Czy w związku z powyższym nie mamy wolnej woli?

W dokumencie Annales Academiae Medicae Stetinensis = Roczniki Pomorskiej Akademii Medycznej w Szczecinie. 2011, Sympozja 1 (Stron 37-40)

Joahim Bauer (2008) zauważa, iż proces wyboru nie jest w pełni dowolny, z uwagi na to, iż nawet płaty czołowe nie mogą wymyślić świata na nowo. Zawsze funkcjonu-jemy w jakiś ramach, jednakże mamy możliwość wyboru które działanie zaktywizować w danym momencie. Bauer zauważa, iż w procesie wyboru biorą udział zawsze trzy kryteria: biologiczna i emocjonalna sytuacja, pragnienie wzmacniania więzi międzyludzkich oraz kwestie rangi spo-łecznej, tzw. społeczne dopasowanie.

Jednakże, co w sytuacji, gdy jedno z powyższych kry-teriów jest zaburzone? Co w sytuacji, gdy dziecko poprzez

„neurony lustrzane” odwzorowuje zachowania niekochają-cych się rodziców i przenosi to w dorosłym życiu na swoje postępowanie? Czy brak potrzeby pragnienia wzmacniania więzi międzyludzkich wyklucza wolną wolę lub zakłada pewne jej braki?

Wydaje się, że kodowanie pewnych schematów lub odwzorowywanie niektórych zachowań, działań może wpływać na zmiany naszych stanów mentalnych, a więc i wpływać na potwierdzenie braku wolnej woli. Bo czy wolną wolą jest możliwość decyzji co dzisiaj zjem na obiad?

Tym bardziej, że nasze kubki smakowe nauczone są tylko pewnych schematycznych smaków? Myśląc o obiedzie, mało kto z nas myśli o owocach morza czy makaronie ryżowym, jednakże wydaje się, że mamy wolną wolę.

Pomocnym w odpowiedzi wydaje się teoria selekcji grup neuronowych stworzona przez G. edelmana (1990),

według której „pamięć jest specyficznym wzmocnieniem ustanowionej wcześniej zdolności do kategoryzacji”. Stałe zmiany w synapsach restrukturyzują sieć neuronalną umoż-liwiając kategoryzację jako formę organizacji sieci. Poprzez dynamikę zmian w całym procesie, przypominanie poszcze-gólnych elementów nie może być stereotypowe, z uwagi na to, że poprzez stale zmieniającą się strukturę i aktywność grup neuronów zmienia się także jej pierwotna klasyfika-cja. Przypominanie sobie aktywizuje jedynie pewne części odwzorowania globalnego, które wcześniej zostały wzmoc-nione. W związku z tym każdorazowo elementy składające się na reakcję mogą być trochę inne, a więc nasza pamięć wydaje się być wynikiem ciągłej rekategoryzacji.

Jednakże, czy może to świadczyć o wolnej woli? Czy może „jesteś niczym innym jak wiązką (pęczkiem) neu-ronów”2?

Piśmiennictwo tematu wykorzystane i sugerowane

Allman J.M., Watson k.k., Tetreault N.A., Hakeem A.y.: Intuition 1.

and autism: a possible role for Von economo neurons. Trends Cogn Sci. 2005, 9 (8), 367–373.

Bauer J

2. .: empatia. Co potrafią neurony lustrzane. PWN, Warszawa 2008.

Crick F

3. .: Zdumiewająca hipoteza, czyli nauka w poszukiwaniu duszy.

Prószyński i S -ka, Warszawa 1997.

Duch W

4. .: Czy jesteśmy automatami? Mózgi, wolna wola i odpowie-dzialność. W: Na ścieżkach neuronauki. Red. P. Francuz. kUL, Lublin 2010, 219–264.

Eccles J.C

5. .: How the self controls its brain. Springer -Verlag, Berlin 1994.

Edelman G

6. .: Przenikliwe powietrze, jasny ogień. O materii umysłu.

PIW, Warszawa 1999.

Edelman G

7. .: Second nature: Brain science and human knowledge. yale University Press, yale 2006.

Edelman G

8. .: The remembered present: A biological theory of conscious-ness. Basic Books, New york 1990.

Gazzaniga M

9. .: O tajemnicach ludzkiego umysłu. Biologiczne korzenie myślenia, emocji, seksualności, języka i inteligencji. książka i Wiedza, Warszawa 1997.

