Úvod

Podstatou asociačných a integračných funkcií CNS je schopnosť prijímať, spracovávať a adekvátne reagovať na informácie o zmenách vo vonkajšom a vnútornom prostredí organizmu, a to na základe porovnania so skúsenosťami, získanými v priebehu fylogenetického a ontogenetického vývoja.

Obr. 1. Spracovaní informácií v mozgu.

Asociačné a integračné funkcie CNS sú podmienené určitým charakteristickým usporiadaním nervovej siete, kde jednotlivé oddiely navzájom komunikujú prostredníctvom:

• Vertikálnych nervových spojov (ascendentné a descendentné projekčné dráhy);
• Horizontálnych nervových spojov (prevažne asociačné dráhy).

Vo vzájomnom prepojení jednotlivých neurónov v CNS sa uplatňuje princíp:

• Rozsiahlej divergencie;
• Rozsiahlej konvergencie.

Podľa smeru toku informácií a podľa vzťahu k miestu ich spracovania, neuróny delíme na:

• Aferentné neuróny – ascendentné neuróny, ktoré vedú informáciu z periférie do miechy alebo mozgu, resp. vedú vzruchy z nižších oddielov mozgu k vyšším centrám.
• Eferentné neuróny – descendentné neuróny, ktoré vedú signály z CNS k efektorom.
• Interneuróny – asociačné neuróny, prevažne vo vyšších oddieloch CNS, umožňujú hlavne horizontálnu medzineurónovú komunikáciu.

Vzostupné (aferentné) miechové dráhy

Informácie z kože (povrchová citlivosť) a z pohybového ústrojenstva (hlboká citlivosť) vstupujú do miechy zadnými koreňmi a smerujú centripetálne v týchto dráhach:

• Zadnými miechovými povrazcami: Vlákna sa nekrížia na úrovni miechy, ale až v predĺženej mieche v jadrách zadných povrazcov. Odtiaľ idú druhé neuróny a vstupujú čiastočne do mozočka, čiastočne sa krížia na druhú stranu a vstupujú do thalamu. Vedú informácie o dotyku, tlaku a hlbokého pociťovania a predstavujú dráhy pre uvedomovanie si polohy tela a jeho častí.
• Senzorické vlákna z receptorov pre bolesť a z termoreceptorov a časť vlákien pre tlak a dotyk sa krížia na úrovni príslušného segmentu a bežia druhostranne v prednej časti postranných
• miechových povrazcov ako tractus spinothalamicus cez mozgový kmeň do thalamu. Vedú aj bolesť z vnútorných orgánov.
• K mozočku idú ešte ďalšie dve dráhy (prevažne hlboké pociťovanie): Tractus spinocerebellaris posterior a tractus spinocerebellaris anterior.

Modulačné systémy mozgu

Nervové signály v mozgovom kmeni aktivujú kôrovú časť mozgu

• Priamo, stimulujúc okolitú úroveň aktivity v širokých oblastiach mozgu a to:
  • Excitačnou oblasťou retikulárnej formácie;
  • Inhibičnou oblasťou retikulárnej formácie, ktorá môže inhibovať alebo potláčať aktivačný systém.
    • Thalamus je distribučným centrom, ktoré taktiež kontroluje aktivitu v špecifických oblastiach kôry.
• Nepriamo, aktiváciou neurohormonálnych systémov, ktoré uvoľňujú špecifické facilitačné alebo inhibičné hormóny ako neurotransmitery do vybraných oblastí mozgu a to prostredníctvom:
  • Noradrenergných neurónov - neuróny sú lokalizované v bunkových skupinách v medule a ponte.
    • Inervujú všetky časti limbického systému a mozgovej kôry, kde hrá hlavnú úlohu v navodení nálady (urdržiavaný emočný stav) a v afektívnej zložke emócií (samotná emócia ako eufória, depresia apod.).
    • Skupina buniek v ponte zahrňuje:
      • Laterálny systém, ktorý inervuje bázu predného mozgu a hypothalamus;
      • Locus coeruleus ktorý posiela eferenté vlákna do všetkých častí CNS (jedna výnimka je neostriatum v bazálnych gangliách).
  • Dopamínergných neurónov (nigrostriálny systém) – začína v substancia nigra a končí v neostriatu (caudatum a putamen) v bazálnych gangliách. Je dôležitý pre udržiavanie normálneho svalového tónusu a pri začiatku vôľových pohybov.
  • Serotonínergných neurónov - serotonín hrá dôležitú úlohu v defektoch zakladajúcich mentálne choroby. Lieky, ktoré zvyšujú prenos serotonínu sú efektívne antidepresíva. Telá buniek týchto neurónov sa nachádzajú v strednom mozgu (raphe systém), ponte a kaudálnej medule. Inervujú aj oblasti, ktoré sú inervované noradrenergnými a dopamínergnými neurónmi, zahrňujúc neostriatum.
  • Cholínergných neurónov - má vzťah k cyklom spánku a bdenia, k prebúdzaniu sa, učeniu, pamäti a senzorickej informácii prechádzajúcej prostredníctvom thalamu.

