ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΔΙΠΛΩΜΑ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ

ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑΣ ΑΝΘΡΩΠΟΥ & ΖΩΩΝ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΔΙΠΛΩΜΑ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ: ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Μελέτη της νευροπροστατευτικής δράσης του εκχυλίσματος του φυτού Sideritis clandestina subsp. clandestinα. ΒΑΣΙΛΟΠΟΥΛΟΥ ΑΙΚΑΤΕΡΙΝΗ Α.Μ. 408 ΠΑΤΡΑ 2010

2

Τριμελής Εξεταστική Επιτροπή Μαργαρίτη Μαριγούλα, Επίκουρη Καθηγήτρια του Τμήματος Βιολογίας Πανεπιστημίου Πατρών (Επιβλέπουσα) Ιατρού Γρηγόριος, Καθηγητής του Τμήματος Βιολογίας Πανεπιστημίου Πατρών Λάμαρη Φωτεινή, Επίκουρη Καθηγήτρια του Τμήματος Φαρμακευτικής Πανεπιστημίου Πατρών 3

4

Αφιερωμένο στην αγαπημένη μου μητέρα και τα αδέρφια μου «Αυτός ο κόσμος ο μικρός, ο μέγας.» Οδ. Ελύτης 5

6

Ευχαριστίες Η ερευνητική αυτή εργασία πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια του Μεταπτυχιακού Προγράμματος Σπουδών του Τμήματος Βιολογίας του Πανεπιστημίου Πατρών. Εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Φυσιολογίας Ανθρώπου και Ζώων υπό την επίβλεψη της Επίκουρης καθηγήτριας κ. Μαργαρίτη Μαριγούλας. Τα μέλη της τριμελούς επιτροπής, εκτός από την ανωτέρω επιβλέπουσα, ήταν και ο Καθηγητής του Τμήματος Βιολογίας κ. Ιατρού Γρηγόριος και η Επίκουρος Καθηγήτρια του Τμήματος Φαρμακευτικής κ. Λάμαρη Φωτεινή. Για την πραγματοποίηση και ολοκλήρωση αυτής της ερευνητικής εργασίας συνέβαλαν αρκετοί άνθρωποι τους οποίους θα ήθελα να ευχαριστήσω έστω και μέσα από τις λίγες αυτές γραμμές. Θα ήθελα να εκφράσω τις ειλικρινείς μου ευχαριστίες στην καθηγήτριά μου κ. Μαργαρίτη Μαριγούλα, όχι μόνο γιατί μου έδωσε την ευκαιρία να ασχοληθώ με ένα θέμα του τομέα τω Νευροεπιστημών αλλά και γιατί αυτό το θέμα στην πορεία αυτής της ερευνητικής εργασίας αποδείχθηκε ιδιαίτερα ενδιαφέρον. Την ευχαριστώ επίσης γιατί ήταν δίπλα μου καθ όλη τη διάρκεια των πειραμάτων και αναλύσεων οποτεδήποτε και οπουδήποτε την χρειάστηκα αλλά και ατά τη συγγραφή αυτής της διπλωματικής εργασίας.. Θα ήθελα επίσης να την ευχαριστήσω για τις πολύτιμες συμβουλές και την καθοδήγησή της στα πολύπλοκα ζητήματα της βιολογίας του εγκεφάλου. Η ουσιαστική και συνεχής υποστήριξη, οι υποδείξεις, η εμπιστοσύνη και η εκτίμηση της αποτέλεσαν σημαντικό επιστημονικό υπόβαθρο στην προετοιμασία και την περάτωση αυτής της εργασίας. Τέλος, την ευχαριστώ διότι μέσα από τις ατέρμονες συζητήσεις που είχαμε μου μετέδωσε το πάθος της για το μεγαλείο της μελέτης του εγκεφάλου. Επιπλέον, να ευχαριστήσω την κ. Λάμαρη Φωτεινή, Λέκτορα του Τμήματος Φαρμακευτικής, για το ενδιαφέρον της καθ όλη τη διάρκεια εκπόνησης αυτής της έρευνας αλλά και για τις σημαντικές υποδείξεις της Θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω κ. Ιατρού Γρηγόριο, Καθηγητή του τμήματος Βιολογίας, για τις συνεχείς συμβουλές και παρατηρήσεις του όχι μόνο για την ολοκλήρωση αυτής της διπλωματικής αλλά και καθ όλη τη διάρκεια των προπτυχιακών μου σπουδών. Να ευχαριστήσω επίσης το προσωπικό και τους συναδέλφους Μεταπτυχιακούς φοιτητές των εργαστηρίων Μοριακής Βιολογίας & Βιολογίας Κυττάρου και Φυσιολογίας Φυτών του Τμήματος Βιολογίας και του εργαστηρίου Ενόργανης Φαρμακευτικής Ανάλυσης του Τμήματος Φαρμακευτικής για την παροχή εργαστηριακού εξοπλισμού όποτε τον χρειάστηκα. Ιδιαίτερες ευχαριστίες θα ήθελα να εκφράσω στις πολύτιμες συνεργάτιδες Παπανδρέου Μάγδα, και Λιναρδάκη Ζαχαρούλα για τη σημαντική τους βοήθεια κατά τη διάρκεια των πειραμάτων και όχι μόνο. Επιπλέον θα ήθελα να ευχαριστήσω όλους τους καθηγητές, συναδέλφους και φίλους του Εργαστηρίου Φυσιολογίας Ανθρώπου και Ζώων για την αρμονική συνεργασία καθ όλη τη διάρκεια της πειραματικής μου μελέτης. Τέλος, το μεγαλύτερο ευχαριστώ το χαρίζω στην αγαπημένη μου μητέρα και τα αδέλφια μου για την ηθική υποστήριξη όχι μόνο κατά τη διάρκεια της περάτωσης αυτής της εργασίας αλλά και καθ όλη τη διάρκεια των σπουδών μου. 7

8

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Το τσάι του βουνού (στο οποίο ανήκουν πολλά είδη του γένους Sideritis) καταναλώνεται παραδοσιακά στην Ελλάδα ως ηρεμιστικό αλλά και ενάντια του κρυολογήματος και αλλεργιών. Η παρούσα μελέτη διερευνά την πιθανή νευροπροστατευτική δράση του ανωτέρω φυτού και εστιάζεται: α) στην επίδραση του αφεψήματος του φυτού Sideritis clandestina subsp. clandestina σε συμπεριφερικές παραμέτρους ενηλίκων μυών (άγχος/φόβος, μνήμη/μάθηση), β) στην επίδραση του αφεψήματος του ανωτέρω φυτού σε βιοχημικές παραμέτρους και πιο συγκεκριμένα στη συγκέντρωση της ανηγμένης γλουταθειόνης, στην υπεροξείδωση λιπιδίων και στην ενεργότητα δυο ισομορφών του ενζύμου της ακετυλοχολινεστεράσης (AChE) και γ) στην in vitro πιθανή αντιχολινεστερασική και αντιαμυλοειδική δράση του υδατικού εκχυλίσματος του φυτού. Το φυτικό αφέψημα σε συγκέντρωση 4% w/v χορηγoόταν καθημερινά σε αρσενικούς Balb-c μύες για περίοδο 40 ημερών. Για την εκτίμηση του άγχους/φόβου χρησιμοποιήθηκε α) η δοκιμασία του Υπερυψωμένου Λαβυρίνθου (χρόνος παραμονής των μυών στους ανοιχτούς βραχίονες ως προς το συνολικό χρόνο παραμονής στους ανοιχτούς και κλειστούς βραχίονες της συσκευής) και β) η δοκιμασία του Θιγμοτακτισμού (τάση παραμονής των μυών πλησίον των τοιχωμάτων του ειδικού κλωβού). Η μνήμη-μάθηση μελετήθηκε με τη δοκιμασία της Παθητικής Αποφυγής η οποία βασίζεται στην παρατήρηση ότι τα πειραματόζωα θα θυμούνται ότι μια συγκεκριμένη αντίδρασή τους θα έχει αρνητικές συνέπειες (εφαρμογή επώδυνου ηλεκτρικού ερεθίσματος στα άκρα). Οι οξειδωτικές/αντιοξειδωτικές ιδιότητες του φυτικού αφεψήματος προσδιορίστηκαν με εκτίμηση α) της συγκέντρωσης του αντιοξειδωτικού δείκτη της ανηγμένης γλουταθειόνης, η οποία στηρίζεται στο σχηματισμό ενός φθορίζοντος συμπλόκου μετά την αντίδραση της ο-φθαλαλδεϋδης με τη γλουταθειόνη και υστιδύλ-ενώσεις και β) τα επίπεδα λιπιδικής υπεροξείδωσης μέσω προσδιορισμού των επιπέδων του οξειδωτικού δείκτη της μηλονικής διαλδεΰδης που στηρίζεται στο σχηματισμό του φθορίζοντος συμπλόκου που δημιουργείται όταν η μηλονική αλδεΰδη αντιδρά με το θειοβαρβιτουρικό οξύ. Η ενεργότητα του ενζύμου της ακετυλοχολινεστεράσης (AChE) τόσο ex vivo όσο και in vitro προσδιορίστηκε με τη χρήση της χρωματομετρικής μεθόδου του Ellman, όπου ως υπόστρωμα του ενζύμου χρησιμοποιήθηκε η ιωδιούχος ακετυλοθειοχολίνη. Κατά τον προσδιορισμό της ενεργότητας του ενζύμου in vitro ως εσωτερικό πρότυπο χρησιμοποιήθηκε η γαλανταμίνη, ένας ισχυρός αναστολέας του ενζύμου. Η πιθανή αντιαμυλοειδκή δράση του φυτικού εκχυλίσματος μελετήθηκε με τη μέθοδο της θειοφλαβίνης-τ. Τα αποτελέσματα της δοκιμασίας του Υπερυψωμένου Λαβύρινθου έδειξαν ότι ο χρόνος παραμονής στους ανοιχτούς βραχίονες ως προς το συνολικό χρόνο παραμονής στους ανοιχτούς και κλειστούς βραχίονες της συσκευής είναι στατιστικώς σημαντικά αυξημένος για την ομάδα των ζώων που κατανάλωσαν το φυτικό αφέψημα σε σύγκριση με τους μάρτυρες. Από τη δοκιμασία του Θιγμοτακτισμού για την πειραματική ομάδα φάνηκε ότι ο χρόνος θιγμοτακτισμού μειώνεται και ο αριθμός των εισόδων στην κεντρική περιοχή του ανοιχτού πεδίου αυξάνεται για κάθε 5 λεπτά παραμονής (εκ του συνολικού διαστήματος των 30 λεπτών) στη συσκευή εν συγκρίσει με την ομάδα των μαρτύρων. Τέλος, κατά τη δοκιμασία της Παθητικής 9

