוט השדרה (צעידה: ב swing מופעלים בעיקר פלקסורים, וב stance אקסטנסורים): רפלקס FRA מאפשר פעילות של צעידה. פרימיטיבי. o LDOPA בחוט השדרה, אך אין צורך באמינים ליצירת פעילות ריתמית o בחיה. (Mesencephalic Locomotion Region) רשת צרברלית: גירוי ב MLR o.sc MRF קצב הפעילות עולה עם הגירוי ב MLR, אך אינו קובע את כ"כ יש הפעלת קורטקס מוטורי וצרבלום בזמן פעילות אופי הפעילות. ריתמית מודולציה? קלטים אפרנטיים בזמן צעידה חשובים למודולציה של ההליכה, וכן למעבר o שלבים בתוכה. בהעדרם מתקיימת פעילות ריתמית, אך איטית. לקלטים מהעור חשיבות במקרה של מכשול.

124 סיכום שיעורים בפיזיולוגיה א', 2006 הקורטקס המוטורי תנועות רצוניות סיכום שיעור מהתאריך: 4/6/2006 נושא:.The Motor System: Motor cortex ההרצאה הועברה ע"י אילון ועדיה. הסיכום מבוסס על ההרצאות ועל חומר משלים מקנדל. מסכמת: נועה דנון. המצגת הרלוונטית: vaadialecture% pdf (מאז התעדכנה המצגת ויש את המצגת החדשה של 2006) סיכום שיעור: הערות (1) הרבה מהשיעור עבר בתיאור ניסויים שונים ובמן סוג של סקירה היסטורית על השתלשלות העניינים, וכך גם הסיכום. כיוון שאיילון אוהב את סגנון השאלות על ניסויים זה לפי דעתי הפורמט המועדף. (2) חלק מהנושאים לא מופיעים בקנדל, בעיקר הנושא של "וקטור אוכלוסיה" החישובי שזה בעצם כל החלק השני של השיעור. עמכם ועם קנדל הסליחה. (3) אמנם לרוב אין צורך לעבוד עם המצגת אבל כאשר יש הפנייה מפורשת כדאי להעיף מבט מהו האזור של הקורטקס האקסיטבלי? אופן הגדרת המונח "אזור" היא בעייתית. אפשר להגדיר אזור לפי: ציטוארכיטקטורה (Cytoarchitecture) וגם כאן יש חלוקה לשכבות ולתאים. מבצעים זאת בעזרת טכניקות צביעה שונות לפי התגובה לגירוי חשמלי לפי קישורים אנטומיים השלוחות מאותו אזור לפי פעילות עצבית! ובזה נתעניין היום... (1902) Sherrington טען שכשמסתכלים על הנתונים ה MC משתנה כל הזמן (עם הסתייגויות), והטענה היא שה MC מסנתז תנועה מורכבת מפרימיטיב (אלמנטים). * מיקרו סטימולציות ועוד דילגנו על כל השקופיות האלה בשיעור ונגיע לשקופית 17 למי שעוקב יש קורלציה בין תנועה לפעילות תאי עצב. מחקר ראשוני יחסית של Evarts היה הראשון (?) שהציג עדות ישירה לקשר בין התאים לתנועה כלומר שהתאים מקדימים את התנועה. הוא אימן קוף לבצע flexionextension ורשם.EMG זו התמונה שהתקבלה: וההסבר: בכל מערכת צירים מוצגים 3 סיגנלים מלמעלה תאי עצב ב,EMG,MC רואים סידור הירארכי בזמן. המסקנה: תאים ב MC הם המקור להפעלה של השרירים. תנועה.

