br. 1, listopad 2013. gy russanja/wp-content/uploads/2016/06/...istraživanje omogućuje razvoj...

gyrus br. 1, listopad 2013.studentska sekcija za neuroznanost

Medicinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu

sapere aude

Urednici:

Tomislav ĆaletaMedicinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu

Vinka KovačevićMedicinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu

Dora MandićMedicinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu

Ines MartinecMedicinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu

Marko PetrićMedicinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu

Lektor:

Margareta CvetkoHrvatski studiji Sveučilišta u Zagrebu

Dizajn loga i naslovne strane:

Marta Birkić Arhitektonski fakultet Sveučilišta u Zagrebu,

Studij dizajna

Uredništvo časopisa

Dragi čitatelji!

S veseljem Vam želimo predstaviti prvi broj studentskog časopisa posvećenog temama iz područja neuroznanosti – Gyrus. Kao i sve dobre ideje studenata medicine i ideja o časopisu nastala je na jednom od mnogobrojnih sastanaka u medicinarima svima dobro poznatom kafiću. Potaknuti time kako studenti zapravo malo znaju o hrvatskoj (neuro)znanosti i njezinim uspjesima i kakva je zapravo njezina uloga u edukaciji i kasnijem radu medicinara odlučili smo pokrenuti ovaj časopis.

Mozak i način na koji on radi je oduvijek bilo zanimljivo i pomalo tajnovito pitanje na koje ni danas nije odgovoreno. Organ koji čini tek 2% ukupne mase čovjeka, troši 20% udahnutog kisika s bilijun neurona i oko 100 puta više sinapsi, najveći je izazov današnjoj znanosti.

Zašto je neuroznanost važna? Bolesti središnjeg živčanog sustava su je-dan od vodećih svjetskih javno zdravstvenih problema. Prema podacima Europ-ske Unije 27% odraslog stanovništva bolovalo je od nekog oblika poremećaja središnjeg živčanog sustava u prošloj godini. Ako govorimo o brojkama, to znači da godišnje oboli čak 83 milijuna osoba. Ove brojke su vrlo vjerojatno podcijen-jene jer u te studije nisu uključene osobe iznad 65 godina koje su najosjetljivije na ove bolesti. S druge strane bolesti središnjeg živčanog sustava su daleko najveća skupina kroničnih bolesti i čine 40% svih kroničnih bolesti. Neuroznanost je jedno od najvećih i najbrže rastućih područja istraživanja u biomedicini. Prema zadn-jim podacima iz baze podataka Web of knowledge postoji 251 časopis iz područja neuroznanosti, dok na primjer iz najvećeg područja medicine - Interne medicine postoji samo 151 časopis. U 2013. godini u SAD-u i EU dva najveća znanstvena projekta dodijeljena su za neuroznanost. Human Brain Project Europske unije vrijedan je 1,2 milijarde eura, dok je Brain-Mapping project SAD-a vrijedan 100 milijuna dolara. Iz ovih podataka vidljivo je da su istraživanja mozga vrlo važna u cijelom svijetu. Jedan od ciljeva ovog studentskog časopisa je i prikazati gdje se nalazi Hrvatska neuroznanost u odnosu na svjetske trendove, te prikazati ra-dove hrvatskih znanstvenika. Smatramo da se u Hrvatskoj nedovoljno zna o us-pjesima i otkrićima Hrvatskih neuroznanstvenika. Na primjer, jedan od trenutno najvećih neuroznanstvenika na svijetu je Hrvat – Paško Rakić, koji je objavio preko 600 znanstvenih članaka, te je citiran više od 42 000 puta. Na stranica-ma ovog časopisa upoznat ćemo vas s životom i znanstvenim opusom mnogih u Hrvatskoj nepoznatih neuroznanstvenika Hrvata koji su ostavili duboki trag u svjetskoj znanosti. Dugoročni cilj nam je u ovom časopisu objavljivati nastavne tekstove koji će studentima olakšati svladavanje gradiva, a ostalima poslužiti kao trajni podsjetnik.

Predgovor

Kroz biografije znanstvenika, članke, novosti, intervjue, aktualna istraživanja, preporuke knjiga i mitove o mozgu želimo vam približiti neuro-znanost!

“Sapere aude.”

Ugodno čitanje,

Vaši urednici.

Prvi broj našeg časopisa donosi uvod u svijet neuroznanosti. Osim biografi-je Krešimira Krnjevića, velikana svjetske znanosti, čekaju Vas pregledni članci o razvoju mozga, istraživanju gena u mozgu i jedan seminar kolega psihologa o posttraumatskom stresnom poremećaju. Ideja ovih članaka je da Vam pruži kratki pregled i da vas zainteresira, ali i uputi na daljnje istraživanje. Nakon uvodnog broja, idući brojevi bit će posvećeni jednoj temi pa će tako članci i biografije biti vezani, a nadamo se i dostatni da Vam pruže puni doživljaj. Također ovdje su i stalne kolumne kroz koje ćemo Vas upozavati s novijim dostignućima računarske neuroznanosti, načinom kako se uči neuroznanost na drugim sveučilištima i neuroznanstvenim istraživanjima i projektima u Lijepoj našoj. Kako je ponavljanje majka znanja, donosimo Vam neuroanatomiju iz drugog kuta gledanja, a kako bi se uz to zabavili i preporuke knjiga. U svakom broju popratit ćemo novosti iz svijeta i rada naše (i vaše) sekcije za neuroznanost.

Do čitanja!

Uvod u prvi broj

Vijesti i zanimljivosti

Iz svijeta neuroznanosti

Recenzije knjiga

4. hrvatski kongres neuroznanosti

Biografija - Krešimir Krnjević

Pregledna neuroanatomija

Embrionalni i fetalni razvoj mozga

Ekspresija gena u mozgu

Umjetni neuroni, simulirani mozgovi i računala - zašto nam to treba?

Kako uče neuroznanost na drugim fakultetima?

Posttraumatski stresni poremećaj

SADRŽAJ:

1

3

5

6

8

11

17

20

26

31

34

1Gyrus 1, 1 - 2 Listopad 2013

Gyrus 1 (2013) 1 - 2

Željezo povezano s Alzheimero-vom bolesti

“Prema novoj studiji objavljenoj u Journal of Alzheimer’s Disease željezo je mogući uz-rok Alzheimerove bolesti.”

Znanstvenici s UCLA (Univer-sity of California, Los Angeles) predvođeni Dr. George Bartzokisom testirali su alterna-tivnu hipotezu o uzroku nastanka Alzheim-erove bolesti (AB). Prema konvencionalnim teorijama jedna od dvije skupine proteina je uključena u patogenezu bolesti: amiloid-be-ta i tau proteini, koji sa starenjem poremete interneuronske veze i uzrokuju smrt neuro-na. Akumulacija fibrila amiloid-beta peptida izvan neurona uzrokuje nastanak „senilnih plakova“ (senile placques) prema amiloid-noj hipotezi1. Tau hipoteza glavnim uzrokom smatra hiperfosforilaciju tau proteina, inače MAP proteina (microtubule-associated pro-tein) koji stabilizira citoskelet, što dovodi do dezintegracije transportnog sustava neu-rona2. Hipoteza koju zastupa Dr. George Bartzokis povezuje povećavanje razine željeza u moždanom tkivu s atrofijom mozga u AB. Naime, u početnom stadiju AB dolazi do atrofije hipkampusa, dok se iste prom-jene ne uočavaju u talamusu. Željezo, iako ključno za funkcioniranje stanica, u prev-elikim količina može uzrokovati oksidacijska oštećenja moždanog tkiva.1 Tiraboschi P., Hansen L. A., Thal L. J., Corey-Bloom J. (2004) The Importance of Neuritic Plaques and Tangles to the De-velopment and Evolution of AD. Neurology 62:1984–9

2 Hernández F., Avila J., (2007) Tauopathies. Cell. Mol. Life Sci. 64:2219–33.

MRI metodom je određena razina željeza vezanog za feritin u 31. pacijenta s AB i 68 zdravih osoba. U pacijenata s AB pronađena je povišena razina željeza u hi-pokampusu (što moguće uzrokuje oštećenje te stukture), ali ne i u talamusu, niti u hi-pokampusu zdravih osoba. Dakle, željezo bi moglo doprinijeti razvoju AB. Na temelju tih nalaza razvijaju se lijekovi za AB koji keliraju i uklanjaju željezo iz tkiva. Za više informacija pročitajte: http://newsroom.ucla.edu/portal/ucla/ucla-study-suggests-that-iron-247864.aspx