Αποφυγής ο αρχικός και τελικός λανθάνων χρόνος (IL, STL αντίστοιχα) φάνηκε να μη διαφέρουν μεταξύ των δυο ομάδων πειραματοζώων. Η πόση του φυτικού αφεψήματος επηρέασε με ιστοειδικό τρόπο τις υπό μελέτη βιοχημικές παραμέτρους, καθώς παρατηρήθηκε αύξηση των επιπέδων της ανηγμένης γλουταθειόνης και μείωση της υπεροξείδωσης λιπιδίων στον ολικό εγκέφαλο (- παρ/δας) των ενηλίκων μυών, η οποία συνοδευόταν από αλλαγές στις επιμέρους εγκεφαλικές περιοχές της παρεγκεφαλίδας και του μεσεγκεφάλου ενώ ο εγκεφαλικός φλοιός ακολούθησε το πρότυπο του ήπατος και έδειξε να μην επηρεάζεται. Σε σχέση με την ενεργότητα των δυο ισομορφών του ενζύμου της AChE παρατηρήθηκε αναστολή στον ολικό εγκέφαλο (-παρ/δας) της πειραματικής ομάδας συγκρινόμενη με τους μάρτυρες, η οποία συνοδεύτηκε από μείωση στις επιμέρους περιοχές του εγκεφαλικού φλοιού, του ραβδωτού και του ιπποκάμπου. Το υδατικό εκχύλισμα του Sideritis clandestina subsp. clandestina παρουσίασε: 10% αντιχολινεστερασική δράση in vitro σε αντίθεση με τον αναστολέα της γαλανταμίνης ο οποίος ανέστειλλε το ένζυμο σε ποσοστό 85%. Τέλος, το φυτικό εκχυλίσματος σε συγκέντρωση 0,3mg/mL ανέστειλε τη συσσωμάτωση του Αβ πεπτιδίου σε ποσοστό περίπου 85%. Με βάση τα ανωτέρω το «τσάι του βουνού» επιδεικνύει τάση για αγχόλυση, ενισχύει την αντιοξειδωτική άμυνα, έχει αντιχολινεστερασικές ιδιότητες και επιφέρει ανασταλτικό αποτέλεσμα στη συσσωμάτωση του Αβ αμυλοειδούς. Οι δράσεις του αυτές οφείλονται πιθανόν στην πολυφαινολική του σύσταση και οι μηχανισμοί που εμπλέκονται χρήζουν περαιτέρω διερεύνησης. 10

ABSTRACT Mountain tea (various species of Sideritis) has been traditionally consumed in Greece as a calmative and against common cold and allergies. The aim of the present study was to examine the neuroprotective role of the above plant and focus on: a) the effect of tea drinking in behavioral parameters of adult mice (fear/anxiety, learning and memory), b) the effect of tea drinking in antioxidative biochemical parameters of adult mice brain and liver, i.e. the concentration of reduced glutathione (GSH), the levels of lipid peroxidation and the activity of the two acetylcholinesterase (AChE) isoforms, and c) in vitro putative anticholinesterase and antiamyloid actions of Sideritis clandestina subsp. clandestina infusion. The beverage was provided (4g/100 ml, daily) for 40 days to adult male Balbc/jice. Fear/anxiety was assessed by the measurement of i) the percentage of time spent in the open arms of the elevated plus maze apparatus and ii) the thigmotactic response (the tendency to remain close to vertical surfaces) of adult mice in an openfield. Learning and memory was assessed using the step-through passive avoidance task which is based on the obseravation that the experimental mice remember that a specific reaction has negative effects (electric foot shock). The oxidant/antioxidant properties of tea drinking was determined via measurement of a) the concentration of GSH (antioxidant marker), which is based on the formation of a fluorescent complex after the reaction of o-pthalaldehyde with glutathione and hystidyl compounds and b) the levels of malondialdehyde (MDA) (oxidant marker) by monitoring thiobarbituric acid reactive substance formation. The ex vivo and in vitro AChE activity was measured using the colorimetric method of Ellman where acetylthiocholine iodide was used as a substrate. Galantamine, a strong inhibitor of AChE, was used as a standard during in vitro determination of the enzyme activity. The effect of the infusion on amyloid-beta aggregation was studied in vitro with a thioflavine T - based fluorescence assay. Tea drinking caused statistically significant a) increase of the time percentage that animals spent into the open arms of the elevated plus maze apparatus and b) decrease of thigmotaxis time and increase of the time that animals entered to the central area of open field. Initial and Step-Through Latency showed no significant difference between two animal groups. The beverage also affected the biochemical parameters examined in the present study, in a tissue specific manner. More specifically, adult mice whole brain (-Ce) displayed increased reduced glutathione content and decreased lipid peroxidation levels compared to the controls. Similar changes were also observed in cerebellum and midbrain while cerebral cortex and liver were not affected. Regarding the activity of the two AChE isoforms, tea intake caused significant inhibition of these enzymes activity in whole brain (-Ce), compared with the control group. In agreement, cerebral cortex, striatum and hippocampus dispayed similar inhibition in both AChE isoforms activity after tea consuming. Sideritis clandestina subsp. clandestina infusion exhibited 10% in vitro anticholinesterase activity while galantamine inhibited the enzyme in a percentage of 85%. Moreover, tea infusion in a concentration of 0,3 mg/ml exhibited 85% inhibition of Ab 1-40 fibrillogenesis in vitro, indicating, thus, strongly a putative antiamyloid action of Sideritis clandestina subsp. clandestinα. 11

Conclusively, our results suggest that mountain tea infusion exhibits anxiolyticlike action, antioxidant and anticholintesterase properties and a strong, in vitro, inhibitory effect on amyloid-beta s aggregation. These activities are most probably due to the polyphenols contained in Sideritis clandestina subsp. clandestina infusion; the underlying mechanisms need, though, further, in deep investigation. 12

Συντομογραφίες Αβ Αcetyl-CoA ΑCh AChE ΑΔ ΑΡΡ ΑΡΟΕ4 ATCI asyn BDNF BFCS BNST BuChE Ca ++ CAT CeA ChAT CD DNA DS DTNB ΕΔ EDTA FAD Fe f-mri FRAP G1,G4 GABA GPx GR GSH GSSG GST HCH ΗΝΕ HOCl Hsp IL ΚΝΣ LTM LOOH ΜΑΟ MAPK MDA Αμυλοειδές-β πεπτίδιο Aκετυλοσυνένζυμο Α Ακετυλοχολίνη Ακετυλοχολινεστεράση Ανω διδύμιο Πρόδρομη πρωτεϊνη του αμυλοειδούς Απολιποπρωτεϊνη Ε4 Acetylthiocholine iodide α-συνουκλεϊνη Brain-derived nuclear factor Basal Forebrain Cholinergic System Bed-Nucleus of the stria terminalis Βουτυρυλοχολινεστεραση Aσβέστιο Καταλάση Κεντρικός πυρήνας της αμυγδαλής Ακετυλοτρανσφεράση της χολίνης Conjugated Diene Δεοξυριβονουκλεϊκό οξυ Detergent Soluble Fraction Dithiobisnitrobenzoic acid Ενδοπλασματικό δίκτυο Ethylenediaminetetraacetic acid φλαβινο-αδενινο-δινουκλεοτίδιο Σίδηρος functional Magnetic Resonance Imaging Ferric Reducing Antioxidant Power Globular isoforms of AChE γ-αμινοβουτυρικό οξυ Υπεροξειδάση της γλουταθειόνης Ρεδουκτάση της γλουταθειόνης Ανηγμένη γλουταθειόνη Οξειδωμένη γλουταθειόνη S-τρανσφεράση της γλουταθειόνης εξαχλωρο-κυκλοεξάνιο υδροηυνονενάλη υποχλωριώδες οξυ Θερμοεπαγόνενες πρωτείνες Initial Latency Κεντρικό Νευρικό Σύστημα Long-Term Memory, Μακροπρόθεσμη μνήμη Lipid Hydroperoxide Μονοάμινο οξειδάση Mitogen-Activated Protein Kinase Malondialdehyde 13

MHCII MPTP mtdna ΝΑ nachrs NADPH oxidase ΝΟ NOS NMDA NGF NTF 8OHG PolyQ PET ΠΝΣ PKC PPRF PUFAs REM RHS RNS ROS SE STL STM SOD SS TBA TBARS TCA TNF-a UV Σύμπλοκο ιστοσυμαβτότητας II 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine μιτοχονδριακό DNA Νόσος Alzheimer νικοτινικοί υποδοχείς ακετυλοχολίνης nicotinamide adenine dinucleotide phosphate-oxidase Μονοξείδο του αζώτου Συνθετάση του οξειδίου του αζώτου N-μεθυλ-D-ασπαρτάμη Nuclear Growth Factor Νευροτροφίνες 8-υδροξυγουανοσίνη Πολυγλουταμίνη Positron Emission Tomography Περιφερικό Νευρικό Σύστημα Protein Kinase C Ραβωδτός σχηματισμός της γέφυρας Πολυακόρεστα λιπαρά οξέα Rapid Eye Movement αλογονωμένες ενεργές μορφές Reactine Nitrogen Species, Ενεργές μορφές αζώτου Reactive Oxygen Species, Ενεργές μορφές οξυγόνου Standard Error Step-Through Latency Short-Term Memory, Βραχυπρόθεσμη μνήμη Superoxide Dismutase Salt Soluble Fraction Thiobarbituric acid Thiobarbituric acid reactive substances Trichloroacetic acid Παράγοντας νέκρωσης όγκων υπεριώδης ακτινοβολία 14