125 כאן עצרנו ודיברנו על Spike Triggered Averaging שזה בעצם מיצוע פעילות EMG כפונקציה של התא. אפרט על זה בהרחבה כי איילון שואל על זה לפעמים במבחן (וגם כי זה מאוד חשוב, קנדל 767). STA יכול לבדוק השפעה של נוירון יחיד על יחידה מוטורית. לפי שיטה זו רושמים מתא קורטיקלי ו ורושמים גם.EMG ממצעים את פעילות השריר כדי להגדיל את יחס הסיגנל לרעש ואז אפשר לראות האם מתקבל שיא מרכזי ברור ולמצוא האם יש קשר בין אותו נוירון ליחידה המוטורית. בדרך כלל מוצאים שיש delay (במקרה המתואר בקנדל האיחור הוא ב 6 מילישניה זמן קצר מספיק כדי לטעון לקשר סינפטי בין הנוירון ל MN הרלוונטי). זהו בעצם תהליך שדומה מאוד ל cross correlation אך בגלל שיש המון רעש יש למצע קודם את הנתונים. אז חיפשו קשר בין תאים לשריר ומצאו שכמחצית מהתאים קשורים ליותר משריר אחד. אבל השאלה החשובה היא את מה התאים מקדדים? פרמטרים קינמאטיים (למשל כיוון תנועה) או דינאמיים? אפשרויות נוספות הן הכנה לתנועה או קידוד לפי אוכלוסיה (?). הניסוי הבא של Evarts טוען לקידוד של כוח ולא של כיוון: מבחן התנהגותי של תנועות flexion extension של שורש כף היד, אך הפעם יש משקל על הידית שאותה מחזיק הקוף. המשקל מושך את היד לכיוון מסוים. Extensor load מנוגד ל extension ו Flexion load מנוגד ל.flexion התקבלו התוצאות הבאות (בקנדל 766 יש תמונה יותר איכותית) הקו העליון מייצג את הקינמאטיקה של התנועה מהארכה לכיווץ. בכל משבצת בסיגנל הראשון מתאר שריר כיווץ השני שריר הארכה, והשלישי.PTN במשבצת הראשונה רואים את הסיגנל שמתקבל ללא משקולת. בזמן הארכה השריר המאריך עובד, לפני התנועה ה PTN מתחיל לפעול וממשיך לפעול (אך פחות) הזמן התנועה ובזמן הפעלת השריר האגוניסטי. במשבצת השנייה הוסיפו.flexor load התגובה בשרירים צפויה. רואים שכעת ה PTN מגביר את קצב הירי שלו בזמן ביצוע התנועה וההחזקה במצב כיווץ. במשבצת השלישית יש extensor load ואין תגובה של ה.PTN התנועה בעצם קוראת כי יש רגיעה של השריר האנטגוניסט. וכאן הפאנץ' ליין אם הנוירון היה מקודד כיוון, הוא היה יורה גם במקרה האחרון כי התבצעה אכן תנועה בכיוון מסוים כמו במקרים הקודמים. אך הוא לא יורה, והמסקנה של Evarts היא שהוא מקודד כוח. במקרה השלישי לא נדרש כוח ולכן הנוירון לא פעיל. הוא מעוניין רק בשריר הפלקסורי וכשזה ברילקסציה הנוירון לא יורה. אך לכל מטבע יש שני צדדים ב 1990 ערך Crutcher ניסוי והוכיח שלא כל התאים מתנהגים כמו התא של.Evarts התא הימני אכן תואם את התוצאות הקודמות אך השמאלי מתאים לכיוון התנועה. הוא יורה רק ב.flexion ממחקרים מאוחרים יותר מצאו שרוב התאים האלה נמצאים באזורים פרה מוטוריים. כאן אפשר לחשוב על מימוש מוצלח של ה.inverse model Kakei טען שהתאים מקודדים מידע כמותי. בניסוי אותו ערך הוא מדד 8 כיוונים של פרק כף היד ורשם,EMG ב MC והשתמש ב 3

