Analyse: hvordan hjernen fungerer

En familie ofte finner det lettere å akseptere Alzheimers pasientens kognitive problemer enn hans eller hennes atferdsproblemer, som kan gjøre pasienten synes bevisst lite samarbeidsvillig, ondskapsfull, eller rett og slett bety. Men begge typer problemer er konsekvenser av sykdommen. En nærmere titt på hjernen avslører hvordan minne, intellektuelle evner, følelser og atferd henger sammen og hvordan de blir frakoblet i Alzheimers sykdom.

En makro visning av hjernen

Hjerneforsker Paul MacLean innførte begrepet "treenige hjernen" for å beskrive hva han sett på som de tre separate, men sammenhengende nivåer av den menneskelige hjerne: hjernestammen (og lillehjernen), det limbiske system, og hjernebarken. En omfattende toveis nettverk av nerver forbinder disse tre nivåene i hjernen. Løpende kommunikasjon mellom hjernebarken og det limbiske system uløselig knytter tenkning og følelser (se figur 2). Hver påvirker andre, og både direkte all frivillig handling. Dette samspillet mellom minne og følelser, tanke og handling er grunnlaget for den enkeltes unike personlighet.

Hjernestammen og lillehjernen

Opererer på første nivå, disse to primitive strukturene styrer grunnleggende overlevelse. Hjernestammen oppsyn vitale funksjoner som hjerterytme og kroppstemperatur, og lillehjernen arrangerer bevegelsen.

Det limbiske system

Ligger dypt inne i hjernen er det limbiske system, det andre nivået av MacLean er "treenige hjernen." Denne arm formede kompleks av nervesentre finnes i alle pattedyr. Det limbiske system knytter følelser og atferd, som en rekke vitenskapelige eksperimenter og observasjoner av personer med hjerneskader har vist. Stimulere ett område av det limbiske system produserer følelser av sinne og aggresjon, mens stimulerende annet område ber følelser av nytelse og avslapping. Det limbiske system er grensesnittet mellom våre dyr stasjoner og begrensninger av sivilisasjon, mellom irrasjonelle impulser og praktiske beslutninger, mellom rå følelser og rasjonell atferd.

Det limbiske systemet har en annen viktig funksjon: det er sentralt for hukommelse og læring. Selv om minnene ikke er lagret på ett sted, diskrete strukturer innenfor det limbiske system organisere minne formasjon. Videre er disse strukturene behandle forskjellige typer minne. Hippocampus, for eksempel, er aktiv i å konvertere informasjon i langtidshukommelsen og i hukommelse husker. Gjentatt bruk av spesialiserte nervenettverk i hippocampus forbedrer minne lagring, så denne strukturen er involvert i å lære av både hverdagsopplevelser og bevisst studie.

Skader på hippocampus eller dets nerveforbindelsene kan føre til hukommelsestap (manglende evne til å lære og deretter hente inn ny informasjon). Personer med hukommelsestap ikke er i stand til å danne nye langsiktige minner, og de glemmer informasjon snart etter at de hører eller ser det. For eksempel, har forskerne funnet ut at pasienter med hukommelsestap kan fortsette å gjøre ting som å spille dam samt de brukes til (fordi det var en ferdighet som ble ervervet over år gjennom praksis), men de kan ikke huske navnet på sin motstander.

Men ikke alle opplevelser i en persons liv blir uutslettelig risset inn i minnet, det er heller ikke nødvendig å beholde hver bit av informasjon en møter. Det er der følelser inn i minne prosessen. Noen nevrologer mener at hippocampus hjelper velge hvilke minner lagres, kanskje ved å feste en "følelse markør" til noen hendelser eller annen informasjon slik at de er mer sannsynlig å bli tilbakekalt.

Amygdala, som sitter ved siden av hippocampus, er opptatt av en annen størrelsesorden av emosjonell hukommelse: det kommer inn i bildet i situasjoner som vekker følelser som frykt, sinne, medlidenhet, eller raseri. Forskere har oppdaget at minner som har en emosjonell komponent er mer sannsynlig å bli beholdt. Men skader på amygdala kan avskaffe en følelse-ladet minne.