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ I. Εισαγωγή..17 1. Εγκέφαλος...19 1.1. Εγκέφαλος.19 1.2. Διαίρεση του εγκεφάλου...19 1.3. Εγκεφαλικός φλοιός.21 1.4. Παρεγκεφαλίδα.23 1.5. Μεσεγκέφαλος..26 1.6. Ραβδωτό σώμα..28 1.7. Ιππόκαμπος 31 2. Νευροδιαβιβαστές..35 2.1. Χολινεργικό Σύστημα...36 2.1.1. Σύνθεση. 36 2.1.2. Χολινεργικά συστήματα στον εγκέφαλο 37 2.1.3. Χολινεργικοί υποδοχείς..38 2.2.4. Υδρόλυση της ακετυλοχολίνης..38 2.2. Χολινεργικό σύστημα και Νόσος Alzheimer...40 3. Νευροεκφύλιση...43 3.1. Αίτια νευροεκφύλισης...43 3.2. Νευροεκφυλιστικές Νόσοι 49 3.2.1. Νόσος του Parkinson 49 3.2.2. Νόσος του Alzheimer.50 4. Οξειδωτικό stress...53 4.1. Γενικά περί οξειδωτικού stress..53 4.2. Αντιοξειδωτική άμυνα του οργανισμού 54 4.3. Υπεροξείδωση λιπιδίων.54 4.3.1. Μηχανισμοί υπεροξείδωσης λιπιδίων 57 4.4. Οξειδωτικό στρες και εγκέφαλος.58 4.5. Οξειδωτικό στρες και νευροεκφθλιστικές ασθένειες 59 4.6. Αντιοξειδωτικοί μηχανισμοί άμυνας του εγκεφάλου 61 5. Συμπεριφορά...63 5.1. Μνήμη μάθηση...63 5.1.1. Εγκεφαλικές περιοχές που συμμετέχουν στη μνήμη.67 5.1.2. Μνήμη και Ιππόκαμπος..67 5.1.3. Η φυσιολογία και η παθοφυσιολογία της μάθησης 68 5.1.4. Πειραματικά μοντέλα μελέτης της μνήμης μάθησης..69 15

5.2. Άγχος Φόβος.71 5.2.1. Διάκριση του φόβου από το άγχος.72 5.2.2. Νευρικά συστήματα που διακρίνουν την ανησυχία από το φόβο..73 5.2.4. Μοντέλα μελέτης άγχους φόβου.73 5.3. Χολινεργικό σύστημα και συμπεριφορά...76 5.4. Οξειδωτικό στρες και σθμπερφορά...78 6. Γένος Sideritis : «τσάι του βουνού»..81 6.1. Γενικά χαρακτιριστικά του γένους Sideritis.81 6.2. Χημική σύσταση...82 6.2.1. Αιθέρια έλαια.82 6.2.2. Διτερπένια..84 6.2.3. Πολυφαινόλες 85 6.3. Αντιοξειδωτική δράση των φυτών του γένους Sideritis...88 ΚΕΦΑΛΑΙΟ II. Σκοπός 91 ΚΕΦΑΛΑΙΟ IIΙ. Υλικά & Μέθοδοι 97 1. Φυτικό δείγμα και προετοιμασία του εκχυλίσματος.99 2. Πειραματόζωα και προετοιμασία των εγκεφαλικών δειγμάτων...99 3. Μελέτη συμπεριφορικών παραμέτρων...100 3.1. Δοκιμασία υπερυψωμένου λαβυρίνθου (Elevated plus maze task).100 3.2. Δοκιμασία θιγματακτισμού ανοιχτού πεδίου (Thigmotaxis test).102 3.3.Δοκιμασία Παθητικής Αποφυγής (Step through passive avoidance task).103 4.Προσδιορισμός οξειδωτικών / αντιοξειδωτικών δεικτών 104 4.2. Προσδιορισμός επιπέδων μηλονικής διαλδεύδης 105 5. Προσδιορισμός ενεργότητας ενζύμων ακετυλοχολινεστεράσης ( AChE)..106 5.1. Προσδιορισμός της εναργότητας της AChE ex vivo...106 5.2. Προσδιορισμός της ενεργότητας της AChE ex vivo 106 6. Προσδιορισμός αντιαμυλοειδικής δράσης in vivo με τη μέθοδο της θειοφλαβίνης Τ 107 7. Ποσοτικός προσδιορισμός πρωτεϊνών Μέθοδος Bradford..108 ΚΕΦΑΛΑΙΟ IV. Αποτελέσματα.109 ΚΕΦΑΛΑΙΟ V. Συζήτηση-Συμπεράσματα...127 ΚΕΦΑΛΑΙΟ VI. Βιβλιογραφία..137 16

ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ι ΕΙΣΑΓΩΓΗ 17

18

1. Εγκέφαλος 1.1. Εγκέφαλος Η ανθρώπινη συμπεριφορά σχετίζεται άμεσα με την ανατομία και τη φυσιολογία του νευρικού συστήματος. Βασικός στόχος των νευροεπιστημών της συμπεριφοράς είναι να εξιχνιάσουν το νευροανατομικό υπόστρωμα διαφόρων συμπεριφορών αλλά και διαταραχών. Σήμερα, είναι πλέον αποδεκτό ότι οι σύνθετες νοητικές λειτουργίες και ικανότητες που χαρακτηρίζουν τον άνθρωπο πηγάζουν από τη σειριακή και παράλληλη διασύνδεση και επικοινωνία επιμέρους περιοχών του εγκεφάλου. Το νευρικό σύστημα υποδιαιρείται σε δυο κύρια μέρη: το κεντρικό νευρικό σύστημα (ΚΝΣ) και το περιφερικό νευρικό σύστημα (ΠΝΣ). Το ΚΝΣ αποτελείται από τον εγκέφαλο και το νωτιαίο μυελό που αποτελούν τα πιο προστατευμένα μέρη του σώματος. Η προστασία αυτή προσφέρεται με τέσσερις τρόπους (κρανιακή κάψα, μήνιγγες, εγκεφαλονωτιαίο υγρό και αιματοεγκεφαλικός φραγμός). Ο εγκέφαλος του ενηλίκου αποτελείται από τον προμήκη μυελό, τη γέφυρα, την παρεγκεφαλίδα, το μεσεγκέφαλο, το διεγκέφαλο (θάλαμο, υποθάλαμο), και τα κεντρικά ημισφαίρια (εγκεφαλικός φλοιός και πυρήνες) (Εικόνα 1). Εικόνα 1: Ανατομική απεικόνιση του εγκεφάλου 1.2. Διαίρεση του εγκεφάλου Ο εγκέφαλος υποδιαιρείται σε τρία κύρια μέρη: το ρομβοειδή εγκέφαλο (ή οπίσθιο), το μέσο και τον πρόσθιο εγκέφαλο. 19

Ρομβοειδής εγκέφαλος Είναι το πλέον οπίσθιο τμήμα του εγκεφάλου και αποτελείται από τον προμήκη μυελό, τη γέφυρα και την παρεγκεφαλίδα. Ο προμήκης μυελός είναι η δομή που συνδέει τη γέφυρα με το νωτιαίο μυελό. Μέσω κρανιακών νεύρων ελέγχει ένα σημαντικό αριθμό ζωτικών λειτουργιών, όπως η αναπνοή, ο καρδιακός ρυθμός, η πέψη κ.ά.. Για το λόγο τραυματισμός ή αγγειακό επεισόδιο του προμήκη μυελού μπορεί να αποβούν θανατηφόρα. Η γέφυρα βρίσκεται μπροστά από την παρεγκεφαλίδα, κάτω από το μέσο εγκέφαλο και πάνω από τον προμήκη μυελό. Οφείλει το όνομά της στο ότι η πρόσθια επιφάνειά της συνδέει μεταξύ τους, σα γέφυρα, τα δυο ημισφαίρια της παρεγκεφαλίδας. Επίσης ένας μεγάλος αριθμός ινών της τη συνδέουν με τα δυο παρεγκεφαλιδικά ημισφαίρια. Η παρεγκεφαλίδα βρίσκεται πίσω από τη γέφυρα και τον προμήκη μυελό. Αποτελείται από δυο ημισφαίρια που συνδέονται μεταξύ τους με μια στενότερη μοίρα, το σκώληκα. Στο εσωτερικό κάθε ημισφαιρίου εν μέσω της λευκής ουσίας βρίσκονται τέσσερις εν τω βάθει πυρήνες (ο οδοντωτός, ο εμβολοειδής, ο οροφιαίος και ο σφαιροειδής). Μέσος εγκέφαλος Ο μέσος εγκέφαλος συνδέει τον πρόσθιο και τον οπίσθιο εγκέφαλο και υποδιαιρείται στο τετράδυμο πέταλο και την καλύπτρα. Στη συνέχεια του κεφαλαίου αυτού θα αναφερθούμε πιο αναλυτικά στη δομή αυτή. Διάμεσος εγκέφαλος Ο διάμεσος εγκέφαλος ονομάστηκε έτσι επειδή βρίσκεται μεταξύ του μέσου εγκεφάλου και των εγκεφαλικών ημισφαιρίων. Αποτελείται από δυο μεγάλες δομές, το θάλαμο και τον υποθάλαμο, κα από δυο μικρότερες, τον επιθάλαμο και την υποθαλάμια περιοχή. Ο θάλαμος είναι μια μεγάλη ωοειδής μάζα φαιάς ουσίας που καταλαμβάνει το μεγαλύτερο τμήμα του διάμεσου εγκεφάλου και είναι μέγιστης λειτουργικής σημασίας αφού αποτελεί συναπτικό σταθμό αναμετάδοσης όλων των ανιουσών αισθητικών οδών (εκτός της οσφρητικής) που κατευθύνονται από την περιφέρεια προς το φλοιό του εγκεφάλου. Στην ουσία πρόκειται για ένα σύμπλεγμα πυρήνων, τους πυρήνες της μέσης γραμμής, τους έσω, τους πρόσθιους, τους έξω και τα γονατώδη σώματα. Συμμετέχει επίσης στο εξωπυραμιδικό σύστημα. Τέλος, εκτός από τις αισθητικοκινητικές του λειτουργίες, πυρήνες του θαλάμου συμμετέχουν επίσης στις συγκινησιακές λειτουργίες του μεταιχμιακού συστήματος καθώς και στη μνήμημάθηση. Ο υποθάλαμος είναι το τμήμα του διάμεσου εγκεφάλου που βρίσκεται ακριβώς κάτω από το θάλαμο. Αν και καταλαμβάνει μόλις το 0,15% του συνολικού εγκεφαλικού όγκου, είναι τεράστιας λειτουργικής σημασίας που ξεπερνά το μέγεθός του. Ο πυρήνες του ελέγχουν και αλληλοσυσχετίζουν τις λειτουργίες του αυτόνομου νευρικού συστήματος και του ενδοκρινικού συστήματος. Έτσι παίζουν ρόλο στη ρύθμιση της ομοιόστασης. Μέσω μιας χοάνης συνδέεται με την υπόφυση και συνεργάζεται μαζί της για την έκκριση των υποφυσικών ορμονών. Ο επιθάλαμος περιλαμβάνει την επίφυση και τον πυρήνα της ηνίας. Η υποθαλάμια περιοχή βρίσκεται κάτω και πίσω από το θάλαμο και ο πιο σημαντικός πυρήνας της είναι αυτός του Luys που έχει σημαντικές συνδέσεις με το ραβδωτό σώμα. Τελικός εγκέφαλος Ο τελικός εγκέφαλος αντιστοιχεί στα εγκεφαλικά ημισφαίρια που εκτός από το φλοιό και την υποκείμενη λευκή ουσία περιλαμβάνει και τρείς εν τω βάθει δομές: τα 20