Hulme O.J., Friston K.F., Zeki S

10. .: Neural correlates of stimuls

report-ability. J Cogn Neurosci. 2008, 21 (8), 1602–1610.

Jaynes J

11. .: The origin of consciousness in the breakdown of the bicameral mind. Mariner Books, Boston 1976.

The volitional brain: Towards a neuroscience of free will. Red. B. Libet, 12.

A. Freeman, k. Sutherland. Imprint Academic, exeter 2000.

Penrose R

13. .: Nowy umysł cesarza. PWN, Warszawa 1995.

Piłat R

14. .: Umysł jako model świata. Wyd. IFIS PAN, Warszawa 1999.

Rizzolatti G., Craighero L., Fadiga L

15. .: The mirror neurons in humans.

W: Mirror neurons and the evolution of brain and language. Red. M. Sta-menov, V. Gallese. John Benjamins Publishing Co., Amsterdam 2003.

Rizzolatti G., Fabbri -Destro M., Cattaneo L

16. .: Mirror neurons and their

clinical relevance. Nat Clin Pract Neurol. 2009, 5 (1), 24–34.

Rizzolatti G., Fadiga L., Foagassi L. Gallese V

17. .: From mirror neurons

to imitation: facts and speculation. W: The imitative mind: Develop-ment, evolution, and brain. Red. A. Meltzoff, W. Prinz. Cambridge University Press, Cambridge 2002.

Watson k.k., Jones T.k., Allman J.M.: Dendritic architecture of the 18.

von economo neurons. Neuroscience. 2006, 141 (3), 1107–1112.

2 Crick F., Zdumiewająca hipoteza, czyli nauka w poszukiwaniu duszy, 1997.

36–42

mARIA LIzAk‑nITSCH

RoLA noRAdREnALIny I SERoTonIny w modULACJI FUnkCJI mÓzGU I ICH znACzEnIE dLA SnU CzŁowIEkA*

* Praca pod kierunkiem dr. n. med. Łukasza Madanego

Neurotransmitery są substancjami chemicznymi wyko-rzystywanymi przez mózg do przekazywania informacji.

W przekaźnictwie chemicznym w mózgu biorą udział m.in.

monoaminy, powstające w wyniku przemian metabolicz-nych z aminokwasów, z pożywienia. Wśród nich znajdują się: noradrenalina i serotonina. Substancje te zaangażowane są w regulację wielu funkcji organizmu, m.in. w sen, będący niezwykle skomplikowanym i precyzyjnym programem regeneracyjnym. Zjawiska zachodzące podczas snu świadczą o tym, że mózg pracuje intensywnie całą dobę i nigdy nie przestaje przetwarzać informacji. W dzisiejszych czasach wielkiego postępu technologicznego powodującego zmianę stylu życia, miliony ludzi przeznaczają na sen zbyt mało czasu, choć jest on niezbędny dla psychicznego i fizycz-nego zdrowia człowieka.

noradrenalina

W latach 40. XX w. Ulf von euler i Holtz zidentyfikowali noradrenalinę (norepinefrynę – NA) jako neurotransmiter w nerwach współczulnych ssaków. Nieco później była wykry-wana jako jeden z głównych neurotransmiterów w mózgu technikami fluorescencyjnymi i immunohistochemicznymi.

Noradrenalina syntetyzowana jest w mózgu, w zazwo-jowych włóknach współczulnych oraz komórkach chromo-chłonnych rdzenia nadnerczy, jest więc neurotransmite-rem działającym w ośrodkowym i obwodowym układzie nerwowym. Ciała komórek neuronów noradrenergicznych znajdują się w moście i rdzeniu przedłużonym. Tylne grupy komórek wysyłają aksony do rdzenia kręgowego, gdzie tworzą synapsy z zakończeniami włókien aferentnych pierwszorzędowych. Aksony pozostałych neuronów dają projekcje do móżdżku oraz tworzą pęczki – grzbietowy i brzuszny, łączące się w pęczek przyśrodkowy przodomó-zgowia, dochodzący do podwzgórza, ciała migdałowatego

(poprzez prążek krańcowy), wzgórza, struktur limbicznych, hipokampa i nowej kory.

