Analyse: hvordan hjernen fungerer

En familie finder det ofte lettere at acceptere Alzheimers patientens kognitive problemer end hans eller hendes opførsel problemer, som kan gøre patienten synes bevidst usamarbejdsvillig, ondskabsfuld, eller bare betyde. Men begge slags problemer er konsekvenser af sygdommen. Et nærmere blik på hjernen afslører, hvordan hukommelse, intellektuelle evner, følelser og adfærd hænger sammen og hvordan de bliver afbrudt i Alzheimers sygdom.

En makro billede af hjernen

Neurolog Paul MacLean opfandt udtrykket "treenige hjerne" til at beskrive, hvad han anså for de tre særskilte, men indbyrdes forbundne niveauer af den menneskelige hjerne: hjernestammen (og cerebellum), det limbiske system og hjernebarken. En omfattende to-vejs netværk af nerver forbinder disse tre niveauer i hjernen. Løbende kommunikation mellem hjernebarken og det limbiske system uløseligt forbinder tænkning og følelser (se figur 2). Hver påvirker den anden, og både direkte alle frivillige tiltag. Dette samspil af hukommelse og følelser, tanker og handlinger er grundlaget for den enkeltes unikke personlighed.

Hjernestammen og cerebellum

Opererer på det første niveau, disse to primitive strukturer styrer grundlæggende overlevelse. Hjernestammen overvåger vitale funktioner såsom hjerteslag og kropstemperatur, og lillehjernen orkestrerer bevægelse.

Det limbiske system

Beliggende dybt inde i hjernen er det limbiske system, det andet niveau af MacLean er "treenig hjerne." Denne bærearm-formet kompleks af nerve centre findes i alle pattedyr. Det limbiske system forbinder følelser og adfærd, som talrige videnskabelige eksperimenter og observationer af mennesker med hjerneskade har vist. Stimulering et område af det limbiske system producerer følelser af vrede og aggression, og samtidig stimulere et andet område beder følelser af glæde og afslapning. Det limbiske system er grænsefladen mellem vores dyriske og de begrænsninger af civilisation, mellem irrationelle impulser og praktiske beslutninger, mellem rå følelser og rationel adfærd.

Det limbiske system har en anden vigtig funktion: det er centralt for hukommelse og indlæring. Selvom minderne ikke er gemt i et enkelt sted, diskrete strukturer i det limbiske system orkestrere hukommelse dannelse. Desuden er disse strukturer behandle forskellige former for hukommelse. Hippocampus, for eksempel, er aktiv i at konvertere information til langtidshukommelsen og i hukommelsen tilbagekaldelse. Gentagen brug af specialiserede nerve netværk i hippocampus forbedrer hukommelse opbevaring, så denne struktur er involveret i at lære fra både banale erfaringer og bevidst undersøgelse.

Skader på hippocampus eller dets nerveforbindelser kan medføre hukommelsestab (manglende evne til at lære og derefter huske nye oplysninger). Mennesker med hukommelsestab er ude af stand til at danne nye langsigtede erindringer, og de glemmer information snarest efter, at de hører eller ser den. For eksempel har forskere konstateret, at patienter med hukommelsestab kan fortsætte med at gøre ting som at spille brikker samt de bruges til (fordi det var en færdighed, som blev erhvervet i løbet af år gennem praksis), men de kan ikke huske navnet på deres modstander.

Men ikke alle oplevelser i et menneskes liv uudsletteligt ætset i hukommelsen, det er heller ikke nødvendigt at bevare hver en bid af information en støder. Dette er, hvor følelserne indtaste hukommelse processen. Nogle neuroforskere tror hippocampus hjælper vælge, hvilke erindringer lagres, måske ved at knytte en "følelse markør" til nogle arrangementer eller andre oplysninger, så de er mere tilbøjelige til at blive mindes.

Amygdala, der sidder ved siden af ​​hippocampus, er bekymret med en anden størrelsesorden af ​​følelsesmæssig hukommelse: det kommer i spil i situationer, der vækker følelser som frygt, vrede, medlidenhed, eller forargelse. Forskere har opdaget, at erindringer, der er en følelsesmæssig komponent er mere tilbøjelige til at blive bevaret. Men skader på amygdala kan afskaffe en følelse-ladet hukommelse.