βασικά γάγγλια, τον ιππόκαμπο και την αμυγδαλή, για τα οποία θα αναφερθούμε αναλυτικά στη συνέχεια. 1.3. Εγκεφαλικός φλοιός Η εξωτερική επιφάνεια των εγκεφαλικών ημισφαιρίων έχει πολλαπλές προεξοχές αυλακώσεις ποικίλου βάθους. Οι βαθιές αύλακες ονομάζονται σχισμές και οι αβαθείς αύλακες. Τα γεφυρώματα και οι περιελίξεις ονομάζονται έλικες κι έχουν σαν αποτελέσματα την αύξηση της επιφάνειας των εγκεφαλικών ημισφαιρίων. Οι βαθύτερες αύλακες χωρίζουν κάθε ημισφαίριο σε τέσσερις λοβούς: το μετωπιαίο, το βρεγματικό, τον ινιακό και τον κροταφικό. Οι κύριες σχισμές και αύλακες των κεντρικών ημισφαιρίων του ανθρώπου είναι: Επιμήκης σχισμή: Χωρίζει τα δυο ημισφαίρια μεταξύ τους Πλάγια σχισμή (Σχισμή του Sylviοus); Χωρίζει το μετωπιαίο από τον κροταφικό λοβό. Αποτελείται από τρείς κλάδους; α. οπίσθιος κλάδος β. πρόσθιος οριζόντιος κλάδος γ. πρόσθιος ανιών κλάδος Εγκάρσια σχισμή: Χωρίζει τα ημισφαίρια από την παρεγκεφαλίδα κάτω από τον ινιακό λοβό Κεντρική αύλακα: Χωρίζει το μετωπιαίο από το βρεγματικό λοβό Βρεγματοϊνιακή σχισμή: Χωρίζει το βρεγματικό από τον ινιιακό λοβό Ο εγκεφαλικός φλοιός διαιρείται σε τέσσερεις λοβούς που έχουν πάρει το όνομά τους από τα οστά του κρανίου κάτω από τα οποία βρίσκονται: μετωπιαίος, βρεγματικός, κροταφικός και ινιακός (Εικόνα 2). Στο βάθος της πλάγιας σχισμής βρίσκεται μια αρχέγονη περιοχή, η νήσος του Reil, η οποία σύμφωνα με ορισμένους ερευνητές θεωρείται ο πέμπτος λοβός του εγκεφάλου. Κάθε περιοχή του φλοιού είναι εξειδικευμένη για μία συγκεκριμένη λειτουργία και αποτελεί το κέντρο της λειτουργίας αυτής. Ο μετωπιαίος λοβός είναι υπεύθυνος για το σχεδιασμό και την εκτέλεση των κινήσεων, ενώ ο προμετωπιαίος λοβός είναι σημαντικός για τις πνευματικές λειτουργίες και τον καθορισμό της προσωπικότητας του ατόμου. Στο βρεγματικό λοβό εντοπίζονται τα αισθητικά κέντρα των γενικών αισθήσεων (αφή, πίεση, πόνος και θερμοκρασία) και της γεύσης. Στον κροταφικό λοβό εντοπίζεται το κέντρο ακοής και στον ινιακό το κέντρο όρασης. Εικόνα 2: Λοβοί και αντίστοιχες λειτουργίες του εγκεφαλικού φλοιού 21

Ο εγκεφαλικός φλοιός είναι οργανωμένος σε στιβάδες και στήλες. Οι στιβάδες είναι στρώματα κυτταρικών σωμάτων παράλληλα προς την επιφάνεια του φλοιού, που διαχωρίζονται από στρώματα ινών. Μικροσκοπικά αναγνωρίζονται έξι στιβάδες: 1. Μοριακή στοιβάδα 2. Έξω κοκκιώδης 3. Έξω πυραμιδική στοιβάδα 4. Έσω κοκκιώδης 5. Έσω πυραμιδική στοιβάδα 6. Στιβάδα με πολύμορφα κύτταρα Οι στήλες είναι κάθετες προς τις στιβάδες και τα κύτταρα μιας στήλης έχουν όμοιες ιδιότητες (ανταποκρίνονται σε όμοια ερεθίσματα). Πολλές από τις περιοχές του εγκεφαλικού φλοιού σχετίζονται με την επεξεργασία αισθητικών πληροφοριών ή κινητικών εντολών. Οι περιοχές αυτές είναι γνωστές ως πρωτοταγείς, δευτεροταγείς και τριτοταγείς. Οι όροι αυτοί αντανακλούν το επίπεδο επεξεργασίας των πληροφοριών που επεξεργάζεται κάθε περιοχή. Οι πρωτοταγείς περιοχές του φλοιού δέχονται πληροφορίες κατευθείαν από το νωτιαίο μυελό ή από περιφερικά υποδεκτικά όργανα, με τη μεσολάβηση λίγων διάμεσων πυρήνων επεξεργασίας και αναμετάδοσης των πληροφοριών. Ο πρωτοταγής κινητικός φλοιός διεκπεραιώνει τις εκούσιες κινήσεις των άκρων και του κορμού. Ο πρωτοταγής οπτικός φλοιός βρίσκεται στον οπίσθιο πόλο του οπτικού λοβού και ο πρωτοταγής ακουστικός φλοιός βρίσκεται στον κροταφικό λοβό. Ο πρωτοταγής σωματαισθητικός φλοιός βρίσκεται στη μετακεντρική έλικα, αμέσως μπροστά από την έλικα αυτή βρίσκεται ο πρωτοταγής κινητικός φλοιός. Οι δευτερογενείς και τριτογενείς περιοχές δέχονται μηνύματα από τις πρωτοταγείς και επεξεργάζονται της σύνθετες πλευρές μιας μόνο αίσθησης ή πληροφορίας που σχετίζεται με κινητική λειτουργία. Οι αισθητικές περιοχές ανώτερης τάξης ολοκληρώνουν πληροφορίες προερχόμενες από τις πρωτοταγείς αισθητικές περιοχές. Αντίθετα, οι κινητικές περιοχές ανώτερης τάξης στέλνουν στον πρωτοταγή κινητικό φλοιό τις σύνθετες πληροφορίες που απαιτούνται για μια κινητική ενέργεια. Εκτός αυτών, στο φλοιό υπάρχουν και οι τρείς συνειρμικές περιοχές οι οποίες περιβάλλουν τις προαναφερθείσες. Στις περιοχές αυτές επιτελείται το ανώτερο επίπεδο απαρτίωσης των αισθητικών και κινητικών πληροφοριών. Σ αυτές τις περιοχές συνδυάζονται τα δεδομένα διαφόρων αισθητικών, κινητικών και μεταιχμιακών περιοχών και σχηματίζεται η ενιαία αντίληψη. Πιο αναλυτικά, ο βρεγματο-κροταφο-ινιακος συνειρμικός φλοιός καταλαμβάνει την περιοχή ένωσης των τριών λοβών και έχει σχέση με ανώτερες αντιληπτικές λειτουργίες που σχετίζονται με τη σωματική αισθητικότητα, την ακοή και την όραση. Οι πληροφορίες από τις διαφορετικές αυτές αισθήσεις συνδυάζονται στο συνειρμικό φλοιό προκειμένου να σχηματιστούν σύνθετες αντιλήψεις. Ο προμετωπιαίος συνειρμικός φλοιός καταλαμβάνει τι μεγαλύτερο μέρος του πρόσθιου τμήματος του μετωπιαίου λοβού, μια σπουδαία λειτουργία της περιοχής αυτής είναι ο σχεδιασμός των εκούσιων κινήσεων. Ο στεφανιαίος συνειρμικός φλοιός βρίσκεται σε μέρη του βρεγματικού, του μετωπιαίου και του κροταφικού λοβού και έχει σχέση κυρίως με την κινητοποίηση, το συναίσθημα και τη μνήμη. 22