Luka Turkalj Medicinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu

Novi pristup liječenju multiple skleroze

“Makrofagi mogu potaknuti regeneraciju mijelina”

Studija objavljena u Nature Neuroscience

Vijesti i zanimljivosti

Ilustracija (Pribavljeno s adrese http://ccnmtl.columbia.edu/proj-ects/neuroethics/module4/foundationtext/)

2 Gyrus 1, 1 - 2 Listopad 2013

i provedena na Sveučilištima Edinburgh i Cambridge otvara vrata novim terapijama za multiplu sklerozu (MS). Znanstvenici su otkrili da gubitak mijelinske ovojnice, što se događa u MS-u, može potaknuti nespecifični imunosni odgovor mikroglije i makrofaga. Demijelinizacija potiče makrofage na lučenje aktivina A koji će potaknuti regeneracijski proces remijelinizacije. Točnije, M2 fenotip makrofaga potiče diferencijaciju oligoden-drocita i na taj način obnovu mijelina. (Post-oje dva fenotipa: M1-proupalni i M2-protuu-palni odnosno imunoregulacijski.) Istraživanje omogućuje razvoj tera-pija koje će potaknuti regeneraciju mijelina za razliku od dosadašnjih koje su usmjerene na smanjenje razgradnje mijelinske ovojnice. Ključni cilj novih lijekova bio bi upravo ak-tivin A.Za više informacija pročitajte: http://www.nature.com/neuro/journal/v16/n9/full/nn.3469.html


Uloga ekstracelularnog matriksa u funkciji neurona

Istraživači s Ruhr-Universität pokazali su kako na neurone utječe i njihov okoliš, ekstracelularni matriks (ECM)

Znanstvenici su kultivirali stan-ice iz dvije vrste miševa: onih s normalnim ECM (divlji tip) i miševi s manjkavim ECM (“knock-out”) kojima nedostaje glikopro-tein tenascin-C, tenascin-R, i proteoglikani neurokan i brevikan. Kultivirani su zajedno embrionalni neuroni i astrociti (koji stvaraju sastojke ECM-a). U kulturi gdje su ili neu-roni ili astrociti nokautirani uočena je manja spontana aktivnost neurona nego u kontrol-nim kulturama, takvi neuroni su uspostavili znatno manji broj sinapsi s drugim neuroni-ma i te su veze bile nestabilnije. Također je uočen i nedostatan razvoj perineuralne mreže (“perineuronal net”). Perineuralna mreža je posebna struktura kondenziranog ECM-a koji okružuje sinapse, koju je otkrio Camillo Golgi, ali joj je funkcija

slabo poznata. Zaključak istraživača je da stanični okoliš regulira uspostavu i aktivnost neuron-skih krugova.Za više informacija pročitajte: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubhttp://aktuell.ruhr-uni-bochum.de/pm2013/pm00129.html.enmed/23637166


Ilustracija (Pribavljeno s adrese http://jonlieffmd.com/blog/neuronal-plasticity-blog/the-busy-neuron)

Ilustracija (Pribavljeno s adrese: http://www.spinalcordinjury-pa-ralysis.org/research/2011/03/08/astrocytes-ready-for-their-close-up


Gyrus 1 (2013) 3 - 4

Iz svijeta neuroznanosti

Mitovi o mozgu

Koristimo samo 10% mozga Činjenica je da koristimo cijeli naš mozak. Neki dijelovi mozga su aktivniji od drugih, ali niti jedan dio nije suvišan. Npr. slušanje glazbe aktivira gotovo cijeli mozak (znači daleko više od 10% ! ).

Čovjekova osobnost je rezultat domi-nacije lijeve ili desne moždane polutke Obje moždane polutke su ovisne jed-na o drugoj. Za desnu polutku se kaže da je ‘’umjetnička’’ i intuitivna, dok je lijeva više logička i služi rješavanju problema. Naime, istina je da su određeni mentalni procesi specifično lokalizirani u mozgu, ali zbog bro-jnih komisuralnih vlakna polutke surađuju i krajnji rezultat je posljedica zajedničkog rada polutki.

Oštećenja mozga su uvijek trajna Mozak ima sposobnost kompenzaci-je oštećenja u određenoj mjeri ponajprije stvaranjem novih veza među neuronima (‘’plastičnost mozga’’). Također zapanjuje činjenica da nismo rođeni s konačnim brojem moždanih stanica u mozgu. Postoji i neuro-geneza (tj. novo stvaranje živčanih stanica) u odraslom mozgu, prvenstveno u olfaktornom bulbusu i hipokampusu.

Snovi su uvijek crno-bijeli Svi ljudi sanjaju, prosječno 4- 7 snova tijekom sna. Otprilike samo 12 % ljudi sanja crno-bijele snove, dok ostali imaju snove ‘’u boji’’. EEG valovi su čak aktivniji tijekom po-

jave snova nego za vrijeme budnosti.

Déjà vu Iako ovaj fenomen još nije objašnjen, neki znanstvenici tvrde da bi uzrok mogao biti u moždanoj grešci da iskustvo najprije prezentira u sjećanje, a zatim tek u svijest

Dva oka omogućuju percepciju dubine prostora Potrebno nam je samo jedno oko da bismo percipirali trodimenzionalni svi-jet. Dva oka pomažu boljoj percepciji, ali u mozgu se obrađuju svi podražaji, pa je tako centar za vid zadužen i za dubinu prostora. Ovaj mit obaraju i mnogi jednooki gusari koji nisu pali preko broda.

Činjenice o mozgu

Mozak ne osjeća bol Mozak kao organ nema receptora za bol te ne može registrirati ‘’vlastitu’’ bol.

Moždane krvne žile su ukupne dužine 160 000 km.

Mozak sadrži 100 000 000 000 (milijardi) neurona.

Tipični neuron ima između 1 000 i 10 000 sinapsi.

Svake sekunde izgubimo jedan neuron, a na-kon 25. godine gubimo po 2 grama moždane mase godišnje.


Mozak koristi 20% kisika i 20% krvi od našeg ukupnog organizma.

Najbrža vlakna prenose informaciju brzinom od 120 m/s , dok najsporija brzinom od 0.5 m/s.

Zijevanje Današnja znanost objašnjava zijevan-je kao mehanizam kojim se doprema više kisika i kojim se mozak hladi, a sve kako bi se osjećali budnijima.

Sami sebe ne možemo poškakljati Mozak razlikuje iznenadni vanjski podražaj, tj. dodir od vlastitog.

Hrvatska neuroznanost

Prof. dr. sc. Miloš JudašHrvatski institut za istraživanje mozgaMedicinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu

Prof. dr. sc. Miloš Judaš je redoviti profesor u trajnom zvanju neuroznanos-ti i anatomije na Medicinskom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu. Stalno je zaposlen na Hrvatskom institutu za istraživanje mozga gdje je od 2000. godine pročelnik odsjeka za razvojnu neuroznanost i su-voditelj labo-ratorija za molekularnu neuroznanost. Na Medicinskom fakultetu obnaša dužnost prodekana za znanost i predsjednika od-

bora za doktorate i znanstvena zvanja od 2005. godine. Od 2010. godine je potpred-sjednik Hrvatskog društva za neuroznanost. U dosadašnjoj karijeri objavio je više od 60 znanstvenih radova , 10 poglavlja u knjigama i jednu knjigu na engleskom jeziku. Autor je i udžbenika “Temelji neuroznanosti” koji je obavezna literatura kolegija “Temelji neuro-znanosti. Njegovi radovi ukupno su citirani više od 1.090 puta. Znanstveni interes profesora Judaša vezan je uz razvoj ljudskog mozga. Kao istraživač bio je suradnik i voditelj više domaćih i međunarodnih projekata, a tre-nutno je voditelj projekta Hrvatske zaklade za neuroznanost pod naslovom “Razvitak tran-skriptoma specifičnih populacija neurona u kortikalnim područjima ljudskog mozga bit-nim za jezik i sustave zrcalnih neurona”. Ovaj projekt je nastavak i proširenje dugogodišnje suradnje profesora Judaša s profesorom Ne-nadom Šestanom (Yale University). Cilj ovo-ga projekta je prostorno-vremenska analiza transkriptoma subplate neurona te njihovim odraslim “potomcima” intersticijskim neu-ronima bijele tvari. Područja koja je obuh-vatila ova studija važni su za razvoj govora i sustav zrcalnih neurona. Subplate zona je ključna za normalan razvoj kortikalne mape i njezinih ulazno-izlaznih veza. Također u sklopu ovog projekta analizirat će se i ekspre-sija gena na staničnoj razini, tj. ekspresija u pojedinim staničnim populacijama. Metode koje će se koristiti u ovom projektu sežu od klasičnih histoloških metoda, preko mod-ernih metoda za vizualizaciju proteina (imu-nohistokemija) i mRNA (in situ hibridizacija) do suvremenih metoda za analizu ekspresije gena (microarray i real time PCR). Rezul-tati ovih istraživanja bit će javno dostupni u obliku virtualnih mikroskopskih preparata dostupnih na mrežnim stranicama Hrvatsk-og instituta za istraživanje mozga.

