Ανάλυση: πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος

Μια οικογένεια βρίσκει συχνά είναι ευκολότερο να δεχτεί γνωστικά προβλήματα του ασθενούς του Αλτσχάιμερ από τα προβλήματα συμπεριφοράς του, που μπορεί να κάνει ο ασθενής φαίνεται σκόπιμα συνεργάσιμα, πεισματάρης, ή απλά να σημαίνει απλό. Αλλά και οι δύο είδη των προβλημάτων είναι συνέπειες της νόσου. Μια προσεκτικότερη ματιά του εγκεφάλου αποκαλύπτει πώς η μνήμη, τις πνευματικές ικανότητες, τα συναισθήματα και τη συμπεριφορά συνδέονται και πώς αποσυνδεθεί στη νόσο του Alzheimer.

Μια μακροοικονομική άποψη για τον εγκέφαλο

Ο νευροεπιστήμονας Paul MacLean επινόησε τον όρο «τριαδική εγκέφαλος" για να περιγράψει αυτό που είδε ως τις τρεις χωριστές αλλά αλληλένδετες επίπεδα του ανθρώπινου εγκεφάλου: το εγκεφαλικό στέλεχος (και παρεγκεφαλίδα), το μεταιχμιακό σύστημα, και στον εγκεφαλικό φλοιό. Ένα εκτεταμένο αμφίδρομη δίκτυο νεύρων συνδέει αυτά τα τρία επίπεδα του εγκεφάλου. Συνεχής επικοινωνία μεταξύ του εγκεφαλικού φλοιού και το μεταιχμιακό σύστημα συνδέει άρρηκτα τη σκέψη και τα συναισθήματα (βλ. Σχήμα 2). Κάθε επηρεάζει το άλλο, και οι δύο άμεσα όλες εθελοντική δράση. Αυτή η αλληλεπίδραση της μνήμης και του συναισθήματος, της σκέψης και της δράσης είναι το θεμέλιο της μοναδική προσωπικότητα του κάθε ατόμου.

Το εγκεφαλικό στέλεχος και παρεγκεφαλίδα

Λειτουργώντας σε πρώτο επίπεδο, αυτές οι δύο πρωτόγονες δομές ελέγχουν βασική επιβίωση. Το εγκεφαλικό στέλεχος επιβλέπει ζωτικές λειτουργίες, όπως καρδιακό παλμό και τη θερμοκρασία του σώματος, και η παρεγκεφαλίδα ενορχηστρώνει κίνηση.

Το μεταιχμιακό σύστημα

Τοποθετημένο βαθιά μέσα στον εγκέφαλο είναι το μεταιχμιακό σύστημα, το δεύτερο επίπεδο της MacLean του «τριαδική του εγκεφάλου." Αυτό το γιάντες σχήματος συγκρότημα των νευρικών κέντρων βρίσκεται σε όλα τα θηλαστικά. Το μεταιχμιακό σύστημα συνδέει τα συναισθήματα και τη συμπεριφορά, όπως πολλά επιστημονικά πειράματα και παρατηρήσεις των ατόμων με εγκεφαλική βλάβη έχουν αποδειχθεί. Τόνωση μια περιοχή του μεταιχμιακού συστήματος παράγει τα συναισθήματα του θυμού και της επιθετικότητας, τονώνοντας παράλληλα μια άλλη περιοχή ζητά συναισθήματα της ευχαρίστησης και χαλάρωσης. Το μεταιχμιακό σύστημα είναι η διεπαφή μεταξύ των δίσκων των ζώων μας και τους περιορισμούς του πολιτισμού, μεταξύ παράλογες ορμές και πρακτικές αποφάσεις, μεταξύ των πρώτων συναισθήματα και ορθολογική συμπεριφορά.

Το μεταιχμιακό σύστημα έχει μια άλλη σημαντική λειτουργία: είναι κεντρικής σημασίας για τη μνήμη και τη μάθηση. Παρά το γεγονός ότι οι αναμνήσεις δεν αποθηκεύονται σε μια ενιαία θέση, διακριτές δομές εντός του μεταιχμιακού συστήματος ενορχηστρώσει σχηματισμό της μνήμης. Επιπλέον, οι δομές αυτές επεξεργάζονται διαφορετικά είδη μνήμης. Ο ιππόκαμπος, για παράδειγμα, δραστηριοποιείται στην μετατροπή πληροφοριών σε μακροπρόθεσμη μνήμη και στην ανάκληση της μνήμης. Επαναλαμβανόμενη χρήση εξειδικευμένων δικτύων νεύρων στον ιππόκαμπο ενισχύει την μνήμη αποθήκευσης, έτσι ώστε αυτή η δομή που εμπλέκονται στην εκμάθηση τόσο κοινός εμπειρίες και σκόπιμη μελέτη.