Głównym, gęstym skupiskiem neuronów noradrener-gicznych jest jądro miejsca sinawego (locus coeruleus – LC) położone w grzbietowo -rostralnej części mostu. Zawiera ono ponad połowę wszystkich komórek, które uwalniają noradrenalinę do mózgu. Stąd wychodzi większość aksonów pęczka grzbietowego i włókien dochodzących do móżdżku.

Włókna aferentne unerwiające jądro miejsca sinawego są bardzo zróżnicowane. Zawierają opiaty, glutaminian, GABA, serotoninę, adrenalinę, histaminę, peptyd orek-synę/hipokretynę.

Neurony noradrenergiczne często są małe, z cienkimi, bardzo mocno rozgałęziającymi się aksonami pokrytymi na całej długości żylakowatościami, zawierającymi pęche-rzyki synaptyczne. Aksony te docierają do dużych obsza-rów mózgu i nie tworzą bliskich kontaktów synaptycznych.

Te dwie ostatnie cechy powodują, że przekaźnictwo nora-drenergiczne nazywa się „rozolem neuronalnym”, a neuro-transmisja nosi nazwę transmisji objętościowej. Ten sposób komunikowania się w układzie nerwowym odgrywa rolę w modulacji klasycznie przekazywanych sygnałów. Nora-drenalina moduluje aktywność neuronów, na które dzia-łają inne neuroprzekaźniki. Wykazano, że częstotliwość wyładowań neuronów LC jest niska w czasie snu i rośnie wraz ze wzrostem wzbudzenia. U zwierząt czuwających częstotliwość wyładowań wzrasta, gdy zwierzę przełącza uwagę z czynności niewymagającej czujności na zacho-wanie zorientowane na pojawiający się bodziec. W komór-kach kory mózgu i móżdżku NA wzmacnia efekt działania układu pobudzającego (glutaminergicznego) i hamującego (GABA -ergicznego). Określa się to jako zwiększenie sto-sunku sygnału do szumu.

Noradrenalina jest katecholaminą syntetyzowaną z feny-loalaniny i tyrozyny (ryc. 1). W ośrodkowym układzie nerwowym (OUN) za pośrednictwem presynaptycznej

oksydazy monoaminowej (MAO) NA jest przekształcana w 3,4=dihydroksyfenyloglikol (DOPeG).

Receptory adrenergiczne są receptorami metabotropo-wymi pobudzanymi przez NA i adrenalinę. Są to mono-meryczne białka błonowe w kształcie serpentyny siedmio-krotnie przekraczającej całą szerokość błony komórkowej, tworząc po trzy pętle po jej zewnętrznej i wewnętrznej stronie. koniec aminowy białka receptorowego znajduje się po zewnętrznej stronie komórki, a koniec karboksylowy po stronie cytoplazmy. Po przyłączeniu się neurotransmitera (pierwotnego przekaźnika) do miejsca wiążącego recep-tora metabotropowego, zmienia się struktura przestrzenna białka receptorowego. Podjednostka białka receptorowego znajdująca się wewnątrz neuronu aktywuje białko G, które jest związane z wysokoenergetyczną cząsteczką – trifosfo-ranem guanozyny (GTP). Aktywowane białko G wpływa na aktywność drugiego przekaźnika, do którego należą:

cyklaza adenylowa (cAMP) i fosfolipaza C / trifosforan ino-zytolu (ryc. 2). Cząsteczki drugiego przekaźnika sprzęgają wiązanie neurotransmitera z odpowiedzią wewnątrzkomór-kową oraz wzmacniają i modulują sygnał. Za pośrednic-twem m.in. kinaz białkowych fosforylujących białka doce-lowe mogą otwierać lub zamykać kanały jonowe w błonie

komórkowej, wpływać na syntezę białek lub regulować ekspresję genów. Białka G są trimerami, składającymi się z podjednostek α, β i γ. Istnieje kilka różnych białek G, róż-niących się głównie podjednostkami α. Białka GS (pobu-dzające) i Gi (hamujące) oddziaływują z cyklazą adenylową, a białka Gq – z fosfolipazą C. Za pośrednictwem białek G duża liczba rozmaitych receptorów uruchamia zaledwie kilka układów wtórnych przekaźników.

kalmodulina (CAM) występująca w neuronach jest biał-kiem wiążacym wapń, aktywuje liczne enzymy, w tym zależną od wapnia i kalmoduliny kinazę białkową II (CaMkII), która wspólnie z innymi białkami wrażliwymi na wapń pośredni-czy w zmianach przepuszczalności błony lub ekspresji genów.