Dr. sc. Goran SedmakHrvatski institut za istraživanje mozga


5Gyrus 1, 5 Listopad 2013

Gyrus 1 (2013) 5

“What Every BODY is saying”

Joe Navarro, HarperCollins Publishers Ltd., 269 pp., 13.99$

Glavna ideja knjige “What every BODY is saying” je “Vidim što misliš”. Položaj nogu, ruku, stopala, glave, geste, mimika i mikroekspresije čine ljudski gov-or tijela. Određene kombinacije istih mogu nam pokazati osjeća li se osoba ugroženo, nezainteresirano, veselo, samouvjereno i slično. Mikroekspresije mogu izdati i na-jbolje igrače pokera, osobe koje uspješno mogu prevariti detektive i detektore laži. Govor tijela čini dvije trećine komunikacije, a Joe Navarro, bivši agent FBI-a kroz svoju knjigu, potkrijepljen objašnjenjima iz neuro-znanosti i dugogodišnjim iskustvom s terena, objašnjava složene interakcije između emo-cija i habitusa koje osoba zauzima.

Marko Petrić Medicinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu

“The Human Central Nervous System”

Rudolf Nieuwenhuys, Jan Voogd, Christiaan Van Huijzen; Springer, 967 pp., 44,00 $

Na 970 stranica nalaze se detaljni opisi struktura, anatomskih puteva i neuro-fiziologije središnjeg živčanog sustava koji su ilustrirani s više od 390 prekrasnih ilustracija. Sastoji se od 23 poglavlja podjeljenih prema glavnim sustavima središnjeg živčanog sus-tava. Knjiga je razumljivo pisana s mnoštvom činjenica koje olakšavaju učenje i razumi-jevanje neuroanatomije. Iscrpna literatura na kraju svakog poglavlja nepresušan je izvor dodatnih spoznaja o središnjem živčanom sustavu te svojevrsni katalog važnih radova iz područja neuroznanosti. Ova knjiga nam-jenjena je kako studentima koji po prvi puta kroče u neistražena područja neuroanatomi-je tako i svim profesionalcima iz područja neuroznanosti kao stalni podsjetnik i refer-entni priručnik.

Dr. sc. Goran SedmakHrvatski institut za istraživanje mozga


Recenzije knjiga

Preuzeto s adrese http://3.bp.blogspot.com/-Yfd0Ekqr6yI/Twk7cKHcoCI/AAAAAAAAAJ0/oHYB10h6hEo/s1600/what+every+body+is+saying.jpg


Gyrus 1 (2013) 6 - 7

4. hrvatski kongres neuroznanosti

Zagreb 20.-21. rujna 2013.

Četvrti po redu Hrvatski kongres neu-roznanosti ove je godine održan u Zagrebu. Otvoren je u prekrasnom ambijentu Prepo-rodne dvorane Hrvatske akademije znanosti i umjetnosti uvodnim govorima naših aka-demika Ivice Kostovića i Zdravka Kusića. U sklopu otvaranja dodijeljene su nagrade za razvoj neuroznanosti u Hrvatskoj prof. dr. sc. Pašku Rakiću i prof. dr. sc. Slavenu Letici za potporu u osnivanju i izgradnji Hrvatskog instituta za istraživanje mozga1. Nakon glaz-

1 http://www.unizg.hr/novosti-pojedinacno/500208065557b82952f314310231d543/?tx_ttnews%5Btt_news%5D=2722, pristupljeno, 6. listopada 2013.

benog predaha uz studentski zbor Medicin-skog fakulteta u Zagrebu Lege Artis, prof. dr. sc. Paško Rakić, gost sa Sveučilišta Yale i počasni doktor znanosti Sveučilišta u Za-grebu, kroz predavanje “Neuronal migration and brain map formation” prikazao nam je svoj put od hipoteze do otkrića subventri-kularne zone i migracije neurona. Rijetko se pruža prilika i iznimna je čast slušati o otkriću danas opće poznate stvari koja se na-lazi u našim udžbenicima izravno od idejnog autora. Ceremonija otvaranja završena je predavanjem “Science and/in Society” prof. Ante Padjena sa Sveučilišta McGill i člana International Brain Reserch Organization (IBRO). Kroz dva dana kongresa cilj je bio dati pregled rada u području neuroznanosti kroz predavanja i posterske prezentacije. Pozvani predavači bili su Miloš Judaš (Transcrip-tome of the developing human cerebral cor-tex), Marijan Klarica (Effect of body position on cerebrospinal fluid movement and hy-drostatic pressure gradient), Goran Šimić (Functional neuroanatomy of dementia syn-drome), Maja Valić (The effect of repeated episodes of hypoxias on respiration), Srećko Gajović (Molecula regulation of inflamma-tion and the consequences of ischemic injury in the mouse brain) i Dinko Mitrečić (Appli-cation of stem cell technology in stroke). Teme posterskih prezentacija bile su raznolike i obuhvaćale su različita područja kao što su molekularna, bazična, kognitivna i klinička neuroznanost, neurodegenera-tivni poremećaji, neurofarmakologija, pato-fiziologija cerebrospinalnog likvora. Kongres

Slika 1. Beđevi članova studentske sekcije za neuroznanost s kongresa neuroznanosti.


je zaključen dodjelom nagrada za najbolji poster koji su primili Sanja Josef Golubić, “Neuromagnetic study of the auditory gat-ing phenomenon” u području kognitivne neuroznanosti, Antoneta Granić, “Chromo-some mis-segregation and aneuploidy in-cluding trisomy 21 in neurodegenerative tauopathies, frontotemporal dementia and Niemann-Pick disease” u području neuro-degenerativnih poremećaja i Sofia Blažević, “Expression of 5HT-related genes after

perinatal treatment with 5HT agonists” u području molekularne neuroznanosti. Pokrovitelji i organizatori 4. hrvatsk-og kongresa neuroznanosti bili su Hrvatsko društvo za neuroznanost, Hrvatski institut za istraživanje mozga i Hrvatska akademija znanosti i umjetnosti.

Vinka KovačevićMedicinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu

Slika 2. Članovi studentske sekcije za neuroznanost pripomogli su u organizaciji četvrtog kongresa neuroznansti


Gyrus 1 (2013) 8 - 10

„Područje neurofiziologije, tada gotovo nepostojeće, obilježit će Krnjevićevu znanstvenu karijeru.“