Βλάβη στον ιππόκαμπο ή νευρικές συνδέσεις του μπορεί να προκαλέσει αμνησία (αδυναμία της να μάθει και στη συνέχεια να υπενθυμίσω νέες πληροφορίες). Τα άτομα με αμνησία δεν είναι σε θέση να σχηματίσουν νέες μακροπρόθεσμες μνήμες, και ξεχνούν πληροφορίες σύντομα αφού ακούσει ή να δει. Για παράδειγμα, οι ερευνητές έχουν διαπιστώσει ότι οι ασθενείς με αμνησία μπορεί να συνεχίσει να κάνει τα πράγματα σαν να παίζουν τα πούλια, καθώς συνήθιζαν να (επειδή ήταν μια ικανότητα που αποκτήθηκε επί σειρά ετών μέσα από την πράξη), αλλά δεν μπορείτε να θυμηθείτε το όνομα του αντιπάλου τους.

Αλλά δεν είναι όλες οι εμπειρίες στη ζωή ενός ατόμου είναι ανεξίτηλα χαραγμένη στη μνήμη, ούτε είναι απαραίτητο να διατηρηθεί κάθε κομμάτι των πληροφοριών που συναντά κανείς. Αυτό είναι όπου τα συναισθήματα εισέλθουν στην διαδικασία της μνήμης. Ορισμένοι νευροεπιστήμονες πιστεύουν ότι ο ιππόκαμπος βοηθά να επιλέξετε ποιες είναι αποθηκευμένες μνήμες, ίσως και με προσθήκη ενός «δείκτη συναίσθημα" σε ορισμένες εκδηλώσεις ή άλλες πληροφορίες έτσι ώστε να είναι πιο πιθανό να ανακληθεί.

Η αμυγδαλή, το οποίο βρίσκεται δίπλα στον ιππόκαμπο, ασχολείται με ένα διαφορετικό μέγεθος της συναισθηματικής μνήμης: έρχεται στο προσκήνιο σε καταστάσεις που διεγείρουν συναισθήματα όπως φόβο, θυμό, οίκτο, ή οργή. Οι ερευνητές έχουν ανακαλύψει ότι οι μνήμες που έχουν ένα συναισθηματικό στοιχείο είναι πιο πιθανό να διατηρηθούν. Αλλά βλάβη στην αμυγδαλή μπορεί να καταργήσει μια μνήμη συναίσθημα φορτισμένη.

Ο εγκεφαλικός φλοιός

Το τρίτο επίπεδο του εγκεφάλου είναι ο εγκεφαλικός φλοιός, που κοινώς αποκαλείται «γκρίζα ύλη." Τα εγκεφαλικά ημισφαίρια περιλαμβάνουν δύο εξειδικευμένες περιοχές, το ένα αφιερωμένο στον εθελοντικό κίνημα και ένα για την επεξεργασία των αισθητηριακών πληροφοριών. Αλλά οι περισσότεροι από την γκρι ύλη είναι το συνειρμικό φλοιό, η οποία γίνεται σταδιακά μεγαλύτερο, όπως τα ζώα ανεβάσουμε την εξελικτική κλίμακα. Ο φλοιός σύνδεσης είναι η περιοχή της συνειδητής σκέψης: είναι όπου μπορείτε να αποθηκεύσετε τη μνήμη και τις γλωσσικές δεξιότητες, την επεξεργασία πληροφοριών, και να πραγματοποιήσει δημιουργική σκέψη.

Ένα μικρο άποψη για τον εγκέφαλο

Από κοντά, ο εγκέφαλος είναι ένα web διασύνδεση των κυττάρων που ονομάζονται νευρώνες. Πώς αυτά τα κύτταρα επικοινωνούν και τι συμβαίνει όταν αυτά τα κύτταρα πεθαίνουν αποτελούν τη βάση της κατανόησης μας της νόσου του εγκεφάλου.