1.4. Παρεγκεφαλίδα Η παρεγκεφαλίδα αποτελεί μια πολύ διακριτή περιοχή του εγκεφάλου, η οποία πήρε το όνομά της από τη λέξη cerebrum (εγκέφαλος). Για τους πρώτους ανατόμους η παρεγκεφαλίδα αποτελούσε ένα δεύτερο, μικρότερο εγκέφαλο. Βρίσκεται σε όλα τα σπονδυλωτά πίσω από τα τετράδυμα και διασκελίζει τη μέση γραμμή σαν μια γέφυρα πάνω από την τέταρτη κοιλία. Αποτελείται από δυο ημισφαίρια που συνδέονται μεταξύ τους με μια στενότερη μοίρα, το σκώληκα. Όπως ο φλοιός των εγκεφαλικών ημισφαιρίων έτσι και ο φλοιός της παρεγκεφαλίδας εμφανίζεται με πολλές πτυχές που αποτελούν τις έλικες ή φύλλα της παρεγκεφαλίδας που χωρίζονται μεταξύ τους με λεπτές σχισμές. Δυο βαθύτερες εγκάρσιες σχισμές χωρίζουν την παρεγκεφαλίδα σε τρείς κύριους λοβούς: τον πρόσθιο, τον οπίσθιο και το λοβό του οζιδίου και της κροκίδας. Στο εσωτερικό κάθε ημισφαιρίου της παρεγκεφαλίδας, εν μέσω της λευκής ουσίας βρίσκονται τέσσερις πυρήνες: ο οδοντωτός, ο εμβολοειδής, ο οροφιαίος και ο σφαιροειδής. Οι παρεγκεφαλιδικοί πυρήνες δεν αποτελούν απλώς σταθμούς εισόδου πληροφοριών αλλά σε αυτούς ολοκληρώνονται οι πληροφορίες που εισέρχονται από τον παρεγκεφαλιδικό φλοιό. Ο φλοιός της παρεγκεφαλίδας διαιρείται σε τρείς ευδιάκριτες στιβάδες: α. μοριώδης στιβάδα, η οποία αποτελείται από τους νευράξονες των κοκκοειδών κυττάρων. Επίσης περιέχει διάσπαρτα αστεροειδή και καλαθιοφόρα κύτταρα, τα οποία λειτουργούν ως διάμεσοι νευρώνες καθώς και τους δενδρίτες των υποκείμενων κυττάρων Purkinje. β. στιβάδα των κυττάρων Purkinje, η οποία βρίσκεται εσωτερικά της μοριώδους. Περιέχει τα μεγαλύτερα σώματα των κυττάρων Purkinje τα οποία διατάσσονται το ένα δίπλα στο άλλο και στέλνουν τους νευράξονες τους στην υποκείμενη λευκή ουσία. γ. κοκκιώδη στιβάδα Golgi, η οποία περιέχει μεγάλο αριθμό μικρών νευρώνων με πυκνή διάταξη, κυρίως μικρών κοκκοειδών κυττάρων. Λίγα μεγαλύτερα κύτταρα Golgi παρατηρούνται στην εξωτερική παρυφή της στιβάδας. Τα κύτταρα της στιβάδας αυτής σχηματίζουν με τις σφαιρικές απολήξεις των προσαγωγών ινών σύνθετες συνάψεις, τα παρεγκεφαλιδικά σπειράματα. Εικόνα 3: Ανατομική θέση και τομή αρεγκεφαλίδας 23

Λειτουργικές μοίρες παρεγκεφαλίδας Η παρεγκεφαλίδα είναι οργανωμένη σε τρείς λειτουργικές μοίρες, καθεμία από τις οποίες έχει χωριστές ανατομικές συνδέσεις με τον εγκέφαλο και με το νωτιαίο μυελό. Αυτές οι τρείς μοίρες αντιστοιχούν στις ανατομικές υποδιαιρέσεις οι οποίες έχουν εμφανιστεί διαδοχικά κατά τη φυλογένεση. Η αρχαιοπαρεγκεφαλίδα η οποία συμπίπτει με το λοβό του οζιδίου και της κροκύδας, εμφανίστηκε πρώτη κατά την εξέλιξη. Η παλαιο- και νεοπαρεγκεφαλίδα αποτελούν το σώμα της παρεγκεφαλίδας. Κάθε περιοχή δέχεται τις προσαγωγούς ίνες της κυρίως από διαφορετική πηγή και στέλνει τις ίνες της σε διαφορετική περιοχή του εγκεφάλου. Α. Αρχαιοπαρεγκεφαλίδα Ονομάζεται επίσης και αιθουσοπαρεγκεφαλίδα. Συμμετέχει, κυρίως, στον έλεγχο της θέσης και της ισορροπίας, καθώς και στην κίνηση της κεφαλής και των οφθαλμών. Δέχεται προσαγωγά σήματα από την αιθουσαία συσκευή και, στη συνέχεια, στέλνει προσαγωγές ίνες στις κατάλληλες κατιούσες κινητικές. Β. Παλαιοπαρεγκεφαλίδα Ονομάζεται επίσης νωτιοπαρεγκεφαλίδα. Ελέγχει, κατά κύριο λόγο, την κίνηση των εγγύς τμημάτων των άνω και κάτω άκρων. Δέχεται αισθητικές πληροφορίες για την κίνηση των σκελών και, στη συνέχεια, τροποποιεί και συντονίζει αυτές τις κινήσεις, διαμέσου προσαγωγών οδών, στις κατάλληλες κατιούσες κινητικές Γ. Νεοπαρεγκεφαλίδα Ονομάζεται επίσης εγκεφαλοπαρεγκεφαλίδα. Είναι το μεγαλύτερο τμήμα της παρεγκεφαλίδας και συντονίζει την κίνηση των άπω τμημάτων των άνω και κάτω άκρων. Δέχεται σήματα από τον εγκεφαλικό φλοιό και, έτσι, βοηθάει στο σχεδιασμό της κινητικής δραστηριότητας. Νευρωνικά στοιχεία παρεγκεφαλίδας Οι πληροφορίες οι οποίες διατρέχουν την παρεγκεφαλίδα δρουν αρχικά στους εν τω βάθει πυρήνες, οι οποίοι μαζί με τους αιθουσαίους πυρήνες διαβιβάζουν όλες τια απαγωγούς ώσεις της παρεγκεφαλίδας. Η δραστηριότητα των κυττάρων Purkinje, των μόνων απαγωγών νευρώνων του φλοιού της παρεγκεφαλίδας, καθορίζεται από δυο διεγερτικά προσαγωγά συστήματα ινών: τις βρυώδεις και τις αναρριχητικές ίνες. Και τα δυο είδη ινών χορηγούν παράπλευρους κλάδους στους εν τω βάθει πυρήνες. Οι παράπλευροι αυτοί κλάδοι σχηματίζουν το κύριο διεγερτικό κύκλωμα της παρεγκεφαλίδας. Οι ίδιοι προσαγωγοί ίνες προβάλλουν απευθείας και εμμέσως στα κύτταρα Purkinje τα οποία σχηματίζουν ανασταλτικές συνδέσεις με κύτταρα των εν τω βάθει πυρήνων. Πιο αναλυτικά, οι βρυώδεις ίνες αποτελούν τις κύριες προσαγωγές ίνες του φλοιού της παρεγκεφαλίδας. Προέρχονται από διάφορούς πυρήνες του εγκεφαλικού στελέχους και από νευρώνες του νωτιαίου μυελού. Συνάπτονται με κοκκοειδή κύτταρα των οποίων οι νευράξονες προβάλλουν στη μοριώδη στιβάδα, όπου διχοτομούνται σε παράλληλες ίνες. Οι αναρριχητικές ίνες, οι άλλες διεγερτικές προσαγωγοί ίνες για τον φλοιό της παρεγκεφαλίδας εκφύονται από τον πυρήνα της κάτω ελαίας και μεταφέρουν πληροφορίες από το φλοιό των εγκεφαλικών ημισφαιρίων και το νωτιαίο μυελό. Οφείλουν την ονομασία τους στη μορφολογία των απολήξεων τους στα κύτταρα Purkinje. Οι ίνες αυτές εισδύουν στο φλοιό και ελίσσσονται γύρω από το σώμα και τους δενδρίτες των κυττάρων Purkinje όπου πραγματοποιούν πάρα πολλές συνάψεις. Η συναπτική σύνδεση των αναρριχητικών ινών με τα κύτταρα Purkinje είναι μια από τις ισχυρότερες στο νευρικό σύστημα. 24