Karlo Toljan

Biografija - Krešimir Krnjević

Između dva svjetska rata na području Hrvatske događala su se mnoga politička i društvena previranja te su mnogi političari tada bili prisiljeni emigrirati. Juraj Krnjević, veliki domoljub i pristaša HSS-a, nakon ubo-jstva Stjepana Radića, bježi sa svojom obitelji u Ženevu. Njegov trogodišnji sin Krešimir, rođen 7.9.1927., zasigurno nije niti slutio da će putovanje i seljenje biti sastavni dio njegovog kasnijeg profesionalnog života u kojemu će obići nekoliko kontinenata. Iako su roditelji kod kuće pričali hrvatski, njihovi sin i kćer su primarno komunicirali francus-kim jezikom. Nakon formiranja Banovine Hrvatske obitelj se vraća u Zagreb. Početkom Drugog svjetskog rata na ovim prostorima, Krnjevići se opet nalaze u bijegu. Najprije su se našli u Grčkoj, a zatim otac, kao zamjenik premijera izbjegličke vlade, odlazi u London, dok Krešimir i sestra Biserka završe u Južnoj Africi, u Cape Townu. Ondje su završili srednjoškolsko obrazovanje koje je na kraju bilo mješavina svih utjecaja i poduka koji-ma su bili izloženi kroz razne seobe. Godinu dana prije kraja rata, cijela se obitelj okuplja u Londonu. Krešimir je htio odmalena posta-ti inženjer, ali tijekom vremena interesi su ga naveli na medicinu. Kao šesnaestogodišnjak i bez znanja latinskog jezika, tada uvjeta za upis medicine, zaobišao je Cambridge gdje

bi ga otac poslao studirati. Umjesto toga, odlučio se za Edinburgh u Škotskoj, gdje i 1944. započinje svoj put u medicinu. Stu-denti su tada imali rigorozne anatomske vježbe i ispitivanja, dok je fiziologija bila mnogo manje bazirana na čvrstim dokazima i time čak i teža za razumijevanje. Područje neurofiziologije, tada gotovo nepostojeće, obilježit će Krnjevićevu znanstvenu karije-ru. Završetkom studija 1949. godine odlučio se za rad u znanosti. Klinički rad ga nije privukao zbog hijerarhije i ‘’igre moći’’ oko napredovanja, kako on sam kaže, dok je u znanosti mogao biti član svjetske akademske zajednice i pridonositi svojim istraživanjima ravnopravno. U to doba upravo izlazi knjiga

Slika 1. Prof. dr. sc. Krešimir Krnjević, pribavljeno 4. listopada 2013. s adrese http://www.medicine.mcgill.ca/physio/staffpages/kkrnjevic.htm


Donalda Hebba kojom se neuropsihologija i neuralne mreže uvode na svjetsku znanst-venu pozornicu, iako će pravi zamah stići tek koju dekadu kasnije. Mladi istraživač Krnjević se također jako zainteresirao kako premostiti put od fiziologije do psihologije. Dok je radio doktorsku disertaciju dobivao je i poduku iz psihologije kako bi bolje pris-tupio proučavanju mozga. Neuroznanost nije mogla napredovati dok god nije posto-jala i podrška u vidu tehničkih mogućnosti istraživanja. Malo po malo, fakulteti diljem svijeta su otvarali mjesta za nove istraživače na poljima istraživanja mozga. Tako je i Krnjević nakon svog doktorata i vjenčanja doselio u Seattle gdje je proveo dvije godine kao profesor. Godine 1956. odlazi u Can-berru u Australiju. Ovdje je radio zajedno i sa sir Johnom Ecclesom, dobitnikom No-belove nagrade, te su proučavali sinaptičke potencijale kralješnične moždine. No ni tu nije kraj putovanju. Nakon dvije godine vra-tio se u Englesku na sveučilište Babraham koje se najviše bavilo fiziologijom životinja, ali znanstvenici koji su tamo radili imali su mnogo uspjeha na polju neuroznanosti što je bilo vrlo primamljivo. Ovdje je sa svojim kolegama postigao mnogo uspjeha oko lo-kalizacije i detektiranja uloge acetilkolina (Ach) u telencefalonu, a najviše ga je navodi-lo da otkrije kako sinaptički prijenos gener-ira ‘’svjesno, tj. budno’’ stanje. No, najveće otkriće profesor Krnjević postiže kada do-kazuje da je amino kiselina glutamat glavni ekscitacijski neurotransmiter u mozgu. To je snažno odjeknulo u području razumijevanja komunikacije neurona, jer se do tada sma-tralo da nikako ne može biti da jedna amino kiselina ima ulogu neurotransmitera. Slijedio je još jedan uspjeh na području neurotrans-mitera. Dokazao je ulogu GABA kao glavnog inhibicijskog čimbenika u mozgu i time op-ovrgnuo dotadašnje mišljenje da u korteksu nema sinaptičke inhibicije. Osim vlastitih us-pjeha, bio je okružen i cijelom znanstvenom zajednicom obližnjeg Cambridgea u kojoj je mogao uživati. Bio je jedan od prisutnih kada

je Francis Crick predstavio svoj DNA model. Pa ipak, dalje se preselio u Kanadu. Njegovo sveučilište nije htjelo više ulagati u područje neuroznanosti, a u Montrealu se otvorilo mjesto na sveučilištu McGill koje je vrlo dobro kotiralo u medicinskim znanostima. Postao je šef katedre za istraživanja anestezije čime je zapravo bio prepušten vlastitim znanstvenim željama i mogao se dalje posvetiti istraživanju mozga bez nekakvih pritisaka sa strane, nešto što bi predstavljalo idealne uvjete za svakog znanstvenika. Bavio se još detaljnije mehanizmom djelovanja GABA neurotrans-mitera, ali i dokazao spori ekscitirajući mus-karinski Ach mehanizam. Također pokazavši hiperpolarizirajući učinak citpolazmatskih kalcijevih iona predložio je mogući smjer za mogućnost anestezije. Krajem 1970ih pred-vodio je tim koji se bavio ulogom GABA u hi-pokampusu in situ. Profesor fiziologije je bio od 1978., a godine 2001. proglašen je profe-sorom emeritusom. Predstojnik katedre za fiziologiju je bio od 1978. do 1987. godine, u vrijeme velikih političkih kriza u Kanadi. Ipak, uspješno je upravljao resursima i nešto čemu je uvijek težio je bilo da se znanstve-na dostignuća prikažu u cjelokupnoj sintezi te izbjegavanje redukcionističkog pristupa. Razvojem mikrobiologije dobiva se mnogo znanstvenih podataka, a profesor Krnjević je upravo kroz fiziologiju i način na koji se ona tumači vidio predmet u kojem sinteza znan-ja dolazi najviše do izražaja. Takav pristup pogotovo mnogo znači za neurofiziologiju. Otvaranjem i modernizacijom Kine, profesor Krnjević je sve više surađivao i internaciona-lno sa kineskim kolegama i studentima. Ug-lavnom su se bavili područjem hipokampusa i ljudske svijesti (npr. mehanizmi djelovanja ishemije na mozak). U svojem radu u kasni-jim godinama, profesor je uvijek započinjao nova istraživanja i rado bi surađivao sa mnogim studentima ili doktorandima koji su bili zainteresirani. Danas, kad postoje tehnike rada sa transgeničnim miševima i metodama manipulacije RNK i DNK, neuroznanost je značajno napredovala. Profesor Krnjević da-


nas i dalje živi u Kanadi te je i dalje aktivan kao znanstveni savjetnik i zasigurno vrlo in-spirativan i iskusan suradnik mnogima na sveučilištu McGill. Osim znanstvenog rada i mnogih nagrada i priznanja dobivenih za isti, profesor je od svoje rane mladosti uživao u planinarenju, navici koju je stekao za vrijeme života s roditeljima u Švicarskoj i koju je često prakticirao na kojem god se kontinentu nalazio. Također uživa i u klasičnoj glazbi. Ovakvog gospodina zaista možemo smatrati uspješnim u znanstvenom smislu, ali i pravim kozmopolitom. Kao studenti medicine iz Hrvatske dobivamo kvalitetno obrazovanje iz neuroznanosti i možemo se osjećati kao ravnopravni dio međunarodne akademske zajednice, jer mnogi su znanstvenici s našeg područja bili prisutni u ključnim otkrićima o kojima se danas uči kao temeljima neuro-znanosti. Profesor Krešimir Krnjević nam može biti uzor sa svojim originalnim ideja-ma, ali i sintetskom pristupu neuroznanosti.