Hjernebarken

Det tredje niveau af hjernen er den cerebrale cortex, der almindeligvis kaldes "grå substans". De hjernehalvdele indeholder to specialiserede områder, en dedikeret til frivillige bevægelser og en til behandling af sensorisk information. Men de fleste af det grå materie er foreningen cortex, som bliver gradvist større som dyrene bevæge sig op den evolutionære stige. Foreningen cortex er den region i bevidste tanke: Det er hvor du gemmer hukommelse og sproglige færdigheder, bearbejde information og udføre kreativ tænkning.

En mikro visning af hjernen

Up close, hjernen er et spind af sammenkobling celler, der kaldes neuroner. Hvordan disse celler kommunikerer, og hvad der sker, når disse celler dør danner grundlaget for vores forståelse af hjernesygdom.

Hvordan hjerneceller kommunikerer

Neuron er hjernens basisenhed til bearbejdning af information. Den menneskelige hjerne indeholder utrolig mange neuroner - omkring 100 milliarder, give eller tage 10 mia. Neuron er en unik celle aktivitet og udseende. Det genererer både elektriske og kemiske signaler, der gør det i stand til at kommunikere hurtigt med fjerne neuroner. I stedet for den kompakte form er typisk for andre celler i kroppen, neuron er som et egetræ med kæmpe grene strakt ud. Hver neuron har et legeme, der indeholder en kerne, en lang fiber kaldet en Axon, og mange kortere forgrenede fibre kaldet dendritter.

Neuron er både en modtager og en sender. Når en neuron modtager et signal, det genererer en elektrisk impuls. Denne impuls bevæger sig gennem neuron og ned Axon til ende (Axon terminal). Signalet føres derefter til andre neuroner. Set under et mikroskop, neuroner ligne en tæt skov af træer, hvis grene er så tæt forbundne, at de synes at røre ved. Men når detaljerne er fremhævet med en sølv plet, er det klart, at hver celle er adskilt fra sine naboer af bittesmå huller kaldes synapser. Fordi det elektriske signal ikke kan bygge bro over denne plads, er en anden mekanisme, der kræves for en neuron til at kommunikere med sine naboer. Det er her neuron kemiske signal kommer ind

Gemt i Axon terminalen er kemiske budbringere kaldet neurotransmittere. Den elektriske impuls åbner små porer i Axon terminalen, som tillader en levering af neurotransmittere at strømme ind i synapser (se figur 3). Den kemiske derefter lægger til receptorer på en nærliggende neuron. Hvad der sker herefter, afhænger af, om den neurotransmitter har en spændende eller hæmmende effekt på neuron.

En excitatorisk neurotransmitter passerer meddelelsen på ved at skabe en elektrisk impuls i den celle, der modtager den, og processen af ​​elektrisk-til-kemisk signalering gentages. Men hvis en impuls skulle overføres til hver neuron i hjernen, ville resultatet blive kaos, meget gerne et strømstød kan forårsage en kortslutning, neuroner fyrer alle på én gang vil medføre en forlænget epileptisk anfald. For at beskytte mod dette sker, hæmmende neurotransmittere undertrykke kommunikation til de omkringliggende neuroner.

Af de mere end 20 kemiske budbringere opdaget hidtil, er et par ganske godt forstået. Flere af dem er involveret i hukommelse, herunder acetylcholin, serotonin og dopamin. Mange af disse neurotransmittere har yderligere funktioner, for eksempel serotonin hjælper med at regulere søvn og sansning, medens dopamin hjælper med at regulere bevægelse.

Da biologiske processer går, tankens hastighed er hurtig (selvom langsom sammenlignet med en computer). Elektriske impulser i nogle neuroner nå hastigheder på næsten 200 km / h, og transmission fra celle til celle tager omkring en tusindedel af et sekund. Desuden kan en nervecelle har mere end 1.000 synapser, og med en enkelt impuls, kan transmittere samtidigt til alle sine naboer.

Når nerveceller dør

Den enorme antal af neuroner og synapser i en normal hjerne giver en tilsyneladende uendelig kapacitet til at behandle information, samt en sikkerhedsmargin i tilfælde nogle bliver ødelagt. Men i Alzheimers sygdom, masseødelæggelserne af neuroner eliminerer denne sikkerhedsnet, især i de involveret i hukommelse og erkendelse områder - foreningen cortex, det limbiske system, og deres forbindelsesstrækninger nerve netværk. Selvom forskning tyder på, at en dag kan det være muligt at lokke nye neuroner til at vokse (se "Nerve celle regenerering") på dette tidspunkt en sådan præstation er umuligt.

