Мозжечок и позный контроль

Материал из BrainstormWiki
Перейти к: навигация, поиск

ЧЕРНОВИК! СТАТЬЯ НЕ ДОПИСАНА Со времен Flourens в 1824 все знают, что мозжечок координирует движения, но как именно — сформулировать сложнее. Шеррингтон (1906) считал что мозжечок - это главное ядро проприоцептивной системы. Но Магнус, в 1925 (сто лет спустя после Флуранса!) писал "нам неизвестно ни одной функции или рефлекса явно связанной с мозжечком таким образом, что она бы отсутствовала при удалении мозжечка и присутствовала при удалении других частей мозга, при сохранном мозжечке". Иронично, что сам же Магнус чуть ранее отмечал, что компенсация односторонней лабирентэктомии невозможна у животных с удаленным мозжечком. По итогам анализа клинического материала первой мировой войны уже были явные формулировки роли мозжечка как регулятора, а не организатора, но Магнус продолжал верить, что загадка мозжечка будет разгадана, как только будут найдены рефлексы, им обусловленые.

Адаптация вестибуло-окулярного рефлекса мозжечком

De Zeeuw & Ten Brinke

Наиболее изучена роль мозжечка в адапатации VOR, поэтому придется начать с неё. Хорошо известны опыты с очками-призмами, которые приводят к тому, что усиление VOR меняется через несколько дней. В норме этот механизм нужен для адаптации рефлекса к растущей голове, стареющим глазодвигательным мышцам и т.п. VOR прекрасно (хоть и не сразу) адаптируется к самым разным парадигмам работы, сохраняя при этом свою исключительную скорость.

Как это возможно в "простом рефлексе".

На рисунке справа показано, как. Зеленым выделена классическая трехнейронная арка, описанная в 20е Lorente de No. Обычно только эти три нефрона и показавают, говоря "вот он VOR". VG - Scarpa's ganglion, VN - вестибулярные ядра, OM - глазодвигательные. Всего три нейрона, два синапса - поэтому VOR настолько быстр. Но интересны и другие участники:

  • AOS - Дополнительная Зрительная Система, которая обнаруживает, что VOR ошибается, замечая проскальзывания изображения на сетчатке глаза (во время ожидаемых проскальзываний, как во время саккад, эта активность AOS подавляется, но эта схема не показана).
  • IO - Inferior Olive. Получает вход от AOS, и формирует сигнал ошибки, которые передается по лазающим волокнам - climbing fibers в мозжечок.
  • Climbing fibers образуют самый сильный синапс с клетками Пуркинье, которые показаны черным веером. Они не могут не отреагировать на него. Разряд от IO гарантированно вызывает так называемый complex spike в клетках Пуркинье, и мозжечок перестраивает свою работу.
  • Клетки Пуркинье вестибуломозжечка постоянно оказывают модулирующее влияние на нейроны вестибулярных ядер (FTN). Перестройка работы приводит вестибуломозжечка приводит к адапатации VOR

То, что я описал выше - примерно соответствует Marr-Albus-Ito модели мозжечкового научения

Мозжечок: два в одном, или уроки от zebrafish

Zebrin.jpg
система проекций олива-кора-глубокие ядра

Zebrin

Старый добрый тезис о мозжечке, которому я тоже подвержен говорит о том, что кора мозжечка крайне однородна, и в ней совершенно отсутствуют аналоги, например, зон Бродмана. А поэтому мозжечок - это некая такая вычислительная машина, которая делает одно и то же вычисление для всех своих входов, откуда бы они не приходили. И если мы точно выяснили, что делает мозжечок и inferior olivary nucleus на примере VOR, то это можно перенести и на другие нервные цепи, взаимодействующие, например, со спиномозжечком.

Всё как всегда, сложнее. Классическая гистология не видит различий в коре мозжечка. А имунногистохимические методы - видят. Расцвет имунногистохимии и исследований zebra-fish (данио-рерио) привел к однозначному пониманию, что мозжечок всех позвоночных, обладая регулярной архитектурой соединений в коре, содержит два ярко разных типа клеток Пуркинье, различающихся экспрессией генов и механизмом работы. Мозжечок полосатый, содержит парасагиттальные зоны (название маркера - zebrin и полосатость мозжечка случайно совпали). Как написали в подводке к одной из статей - All Purkinje cells are not created equal.

В этой полосатой карте мозжечка вестибуломозжечок почти целиком zebrin-positive (flocculus и nodulus серые). Описанная выше схема адаптации VOR - характерна именно для zebrin-positive зон.

Zebrin-negative зоны мозжечка имеют другую схему обучения - за подробностями см. De Zeeuw & Ten Brinke. Считается, что основной метод обучения в этих зонах - classical conditioning, формирование Павловских условных рефлексов.

Проекции в глубокие ядра мозжечка

Продольные полосы, размечаемые zebrin - тоже не вся история. Попытка сопоставить проекции из Inferior Olive в кору, и проекции в глубокие ядра мозжечка (в которые надо включать и вестибулярные ядра тоже, для полноты системы), тоже раскрашивает мозжечок в некие продольные зоны, но они несколько другие, нежели зоны zebrin

Влияние мозжечка на позные ядра вестибулярной системы

Клетки Пуркинье и lateral vestibular nucleus (здесь названо Deiter's nucleus). Из лекции Jan Voogd

Разбирая роль мозжечка в позе, велик соблазн перенести на вестибулоспинальный рефлекс данные, полученные на VOR

  • Справа нарисована аналогичная VOR картинка для LVN
    • Первый ключевой вопрос здесь - что является здесь "сигналом ошибки"? Входы в Dorsal Accessory Olive изучались на котах, и это Dorsal Column Nuclei (восходящая соматосенсорная система), Lateral Cervical Nucleus (специфическая кошачья шерстяная сенсорная система, у человека атрофирована) и прямые проекции из различных отделов спинного мозга, плохо атрибутированных. Где и какой "сигнал ошибки" здесь может быть - совершенно непонятно.
  • Спиномозжечок - vermis - тоже полосатый, и там есть и zebrin positive и zebrin negative зоны. И проекции в LVN исходят из zebrin negative зон (смотри Jan Voogd Fig 8).
    • Означает ли это, что мозжечково-вестибулярный механизм влияния на LVST на самом деле построен не на регулировке рефлекса, а на classical conditioning? Это слишком зыбкая почва для спекуляций, основанная на единичных сообщениях.
  • Помимо прямых проекций в LVN, cпиномозжечок делает и "классические" выходы в LVN через fastigial nucleus
    • Прямые и fastigial (ядро шатра) проекции в LVN приходят в разные его части. Но по Brodal эти части - якобы - соматотопичные, и одни про передние лапы котов, другие про задние.


Влияние мозжечковой патологии на позные стратегии

rgiht

При всей критике постурологии в Нэшнеровском аппарате, он полезен тем, что в нем протестировали "все и всех". На картинке изображена их классическая голеностопная стратегия для людей с поражением передней доли мозжечка (классический spinocerebellum).

Отчетливо видно (см. статью) что ни латенции, ни координация мышечной синергии не поражаются, но резко меняется (увеличивается) амплитуда этих реакций.

  • Horak&Diener: Cerebellar Control of Postural Scaling and Central Set in Stance 1994