Mozgové štruktúry podieľajúce sa na integračných a asociačných funkciách CNS

• Retikulárna formácia.
• Thalamus.
• Limbický systém.
• Neokortex.

Retikulárna formácia

Obr. 2. Retikulárna formácia.

Obr. 3. Ascendentný facilitačný systém retikulárnej formácie.

Obr. 4. Vzájomné vzťahy retikulárnej formácie a mozgovej kôry demonštrované pokusmi známymi ako encephale isolé a cerveau isolé.

Thalamus

Obr. 5. Prepojenia thalamu s ostatnými štruktúrami CNS.

Špecifické projekčné a nešpecifické (retikulárne) dráhy z thalamu

• Vo ventrobazálnom komplexu thalamu sa aferentné dráhy prepojujú na tretí neurón, ktorý vedie informácie do mozgovej kôry. Podobne ako je to u zrakovej a sluchovej dráhy, ide tu o špecifické thalamo-kortikálne spojenia (projekčné dráhy).
• Naproti tomuto existujú časti thalamu, ktorými prebiehajú „nešpecifické“ tzv. retikulárne dráhy takmer ku všetkým oblastiam mozgovej kôry. Impluzy týchto dráh prichádzajú z formatio retikularis. Sú dôležité pre stav bdelosti a vedomia, sprostredkúvajú afektívne – emocionálne aspekty pre limbický systém a plnia komplexnú vegetatívnu funkciu.

Jadrá thalamu

• Špecifické senzorické jadrá.
• Špecifické nesenzorické jadrá.
• Nešpecifické jadrá.
• Asociačné jadrá.

Špecifické senzorické jadrá thalamu

Patria tu (obr. 6):

• Corpus geniculatum laterale a mediale;
• Nc. ventralis posterolateralis, nc. ventralis posteromedialis.

Je tu členenie podľa podľa oblastí tela, z ktorých aferentácia vychádza (tj. podľa oblastí okolitého prostredia). Ide tu topografiu vstupných informácii.

Obr. 6. Spojenia špecifických senzorických jadier thalamu.

Špecifické nesenzorické jadrá thalamu

• Prostredníctvom extrapyramídovej dráhy ovplyvňujú napríklad mimiku, gestikuláciu a iné mimovôľové a vôľové motorické funkcie.
• Vzhľadom k úzkemu spojeniu s limbickým systémom a s hypotalamom, môžu pravdepodobne ovplyvňovať autonómne reakcie organizmu, ktoré sú sprievodnými prejavmi pri vstupe príjemnej alebo nepríjemnej informácie (zblednutie pri úľaku, sčervenanie pri radostnom vzrušení, zvýšenie srdcovej frekvencie pri úľaku a pod.).
• Podieľajú sa na regulácii niektorých psychických funkcií, na emočných reakciách a majú vzťah k deklaratívnej pamäti.

Obr. 7. Spojenia nesenzorických jadier thalamu.

Nešpecifické jadrá thalamu

Prenášajú nešpecifickú informáciu difúzne do kôrových oblastí (obr. 8). Zaisťujú zameranie a koncentráciu pozornosti na určité mentálne aktivity a podieľajú sa udržovaní bdelosti.