PREGLED PODRUČJA KOJIMA SE PROF. DR. SC. KRNJEVIĆ BAVIO:• periferni živci – perfuzija n. ischiadicusa

žabe raznim tekućinama elektrolita; • kralješnična moždina – sakralni moto-

neuroni; promjena potencijala u aferent-nim vlaknima; presinaptičke promjene i posttetanička potencijacija

• n. phrenicus i dijafragma – proučavanje motoričke jedinice i uloga Ach

• neurotransmiteri u SŽS – proučavanje neurona i neurotransmitera mikrionofor-ezom

• acetilkolin i svijest – proučavanje uloge i izvora kolinergičkih vlakana mozga; ispi-tivanje kolinergičkog mehanizma i funk-cije

• amino kiseline – ispitivanje uloga amino

kiselina u sinaptičkoj komunikaciji• GABA i inhibicija – proučavanje svojst-

va i funkcije GABAe; proučavanje uloge glicina, taurina, baklofena na inhibiciju neurona; pretjerano okidanje u hipokam-pusu i neuspjeh ili izostanak inhibicije; uloga neurotransmitera i pojava epilepto-formnih napadaja

• Ach u hipokampusu – dizinhibicija pomoću Ach u hipokampusu, septo-hipo-kampalne veze

• tvar P – učinak tvari P na spinalne neu-rone

• kalcijevi ioni i neuralna aktivnost – učinak ekstracelularnog kalcija na motoneurone; učinak citoplazmatskog kalcija na vodlji-vost za kalij; učinak divalentnih iona u ci-toplazmi na ekscitabilnost neurona

• mehanizmi anestezije – stanični meha-nizmi generalne anestezije, gubitak kisika i povezanost s gubitkom svijesti

• ekstracelularni kalcij i kalij (koncen-tracije i promjena) – učinak na aferentna vlakna u kralježničnoj moždini; učinak na hipokampus

• hipokampus in vitro – učinak anoksije i adenozina, učinak hipoglikemije i 2-deok-siglukoze

• ostale teme – dopaminergičke stan-ice u mezencefalonu, LTP i sinaptička plastičnost

Current Contents prozvao je prof. dr. sc. Krnjevića jednim od 1000 najcitiranijih modernih znanstvenika i 3 rada su mu naz-vana ‘’citacijskim klasicima’’. Izdao je preko 200 znanstvenih članaka i oko 100 poglavlja u knjigama. Ukupno je citiran preko 15. 000 puta.

LITERATURAKrnjević K (2011) Krešimir Krnjević Autobiography. U: Editor: Squire L. R., The History of Neuroscience in Autobiography Volume 7, Prvo izdanje, New York, USA, Oxford Uni-versity Press, Inc., pp: 280 - 332.


Nedavno, dok sam se iz posve slučajnih i nehotimičnih okolnosti našao negdje oko pola jedanaest navečer u našoj dragoj (djel-uje mnogima i “domaćoj”) učionici u prizem-lju zgrade dekanata naišao sam na veoma zanimljiv prizor: ispred prozora u samom dnu učionice (koji je uvijek karakteristično ‘napola’ otvoren i ispred kojega obično leže tone ostavljenih, “spremljenih” knjiga za kasnije čitanje) ležalo je i originalno izdanje udžbenika profesora Kostovića i profesora Judaša “Temelji neuroznanosti”. Premda sam bio svjestan da moj interes za navede-nu “pojavnost” djeluje apsolutno štreberski nisam mogao odoljeti želji da (uz, naravno, poduzete sve mjere predostrožnosti - ne-hajan izraz lica i “potpuno slučajno” primi-canje prozoru) pogledam “kako izgleda origi-nal”. Osim vrlo zanimljive uvodne ilustracije (stvarno dobar i vjerodostojan rad Srećka Puntarića) otkrio sam da originalo izdanje - uz neka poglavlja koja se u njemu ne pojav-ljuju - ima i predgovor. Otvorivši tu stranicu vidio sam u donjem dijelu teksta napisano (ne sjećam se skroz kako je pisalo ali naglasak je bio upravo na ‘strukturi’), “Najveći izazov su-vremenoga ljudskog uma je spoznati struk-turu ljudskoga mozga” (Kostović i Judaš, 1997.) što me prilično zainteresiralo i navelo na razmišljanje i razmatranje, na kompara-

cije, na pokušaje “viđenja iz drugog kuta”.

“Najveci izazov suvremene znanosti je spoznati strukturu i funkcijuljudskoga mozga.”


Slaven Gojković

Pregledna neuroanatomija

Gyrus 1 (2013) 11 - 16

Slika 1. Pregledni prikaz ukupnoga živčanoga sustava čovjeka(Preuzeto iz: Sinelnikov R. D. : Atlas of Human Anatomy, Vol. III – The Science of the Nervous System, Sense Organs, and Endocrine Glands. MIR Publishers Moscow.)

12 Gyrus 1, 11 - 16 Listopad 2013

Ali to nije izravni razlog zbog koje-ga pišem ovaj članak. Temeljna svrha ovih nekoliko članaka o neuroanatomiji koje planiram pisati je ustvari učiniti određen temeljiti i sistematičan prikaz točne (što je iz studentu medicine na našem fakultetu dostupne literature preciznije, sažetije i jas-nije moguće) anatomske građe pojedinih dijelova središnjega živčanoga sustava (a ako vam se navedeni pristup te pokušaj sistem-

atizacije i svidi, dragi zainteresirani kolege) i perifernog živcanoga sustava. Htio bih pri tome naglasiti (svjestan granica svojeg anatomskog znanja i vještine sistematizacije) želju da moji članci postignu najprije jasan, koncizan i što je preciznije moguće točan anatomski opis građe ljudsk-oga živčanog sustava, jer htio bih omogućiti ovim tekstom svima koji ga budu čitali na-jprije jasnu i u najvećoj mogućoj mjeri

Slika 2. Pregledni prikaz kralješnične moždine (medulla spinalis) i živaca kralješnične moždine (nn. spinales)(Preuzeto iz: Sinelnikov R. D. : Atlas of Human Anatomy, Vol. III – The Science of the Nervous System, Sense Organs, and Endocrine Glands. MIR Publishers Moscow.)


cjelovitu sliku pojedinih zamršenih dijelova živčanoga sustava. Glavni cilj bi bio da sus-tavnim i temeljitim opisivanjem anatomske građe živčanoga sustava čitateljima neuro-anatomija od područja neuroznanosti koje često ostavlja određen dojam nedorečenosti i djelomičnoga poznavanja postane upravo jedno od uporišta u znanju te područje koje im je blisko i koje su zaista, zalogom čitanja ovih članaka i nadam se aktivnog sudjelovan-ja u predlaganju novih područja njihovih razmatranja temeljito upoznali i potpuno doživjeli. Tu također imam potrebu reći kako mi je jedna od glavnih želja zajedničko i ak-tivno sudjelovanje svih koji budu zaintere-sirani u izradi ovih članaka te proučavanju

literature vezane uz njihovu građu u obliku zajedničkog bavljenja neuroanatomijom, s ciljem što bolje kvalitete njihovog konačnog sadržaja i što veće sigurnosti i znanja svih onih koje neuroanatomija privlači i zanima. Jedna digresija: svjetska liječnička udruženja medicinskih struka kojima je neuroanatomija od bazičnog značenja su se već odavno dosjetila fascinantnim načinima skupnog proučavanja ovoga kompleksnog područja: neuroanatomija se u tim društvima proučava u skupinama pomoću 3D video prezentacija koje vode iskusni predavači iz toga polja dok svi ostali zajednički sudjeluju u diskusiji i opisivanju pojedinih anatom-skih tvorbi. Možda postoji mogućnost da sa našom Sekcijom za neuroznanost or-ganiziramo nešto slično kao dodatak ovim člancima i temeljnom proučavanju neuro-anatomije u sklopu Sekcije, ili jednostavno prikažemo navedene videe (samo što će vam za potpuni dožjvljaj trebati 3D naočale koje se mogu uzeti u obližnjem kinu na zamolbu – provjerio sam) i zatim diskutiramo o tome što smo vidjeli, ako bude interesa - sve ideje koje čitatelji budu imali sa ciljem stjecanja neuroanatomskog znanja su dobrodošle. Inače, zamišljeni ustroj članaka trebao bi biti sljedeći: u svakom broju Gyrusa bih opisao (prema gore navedenim kriterijima) po jedan dio najprije središnjega živčanog sustava koji po obujmu odgovara prostoru koji je na raspolaganju u časopisu - npr. za početak bi to mogao biti opis kralješnične moždine (medulla spinals), zatim u sljedećem broju moždanoga debla (truncus encepha-licus sive cerebri), pa limbičkoga sustava i tako po redu dalje prema moždanoj kori i pomoćnim strukturama središnjega živčanog sustava. Naravno, što područja budu postaja-la složenija i detaljnija pretpostavljam da će i anatomski manje područje moći biti opisano, radi temeljitosti njegovoga prikaza. I sada, konačno, budući da ste praktički već pročitali ovaj članak (i uopće se mučili s njim i sa mnom), dugujem vam kratki pregledni neuroanatomski prikaz uku-

Slika 3. Simpatički lanac (truncus sympathicus). (Svijetli, debeli skup živčanih vlakana sa zvjezdolikim proširenjima simpatičkih ganglija na lijevoj strani slike.)(Preuzeto iz: Sinelnikov R D : Atlas of Human Anatomy, Vol. III – The Science of the Nervous System, Sense Organs, and Endocrine Glands. MIR Publishers Moscow.)