126 מנחים שונים של היד כדי לבדוק למה התאים יותר.tuned הוא מצא תאים שהם muscle like כמו Evarts (יותר ב,(MC תאים מושפעים מכיוון (יותר ב (PM ותאים מעורבים שהכיוון המועדף שלהם לא משתנה אך תדר הירי כן. התוצאה יש הכול מהכול. כלומר כנראה ה MC מתעסק מתרגום ההוראה ועד הביצוע בשרירים, אך פריאטלית כנראה נמצא תאים שיותר מכוונים לכיוון. (תוצאות בשקופית 22) <דילוג לשקופית 26> זיהוי כיוון תוך הסתכלות על פעילות עצבית tuning הראה שירי של תא מאפשר למתבונן לדעת לאן היד תזוז כיוון שיש Georgopulos 1982 לכיוון. (שקופית 27 ותמונה איכותית יותר בקנדל עמוד 769). השיטה: משרטטים גרף של קצב הירי כפונקציה של הכיוון (זווית). מבצעים התאמה של העקומה לפונקציה cos ובודקים מה רוחב עקומת ההענות והאם היא סימטרית לכיוון המועדף. תא יחיד אינו מקודד כיוון בצורה מספיק טובה אבל אם הכיוון של יחידה הוא עקבי יש לתאים שונים כיוון שונה cos כפונקצית הירי קצב את לתאר שאפשר מניחים ( כאשר הדיוק נקבע לפי b ו k. ) הפרמטרים (b ו k) במשוואה הנ"ל רנדומאליים ביחס לכיוון (כאשר W קיים וקטור אוכלוסיה שמקיים פרופורציוני לקצב הירי) ובעזרתו אפשר לזהות את כיוון התנועה. כלומר אם קצה הירי דומה ל cos אז אפשר לתאר את P, וקטור האוכלוסייה והוא ייצג במדויק את כיוון התנועה.חשוב לבדוק שההנחות נכונות ו Georgopulos אכן הראה זאת (שקופית 3231). הוא בדק את המשוואה על מאות תאים והראה שאפשר לקבל וקטור אוכלוסיה בדיוק טוב. (הוא לא ביצע בקרה על התאים אלא השתמש בתאים מכל הסוגים) איך נבנה וקטור אוכלוסיה? באיזה קצב? מתי ה MC יודע מהו כיוון התנועה? (שקופית 34) כאשר W אמנם תלוי משתמשים בנוסחה בזמן אך יש הנחה שהכיוון המועדף של התא נשאר קבוע. היום יודעים שזה לא בהכרח נכון. <ראינו הדגמה של ניסוי בכיתה על סמן שעוקב בתנועה על "שבלול" ( עבור כל תא מחשבים את הכיוון במשך עשרות ניסיונות שונים)> העתיד Prosthesis Neural רישום מאוכלוסיה. (שקופית (36 אך המדע מתקדם וה cos אינה הפונקציה המתאימה ביותר לחלק מהתאים, מה גם שכשרושמים מעשרות תאים בלבד זה לא מספיק לקיום התנאים לווקטור אוכלוסיה. לכן הוצע מודל חדש כדי לחזות את המיקום (y) בזמן : t כאשר w היא המשקולת עבור התא, X היא פעילות התא (זו בעצם מטריצה עבור זמנים שונים), ε הוא קטן, i הוא אינדקס של תא, u מסמן זמן. זו היא רגרסיה ליניארית wx) (y(t) =

127 המודל "מלמד" את המשקולת w כדי לעשות מינימיזציה ל ε. מודל זה מוגבל גם הוא. מודל נוסף רגרסיה לא ליניארית: Support vector משתמשים במשקולות וטרנספורמציה Φ שמפעילים על הפעילות העצבית המטרה היא למקסם את האינפורמציה תוך חיפוש. הנה קישור להסבר מקיף יותר אם מישהו הטרנספורמציה. וכך זה נראה: רוצה: כאשר A היא מודל אחר הוא Kalman filter טרנספורמציה של התנועה ב 1t ו A נלמד עם הזמן. החלק השני של הביטוי מוסיף אובצרבציה.(observation) K t קובע כמה חזק הפעילות העצבית משפיעה,.Kalman gain = K זו על ידי שקלול הערכה קודמת 1t AY שזהו הניבוי ללא האובזרבציות. לסיכום פעילות עצבית מיפוי רקורסיבי פרודוקציה של התנועה Delay או מהמצגת: בשקופית 40 שינו את המודל של קלמן למודל DDT שכולל כעת את ההנחה שהתנועה חלקה.