Obr. 8. Spojenia nešpecifických jadier thalamu.

Asociačné jadrá thalamu

Obr. 9. Sojenia asociačných jadier thalamu.

Limbický systém

Limbický systém riadi vrodené i získané formy chovania (výber programov) a je východzím miestom inštinktov, motivácií a emócií (vnútorný svet).

Limbický systém sa skladá:

• Z kortikálnych častí (hippocampus, gyrus parahippocampalis, gyrus cinguli, časť rhinnencephala)
• Z subkortikálnych častí (corpus amygdaloideum, nc. septi, nc. thalami anterior)

Recipročné spojenia má s (laterálnym) hypotalamom, s temporálnou a frontálnou (predovšetkým „vybavovanie programov“) mozgovou kôrou. Tieto vzťahy sú dôležité pre chovanie a slúžia predovšetkým na spojovanie vnemov a zhodnotenie informácii z „vonkajšieho sveta“ a z obsahu pamäte.

Limbický systém sa nachádza vo veľkej oblasti predného mozgu, kde sú koordinované reakcie na emočné podnety, vytvárané emócie a sú tu okruhové prepojenia, ktoré spájajú mozgovú kôru s diencefalom.

Iné štruktúry limbického systému vytvárajú menšie okruhy formujúc tak bázu pre široký rozsah emočného chovania (obr. 10). Vyššie centrá v neokortexe poskytujú limbickému systému informáciu založenú na predchádzajúcom učení alebo na základe aktuálnych potrieb.

Obr. 10. Spracovanie informácií v limbickou systéme.

Vstupy z mozgového kmeňa poskytujú viscerálne a senzorické signály, zahrňujúc dotykové, tlakové, bolestivé a teplotné informácie z kože a pohlavných orgánov a bolestivú informáciu z viscerálnych orgánov.

Hippocampus

Informácie prichádzajú zo septa cez fornix. K nim sa pripojujú vlákna z niskoľkých oblastí (obr. 11).

Obr. 11. Spracovanie informácií v hippocampu.

Hippocampus je dôležitý pre tvorbu dočasných spojení a vznik podmienených reflexov a pre mechanizmy učenia.

Veľmi silným podnetom je nový „neznámy“ podnet, čo má význam pre prechod od orientačnej reakcie k reakcii pozornosti, pri vytváraní podmienených reflexov.

Do hippocampu sa lokalizujú mechanizmy premeny krátkodobej pamäte do dlhodobej pamäte - hippocampálny okruh (Papezov okruh).

Papezov okruh pozostáva z:

• Niektorých jadier hypothalamu;
• Hippocampu;
• Corpora mamillaria;
• Predných jadier thalamu;
• Gyru cinguli;
• Septa;
• Amygdaly.

Priama elektrická stimulácia hippocampu spôsobuje u voľne pohybujúceho sa zvieraťa útlm pohybov s niektorými prejavmi napätého očakávania niečoho významného. Zvieratá pritom nereagujú na také podnety z okolia, ktoré nemajú pre ne priamy biologický význam.

Amygdala

Amygdala je komplex malých jadier lokalizovaných pod kôrou na prednom mediálnom póle temporálneho laloka. Neurálne signály dostáva zo všetkých častí kôry limbického systému, hypothalamu, neokortexu temporálneho, parietálneho a okcipitálnaho laloka, ale zvlášť zo sluchových a zrakových asociačných oblastí. Amygdala je nazývaná aj ako „okno“, cez ktoré limbický systém vidí miesto osoby vo svete. Amygdala prenáša signály späť do rovnakých kortikálnych oblastí, do hippocampu, do septa, do thalamu a zvlášť do hypothalamu.

Funkcie amygdaly:

• Koordinuje somatické a vegetatívne funkcie pri emóciách, reguluje a usmerňuje sexualitu a podieľa sa na udržaní sociálneho postavenia zvieraťa v skupine.
• Je spojená s neokortexom a podiela sa na chovaní sa jedinca. Zničenie nc. amygdalae zapríčiní patologickú umiernenosť a prevládajú útlmové procesy. Zničenie neokortexu v oblasti frontálneho laloka spôsobí agresivitu.