14 Gyrus 1, 11 - 16 Listopad 2013

pnoga ljudskoga živčanoga sustava: Ukupni živčani sustav čovjeka (sys-tema nervosum) može se podijeliti na samo dva jednostavna, logički i funkcionalno odvojena dijela. Rekao bih da takav jednosta-van princip organizacije savršeno odgovara njegovoj evolucijskoj, hijerarhijskoj, funk-cionalnoj, biomehaničkoj i fizološkoj orga-nizaciji, kako to obično biva u prirodi, možda prema načelu fraktalnosti - kako bi to ob-jasnili fizičari - i prirodnom principu “mini-mum - maksimum”, odnosno isprepletenosti i međusobnoj povezanosti strukture i funk-cije. Ta dva temeljna dijela živčanoga sustava su središnji živčani sustav (systema nervo-sum centrale) i periferni (ili vanjski, onaj koji se nalazi “izvan sredine” - systema nervosun periphericum). Čini mi se zanimljivim pogled prema kojemu je taj princip organizacije, ako se gle-da iz konteksta evolucije, uočljiv i kod dru-gih, evolucijski starijih ili “nižih” organizama (od primitivnih višestaničnih organizama sa razvijenim funkcijski različitim tkivima pre-ma primatima i čovjeku). Npr. kod kukaca (hexapoda, lat. = šest nogu) se može jasno vidjeti leđno smještena tzv. “živčana vrpca” (koja je, ako se ta anatomska tvorba sasvim jednostavno sagleda, veliki živac) iz koje polaze mali živčani ogranci prema cijelom tijelu, precizno segmentalno organizirano. U glavi ovih bića može se vidjeti tzv. “na-kupina ganglija”, tvorba koja se može pro-matrati kao skupina posebno funkcionalno određenih i zasebno okupljenih neurona i njihovih glija-stanica, kao i njihovih veza – što se u paralelnom sagledavanju sa ljudskim središnjim živčanim sustavom može proma-trati kao (“primitivni”) mozak. Kod evolucijs-ki mlađih, razvijenijih ili “viših” organizama može se promatrati kako su ti osnovni el-ementi građe središnjega živčanoga sustava zadržani ali kao mnogo anatomski i funk-cionalno razvijeniji, sukladno evolucijskom “iskustvu” u radu živčanog sustava i njegovoj najvažnijoj funkciji - održanju života u životu

posve suprotnoj, neživoj okolini. To održanje uključuje preživljenje jedinke u svim situaci-jama u kojima se može naći u svom životnom okruženju, kao i drugu vrlo važnu neophod-nost života – produženje vrste. No vratimo se dalje na podjelu živčanoga sustava. Vidjeli smo kako postoje središnji i perferni živčani sustav, a svaki od ta dva sustava se može dalje podijeliti na još dva dijela: središnji živčani sustav na kralješničnu moždinu (medulla spinalis) i mozak (en-cephalon: en, grč.=u, unutar; kephale, grč.=glava - zašto u ukupnom nazivu umjesto “k” stoji “c” još uvijek nisam uspio sh-vatiti), a periferni živčani sustav na periferni živčani sustav u “užem smislu” - to je njegov tjelesni (“somatski”) dio koji obuhvaća živce kralješnične moždine (nn. spinales) – i ne-voljni živčani sustav (ili autonomni živčani sustav). “Tjelesni” dio perifernog živčanoga sustava sadržava dio funkcionalnih vlaka-na živaca kralješnične moždine (nn. spina-les) koji je usmjeren prema skeletnim (ili poprečno-prugastim, “voljnim”) mišićima. Živci kralješnične moždine mogu biti oku-pljeni u spletove (plexus) kao što su vratni živčani splet, plexus cervicalis, nadlaktični živčani splet, plexus brachialis te slabinsko-križni živčani splet (plexus lumbosacralis) (Krmpotić, Marušić, 2007). Ovaj posljednji živčani splet se ustvari dijeli na tri mnogo poznatija manja spleta: slabinski živčani splet (plexus lumbalis), križni živčani splet (plexus sacralis) i trtični živčani splet (plex-us coccygeus) (Krmpotić, Marušić, 2007), koji je ustvari nježni snop živčanih vlakana koja teku unutrašnjom površinom zdjelične pregrade (diafragma pelvis) te inerviraju dio mišića zdjelične pregrade i vanjsku kožu uz svoj tok (Krmpotić i Marušić, 2007). Drugi način organizacije živaca kralješnične moždine je njihov zaseban tok prema seg-mentalnoj raspodjeli (pod “segmentima” se smatraju dijelovi kralješnične moždine koji odgovaraju određenim područjima kralješnice) - kao što su to interkostalni


(“međurebreni”) živci (nn. intercostales), koje ustvari čine prednje grane torakalnih, “prsnih” spinalnih živaca. Drugi dio cjelokupnoga perifernoga živčanog sustava čini nama u vidu emocija (ili, bolje reći, emotivnih reakcija koje su povezane sa tijelom) najvažniji i u tom smis-lu “opće poznati” dio perifernoga živčanoga sustava – autonomni (u prijevodu, čini se, “neovisni” ili “ne-voljni”) živčani sustav. On se može podijeliti na aktivacijski (ili simpatički) dio, koji je anatomski određen kao lanac funkcionalno zasebnih živčanih ganglija neposredno uz kralješnicu (a time i kralješničnu moždinu), gdje predstavlja vrlo vizualno upečatljivu tvorbu koja se zove simpatički lanac (truncus sympathicus), te na inhibicijski (ili parasimpatički) dio koji je građen po istom principu samo sa, moglo bi se reći, suprotnom organizacijom živčanih vlakana i živčanih ganglija koja su u ovom slučaju smještena u neposrednoj blizini tvorbi koje opskrbljuju inervacijom, a ne često vrlo

daleko od njih kao što je to slučaj sa njegov-im simpatičkim dijelom. U svijesti o građi i funkciji ljudskoga tijela je najčešći slikovni reprezentant parasimpatičkoga dijela au-tonomnoga živčanoga sustava (premda je on u stvarnosti samo jedan njegov dio) “živac lutalica” (ili nervus vagus), koji je morfološki antagonist simpatičkoga lanca, kao najduži i najrazgranjeniji od dvanaest moždanih (ili kranijalnih) živaca. U kulturnom smisu je na određen način funkcija ovog “voljno neovisnoga” dijela našeg živčanoga sustava opće pozna-ta, i to posebno u kontekstu “borbe/bijega”, simpatija i ljubavi (čini se kako “srce” du-guje svoj povlašteni položaj u doživljavanju emocija upravo zahvaljujući ovome dijelu živčanoga sustava) te tromosti, tuge, umo-ra ili potištenosti. Ovaj dio živčanoga sus-tava je također veoma “prisutna” i značajna tema u psihijatriji, jer se neka od, prema simptomima najupečatljivijih emocionalnih poremećaja, manifestiraju upravo u funkciji

Slika 4. Shematski prikaz ljudskoga mozga (encephalon).(Preuzeto iz: Sinelnikov R D : Atlas of Human Anatomy, Vol. III – The Science of the Nervous System, Sense Organs, and Endocrine Glands. MIR Publishers Moscow.)