Οι παρεγκεφαλιδικοί πυρήνες δέχονται παράπλευρους κλάδους από τις αναρριχητικές και τις βρυώδεις ίνες και αποτελούν τους κύριους στόχους των αξόνων των κυττάρων Purkinje. Ολόκληρη η παρεγκεφαλίδα συνδέεται με το υπόλοιπο νευρικό σύστημα μέσω τριών μεγάλων δεσμίδων ινών, των παρεγκεφαλιδικών σκελών (cerebellar peduncles). Στην παρεγκεφαλίδα υπάρχει μόνο ένας διεγερτικός νευρώνας, το κοκκιώδες κύτταρο. Αντίθετα, υπάρχουν τρεις τύποι ανασταλτικών ενδονευρώνων, τα κύτταρα Golgi, τα οποία βρίσκονται στην στιβάδα των κοκκοειδών κυττάρων, τα καλαθιοφόρα και τα αστεροειδή κύτταρα που βρίσκονται στην μοριώδη στιβάδα. Ρόλος παρεγκεφαλίδας Το πρώτο μοντέλο για το ρόλο της παρεγκεφαλίδας στο ΚΝΣ διατυπώθηκε ήδη από τον 19ο αιώνα από το Luciani, ο οποίος, βασισμένος στα συμπτώματα «ατονίας» των ασθενών του, θεώρησε ότι η παρεγκεφαλίδα ασκεί στο ΚΝΣ τονική διεγερτική δράση. Η υπόθεση αυτή διατηρήθηκε έως τα μέσα του 20ου αιώνα οπότε θεωρήθηκε ότι η παρεγκεφαλίδα ασκεί λεπτό έλεγχο στη στάση και στην κίνηση. Η παρεγκεφαλίδα θεωρήθηκε όργανο στο οποίο προσάγεται πληροφορία από όλο το σώμα και τον εγκεφαλικό φλοιό για να τροφοδοτηθεί αποκλειστικά το κινητικό σύστημα (ο κινητικός φλοιός και τα νωτιαία μονοπάτια). Προς το τέλος του 20ου αιώνα είχε διατυπωθεί πλειάδα υποθέσεων για το ρόλο της παρεγκεφαλίδας στο ΚΝΣ (Barinaga Μ. 1996). Η παρεγκεφαλίδα δεν αποτελεί πρωτογενή θέση αισθητικών ή κινητικών λειτουργιών. Έτσι μια διαταραχή της δεν μπορεί να προκαλέσει ανεπάρκεια αισθήσεων ή παράλυση. Οι βλάβες της παρεγκεφαλίδας προκαλούν διαταραχές στην ικανότητα του υπόλοιπου νευρικού συστήματος να παράγει ακόμα και την πιο απλή κινητική αλληλουχία (motor sequence) για την επίτευξη κινητικών στόχων. Είναι υπεύθυνη για την εκτέλεση συγκεκριμένων κινήσεων και για την παραγωγή κινητικών αλληλουχιών σε κάθε δεδομένη στιγμή. Η λειτουργία της αυτή καλείται Κινητικός Συντονισμός και επηρεάζει πολλές εγκεφαλικές περιοχές. Έτσι, λόγω της σημαντικής της λειτουργίας της, η παρεγκεφαλίδα χαρακτηρίζεται από μια πολύπλοκη νευρωνική οργάνωση και συνδέεται ισχυρά με τις υπόλοιπες περιοχές του εγκεφάλου. Έχει διατυπωθεί η υπόθεση ότι η παρεγκεφαλίδα δρα σαν όργανο σύγκρισης το οποίο αντισταθμίζει τα σφάλματα της κίνησης, συγκρίνοντας την επιδιωκόμενη με την πραγματική κίνηση (Kandel E. 1999). Πρώτον, μέσω συγκρίσεων εσωτερικών και εξωτερικών σημάτων ανάδρασης, η παρεγκεφαλίδα είναι ικανή να διορθώνει εκτελούμενες κινήσεις όταν αποκλίνουν από την επιθυμητή πορεία. Δεύτερον, η παρεγκεφαλίδα είναι ικανή να τροποποιεί κεντρικά κινητικά προγράμματα, ώστε οι κινήσεις που ακολουθούν να μπορούν να εκπληρώσουν το σκοπό τους με όσο το δυνατόν λιγότερα σφάλματα. Σύμφωνα με την υπόθεση αυτή η πληροφόρηση της παρεγκεφαλίδας για την τρέχουσα κατάσταση του σώματος διαμεσολαβείται από την προβολή των βρυωδών ινών στα κοκκιώδη κύτταρα και κατ επέκταση από την προβολή των παράλληλων ινών στα κύτταρα Purkinje. Η πληροφόρηση για το τυχόν λάθος στην εκτελούμενη δραστηριότητα του οργανισμού διαμεσολαβείται από την προβολή της κάτω ελαίας (αναρριχητικές ίνες) στα Purkinje κύτταρα. Η ταυτόχρονη πυροδότηση των παράλληλων και των αναρριχητικών ινών επί των κυττάρων Purkinje επιφέρει ελάττωση της αποτελεσματικότητας της σύναψης των παράλληλων ινών επί των κυττάρων Purkinje (Ito Μ. 2001). Η παρεγκεφαλίδα έχει θεωρηθεί σύστημα εκτίμησης του χρόνου για μικρής τάξης χρονικές διάρκειες, όχι μόνο σε ότι αφορά την κίνηση αλλά και την αντίληψη γενικότερα (Ivry R. et al. 1996). Η δράση της έχει συσχετιστεί με λειτουργίες του 25

αυτόνομου νευρικού συστήματος (Reis DJ & Golavov EV. 1997), με το μεταιχμιακό σύστημα (Berman A. Et al. 1997), με την ανάπτυξη στρατηγικών πλοήγησης στο χώρο (Gandhi C. et al. 2000), με αμιγώς νοητικές λειτουργίες (Kim J. et al.1994) και με νοητικές εκπτώσεις (Schmahmann J. 1998). Παρ όλη της κλασική της θεώρηση στον συντονισμό των κινήσεων, η παρεγκεφαλίδα έχει πρόσφατα αποδειχθεί ότι εμπλέκεται στον έλεγχο των συναισθημάτων (Bugalho P. et al. 2006). Επίσης, έχει ταυτοποιηθεί ως μια σημαντική δομή σε διάφορες διαδικασίες μάθησης, έχοντας μια ακτίνα από απλές μορφές κοινωνικότητας, αισθητικό-κινητική μάθηση και συναισθηματικές καταστάσεις, σε πιο πολύπλοκες διαδικασίες όπως γνώση του χώρου (Rodriguez F.et al., 2005). Τέλος, έχει δειχθεί ότι η παρεγκεφαλίδα εμπλέκεται σε καταστάσεις όπως η κατάθλιψη αλλά και σε εκδηλώσεις άγχους που χαρακτηρίζουν πολλές ασθένειες (Baldacara L. et al. 2008) 1.5. Μεσεγκέφαλος Ο μεσεγκέφαλος διαπλάσσεται από το μέσο εγκεφαλικό κυστίδιο και συνδέει το ρομβοειδή εγκέφαλο (γέφυρα και παρεγκεφαλίδα) με το διάμεσο και τελικό εγκέφαλο. Βρίσκεται βαθιά μέσα στον εγκέφαλο και διαιρείται σε δύο τμήματα, το τετράδυμο πέταλο και την καλύπτρα. Επιπλέον, περιέχει ένα κεντρικά τοποθετημένο κανάλι το οποίο ονομάζεται υδραγωγός του Sylvius και συνδέει την τρίτη και την τέταρτη κοιλία του εγκεφάλου. Εικόνα 4: Ανατομική θέση μεσεγκεφάλου Το τετράδυμο πέταλο που αποτελείται από τέσσερα υποστρώματα που βρίσκονται στην οπίσθια επιφάνεια του υδραγωγού του εγκεφάλου και ονομάζονται διδύμια. Αυτά διακρίνονται σε δυο άνω και δυο κάτω διδύμια. Τα άνω διδύμια εμπλέκονται στην επεξεργασία οπτικών πληροφοριών και παράλληλα αποτελούν κέντρα οπτικών αντανακλαστικών. Το άνω διδύμιο (ΑΔ) στον άνθρωπο παίζει ρόλο στην παραγωγή κινήσεων των ματιών και στον συντονισμό οφθαλμών-κεφαλιού. Οι τρεις ραχιαίες στιβάδες παρεμβαίνουν στην οπτική επεξεργασία ενώ οι τέσσερις βαθύτερες 26

επεξεργάζονται και άλλες αισθητικές πληροφορίες. Λαμβάνει προσαγωγές συνδέσεις προς το ΑΔ από τον φλοιό, το κάτω διδύμιο, τον αμφιβληστροειδή, τα βασικά γάγγλια και τον νωτιαίο μυελό. Απαγωγές συνδέσεις από το ΑΔ προβάλουν στον παράμεσο ραβδωτό σχηματισμό της γέφυρας (PPRF) στο νωτιαίο μυελό και αλλού. Στον άνθρωπο, όπως και στα περισσότερα μεγάλα σπονδυλωτά, η αισθητηριακή πληροφορία προς το μεσεγκέφαλο διάγεται μέσα από τον θάλαμο στον φλοιό για ερμηνεία, σύμφωνα με τις τρέχουσες θεωρίες. Ωστόσο, το ΑΔ μπορεί να προκαλέσει οφθαλμικές κινήσεις χωρίς την συμμετοχή του φλοιού. Το διδύμιο (άνω+κάτω) θεωρείται ότι συμμετέχει στον προσανατολισμό του ματιού και της κεφαλής προς ένα στόχο που έγινε αντιληπτός οπτικά και ακουστικά. Στα κατώτερα σπονδυλωτά αποτελούν το πιο σημαντικό οπτικό κέντρο. Τα κάτω διδύμια αποτελούν κατώτερα κέντρα της ακουστικής οδού (Παναγής 2002). Κοντά στα διδύμια είναι και ο υδραγωγός του εγκεφάλου γύρω από τον οποίο βρίσκεται μια περιοχή φαιάς ουσίας που ονομάζεται περιυδραγωγός φαιά ουσία ή κεντρική φαιά οσία. Η περιοχή αυτή συμμετέχει σε ορισμένες τυπικές του είδους συμπεριφορές, όπως η μαχητική συμπεριφορά, η συμπεριφορά αναπαραγωγής και η συμπεριφορά αυτοπεριποίησης. Ηλεκτρικός ερεθισμός της περιοχής αυτής προκαλεί αισθήματα φόβου γι αυτό και έχει προταθεί ότι συμμετέχει στην πρόκληση κρίσεων πανικού (Gorman PH. et al. 1989). Η καλύπτρα του μεσεγκεφάλου είναι δύσκολο να οριοθετηθεί καθώς περιλαμβάνει διάφορους πυρήνες. Ορισμένοι από αυτούς τους πυρήνες εμπλέκονται στον έλεγχο των κινήσεων. Εκτός από πυρήνες του δικτυωτού σχηματισμού περιλαμβάνει περιοχές ιδιαίτερης σημασίας για του βιοψυχολόγους, όπως τη μέλαινα ουσία, τον ερυθρό πυρήνα, το κοιλιακό καλυπτρικό πεδίο και την περιυδραγωγό φαιά ουσία. Η μέλαινα ουσία είναι ένας μεγάλος κινητικός πυρήνας που ανήκει στο εξωπυραμιδικό σύστημα και μέσω των συνδέσεων τους με τον εγκεφαλικό φλοιό, το νωτιαίο μυελό και τα βασικά γάγγλια, συμμετέχει στο μυικό τόνο και στην έναρξη των κινήσεων. Εκφυλισμός αυτής της οδού έχει σαν αποτέλεσμα την εμφάνιση της ασθένειας του Parkinson. Ο ερυθρός πυρήνας είναι μια μεγάλη στρογγυλή μάζα φαιάς ουσίας που βρίσκεται στο ραχιαίο τμήμα της καλύπτρας, στο ίδιο επίπεδο με τα άνω διδύμια. Αποτελεί σημαντικό σταθμό του εξωπυραμιδικού συστήματος. Ανατομικά συνδέεται με την παρεγκεφαλίδα, το νωτιαίο μυελό, τη μέλαινα ουσία, τα βασικά γάγγλια το θάλαμο και το μετωπιαίο λοβό. Συμμετέχει στη ρύθμιση του μυικού τόνου κατά την όρθια θέση και τη βάδιση. Το κάλυμμα περιέχει επίσης το δικτυωτό σχηματισμό, που αποτελεί μια διάχυτη περιοχή, η οποία επεκτείνεται μέχρι τον οπίσθιο εγκέφαλο. Ο δικτυωτός σχηματισμός λαμβάνει αισθητικές πληροφορίες από το σώμα και τις μεταβιβάζει στον εγκεφαλικό φλοιό ή στο θάλαμο. Επιπλέον, παίζει σημαντικό ρόλο στο κύκλο ύπνου/αφύπνισης και στη ρύθμιση των κινήσεων Το κοιλιακό καλυπτρικό πεδίο αποτελεί την κοιλιακή έσω προέκταση της συμπαγούς μοίρας της μέλαινας ουσίας. Περιέχει μεγάλο αριθμό ντοπαμινεργικών νευρώνων οι οποίοι προβάλλουν σε περιοχές του μεταιχμιακού συστήματος και στον προμετωπιαίο φλοιό. Το κοιλιακό καλυπτρικό πεδίο και η μεσομεταιχμιακή οδός πιστεύεται ότι παίζουν σημαντικό ρόλο στην ανταμοιβή, ιδιαίτερα όταν αυτή σχετίζεται με νέες συμπεριφορές (Παναγής 2002) αλλά και σε εκδηλώσεις άγχους (Chiba S. Et al. 2009). Το ίδιο σύστημα έχει ενοχοποιηθεί και στον εθισμό από ψυχοτρόπες ουσίες, ιδιαίτερα μάλιστα σε ορισμένες νευροπροσαρμογές που παρατηρούνται μετά από χρόνια χρήση τέτοιων ουσιών (Καστελλάκης & Παναγής 1999). 27