Hjernebarken

Det tredje nivået i hjernen er hjernebarken, vanligvis kalt den "grå materie." Hjernehemisfærene inneholde to spesialiserte områder, en dedikert til frivillig bevegelse og en til sanseinformasjon. Men det meste av grå materie er foreningen cortex, som blir stadig større etter hvert som dyrene flytte opp den evolusjonære stigen. Foreningen cortex er den regionen i bevisst tanke: det er der du lagrer hukommelse og språkkunnskaper, bearbeide informasjon, og utføre kreativ tenkning.

En mikro visning av hjernen

På nært hold, er hjernen et nett av sammenhengende celler som kalles nevroner. Hvordan disse cellene kommuniserer og hva som skjer når disse cellene dør danner grunnlaget for vår forståelse av hjernesykdom.

Hvordan hjernecellene kommuniserer

Nervecellen er hjernens grunnleggende enhet for bearbeiding av informasjon. Den menneskelige hjernen inneholder utrolig mange nevroner - omtrent 100 milliarder kroner, gi eller ta 10 milliarder. Den neuron er et unikt celle i aktivitet og utseende. Den genererer både elektriske og kjemiske signaler, slik at det er i stand til å kommunisere raskt med fjerne neuroner. I stedet for den kompakte formen typisk for andre celler i kroppen, er nervecellen som et eiketre med gigantiske grener strukket ut. Hvert nevron har en kropp som inneholder en kjerne, en lang fiber kalt et akson, og mange kortere grenfibre som kalles dendritter.

Den neuron er både en mottaker og en sender. Når en nervecelle mottar et signal, genererer den en elektrisk impuls. Denne impulsen går gjennom nervecellen og ned axon til seg slutten (axon terminalen). Signalet blir så sendt videre til andre nerveceller. Sett under et mikroskop, nevroner ser ut som en tett skog av trær som har grener er så tett sammenvevd at de ser ut til å berøre. Men når detaljene er markert med en sølvfarge, er det klart at hver celle er skilt fra sine naboer ved små åpninger som kalles synapser. Fordi det elektriske signalet ikke kan bygge bro dette rommet, er en annen mekanisme som kreves for et neuron for å kommunisere med sine naboer. Dette er hvor nervecellen kjemiske signal kommer inn

Lagret i axon terminalen er kjemiske budbringere kalles nevrotransmittere. Den elektriske impuls åpnes små porer i axon terminal, slik at en tilførsel av nevrotransmittere for å strømme inn i synapse (se figur 3). Den kjemiske deretter festes til reseptorer på en nabo nevron. Hva som skjer videre avhenger av om signalstoffet har en spennende eller hemmende effekt på nervecellen.

En eksitatorisk neurotransmitter sender meldingen om ved å opprette en elektrisk impuls i cellen som mottar den, og prosessen med elektro-til-kjemiske signaler gjentas. Men hvis en impuls var å bli overført til hver nervecelle i hjernen, ville resultatet bli kaos, mye som en makt kirurg kan føre til kortslutning, nevroner skyte alle på en gang ville føre til en langvarig epileptisk anfall. For å sikre seg mot at dette skjer, hemmende nevrotransmittere undertrykke kommunikasjon til nabo nevroner.

Av de mer enn 20 kjemiske budbringere oppdaget så langt, noen er ganske godt forstått. Flere av dem er involvert i minnet, inkludert acetylkolin, serotonin og dopamin. Mange av disse nevrotransmittere har flere funksjoner, for eksempel, bidrar til serotonin regulerer søvn og sensorisk persepsjon, mens dopamin bidrar til å regulere bevegelsen.

Som biologiske prosesser går, er hastigheten på tanken rask (selv om treg sammenlignet med en datamaskin). Elektriske impulser i enkelte nevroner nå hastigheter på nesten 200 km / h, og overføring fra celle til celle tar omtrent en tusendel av et sekund. I tillegg kan én nervecelle har mer enn 1000 synapser, og med en enkelt impuls, kan sende samtidig til alle sine naboer.

Når nervecellene dør

Den enorme antall neuroner og synapser i en normal hjerne gir en tilsynelatende uendelig kapasitet for behandling av informasjon, så vel som en sikkerhetsmargin i tilfelle noen er ødelagt. Men i Alzheimers sykdom, masseødeleggelsen av nevroner eliminerer dette sikkerhetsnettet, særlig i de som er involvert i hukommelse og kognisjon områder - foreningen cortex, det limbiske system, og deres forbindelsesnervenettverk. Selv om forskning tyder på at en dag kan det være mulig å overtale nye nerveceller å vokse (se "Nervecelle regenerering") på dette punktet slik prestasjon er umulig.