Πώς τα κύτταρα του εγκεφάλου επικοινωνούν

Ο νευρώνας είναι η βασική μονάδα του εγκεφάλου για την επεξεργασία των πληροφοριών. Ο ανθρώπινος εγκέφαλος περιέχει ένα απίστευτο αριθμό των νευρώνων - περίπου 100 δισ. ευρώ, ή να δώσει 10 δις ευρώ. Ο νευρώνας είναι ένα μοναδικό κύτταρο στη δραστηριότητα και την εμφάνιση. Παράγει δύο ηλεκτρικά και χημικά σήματα, καθιστώντας την ικανή να επικοινωνούν γρήγορα με μακρινό νευρώνες. Αντί για το τυπικό συμπαγές σχήμα των άλλων κύτταρα του σώματος, ο νευρώνας είναι σαν μια βελανιδιά με το γιγαντιαίο κλαδιά απλωμένα. Κάθε νευρώνας έχει ένα σώμα που περιέχει έναν πυρήνα, ένα μακρύ ίνα που ονομάζεται ένας νευράξονας, και πολλές μικρότερες διακλαδώσεις ίνες που ονομάζονται δενδρίτες.

Ο νευρώνας είναι τόσο ένα δέκτη και έναν πομπό. Όταν ένας νευρώνας δέχεται ένα σήμα, παράγει μια ηλεκτρική ώθηση. Αυτή η ώθηση ταξιδεύει μέσω του νευρώνα και κάτω του άξονα μέχρι το τέλος της (το τερματικό άξονα). Το σήμα στη συνέχεια μετακυλίεται στους άλλους νευρώνες. Είδαν κάτω από ένα μικροσκόπιο, οι νευρώνες μοιάζει με ένα πυκνό δάσος από δέντρα του οποίου τα κλαδιά είναι τόσο στενά συνυφασμένες ώστε να φαίνεται ότι αγγίζουν. Αλλά όταν οι λεπτομέρειες τονίζονται με ένα ασημένιο λεκέ, είναι σαφές ότι κάθε κύτταρο διαχωρίζεται από τους γείτονές της, από μικροσκοπικά κενά που ονομάζονται συνάψεις. Επειδή το ηλεκτρικό σήμα δεν μπορεί να γεφυρώσει αυτό το χώρο, κάποιος άλλος μηχανισμός απαιτείται για ένα νευρώνα για να επικοινωνούν με τους γείτονές του. Αυτό είναι όπου το χημικό σήμα του νευρώνα μπαίνει

Αποθηκεύονται στο τερματικό άξονα είναι χημικοί αγγελιοφόροι που ονομάζονται νευροδιαβιβαστές. Η ηλεκτρική ώθηση ανοίγει μικροσκοπικούς πόρους στο τερματικό άξονα, επιτρέποντας μια παροχή νευροδιαβιβαστές να κατακλύσουν στο συνάψεων (βλέπε σχήμα 3). Η χημική αποδίδει στη συνέχεια σε υποδοχείς στην γειτονική νευρώνα. Τι θα συμβεί στη συνέχεια εξαρτάται από το αν ο νευροδιαβιβαστής έχει μια συναρπαστική ή ανασταλτική επίδραση του νευρώνα.

Ένας διεγερτικός νευροδιαβιβαστής περνά το μήνυμα με τη δημιουργία μια ηλεκτρική ώθηση στο κύτταρο που λαμβάνει, και η διαδικασία των ηλεκτρικών-προς-χημική σηματοδότηση επαναλαμβάνεται. Αλλά αν μια παρόρμηση ήταν να μεταδοθεί σε κάθε νευρώνα στον εγκέφαλο, το αποτέλεσμα θα είναι το χάος? Σαν ένα κύμα δύναμης μπορεί να προκαλέσει βραχυκύκλωμα, η πυροδότηση νευρώνων όλα με τη μία θα μπορούσε να προκαλέσει μια παρατεταμένη επιληπτική κρίση. Για την προστασία από αυτό συμβαίνει, ανασταλτικοί νευροδιαβιβαστές καταστέλλουν επικοινωνία με γειτονικούς νευρώνες.

Από τις πάνω από 20 χημικοί αγγελιοφόροι ανακαλυφθεί μέχρι τώρα, λίγα είναι αρκετά καλά κατανοητοί. Αρκετοί από αυτούς εμπλέκονται στη μνήμη, συμπεριλαμβανομένων ακετυλοχολίνη, σεροτονίνη, και ντοπαμίνη. Πολλοί από αυτούς τους νευροδιαβιβαστές έχουν πρόσθετες λειτουργίες? Για παράδειγμα, η σεροτονίνη βοηθά στη ρύθμιση του ύπνου και αισθητηριακή αντίληψη, ενώ η ντοπαμίνη βοηθά στη ρύθμιση της κίνησης.