1.6. Ραβδωτό σώμα Τα βασικά γάγγλια είναι ένα σύνολο πυρήνων που βρίσκονται στο εσωτερικό κάθε εγκεφαλικού ημισφαιρίου και παίζουν σημαντικό ρόλο στον έλεγχο της στάσης και των εκούσιων κινήσεων. Οι περισσότεροι σύγχρονοι ερευνητές τοποθετούν στα βασικά γάγγλια πέντε δομές: τον κερκοφόρο πυρήνα, το κέλυφος, την ωχρά σφαίρα, τον υποθαλάμιο πυρήνα και τη μέλαινα ουσία. συναποτελούν το ραβδωτό σώμα. Στα πρωτεύοντα, ο κερκοφόρος πυρήνας και το κέλυφος αποτελούν δυο δομές που διαχωρίζονται με την έσω κάψα, ενώ στον επίμυ και σε άλλα τρωκτικά η περιορισμένη ανάπτυξη αυτής της κάψας δεν επιτρέπει ανάλογο διαχωρισμό. Έτσι στον επίμυ θεωρούμε τον κερκοφόρο πυρήνα και το κέλυφος ως μια ενιαία οντότητα, την οποία ονομάζουμε ραβδωτό ή νεοραβδωτό (Εικόνα 5). Εικόνα 5: Ανατομική θέση του ραβδωτού Ραχιαίο ραβδωτό (νεοραβδωτό) Αποτελείται από τον κερκοφόρο πυρήνα και το κέλυφος. Ο κερκοφόρος πυρήνας έχει το σχήμα του λατινικού γράμματος C και βρίσκεται στην έξω επιφάνεια της πλάγιας κοιλίας. Υποδιαιρείται σε κεφαλή, σώμα και ουρά (το όνομά του κατά λέξη σημαίνει πυρήνας που φέρει ουρά). Η ουρά του κερκοφόρου πυρήνα καταλήγει στην αμυγδαλή με την οποία συνενώνεται. Το κέλυφος βρίσκεται δίπλα στο πρόσθιο σκέλος της έσω κάψας. Αυτοί οι δυο πυρήνες που συναποτελούν το ραβδωτό αποτελούν την κύρια πηγή εισόδου πληροφοριών των βασικών γαγγλίων. Δέχονται πληροφορίες από το φλοιό και τους ενδοπετάλιους πυρήνες του θαλάμου. Το νεοραβδωτό περιλαμβάνει χολινεργικούς νευρώνες και δέχεται γλουταμινεργική εννεύρωση από το φλοιό και ντοπαμινεργική εννεύρωση από τη συμπαγή μοίρα της μέλαινας ουσίας Το νεοραβδωτό θεωρείται ότι αποτελεί περιοχή στην οποία βρίσκονται αποθηκευμένα κινητικά προγράμματα. Συνεργάζεται με το μετωπιαίο φλοιό και αναστέλλει την εκδήλωση κινήσεων ή συνειρμών που δεν ταιριάζουν με μια συγκεκριμένη δράση. Το νεοραβδωτό έχει επίσης ενοχοποιηθεί και για την εμπλοκή του σε ψυχικές διαταραχές (Παναγής 2002). Το ραβδωτό, σε αντίθεση με το στιβαδωτό πρότυπο του φλοιού, εμφανίζει ένα πρότυπο γνωστό ως patch-matrix (πλάκα-στρώμα) που συγκροτείται από ελάχιστα 28

επικαλυπτόμενους υποπληθυσμούς απαγωγών νευρώνων. Τα κύτταρα της πλάκας, ραβδoσώματα (patches, striosomes) έχουν μικρή πυκνότητα μ-οπιούχων υποδοχέων και δέχονται προσαγωγές ίνες από τις μεταιχμιακές δομές του εγκεφάλου (αμυγδαλή, προμεταιχμιακός φλοιός), ενώ τα κύτταρα του στρώματος (matrix) είναι πλούσια σε calbidin και δέχονται προσαγωγούς ίνες από τον αισθητικοκινητικό φλοιό, τον θάλαμο και από το ραχιαίο μέρος της συμπαγούς μοίρας της μέλανας ουσίας. Η οργάνωση του ραβδωτού σώματος έχει τρία χαρακτηριστικά: το διαχωρισμό, τη σύγκλιση και την απόκλιση (Parent A. & Hazrati L. 1995). Πιο συγκεκριμένα μπορούμε να υποδιαιρέσουμε το ραβδωτό σώμα με βάση τη λειτουργική εξειδίκευση των υποπεριοχών αυτού. Έτσι το ραβδωτό σώμα διακρίνεται σε κινητικό (motor), συνειρμικό (associative) και μεταιχμιακό (limbic). Στον επίμυ το κινητικό ραβδωτό σώμα καταλαμβάνει την πλευρική περιοχή του πυρήνα, το συνειρμικό ραβδωτό σώμα τη μέση περιοχή του πυρήνα ενώ το μεταιχμιακό ραβδωτό είναι το κοιλιακό ραβδωτό και ο επικλινής πυρήνας. Η σωματοτοπία, δηλαδή η τοπογραφικά οργανωμένη προβολή του εγκεφαλικού φλοιού στο ραβδωτό σώμα, αποτελεί πρωτεύον γνώρισμα των βασικών γαγγλίων και είναι δυνατό να αποτελεί μια βάση για την ύπαρξη διακριτών, λειτουργικά διαφορετικών κυκλωμάτων στα βασικά γάγγλια, που εξασφαλίζει στη φλοιραβδωτή προβολή το χαρακτήρα της παράλληλης οργάνωσης και επεξεργασίας της πληροφορίας. Παράλληλα, το εκτετεταμένο δενδριτικό πεδίο των ακανθωτών νευρώνων τύπου Ι επιτρέπει στους νευρώνες εξόδου του ραβδωτού σώματος να δέχονται συνάψεις από περιοχές του φλοιού σχετικώς απομακρυσμένες μεταξύ τους, και κατ αυτόν τον τρόπο να επέρχεται σύγκλιση πληροφορίας από διαφορετικές φλοιικές περιοχές και συνεπώς ολοκλήρωση φυσιολογικώς σχετιζόμενων παραμέτρων. Επιπλέον κάθε φλοιική περιοχή είναι δυνατό να προβάλλει σε περισσότερες της μίας υποπεριοχές του ραβδωτού σώματος, και κατά τον τρόπο αυτό η φλοιραβδωτή προβολή να εμφανίζει το γνώρισμα της απόκλισης. Τα φαινόμενα της σύγκλισης και της απόκλισης δίνουν τη δυνατότητα ολοκλήρωσης και μετασχηματισμού της πληροφορίας από πολλαπλές περιοχές του φλοιού, γεγονός που ερευνάται σήμερα. Το ραβδωτό αποτελείται από τους κύριους νευρώνες που καλούνται ακανθώδεις (spiny neurons) λόγω του μεγάλου αριθμού ακανθών που καλύπτουν τους δενδρίτες τους και από τους μη ακανθώδεις ενδονευρώνες. Τα ακανθώδη νευρικά κύτταρα χαρακτηρίστηκαν ως κύτταρα προβολής τη δεκαετία του 70. Είναι GABAεργικά κύτταρα και πρόσφατες μελέτες έδειξαν ότι όλα τα ακανθώδη κύτταρα προβάλλουν σε περιοχές έξω από το ραβδωτό και επιπλέον συγκροτούν το αξονικό πλέγμα σε μια περιοχή γύρω από το κυτταρικό σώμα. Τα ακανθώδη κύτταρα διαιρούνται σε δυο κύριες κατηγορίες ανάλογα με το που προβάλλουν οι άξονές τους. Στην μια κατηγορία ανήκουν οι ακανθώδεις νευρώνες που σχηματίζουν το άμεσο μονοπάτι και στην άλλη οι ακανθώδεις νευρώνες που σχηματίζουν το έμμεσο μονοπάτι. Έχουν περιγραφεί 8 ή 9 μορφολογικά διακριτοί τύποι μη ακανθωδών νευρώνων και είναι πιθανόν να υπάρχουν και νευρώνες που δεν έχουν ακόμη κατηγοριοποιηθεί. Το σύνολο όλων αυτών των διαφορετικών τύπων ενδονευρώνων αποτελεί ένα πολύ μικρό ποσοστό των κυττάρων του ραβδωτού. Κοιλιακό ραβδωτό (μεταιχμιακό ραβδωτό) Το κοιλιακό ραβδωτό περιλαμβάνει ένα σύνολο δομών του βασικού πρόσθιου εγκεφάλου: την κοιλιακή προέκταση του κερκοφόρου και του κελύφους, τον επικλινή πυρήνα και τα οσφρητικά φύματα. Δέχεται εννεύρωση από περιοχές του μεταιχμιακού συστήματος, όπως ο ιππόκαμπος, ο ενδορρινικός φλοιός, η αμυγδαλή. 29