16 Gyrus 1, 11 - 16 Listopad 2013

autonomnoga živčanoga sustava. Tu se mogu spomenuti neke vrste neuroza (npr. histerija, kod koje pacijent po cijelom tijelu doživljava specifične neugodne tjelesne senzacije koje su međusobno nespojive i nepovezive sa nekim stvarnim organskim oboljenjem, a koje se mogu razviti u vrlo teške kliničke slike kao što su globalne paralize tijela ili parcijalne paral-ize udova te nemogućnosti ustajanja i hodan-ja ili govora) te anksiozni poremećaj (kojega, uz psihološki doživljaj ogromnog, paničnoga straha, prate slične neugodne tjelesne sen-zacije). Jednom prilikom sam čuo jednoga subspecijalista psihoterapijskoga pravca psi-hijatrije kako je definirao autonomni živčani sustav kao “tjelesni kanal za pražnjenje emo-cija”, što prilično zorno naglašava njegovu ulogu u našem emotivnom funkcioniranju. Također, može se spomenuti kako i većina naših interakcija sa atmosferskim prilikama

i prirodnim okruženjem u kojemu živimo utječe na funkciju ovog ne-voljnoga dijela živčanoga sustava (što dovodi do simptoma i problema kao što su meteoropatije.) Građi i funkciji mozga (encephalon, grč.) ćemo se posvetiti u najvećem broju budućih članaka, tako da mislim kako o nje-mu nije potrebno ništa uvodno ili prethodno govoriti. Možda je jedino dobro, iz razloga sistematizacije, navesti njegovu osnovnu anatomsku podjelu: mozak (encephalon) se djeli na moždano deblo (truncus encephali-cus sive cerebri), mali mozak (cerebellum) i veliki mozak (cerebrum). Zahvaljujem svima na pažnji i vre-menu odvojenom za čitanje ovoga teksta te se nadam kako uskoro nastavljamo naše neu-roanatomsko putovanje!

LITERATURAFanghanel J, Pera F, Anderhuber F, Nitsch R, Ur. : Waldeyerova anatomija čovjeka, 17. njemačko izdanje prerađeno u cijelosti, 1. hrvatsko izdanje. Golden marketing – Tehnička knjiga, Zagreb, 2009.

Judaš M, Kostović I: Temelji neuroznanosti. Slobodno dostupan izvor: www.hiim.hr – Temelji neuroznanosti.

Kandel E R, Schwartz J H, Jessell T M: Principles of Neural Science, 4.-th edition. Copy-right 2000 by The McGraw-Hill companies, Inc. All rights reserved. Printed in the United States of America.

Krmpotić-Nemanić J, Marušić A: Anatomija čovjeka, 2., korigirano izdanje. Medicinska naklada, Zagreb, 2007.

Netter F H, Craig J A, Perkins J, Hansen J T, Koeppen B M: Atlas of Neuroanatomy and Neurophysiology – Selections from the Netter collection of Medical Illustrations. Copy-right: 2002 Icon Custom Communications. All rights reserved. Printed in U.S.A.

Sinelnikov R D: Atlas of Human Anatomy, Vol. III – The Science of the Nervous System, Sense Organs, and Endocrine Glands. MIR Publishers Moscow.


Razvoj mozga jedan je od najsloženijih i najdinamičnijih procesa koji se događa ti-jekom embrionalnog i fetalnog doba svakog čovjeka i ne prestaje rođenjem već se nastav-lja i tijekom života do kraja adolescencije, a prema nekim znanstvenicima čitav život. Stoga i ne čudi brojnost silnih deformacija i bolesti vezane uz mozak što ga stavlja u samo središte današnjih medicinskih istraživanja.

Živčani sustav derivat je ektoderma i nastaje u procesu neurulacije iz neuralne ploče čiji se lateralni rubovi potkraj 3. tjedna uzdižu i tvore neuralne nabore koji se spajaju i tvore neuralnu cijev s dva otvora: jedan krani-jalni (prednji neuroporus) i jedan kaudalni (stražnji neuroporus). Oni se zatvaraju 25. i 27. dan razvoja (Sadler i suradnici, 2009). Važno je naglasiti i činjenicu da se sam razvoj

„Subplate zona pri tome ima vrlo važnu ulogu i to kao “čekaonica”…”


Marko Zorić

Embrionalni i fetalni razvoj mozga

Gyrus 1 (2013) 17 - 19

SLIKA 1. Anatomija mozga tijekom razvoja. (Pribavljeno s adrese http://rosswikijan2008.pbworks.com/w/page/14975568/Develop-ment%20of%20Nervous%20System

18 Gyrus 1, 17 - 19 Listopad 2013

odvija heterokromno, odnosno svi dijelovi živčanog sustava ne razvijaju se istom brzi-nom u danom trenutku već se pojedini dijelo-vi mozga razvijaju različitim intenzitetom ti-jekom razvoja, a to dovodi do presavijanja i preoblikovanja neuralne cijevi čime nastaju primarni moždani mjehurići: prosencepha-lon, mesencephalon i rhombencephalon iz kojih će nastati sve ostale moždane strukture što predstavlja jedan od temeljnih i ključnih trenutaka nastajanja mozga (Kahle, 2006).Tijekom embrionalnog razdoblja (prvih osam tjedana nakon oplodnje) zapravo dolazi do oblikovanja glavnine morfoloških struktu-ra i primarnog plana ili nacrta organizacije središnjeg živčanog sustava, a svakako i do početka stvaranja triju univerzalnih embri-onalnih zona, a to su redom: ventrikularna, intermedijarna i marginalna zona (Stiles i Jernigan, 2010). Krajem 8. tjedna dolazi do stvaranja još jedne zone i to kortikalne ploče što će označiti početak ranog fetalnog razdo-blja. Potom će nastati još dvije: subventri-kulna zona i još jedna koja je od posebnog značaja subplate zona (Judaš i Kostović, 1997). Sama ventrikularna zona predstav-lja mjesto najintenzivnije proliferacije i stvaranja zalihe neuronskih stanica, nakon čega nove stanice uz pomoć radijalnih glijal-nih stanica putuju prema svom konačnom odredištu (Rakić, 1972) u moždanoj kori s tim da se raspoređuju po principu “inside-out” (Cooper, 2008) odnosno stanice koje su dublje smještene putuju prije, a one koje se nalaze bliže površini preko njih se “penju” gore do svog konačnog odredišta. Subplate

zona pri tome ima vrlo važnu ulogu i to kao “čekaonica” za aksone neurona koji moraju urasti u nastajuću moždanu koru (Judaš i Kostović, 1997). Ona je također mjesto vrlo aktivne sinaptogeneze i mjesto zrelih neuro-na koji već stvaraju svoje neurotransmitere.Zanimljivo je istraživanje znanstvenika Mc-Connella i suradnika koji su donijeli dojm-ljive zaključke po pitanju diferenciracije neurona. Naime, oni su uzeli matične stan-ice iz mladog embrija koje proizvode neu-rone svih 6 slojeva moždane kore i nakon što se implantirali u stariji fetus koji proizvodi neurone samo 2 ili 3 sloja, matične stanice počele su proizvoditi neurone iz tih slojeva, a ne kao prije od svih 6. Potom su napravi-li obrnuti proces uzevši matične stanice iz starijeg fetusa i implantiravši ih u mladi fetus došlo je do stvaranja neurona koji su manje diferencirani karakteristično za taj razvojni stadij (McConell i suradnici, 2000). Pitanje koje se nameće je: “Koji signalizacijski put-ovi usmjeravaju stanice prema višoj ili maloj diferencijaciji?”. Nažalost danas ne post-oje potpuni odgovori na to pitanje što ovu problematiku stavlja u prvi plan današnjih istraživanja. Osim toga svakako treba istak-nuti neurotrofnu teoriju Oppenheima koji je smatrao da je apoptoza odnosno odumi-ranje sinapsi i neurona koji nisu funkciona-lni ili nisu funkcionalno povezani propadaju između ostaloga zbog nedostatka neurotrof-ne tvari koja se sintetizira u području sinapsi, te da se neuroni međusobno nadmeću za tu tvar (Oppenheim, 1989.). Samim time to je

SLIKA 2. Novi načini istraživanja središnjeg živčanog sus-tava. (Pribavljeno s adresehttp://stochasticscientist.blogspot.com/2013/04/the-amazing-see-through-brain.html

SLIKA 3. Živčani sustav tijekom razvoja prolazi značajne prom-jene (Pribavljeno s adrese http://www.visembryo.com/baby/News-Archive31.html)


zaštitni mehanizam čime se nastoji spriječiti greške kod nastajanja i migracije neurona i također uklanjanja prolazne grupacije neu-rona kao što su oni iz subplate zone, margin-alne zone i drugih. Ako malo bolje pogledamo sve opise iz raznih starijih literatura može se reći da su istraživanja jako podrobno opisali morfogen-ezu razvoja mozga u embrija i fetusa čovjeka, no značajan polet istraživača u zadnje vrijeme se dogodio kad se polje interesa usmjerilo na staničnu razinu jer se pokušalo uči u regulac-iju genima kao našeg programa koji upravlja radom našeg “računala” i osim toga kad se pokušalo objasniti daljnju nizvodnu signal-

nu kaskadu koja upravlja daljnjim procesi-ma kao posrednik između početka tj. gena i konačnog produkta neurona, ali posebno na regulacijske mehanizme i sama načela or-ganizacije i reorganizacije koja se događaju tijekom razvoja. Također sve se više danas govori o nastavku praćenja razvoja mozga postanatalno naročito magnetnom rezonan-cijom (MR-om) tim više što je to najsigurnija dijagnostička metoda.Sva ova istraživanja dala su dogovor na puno pitanja koja su bila dugo vremena nerješiva i strašan pomak je više nego očigledan, ipak još je puno toga što treba otkriti i objasniti.