Przykłady niektórych receptorów adrenergicznych wraz z układami wtórnych przekaźników przedstawiono w tabeli 1.

T a b e l a 1. Układy wtórnych przekaźników sprzężone z niektórymi receptorami adrenergicznymi (za: Longstaff A.L., 2009, s. 393)

Receptor Białko G Wtórny przekaźnik

α1 gq

go IP3/DAG

↓gk

α2 gi ↓cAMP

↑gk, ↓gCa

β1 gs ↑cAMP

↑gCa

β2, β3 gs ↑ cAMP

IP3 – inozytolotrifosforan; DAG – diacyloglicerol; cAMP – cykliczny adenozynomonofosforan

fenyloalanina (z pożywienia)

↓tyrozyna

↓ hydroksylaza tyrozynowa L -dopa

↓ dekarboksylaza L -aminokwasów aromatycznych dopamina

↓ ß -hydroksylaza dopaminowa noradrenalina

↓ N -metylotransferaza fenyloetanoloaminowa Adrenalina

Ryc. 1. Szlak syntezy noradrenaliny i adrenaliny (za: Longstaff A., 2009, s. 387–392)

Ryc. 2. Schemat działania przekaźników wtórnych; cAMP – cykliczny kwas adenozynomonofosforowy; ATP – kwas adenozynotrifosforowy; Ca – wapń; IP3 – trifosforan inozytolu; DAG – diacyloglicerol; G – białka G;

PI – fosfatydyloinozytol (za: Sadowski B., 2005, s. 138)

Należy również wspomnieć o autoreceptorach reagują-cych na neuroprzekaźnik uwalniany przez neuron, na któ-rym się znajdują. Zawsze są receptorami metabotropowymi.

W receptorach katecholaminergicznych i serotoninergicz-nych receptory presynaptyczne regulują syntezę neuro-przekaźnika, a autoreceptory somatodendrytyczne regu-lują tempo generowania potencjałów czynnościowych.

Wydzielanie NA jest kontrolowane przez dwie populacje autoreceptorów: receptorów α2 (osłabiających uwalnianie) i receptorów β, które nasilają uwalnianie neuroprzekaź-nika. Przy hamowaniu uwalniania neuroprzekaźnika działa mechanizm ujemnego sprzężenia zwrotnego zapobiegający nadmiernemu pobudzeniu, albo w celu zmniejszenia stop-nia desynsytyzacji (odwrażliwiestop-nia) receptorów postsynap-tycznych, która może ograniczać czułość synapsy.

komórka postsynaptyczna musi odpowiednio szybko reagować na zmieniający się sygnał presynaptyczny. Wiele receptorów poddawanych ciągłemu działaniu ligandów ulega desynsytyzacji. Dlatego neuroprzekaźnik nie może zbyt długo przebywać na błonie postsynaptycznej. katechola-miny i serotonina usuwane są ze szczeliny synaptycznej za pośrednictwem aktywnego transportu, który odbywa się dzięki białkom błonowym (kotransporterom Na+/Cl), przy udziale aktywnej błonowej ATP -azy Na+/k+. Po wychwy-ceniu przez przenośnik NA może być zmagazynowana w pęcherzykach synaptycznych. Część NA zarówno przed,

jak i po wychwyceniu jej przez neuron presynaptyczny jest przekształcana w związki nieaktywne przez COMT (O -metylotransferazę katecholową) i MAO.

Serotonina

Serotonina (5HT,5 -Hydroksytryptamina) jest kolejnym neuroprzekaźnikiem wytwarzanym przez neurony aminer-giczne. Odkryto ją w 1948 r. Udowodniono, że wpływa na nastrój, łaknienie, ból i sen.