Ως βιολογικές διεργασίες πάει, η ταχύτητα της σκέψης είναι ταχεία (αν και αργή σε σύγκριση με έναν υπολογιστή). Ηλεκτρικά ερεθίσματα σε ορισμένες νευρώνες φθάσουν ταχύτητες περίπου 200 χιλιόμετρα την ώρα, και η μετάδοση από κύτταρο σε κύτταρο διαρκεί περίπου ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου. Επιπλέον, το ένα νευρικό κύτταρο μπορεί να έχει περισσότερες από 1.000 συνάψεις και, με μια ενιαία ώθηση, μπορεί να μεταδώσει ταυτόχρονα με όλους τους γείτονές της.

Όταν τα νευρικά κύτταρα πεθαίνουν

Το τεράστιο αριθμό των νευρώνων και των συνάψεων σε ένα φυσιολογικό εγκέφαλο παρέχει μια φαινομενικά ατελείωτη ικανότητα για την επεξεργασία πληροφοριών, καθώς επίσης και ένα περιθώριο ασφαλείας σε περίπτωση που κάποια καταστρέφονται. Όμως, στη νόσο του Αλτσχάιμερ, η χονδρική καταστροφή των νευρώνων εξαλείφει αυτό το δίχτυ ασφαλείας, ειδικά στις περιοχές που σχετίζονται με τη μνήμη και τη γνωστική λειτουργία - το συνειρμικό φλοιό, το μεταιχμιακό σύστημα, και τη σύνδεση των νευρικών δικτύων τους. Παρά το γεγονός ότι η έρευνα δείχνει ότι μια μέρα μπορεί να είναι δυνατό να πεισθούν οι νέοι νευρώνες να αναπτυχθούν (βλ. «αναγέννηση των κυττάρων νεύρων"), σε αυτό το σημείο ένα τέτοιο κατόρθωμα είναι αδύνατη.

Αλτσχάιμερ αφήνει δύο περίεργα είδη των καταθέσεων σε αυτούς τους τομείς. Μέσα οι νευρώνες ενός ασθενούς με Αλτσχάιμερ είναι νευροϊνιδιακές, hairlike πρωτεϊνικές ίνες στριμμένα σφιχτά μαζί σαν νήματα. Που βρίσκεται έξω από τους νευρώνες, κοντά συνάψεις, είναι νευριτικές πλάκες, που αποτελείται από έναν πυρήνα πρωτεΐνης που ονομάζεται β-αμυλοειδούς (ονομάζεται επίσης ένα-βήτα ή Ass) περιβάλλονται από συντρίμμια από εκφυλίζεται νευρώνες (βλέπε σχήμα 4). Αυτά τα δύο χαρακτηριστικά - νευροϊνιδιακές και νευριτικές πλάκες - είναι τα διακριτικά μικροσκοπικά υπογραφές της νόσου του Alzheimer.

Αυτά τα μπερδέματα και πλάκες, περιγράφηκε για πρώτη φορά από τον Alois Alzheimer το 1907, ήταν το επίκεντρο της έρευνας για δεκαετίες, και για καλό λόγο: το χειρότερο η ψυχική φθορά, τόσο πιο αμυλοειδούς και μπερδέματα βρίσκονται στον ιστό του εγκεφάλου. Η επικρατούσα άποψη μεταξύ των νευρολόγων Κάποτε ήταν ότι οι καταθέσεις αυτές προκάλεσαν τις ψυχικές αλλαγές στη νόσο του Alzheimer.

Ωστόσο, τα μπερδέματα και οι πλάκες δεν είναι το μοναδικό σε αυτή την ασθένεια. Μερικοί βρίσκονται σε άλλες διαταραχές άνοιας, και μερικά είναι διασκορπισμένα στους εγκεφάλους των υγιών μεσηλίκων και των ηλικιωμένων. Οι μελέτες δείχνουν τώρα ότι η άνοια σε ασθενείς με Αλτσχάιμερ πηγάζει από τη συρρίκνωση και το θάνατο των νευρώνων και συναπτική απώλεια, και όχι από τα μπερδέματα και οι ίδιοι πλάκες. Τι προκαλεί αυτή η βλάβη είναι αβέβαιη. Σύμφωνα με την κορυφαία υπόθεση, μικρά θραύσματα της διαλυτής πρωτεΐνης αμυλοειδούς μπορεί να είναι ο τοξικός παράγοντας, προκαλώντας ένα καταρράκτη βιοχημικών γεγονότων που προκαλεί τα κύτταρα να συρρικνωθεί και να πεθάνουν.