Alzheimers forlater to ulike typer innskudd i disse områdene. Inne nervecellene i en Alzheimers pasient er nevrofibrillære floker, hair protein fiber vridd tett sammen som garn. Liggende utenfor nevroner, i nærheten synapser, er neuritic plaketter, består av et protein kjerne kalt beta-amyloid (også kalt en-beta eller ass) omgitt av vrakgods fra degenereres nevroner (se figur 4). Disse to funksjonene - neurofibrillære floker og neuritic plaketter - er de karakteristiske mikroskopiske signaturer av Alzheimers sykdom.

Disse floker og plaketter, først beskrevet av Alois Alzheimer i 1907, har vært hovedfokus for forskning i flere tiår, og med god grunn: jo verre mental svekkelse, er det mer amyloid og floker funnet i hjernevevet. Den rådende oppfatning blant nevrologer pleide å være at disse forekomstene forårsaket mentale endringer i Alzheimers sykdom.

Men floker og plaketter er ikke unikt for denne sykdommen. Noen er funnet i andre demen lidelser, og noen er spredt rundt i hjernen til friske middelaldrende og eldre mennesker. Studier nå tyder på at demens hos Alzheimer-pasienter stammer fra krymping og død av nevroner og synaptiske tap, og ikke fra de floker og plaketter selv. Hva er årsaken til denne skaden er usikkert. I henhold til den ledende hypotese kan små fragmenter av løselig amyloid protein være toksisk faktor, utløser en kaskade av biokjemiske begivenheter som fører til at cellene til å krympe og dø.

Med fremskritt innen teknologi gjør dem i stand til å telle nevroner, nevrologer var i stand til å avgjøre dette sannsynlige årsaken til demens ved å undersøke hjernevev fra 10 personer med normal hjernefunksjon som døde etter fylte 60 år. Alle prøvene inneholdt omtrent samme antall nevroner i et område av foreningen cortex rikt forsynt med nerver fra sanse regionen. For første gang har forskere hadde en standard for å definere hvor mange neuroner var "normale" i den menneskelige hjerne. Videre er dette funnet indikerte at neuron tapet var ikke et resultat av normal aldring.

Deretter forskerne sammenlignet de normale prøver med hjernevev fra 10 personer med Alzheimers og oppdaget i gjennomsnitt en 41% reduksjon i antall nerveceller. Og jo lenger demens hadde vært til stede, jo færre nevronene ble funnet. Det var også en sammenheng med nevrofibrillære floker: folk med størst tap av nevroner hadde flere floker, ca 95% av disse var inne de resterende nevroner. Men tapet av neuroner var dramatisk høyere enn antallet floker.

Forskerne tilbød "housekeeping" som en mulig forklaring på dette avviket: molekyler som klart unna døde celler i kroppen fjernet slutt floker. Når de regnet neuritic plaketter, fant forskerne ingen sammenheng med enten neuron tap eller sykdomsvarighet, forsterke den oppfatning at neuronal dysfunksjon og død årsak demens. Selv floker og plaketter er fortsatt anses de diagnostiske kjennetegnene på Alzheimers sykdom, synaptiske tap og neuron død korrelerer best med demens.

Eksperter tror også at det reduserte nivåer av nevrotransmitteren acetylcholin, et kjemikalie som broer synapser mellom nevroner som påvirker hukommelse, bidrar også til hukommelsestap av Alzheimers sykdom. I cortex og hippocampus, hvor dette signalstoffet er nødvendig for hukommelse og læring, acetylkolin-produserende nevroner (kalt kolinerge nevroner) er vanligvis rikelig. Men av flere typer nevroner som kan utarte i Alzheimers sykdom, de kolinerge nevroner er spesielt hardt rammet. Som acetylkolin produksjonen faller i cortex og hippocampus, blir demens stadig verre. Etter den tid en person med Alzheimers sykdom dør, kan cortex ha mistet 90% av sin acetylkolin.

Andre nevrotransmitter abnormiteter kan også være til stede. Reduserte nivåer av serotonin og noradrenalin har blitt funnet i noen mennesker med Alzheimers sykdom. Ubalanser blant disse og andre nevrotransmittere kunne forklare hvorfor noen pasienter opplever sanseforstyrrelser, depresjon, søvnproblemer, aggressiv atferd, og humørsvingninger.