Poškodenie amygdaly:

• Poškodenie niektorých miest vedie k hypersexualite, alebo k aberantnému sexuálnemu chovaniu.
• Poškodenie amygdaly vedie k strate strachu. Opice, ktoré sa boja hadov, po obojstrannom odstránení amygdal, berú hady do rúk, prehliadajú ich a dávajú si ich k ústam.
• Obojstranné poškodenie amygdaly vedie k zvláštnej forme hyperfagie, ktorá je odlišná, ako pri poškodení ventromediálneho jadra v hypothalame. Zviera pri hypothalamickej hyperfagii dáva prednosť chutnej strave pred nechutnou, no pri obojstrannom poškodení amygdaly, je všetko bez rozdielu, včítane celkom nepožívateľných predmetov.
• Zviera s bilaterálnou léziou amygdaly stráca bojovnosť a klesá na najnižšiu priečku v hierarchii skupiny.

Stimulácia amygdaly

Stimuláciou amygdaly vznikajú rovnaké efekty ako pri stimulácii hypothalamu, a to:

• Nárast alebo pokles arteriálneho tlaku, srdcovej frekvencie, gastrointestinálnej motility a sekrécie, defekácia a močenie, dilatácia pupily, piloerekcia, sekrécia rôznych hormónov z adenohypofýzy, najmä gonadotropínov a ACTH.

Inokedy stimulácia amygdaly spôsobuje niektoré typy nevôľových pohybov, a to:

• Tónické pohyby tak ako zdvihnutie hlavy alebo ohnutie tela, krú-živé pohyby, príležitostne klonické, rytmické pohyby a rôzne typy pohybov spojených s čuchom a jedením, tak ako oblizovanie sa, žuvanie a prehĺtanie.

Neokortex

Aferentné vplyvy prichádzajú predovšetkým do IV. vrstvy mozgovej kôry. V nej sa končia špecifické thalamokortikálne dráhy. Tieto dráhy privádzajú informácie z jednotlivých receptorov. IV. vrstva sa označuje ako receptorová vrstva.

Vo vrstve I končia nešpecifické thalamokortikálne dráhy a vedú do rozsiahlych oblastí mozgovej kôry. Ich prostredníctvom pôsobí vplyv vzostupného systému RF a difúzneho thalamového projekčného systému.

V neprítomnosti nepretržitého prúdu nervových signálov z nižších oblastí CNS do kôry, kôra sa stáva nepotrebnou, čo má za následok, že osoba môže upadnúť do kómy a preto sú dôležité aktivačné systémy, ktoré sú nutné pre kontrolu chovania, vegetatívnych a motorických funkcií.

Topograficky je mozgová kôra rozdelená do oblastí so špecializovanými funkciami, komprimovanými do malých frakcií povrchu mozgovej kôry s dobrou definovateľnosťou (obr. 12).

Obr. 12. Oblasti povrchu mozgovej kôry.

Asociačné oblasti neokortexu

Väčšinu zostávajúceho povrchu mozgovej kôry tvoria asociačné oblasti, kde je nervová informácia spracovaná na najvyššej úrovni, akej je organizmus schopný.

Asociačné oblasti sú časti, kde sa vytvára dlhotrvajúca pamäť a kontrola takých funkcií, ako je naučenie jazyka, reč, matematická schopnosť, abstraktné myslenie, symbolické myslenie, komplexná motorická zručnosť a pod.

V asociačných oblastiach neokortexu dochádza ku komplexnému spracovaniu informácii prichádzajúcimi do projekčných oblastí a k prepojeniu na výkonné neuróny motorických efektorových oblastí.

Kôrové asociačné oblasti sú súčasťou komplexnejšieho asociačného systému, do ktorého patria aj rôzne podkôrové časti mozgu.

Rozlišujeme:

• Motorické asociačné funkcie.
• Senzorické asociačné funkcie.