Με τις προόδους στην τεχνολογία που τους επιτρέπει να μετρήσει νευρώνες, οι νευροεπιστήμονες μπόρεσαν να προσδιορίσουν αυτή την πιθανή αιτία για την άνοια με την εξέταση εγκεφαλικού ιστού από 10 άτομα με φυσιολογική λειτουργία του εγκεφάλου, που έχασαν τη ζωή τους μετά την ηλικία των 60. Όλα τα δείγματα περιείχαν περίπου τον ίδιο αριθμό των νευρώνων σε μια περιοχή του φλοιού σύνδεσης πλούσια τροφοδοτείται με τα νεύρα από την αισθητήρια περιοχή. Για πρώτη φορά, οι επιστήμονες είχαν ένα πρότυπο για τον καθορισμό πόσα νευρώνες ήταν "κανονικό" στον ανθρώπινο εγκέφαλο. Επιπλέον, αυτό το εύρημα έδειξε ότι η απώλεια νευρώνων δεν ήταν ένα προϊόν της φυσιολογικής γήρανσης.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές συνέκριναν τα φυσιολογικά δείγματα με εγκεφαλικό ιστό από 10 άτομα με νόσο Αλτσχάιμερ και ανακάλυψε, κατά μέσο όρο, μία μείωση 41% στον αριθμό των νευρώνων. Και όσο περισσότερο η άνοια ήταν παρόντες, οι λιγότερες νευρώνες βρέθηκαν. Υπήρχε επίσης μια συσχέτιση με νευροϊνιδιακές: άτομα με τη μεγαλύτερη απώλεια νευρώνων είχε περισσότερα μπερδέματα, περίπου το 95% των οποίων ήταν μέσα τα υπόλοιπα νευρώνες. Ωστόσο, η απώλεια νευρώνων ήταν δραματικά μεγαλύτερος από τον αριθμό των μπερδέματα.

Οι ερευνητές που προσφέρονται "νοικοκυριό" ως μια πιθανή εξήγηση για αυτήν την αντίφαση: τα μόρια που προκύπτει μακριά τα νεκρά κύτταρα στο σώμα απομακρύνεται τελικά τα μπερδέματα. Όταν υπολογίζονται νευριτικές πλάκες, οι ερευνητές δεν βρήκαν καμία σχέση είτε με την απώλεια νευρώνων ή τη διάρκεια της νόσου, ενισχύοντας την άποψη ότι η νευρωνική δυσλειτουργία και θάνατο προκαλούν άνοια. Παρά το γεγονός ότι τα μπερδέματα και οι πλάκες εξακολουθούν να θεωρούνται τα διαγνωστικά χαρακτηριστικά της νόσου του Αλτσχάιμερ, συναπτική απώλεια και το θάνατο νευρώνων συσχετίζεται καλύτερα με την άνοια.

Ειδικοί πιστεύουν επίσης ότι μειωμένα επίπεδα του νευροδιαβιβαστή ακετυλοχολίνη, μια χημική ουσία που γεφυρώνει συνάψεις μεταξύ των νευρώνων που επηρεάζουν τη μνήμη, επίσης, να συμβάλλει στην απώλεια μνήμης της νόσου του Alzheimer. Στο φλοιό και τον ιππόκαμπο, όπου αυτό νευροδιαβιβαστή είναι αναγκαία για τη μνήμη και τη μάθηση, οι ακετυλοχολίνη παράγουν νευρώνες (που ονομάζεται χολινεργικούς νευρώνες) είναι κανονικά άφθονα. Αλλά από τους πολλούς τύπους των νευρώνων που μπορεί να εκφυλιστεί σε νόσο του Alzheimer, οι χολινεργικοί νευρώνες είναι ιδιαίτερα σκληρό χτύπημα. Καθώς η παραγωγή της ακετυλοχολίνης πέφτει στο φλοιό και τον ιππόκαμπο, άνοια γίνεται σταδιακά χειρότερα. Από τη στιγμή που κάποιος με μήτρες νόσο του Alzheimer, ο φλοιός μπορεί να έχουν χάσει το 90% της ακετυλοχολίνης του.

Άλλες ανωμαλίες νευροδιαβιβαστή μπορεί επίσης να είναι παρόντες. Μείωσαν τα επίπεδα της σεροτονίνης και της νοραδρεναλίνης έχουν βρεθεί σε ορισμένα άτομα με τη νόσο του Αλτσχάιμερ. Οι ανισορροπίες μεταξύ αυτών και άλλων νευροδιαβιβαστών μπορούσε να εξηγήσει γιατί μερικοί ασθενείς βιώνουν αισθητικές διαταραχές, κατάθλιψη, προβλήματα στον ύπνο, επιθετική συμπεριφορά, και εναλλαγές της διάθεσης.