128 סיכום שיעורים בפיזיולוגיה א', 2006 Basal ganglia & Cerebellum סיכום שיעורים מהתאריכים: 11,14,18/6/2006 נושא:.Basal ganglia and cerebellum להלן בסל גנגליא וצרבלום בהתאמה. ההרצאות על ה basal ganglia הועברו ע"י חגי ברגמן. ההרצאה על הצרבלום על ידי גלעד יעקובסון. ע"פי הנחיות חגי ברגמן הסיכום על ה basal ganglia מבוסס על essentials of.neuroscience הסיכום על הצרבלום מבוסס על המצגת שהועברה בכתה. הסיכום על הצרבלום מסודר על פי השקפים בהרצאות, ונועד להיקרא במקביל אליהן. מפורטים השקפים בהם נאמרו דברים בכיתה מעבר למה שרשום בשקף, או שקפים עליהם יש הרחבות על סמך.Kandell מסכם: שאול דרוקמן. המצגות הרלוונטיות: Basal ganglia Kandel Essentials.ppt.7 PhysA2006.ppt.8 סיכום שיעורים:, (בפועל סיכום מ Essentials ) מצגת: Basal ganglia Kandel Essentials.ppt (סריקה של העמודים ב neurosciene,essentials of עמודים ) לבסל גנגליא אין חיבור פלט ישיר לחוט השדרה ולכן הם ממלאים תפקיד עקיף בשליטה בתנועה. הקלט העיקרי מגיע מאזורים שונים בקורטקס. הפלט מופנה לחלקים הפרהפרונטלים, פרהמוטוריים ומוטוריים של הקורטקס. מחלות של הבסל גנגליא מאופיינות בפגיעה בתפקוד מוטורי. הבסל גנגליא מורכבים מחמישה גרעינים תתקורטיקליים (ראה איור 1) הבסל גנגליא מורכבים מחמישה גרעינים תתקורטיקליים אשר מחוברים בינהם באופן ענף: Caudate nucleus, putamen, globus pallidus, subthalamic nucleus,substantia nigra. ה nucleus Caudate (להלן הגרעין הקאודיטי) והפוטאמן מורכבים מסוגי תאים זהים והם מחוברים בחלק האנטריורלי. שני הגרעינים הללו הם מרכיבי הקלט של הבסל גנגליא ונקראים יחד ה neostriatum.striatum or ה pallidus globus (להלן גלובוס פלידוס) מורכב מחלק פנימי וחיצוני. ה nucleus subthalamic (להלן הגרעין התתתלאמי) נמצא מתחת לתלאמוס בחיבורו עם המוח התיכון.(midbrain)