Neurony serotoninergiczne rozmieszczone są w całym pniu mózgu, głównie wzdłuż linii środkowej w jądrach szwu. Część ich aksonów schodzi do rdzenia kręgowego i hamuje wejścia bólowe wchodzące do drogi -wzgórzowej. Inne aksony serotoninergiczne w rdzeniu kręgowym tworzą synapsy z przedzwojowymi neuronami układu autonomicznego. Pozostałe aksony biegną w pęczku przyśrodkowym przodomózgowia do podwzgórza, ciała migdałowatego, prążkowia, wzgórza, hipokampa i kory nowej. Aksony serotoninergiczne unerwiają większość struktur mózgowych wraz ze splotem naczyniówkowym i naczyniami krwionośnymi mózgu.

Układowi serotoninergicznemu przypisuje się rolę modulującą aktywność innych układów neurotransmisyj-nych. Doświadczenia na zwierzętach wykazały, że uszko-dzenie synaps serotoninergicznych w mózgu za pomocą swoistych neurotoksyn powoduje upośledzenie wygaszania czynności niecelowych biologicznie.

Serotonina jest indolaminą syntetyzowaną blisko zakończenia nerwowego z aminokwasu tryptofanu (ryc. 3).

Serotonina u człowieka może oddziaływać z piętna-stoma różnymi receptorami, głównie z opisanymi recepto-rami metabotropowymi (tab. 2). Receptor 5HT3 jest jedynym receptorem jonotropowym, ligandozależnym. utoreceptory presynaptyczne podtypu 5HT1A oprócz działania hamują-cego na cyklazę adenylową powodują otwarcie kanałów potasowych i wypływ jonów k+ z komórki, co prowadzi

tryptofan (z pożywienia)

↓ hydroksylaza tryptofanu 5 -hydroksytryptofan (5HTP)

↓ dekarboksylaza L -aminokwasów aromatycznych serotonina (5 -hydroksytryptamina, 5HT)

↓ oksydaza monoaminowa

kwas 5 -hydroksyindolooctowy (5 -HIAA)

Ryc. 3. Szlak syntezy i metabolizmu serotoniny (za: Longstaff. A., 2009, s. 397)

Wykazano, że ilość serotoniny w mózgu jest zależna od ilo-ści tryptofanu w pożywieniu (soja, banany, ziarna dyni, indyk, mleko). Prędkość syntezy serotoniny jest dostoso-wana do częstotliwości wyładowań neuronu.

W szyszynce w toku dalszych przemian 5HT przekształ-cana jest w hormon melatoninę. Uwolniona 5HT inaktywo-wana jest głównie przez wspomniany wcześniej aktywny proces wychwytu zwrotnego przy współistnieniu kotran-sporu Na+ i Cl do zakończenia nerwowego. Po wychwyceniu przez nośnik może zostać zmagazynowana w pęcherzykach synaptycznych lub zmetabolizowana przez MAO do kwasu 5 -hydroksyindolooctowego (5 -HIAA).

T a b e l a 2. Receptory serotoninergiczne (za: Longstaff A., Neurobiologia, s. 397) Receptor Białko g Wtórny

przekaźnik / efektor Działanie

5 -HT1A,B,D -F gi ↓cAMP

wolne przekaźnictwo hamujące,

hamowanie presynaptyczne 5 -HT2A -C gq IP3/DAG wolne przekaźnictwo

pobudzające

5 -HT3

kanał bramkowany ligandami (nieselektywne przewodzenie jonów Na+ i Ca2+

do komórki i depolaryzacja)

szybkie przekaźnictwo pobudzające

5 -HT4 gs ↑cAMP 5 -HT5A,B ?

5 -HT6 gs ↑cAMP 5 -HT7 gs ↑cAMP

5 -HT – serotonina; IP3 – inozytolotrifosforan; DAg – diacyloglicerol;

cAMP – cykliczny adenozynomonofosforan

do hiperpolaryzacji błony komórkowej i nasila hamowa-nie komórki. Receptory 5HT1b i 5HT1D występują w bło-nie presynaptycznej. Receptory 5HT2A dodatkowo zwięk-szają pobudzenie komórki, zamykając kanały potasowe.

Uniemożliwia to wypływ jonów k+ z komórki i powoduje depolaryzację jej błony. Większość receptorów 5HT1, 5HT2

i 5HT3 znajduje się w błonie postsynaptycznej.

W dokumencie Annales Academiae Medicae Stetinensis = Roczniki Pomorskiej Akademii Medycznej w Szczecinie. 2011, Sympozja 1 (Stron 37-40)