Alzheimers efterlader to ulige typer af indskud på disse områder. Inde i neuroner i en Alzheimers patient er neurofibrillære masser, hairlike proteinfibre snoet stramt sammen som garn. Ligger uden for neuroner, nær synapser, er neuritiske plaques, der består af et protein kerne kaldet beta-amyloid (også kaldet en-beta eller ass) omgivet af vragdele fra degenererende neuroner (se figur 4). Disse to funktioner - neurofibrillære masser og neuritiske plader - er de karakteristiske mikroskopiske underskrifter Alzheimers sygdom.

Disse ledningsrod og plaques, først beskrevet af Alois Alzheimer i 1907, har været det vigtigste fokus for forskning i årtier, og med god grund: det værre mental svækkelse, er det mere amyloid og tangles fundet i hjernevæv. Den fremherskende opfattelse blandt neurologer plejede at være, at disse indskud forårsagede de mentale ændringer i Alzheimers sygdom.

Men ledningsrod og plaques er ikke enestående for denne sygdom. Nogle er fundet i andre demens-sygdomme, og et par er spredt omkring i hjernen hos raske midaldrende og ældre mennesker. Undersøgelser nu tyder på, at demens i Alzheimers patienter stammer fra svind og død af neuroner og synaptisk tab, og ikke fra ledningsrod og plaques selv. Hvad er årsagen til denne skade er usikker. Ifølge den førende hypotese kan små fragmenter af opløseligt amyloid protein være toksiske faktor, som udløser en kaskade af biokemiske begivenheder, der får cellerne til at skrumpe og dø.

Med teknologiske fremskridt gør det muligt at tælle neuroner, neuroforskere var i stand til at afgøre dette sandsynlige årsag til demens ved at undersøge hjernevæv fra 10 personer med normal hjernefunktion, der døde efter 60 år. Samtlige indeholdt omtrent det samme antal af neuroner i et område af foreningen cortex rigt forsynet med nerver fra den sensoriske region prøver. For første gang forskerne havde en standard for at definere, hvor mange neuroner "normale" i den menneskelige hjerne. Desuden er denne konstatering indikerede, at neurontab ikke var et produkt af normal aldring.

Dernæst forskerne sammenlignede de normale prøver med hjernevæv fra 10 personer med Alzheimers og opdagede i gennemsnit en reduktion i antallet af neuroner, 41%. Og jo længere demens havde været til stede, jo færre neuroner blev fundet. Der var også en korrelation med neurofibrillære masser: folk med den største neuron tab havde flere sammenfiltring omkring 95% af disse var inde de resterende neuroner. Men tab af neuroner var dramatisk større end antallet af tangles.

Forskerne tilbudt "husholdning" som en mulig forklaring på denne uoverensstemmelse: molekyler, der klart væk døde celler i kroppen til sidst fjernet ledningsrod. Når de tælles neuritiske plaques, fandt forskerne ingen sammenhæng med enten neuron tab eller sygdom varighed, styrke den opfattelse, at neuronal dysfunktion og død årsag demens. Selvom ledningsrod og plaques stadig anses de diagnostiske kendetegnende for Alzheimers sygdom, synaptisk tab og neuron død korrelerer bedst med demens.

Eksperter mener også, at nedsatte niveauer af neurotransmitteren acetylcholin, et kemikalie, der bygger bro synapser mellem neuroner, der påvirker hukommelse, også bidrage til hukommelsestab af Alzheimers sygdom. I cortex og hippocampus, hvor denne neurotransmitter er nødvendig for hukommelse og læring, acetylcholin neuroner (kaldet cholinerge neuroner) normalt rigelige. Men af ​​de flere typer af neuroner, der kan degenererede i Alzheimers sygdom, de cholinerge neuroner er særligt hårdt ramt. Som acetylcholin produktion falder i cortex og hippocampus bliver demens gradvist værre. Ved den tid, en person med Alzheimers dør sygdom, kan cortex har mistet 90% af sin acetylcholin.

Andre neurotransmitter abnormaliteter kan også være til stede. Reducerede niveauer af serotonin og noradrenalin er blevet fundet i nogle mennesker med Alzheimers sygdom. Skævheder blandt disse og andre neurotransmittere kunne forklare, hvorfor nogle patienter oplever føleforstyrrelser, depression, søvnproblemer, aggressiv adfærd, og humørsvingninger.