129 ה nigra substantia (להלן סובסטנציה ניגרא (לא ראיתי צורך לתרגם מילולית)) יושבת במוח התיכון ומורכבת משני אזורים: ה pars reticulata וה.pars compacta ב compacta pars נמצאים תאים דופאמינרגיים אשר בגופם נמצא נוירומלאנין. בשל צבעו השחור של פולימר זה נקרא האזור סובסטאנציה ניגרא (חומר שחור בלאטינית). מאחר והחלק הפנימי של הגלובוס פלידוס והסובסטנציה ניגרא דומים זה לזה ניתן לראות בהם יחידה אחת אשר חולקה באופן שרירותי על ידי הקאפסולה הפנימית כמו הגרעין הקאודיטי והפוטאמן. הגלובוס פלידוס והאזור הרטיקולתי של הסובסטנציה ניגרא מהווים את אזור הפלט העיקרי של הבסל גנגליא. הבסל גנגליא מקבלים קלט מהקורטקס ומשדרים חזרה לקורטקס דרך התלאמוס (ראה איור 2) קלט כמעט כל החיבורים האפרנטים אל הבסל גנגליא מסתיימים בסטריאטום. הסטריאטום מקבל קלט משני מקורות עיקריים מחוץ לבסל גנגליא: הקורטקס והגרעינים האינטראלאמינרים של התלאמוס. כל חלק של הקורטקס משדר לגרעין אחר בסטריאטום ולכל גרעין תפקיד התנהגותי מסויים. החיבורים בין הגרעינים בבסל גנגליא הם נרחבים אך מסודרים. תאים בחלקים אחרים של הגרעין הקאודיטי ושל הפוטאמן משדרים לחלקים מסויימים של הגלובוס פאלידוס ושל הסובסטנציה ניגרא. כך, מאחר והמסלולים מאורגנים באופן טופוגרפי, חלקים ספציפיים מהקורטקס משפיעים על חלקים ספציפיים מהגלובוס פאלידוס והסובסטנציה ניגרא. הגרעין התתתלאמי מקבל את הפלט של החלק החיצוני של הגלובוס פלידוס. הוא בעל שידורים (projections) מאורגנים טופוגרפית לשני החלקים של הגלובוס פלידוס

130 ולחלק הרטיקולטי של הסובסטנציה ניגרא. הוא גם מקבל קלטים מאורגנים טופוגרפית מהאיזורים המוטוריים העיקריים ומהאזורים הפרהמוטורים של הקורטקס וכך מאפשר לקורטקס להשפיע בדרך נוספת על הפלט של הבסל גנגליא. לבסוף, הניאוסטריאטום מקבל קלט דופאמינרגי חשוב מהאזור הקומפקטי של הסובסטנציה ניגרא. ביטול של קלט זה מביא למחלת פרקינגסון. נוירוטרנסמיטורים אחרים הם בעלי תפקיד חשוב נוסף באפנון של עיבוד המידע בגרעינים השונים של הבסל גנגליא. פלט מסלולי הפלט העיקריים של הבסל גנגליא מקורם בחלק הפנימי של הגלובוס פלידוס ובאזור הרטיקולתי של הסובסטנציה ניגרא. המסלולים האלה מסתיימים במספר גרעינים בתלאמוס, אשר משדרים למספר אזורים בקורטקס: הפרהפרונטלי, הפרהמוטורי, המוטורי הסופלמנטרי והקורטקס המוטורי העיקרי. דרך מסלולים אלה לבסל גנגליא יש את היכולת להשפיע על מערכות יורדות כמו הקורטיקוספינאלית. בנוסף הבסל גנגליא יכול להשפיע גם על תנועות עיניים דרך שדר נוסף ל colliculus.superior

131 אובדן של התאים הדופאמינרגיים מוביל למחלת פרקינגסון לחולי מחלת פרקינגסון יש קושי ליזום תנועות. התנועות מואטות והחולים לעיתים חסרי יכולות ליצר תנועות ספונטאניות. בגלל טונוס מוגבר, השרירים נהיים קשיחים והחולים מציגים רעד מנוחה אופייני, באופן הבולט ביותר באצבעות ובידיים. ללא טיפול התסמינים נהיים קשים יותר עד אובדן היכולת לתנועת רצוניות. ב 1950 הייתה פריצת דרך בהבנת המחלה כאשר חוקרים גילו שבמוחם של חולים פרקינגסוניים יש מחסור קשה מאוד בנוירוטרנסמיטור דופאמין. המחסור הזה נגרם עקב דגנצריה של התאים הדופאמינרגיים הנמצאים בסובסטנציה ניגרא. תאים אלו משדרים לסטריאטום אשר קריטי לשליטה בעיבוד מידע בבסל גנגליא. במהרה הובן