Pre senzorické asociačné oblasti je chakteristické:

• Konvergencia niekoľkých zmyslových modalít do určitej asociačnej oblasti.
• Vzájomná prepojenosť jednotlivých kôrových oblastí (asociačných s projekčnými) a prepojenosť asociačných kôrových a podkôrových oblastí (predovšetkým s thalamom).
  • Zložitá prepojenosť asociačných oblastí umožňuje priame a nepriame prepájanie impulzov ku ktorejkoľvek nervovej bunke v mozgovej kôre, resp. k podkôrovým oblastiam;
  • Bunky nie sú špecializované na určité zmyslové modality, preto sa ich poškodenie neprejavuje poruchou špecifickej funkcie, pokiaľ sa zachová dostatočný počet buniek, ktoré môžu výpadok kompenzovať;
  • Pri rozsiahlom poškodení vznikajú poruchy najmä v poznávacej schopnosti jedinca.

Určitú čiastočnú špecializáciu asociačných oblastí možno pozorovať napr. v oblasti gyrus suprasylvius, kde v jednej časti prevládajú sluchovo-zrakové asociácie a v druhej časti sluchovo-somestetické asociácie. Táto špecializácia nie je taká jednoznačná ako v projekčných oblastiach.

V ľudskom mozgu existuje ešte ďalší systém dráh s asociačnou funkciou. Sú to nervové vlákna prechádzajúce ako corpus callosum z jednej hemisféry do druhej – komisurálne dráhy. Vzájomné prepojenie obidvoch hemisfér má význam pre výmenu skúsenosti medzi hemisférami a schopnosť zakódovať získanú informáciu v obidvoch hemisférach.

Z funkčného hľadiska rozoznávame zvlášť 3 oblasti (obr. 13)

Obr. 13. Hlavné asociačné oblasti neokortexu.

Prefrontálna kôra

Do prefrontálnej oblasti prichádzajú aferentné dráhy predovšetkým zo špecifických nesenzorických jadier thalamu (z nuclei anteriores thalami do gyrus cinguli a z nucleus dorsomedialis k väčšej časti prefrontálnej kory).

Prefrontálna kôra je prestúpená mnohými intrakortikálnymi spojmi so supresorickými oblasťami a s projekčnými poliami zrakového a sluchového analyzátora.

Aferentné asociačné spoje prefrontálnej kôry sú základom potláčania aktivity extrapyramidového systému a potláčania emócií (tlmenie aktivity limbického systému).

Laterálne neokortikálne časti prefrontálnej kôry sa významne zúčastňujú na formovaní intelektu a temperamentu človeka a majú význam pre celkové chovanie organizmu.

Poškodenie prefrontálnej kôry

• Zmeny aktivity
  • Prechodná apatia sa strieda s hyperaktivitou, t.j. odtlmením všetkých aktívne získaných schopností. Niekedy pacienti nie sú schopní ukončiť prebiehajúcu činnosť.
• Zmeny emociality
  • Zviera upadá do stavu zúrivosti. U človeka nastanú emočné zmeny, napr. zmena postojov voči bolesti.
• Zmeny sociálneho správania
  • Zviera stráca strach pred príslušníkmi iného druhu a mení sa aj jeho vzťah k jedincom vlastného druhu. Človek často stráca spoločenské zábrany.
• Zmeny vyššej nervovej činnosti
  • Zhoršuje sa fixácia podmienených reflexov, schopnosť získavať nové pamäťové stopy, narúšajú sa zložitejšie formy aktívneho útlmu a schopnosť zaraďovať udalosti v čase. Človek súčasne stráca sebakritickosť – preceňuje svoje schopnosti, stráca schopnosť vytvoriť si vlastný úsudok. Postihnutí jedinci napr. opakujú bez akejkoľvek kritickosti názory svojho okolia.

Všetky tieto zmeny možno spoločne charakterizovať ako „zmenu osobnosti“. Na základe experimentálnych a klinických pozorovaní možno zhrnúť, že úlohou frontálneho laloka je predovšetkým vytvárať individualitu každého jedinca.

Spracoval: Doc. RNDr. Pavol Švorc, Ph.D., Katedra fyziologie a patofyziologie LF OU v Ostravě