Σ αυτό καταλήγουν ντοπαμινεργικές ίνες από την περιοχή του κοιλιακού καλυπτρικού πεδίου του μέσου εγκεφάλου. Η κοιλιακή ωχρά σφαίρα αποτελεί σταθμό αναμετάδοσης αισθητικών, κινητικών και συγκινησιακών συμπεριφορών που φτάνουν από τον επικλινή πυρήνα, είναι, δηλαδή πυρήνας έξοδος των πληροφοριών αυτού του μεταιχμιακού κυκλώματος (Παναγής, 2002). Η μωσαϊκή οργάνωση του ραβδωτού Οι νευρώνες του ραβδωτού στον άνθρωπο και σε μερικά πρωτεύοντα φαίνεται να συγκεντρώνονται σε ομάδες υψηλής κυτταρικής πυκνότητας οι οποίες διαχωρίζονται μεταξύ τους από ομάδες χαμηλής κυτταρικής πυκνότητας. Οι δυο περιοχές του ραβδωτού είναι πολύ καλά διαχωρισμένες και καλούνται νησίδες κυττάρων (cell islands) και στρώμα (matrix). Το στρώμα αποτελεί την χαμηλότερη σε πυκνότητα περιοχή του ραβδωτού η οποία βρίσκεται ανάμεσα στις νησίδες κυττάρων. Παρόμοια μωσαϊκή οργάνωση του ραβδωτού έχει παρατηρηθεί και στους αρουραίους. Οι στιβάδες κυττάρων στο ραβδωτό των αρουραίων καλούνται σώματα του ραβδωτού (striosomes ή patches) και οι χαμηλής πυκνότητας κυτταρικές περιοχές που βρίσκονται μεταξύ των σωμάτων καλούνται στρώμα (matrix). Τα διαμερίσματα του ραβδωτού μπορούν να διακριθούν και με βάση τα βιοχημικά χαρακτηριστικά τους. Για παράδειγμα, σε πολλά είδη η συγκέντρωση του ενζύμου ακετυλοχολινεστεράση είναι υψηλότερη στο στρώμα ενώ, ο mu οπιοειδής υποδοχέας είναι παρόν σε πολύ υψηλότερες συγκεντρώσεις στα σώματα. Η λειτουργική σημασία αυτών των διαφόρων είναι άγνωστη. Πρέπει να τονιστεί ότι η μωσαϊκή οργάνωση του ραβδωτού δεν είναι μια απλή τοπογραφική σχέση που αντιπροσωπεύει απλά τη διευθέτηση των προσαγωγών και απαγωγών ινών, αλλά οι διαφορές μεταξύ των δυο διαμερισμάτων είναι βαθύτερες. Άμεσο και έμμεσο μονοπάτι Τα μονοπάτια άμεσο και έμμεσο σχηματίζονται από τις απαγωγές ίνες του ραβδωτού κατά μήκος των βασικών γαγγλίων και προέρχονται τόσο από τα σώματα όσο και από το στρώμα του ραβδωτού. Τα δυο μονοπάτια αποτελούνται από μορφολογικά όμοιους GABAεργικούς ακανθώδεις νευρώνες που προβάλλουν όμως σε διαφορετικές περιοχές των βασικών γαγγλίων. Οι νευρώνες του άμεσου μονοπατιού μπορούν να προβάλλουν στην ωχρά σφαίρα και στη μέλαινα ουσία εξασφαλίζοντας έτσι στο ραβδωτό άμεση επικοινωνία με τα άλλα τμήματα των βασικών γαγγλίων, ενώ οι νευρώνες του έμμεσου μονοπατιού προβάλλουν μόνο μέχρι το εξωτερικό τμήμα της ωχράς σφαίρας κι έτσι το ραβδωτό επικοινωνεί μα τα άλλα τμήματα των βασικών γαγγλίων έμμεσα, μέσω των προβολών του εξωτερικού τμήματος της ωχράς σφαίρας. Τα ακανθώδη κύτταρα των δυο αυτών μονοπατιών συνδέονται συναπτικά μεταξύ τους. Ρόλος ραβδωτού σώματος Οι προβολές του φλοιού στο ραβδωτό είναι τοπογραφικά οριοθετημένες σε μια σειρά παράλληλων «θηλιών» που ξεκινούν από το νεοφλοιό προς το ραβδωτό, την ωχρά σφαίρα, το θάλαμο και πίσω στο νεοφλοιό. Αυτά τα κυκλώματα έχουν συσχετιστεί με διάφορες λειτουργίες όπως κινητικός έλεγχος, γνωστικές λειτουργίες, συναισθήματα και μνήμη-μάθηση (Pennartz MA. et al. 2009). Ο ρόλος των βασικών γαγγλίων και κατ επέκταση του ραβδωτού σώματος στον κινητικό έλεγχο έχει μελετηθεί με πολλές ερευνητικές μεθόδους. Αυτές περιελάμβαναν ενδοκυτταρικές παρακολουθήσεις σε συγκεκριμένους πυρήνες των βασικών γαγγλίων σε ζώα που πραγματοποιούσαν βουλητικές κινήσεις και τη μελέτη 30

μετά από εσκεμμένες αλλοιώσεις οργάνων σε ζώα. Επιπλέον οι αναλύσεις των κινητικών δυσλειτουργιών που οφείλονται σε βλάβες των βασικών γαγγλίων, έχουν ρίξει φως στις εξειδικευμένες λειτουργίες αυτού του δομικού στοιχείου. Έρευνες σε πειραματόζωα έχουν δείξει ότι στο συναίσθημα του φόβου εμπλέκονται αλληλεπιδράσεις του ραβδωτού με την αμυγδαλή. Επιπλέον, το ραβδωτό παίζει σημαντικό ρόλο σε διαδικασίες ανταμοιβής που εμπεριέχουν τη λήψη αποφάσεων, αλλά και σε διαδικασίες μάθησης. Μελέτες έχουν δείξει ότι ένας από τους ρόλους του ραβδωτού στη μάθηση είναι η αποφυγή πράξεων που ελαχιστοποιούν την έκθεση σε συναισθήματα φόβου (Le Doux JE et al. 2001). Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί έρευνα η οποία υποστηρίζει ότι ο βασικός πυρήνας που προβάλλει στο ραβδωτό είναι απαραίτητος για την εγκαθίδρυση συναισθημάτων φόβου και ανησυχίας, ενώ ο κεντρικός πυρήνας που προβάλλει στον υποθάλαμο είναι σημαντικός για την παθητική έκφραση του φόβου κι όχι τη μάθηση του. Οι παρατηρήσεις αυτές προτείνουν ότι οι διασυνδέσεις του ραβδωτού με την αμυγδαλή επιτρέπουν την ανάπτυξη ή όχι συναισθημάτων φόβου που προκαλούνται από εξαρτημένα ερεθίσματα (Delgado MR. et al. 2009). Τέλος, παρόλο που η αμυγδαλή παίζει σημαντικό ρόλο στη μάθηση ενώ το ραβδωτό εμπλέκεται σε καταστάσεις ανταμοιβής, τα τελευταία χρόνια παρατηρείται όλο και αυξανόμενο ενδιαφέρον του ρόλου και της συνεργασίας των δυο αυτών δομών στην ενίσχυση των διαδικασιών της μάθησης (Delgado MR. et al. 2009). Αξίζει να αναφερθεί ότι πρόσφατη ανακάλυψη υποστηρίζει ότι ο νευροδιαβιβαστής της ακετυλοχολίνης, που δρα σε συγκεκριμένες περιοχές του ραβδωτού, ρυθμίζει την ελαστικότητα των συμπεριφερικών αποκρίσεων (Ragozzino ME. et al. 2008) Οι ακριβείς μηχανισμοί και τα βιοχημικά μονοπάτια μέσω των οποίων ολοκληρώνονται οι λειτουργίες αυτές δεν είναι γνωστά αλλά έρευνες της νευροανατομίας, της in vivo ηλεκτροφυσιολογίας, της νευροεπιστήμης της συμπεριφοράς και των υπολογιστικών μοντέλων, θα διαφωτίσουν την κατανόηση της λειτουργίας της φλοιoραβδωτής οδού στο σχηματισμό της μνήμης και τη λήψη αποφάσεων. 1.7. Ιππόκαμπος Ο ιππόκαμπος ή κεράς του Άμμωνα πήρε το όνομά του από το σχήμα του στον άνθρωπο. Στον επίμυ έχει τη μορφή κυλίνδρου που έχει καμφθεί σε σχήμα C. Βρίσκεται στο βάθος του κροταφικού λοβού και αποτελείται από τον ιδίως ιππόκαμπο, την οδοντωτή έλικα και το υπόθεμα. Είναι ένα επίμηκες κυρτό έπαρμα φαιάς ουσίας που προβάλλει σ όλο το μήκος του εδάφους του κάτω κέρατος της πλάγιας κοιλίας. Το όνομά του το οφείλει στον ιππόκαμπο (αλογάκι της θάλασσας), με το οποίο μοιάζει στη μετωπιαία τομή. Ο ιππόκαμπος ανήκει στο μεταιχμιακό σύστημα και παίζει πρωτεύοντα ρόλο στη μακροπρόθεσμη και στη χωρική μνήμη (Εικόνα 6). Όπως και ο εγκεφαλικός φλοιός, με τον οποίο συνδέεται στενά, αποτελείται από αριστερές και δεξιές έλικες. Ανατομικά ο ιππόκαμπος αποτελεί ένα πολύπλοκο σχηματισμό στην άκρη του εγκεφαλικού φλοιού. Μπορεί να θεωρηθεί ως μια ζώνη όπου ο φλοιός εισέρχεται σε μια μόνο στιβάδα πυκνών νευρώνων που έχουν το σχήμα S. 31