132 שהגברה של כמות הדופאמין עשויה להועיל לחולים. מאחר ודופאמין אינו יכול לחצות את מחסום הדםמוח ניתן לחולים אלו Ldopa שהינו precursor מיידי של דופאמין. טיפול זה אכן הקל מאוד על החולים. הטיפול ב לדופא מגביר את הסינטזה של דופאמין באותם תאים דופאמינרגים אשר עדין לא נפגעו. זאת בתורו מוביל לעליה בכמות הדופאמין הזמין לתאים בסטריאטום. מעבר לערך הטיפולי של ממצא זה, הוא גם הדגים שמחלות מוחיות יכולות לפגוע באופן ממוקד בסוג מסויים של נוירון. כמו כן הטיפול גם הדגים שניתן להשתמש בנוירוטראנסמיטור כטיפול קליני. החלק המוטורי גבוהים של תנועה של הבסל גנגליא מאורגן בצורה סומאטוטופית ומעורב בפנים סברה מקובלת היא שהחיבור הדוכיווני הנרחב בין הבסל גנגליא לבין הקורטקס מכיל מספר מעגלים אשר אחראים על בקרת תנועות גפיים, עיניים והתנהגויות מורכבות יותר מבחינה קוגניטיבית. המעגל אשר מובן הצורה הטובה ביותר הוא המעגל הקורטיקוסטריאטלי (ראה איור 3) אשר נובע מהאזורים של הקורטקס אשר להם קרבה רבה לשליטה על תנועה (אזור מוטורי סופלמנטרי, אזור פרה מוטורי, קורטקס מוטורי, קורטקס סומאטוסנסורי וה superior parietal.(lobe המסלול הזה מספק קלט צפוף ומסודר בצורה טופוגרפית אל החלק המוטורי של הפוטאמן. הפלט של המעגל הזה אשר מכונה המעגל המוטורי של הבסל גנגליא מופנה בעיקר חזרה לאזור המוטורי הסופלמנטרי ולאזור הפרה מוטורי של הקורטקס. האזורים האלו מחוברים בקשר הדדי זה לזה וגם לקורטקס המוטורי ולכל שלושת האזורים שדרים יורדים אל המרכזים המוטוריים של גזע המוח ואל חוט השדרה. בעזרת שלושת מסלולים יורדים אלו הבסל גנגליא יכולים להשפיע על תנוחה ותזוזת גפיים. הפעילות של תאים מסוימים בבסל גנגליא דומה לזאת של תאים בחלקים המוטוריים של הקורטקס. תאים אלו מגיבים לתנועות בדידות, פאסיביות ואקטיביות של חלקים בודדים בגוף, לרוב תנועה של מפרק בודד, לרוב בכיוון מסויים. למרות זאת הפעילות של תאים בפוטאמן שונה מזאת של התאים בקורקטס המוטורי במספר אופנים מעניינים: ראשית במטלות מסויימות התאים בבסל גנגליא יורים מאוחר יותר מאשר התאים המוטורים. שנית, הנוירונים בפוטאמן לרוב יותר רגישים לכיוון תנועה של גפה מאשר לשרירים הספציפיים המופעלים. פרשנות לכך היא שהתאים בבסל גנגליא אינם מעורבים ישירות בשלב הביצוע לפועל של התנועות ואינם מכתיבים ישירות את הכוחות אשר נחוצים להפעלת התנועות. מה אם כך התפקיד של הבסל גנגליא בשליטה מוטורית? אפשרות אחת היא שהבסל גנגליא מעורבים בעיבוד המידע אשר נחוץ לתכנון ו trigerring של תנועות יזומות. כמו כן העלו סברה שהבסל גנגליא מבצעים פצילטציה או

133 איור 3 דפרסיה של תנועות מסויימות. מעין מקבילה ל"אינהיביציה היקפית" במערכות הסנסוריות. מבט כללי הקורטקס המוטורי העיקרי הוא נקודת הצומת לעיצוב ההשפעה של המערכות הסנסוריות על פעילות מוטורית. הוא חיוני לארגון תנועות בהן לקלט סומאטו סנסורי יש תפקיד שולט, כמו מניפולציה של חפצים. הבסל גנגליא והצרבלום הם שני הרכיבים העיקריים של המעגלים התתקורטיקאלים של המערכת המוטורית. שניהם מקבלים שדרים רבים מהקורטקס ושניהם משדרים חזרה לקורטקס דרך התלאמוס. עם זאת, ישנם שלושה הבדלים עיקריים בין החיבורים הקורטיקאליים של הבסל גנגליא ושל הצרבלום: ראשית, הבסל גנגליא מקבלים קלטים מכל הקורטקס, לעומת זאת הצרבלום מקבל קלטים מהחלק הספציפי של הקורטקס אשר קשור ישירות לפעולות סומאטו מוטוריות (אך ראה הרצאה של גלעד). כמו כן הצרבלום גם מקבל קלט ספציפי מהפריפריה.

134 שנית, הפלט של הצרבלום מופנה חזרה לחלק הפרהמוטורי ולקורטקס המוטורי. לעומת זאת הפלט של הבסל גנגליא מופנה גם לשני אזורים אלו וגם לחלק הפרה פרונטאלי האסוציאטיבי. שלישית, הצרבלום מקבל מידע סנסורי ישירות מחוט השדרה. הוא בעל חיבורים נכנסים ויוצאים רבים לחלקים בגזע המח אשר מחוברים ישירות לחוט השדרה. לעומת זאת, לבסל גנגליא חיבורים מועטים לגזע המח ואף חיבור ישיר לחוט השדרה. הבדלים אלו מעלים את הסברה שהצרבלום מעורב ברגולציה ישירה של ביצוע תנועה ואילו הבסל גנגליא מעורבים בפנים קוגניטביים, גבוהים יותר, של שליטה מוטורית. כמו כן, בגלל הקישורים הענפים עם הקורטקס האסוציאטיבי יתכן והבסל גנגליא מעורבים בעוד דברים מלבד תכנון מוטורי.

135 נספח: מודל הקופסאות של הגרעינים הבזאליים Basal Ganglia Model SNc substantia nigra pars compacta (includes the dopaminergic neurons). SNr substantia nigra pars reticulate (very similar structure to the Globus Pallidus Internal) Pallidus E Globus Pallidus External. Striatum includes both Putamen and Caudate Nucleus. שימו לב להתנעת המסלולים על ידי ה SNc. במחלת פרקינסון התאים שם נהרסים, עלפי המודל ניתן להסביר את ההשלכות. המסלול הישיר מסלול מעורר. הפעלה של ה striatum באמצעות שחרור דופמין המשפיע על הרצפטורים מסוג DA1 (אלו רצפטורים בעלי השפעה מעוררת, אקסיטטורים). הפעלה של הסטריאטום דיכוי SNr וGPi דיכוי התלמוס המעורר את הקורטקס במילים אחרות: עירור דיכוי על דיכוי של התלמוס. המשמעות: הפעלה של הקורטקס. הרס התאים הדופמינרגים ב SNr יפגע בהפעלת המסלול ולמעשה יהיה פחות עירור לקורטקס. המסלול הבלתי ישיר (indirect) מסלול מדכא. דיכוי פעילות ב striatum באמצעות שחרור דופמין המשפיע על רצפטורים מסוג DA2 (אלו רצפטורים בעלי השפעה מדכאת, אינהיביטורים). דיכוי הסטריאטום פחות דיכוי על ה GPe ה GPe מדכא יותר את ה nucleus subthalamic ה nucleus subthalamic מעורר פחות את ה SNr וGPi המדכאים פחות את התלמוס המעורר את הקורטקס. במילים אחרות: דיכוי הדיכוי של הדיכוי של העירור של הדיכוי של העירור. המשמעות: הפעלה של הקורטקס.

136 הרס התאים הדופמינרגים ב SNr יפגע בהפעלת המסלול ולמעשה יהיה פחות עירור לקורטקס. פגיעה בפעילות ה SNr תגרום לירידה בעירור הקורטקס.