SLIKA 4. Shematski prikaz promjena građe stjenke fetalnog telencefalona tijekom razvoja (A - E) te usporedba s histološkim preparatom obojenim histološkom metodom Pas - Alcian. (Pribavljeno s adrese http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1053811911002503)

LITERATURACooper, J. A. (2008.) A mechanism for inside-out lamination in the neocortex. Trends in Neurosciences 31:113–119Judaš, M., Kostović, I. (1997.) Morfogeneza i histogeneza središnjeg živčanog sustava i pro-cesi razvojnog preustrojstva. Temelji neuroznanosti 15-21Kahle, W. (2006.) Razvoj i morfogeneza mozga. Priručni anatomski atlas živčani sustav i osjetila 5-6McConnell, S. K., Kaznowski, C. E. (1991) Cell cycle dependence of laminar determination in developing neocortex. Science 254:282–285Oppenheim, R. W. (1989.) The neurotrophic theory and naturally occurring motoneuron death. Trends in Neurosciences 12:252-255Rakić, P. (1972.) Mode of cell migration to the superficial layers of fetal monkey neocortex. The Journal of Comparative Neurology 145:61–83Sadler, T. W. (2012.) Central nervous system. Langerman s essential medical embriology :103-117Stiles, J. (2008.) The fundamentals of brain development: Integrating nature and nurture. Cambridge: MA Harvard University Press

20 Gyrus 1, 20 - 25 Listopad 2013

Gyrus 1 (2013) 20 - 25

„Znanje o prostornoj i vremenskoj regulaciji ekspresije gena bitno je u istraživanjima različitih bolesti živčanog sustava.“


Jan Steter

Ekspresija gena u mozgu

„Razvoj, funkcije i anatomski izgled različitih područja ljudskog mozga ovise o preciznoj regulaciji genske ekspresije“ (Kang i surad-nici, 2011). Ekspresija gena započinje u jezgri transkripcijom DNA u pre-mRNA. Zatim dolazi do RNA izrezivanja (engl. splicing), procesa kojim se izrezuju nekodirajuće regije DNA, introni, i spajaju regije koje se mogu prevoditi u bjelančevine, egzoni. Izrezivan-jem RNA nastaje zrela mRNA koja prolazi kroz jezgrine pore u citoplazmu gdje se odvi-ja translacija. U citoplazmi translacijom zrele mRNA nastaje protein.Pretpostavljalo se da ljudski genom sadrži oko 100000 gena, no zahvaljujući Hu-man Genome Project-u, danas znamo da ih sadrži samo oko 25000. Sinteza velikog bro-ja različitih proteina, usprkos malom broju gena, moguća je zbog alternativnog RNA iz-rezivanja i posttranslacijskih modifikacija. Alternativno RNA izrezivanje se temelji na izboru različitih 5’ ili 3’ mjesta izrezivanja čime u sustav egzona ulaze i različito dugački dijelovi introna, te tako jedan gen može dati više različitih mRNA (Crnek-Kunstelj i su-radnici, 2003). Novija istraživanja poka-zuju da se od oko 25000 gena, njih čak 86% eksprimira u mozgu (Kang i suradnici, 2011). Ekspresija većine tih gena je prostorno i vremenski regulirana. To znači da se isti gen

može eksprimirati u različitim područjima mozga u različitim razdobljima života. Ako se određeni gen trenutno eksprimira u određenom području mozga, ne znači nužno da će se u tom području eksprimirati do kraja života. Isto tako, ako se taj gen u određenom području ne eksprimira, ne znači nužno da se nikada neće eksprimirati, niti da se nikada ranije nije eksprimirao. Neki gen može biti eksprimiran u određenom području mozga isključivo prenatalno, dok u nekom drugom području mozga dolazi do njegove ekspresije u kasnijoj životnoj dobi. Znanje o prostornoj i vremenskoj regulaciji ekspresije gena bitno je u istraživanjima različitih bolesti živčanog sustava. Razlika u godinama između dviju testnih skupina može dati drugačije rezultate zbog normalne vremenske, a ne patološke promjene u ekspresiji gena. Uz razlike u vremenskoj i prostornoj ekspresiji, ekspresija gena u mozgu razlikuje se među spolovima. Od 159 identificiranih gena različito eksprimiranih među spolovi-ma, 13 ih je smješteno na Y kromosomu, 9 na X kromosomu, a preostalih 137 smješteno je na autosomnim kromosomima (Kang i suradnici, 2011). Svaki eksprimirani gen je sastavni dio neke funkcionalne mreže te se u skladu s time i njihova ekspresija regulira un-utar tih mreža. To znači da je ekspresija po-


jedinog gena ovisna o ekspresiji mnogih dru-gih gena iz iste mreže. Njihovo je otkrivanje bitno zato što nisu svi neurološki poremećaji monogenski, nego se geni koji ih uzrokuju nalaze unutar genskih mreža, a poremećaji ekspresije više gena iz iste mreže dovode do bolesti. Danas se za otkrivanje ekspresije gena najčešće koriste dvije metode: DNA microar-ray (hrv. Mikropostroj) i RNA sekvenciranje. DNA microarray se koristi u proučavanju ekspresije gena, otkrivanju polimorfizma na razini nukleotida (engl. SNP-Single Nucleotide Polymorphisms) i analizi genoma (Bolarić i suradnici, 2009). Tehnologija se razvila iz Southern blotting-a, a 1997. godine je prvi put cijeli eukariotski genom, genom kvasca (Saccharomyces care-visiae), objavljen na microarrayu (Lashkari i suradnici, 1997). Microarray se sastoji od velikog broja aktivnih polja, pričvršćenih na podlogu, staklo ili silikon. Svako polje sadrži određenu poznatu probu u obliku oligonuk-leotida, cDNA ili malih fragmenata PCR-a (Bolarić i suradnici, 2009). Probe se najčešće sintetiziraju i zatim nanose na podlogu, iako je moguća i direktna sinteza proba na pod-lozi. Procesom reverzne transkripcije se na temelju mRNA izolirane iz uzorka sintetizira

cDNA, koja se zatim hibridizira sa komple-mentarnom probom na microarrayu. Kad se microarray uroni u otopinu koja sadrži nepoznate uzorke, hibridizacija će se pojaviti samo na komplementarnim mjestima. Hi-bridizacija se detektira pomoću fluorescent-nih markera, nakon čega se očitava stupanj ekspresije pojedinih gena (Bolarić i surad-nici, 2009). RNA sekvenciranje (RNA-seq) je novija metoda u istraživanju genske ekspre-sije. Za izolaciju mRNA danas se često ko-riste kuglice premazane poli-T oligonuk-leotidima koji vežu poli-A krajeve mRNA. Poli-A kraj sadržavaju zrele mRNA (sadrže samo egzone, introni su izrezani) i time se osigurava da introni ne završe u cDNA li-bary-u (Mortazavi i suradnici, 2008). Zbog tehnoloških ograničenja aparata za sekven-ciranje, mRNA se reže na manje dijelove, od 200 do 500 nukleotida, na temelju kojih se reverznom transkripcijom sintetizira cDNA. Zatim se od cDNA sintetiziranih na temelju svih izoliranih mRNA napravi cDNA libary. Kako bi se izbjegle pogreške koje nastaju kod sinteze cDNA, danas se razvija Direct RNA Sequencing (DRSTM) tehnologija koja di-rektno sekvencira RNA. U istraživanju tran-skriptoma koriste se dvije metode za analizu

Slika 1. Lijevo: Microarray se sastoji od velikog broja polja, a svako polje specifične poznate probe. Desno: Detekcija hibridizacije pomoću fluorescentnih markera dokaz je da se određeni gen eksprimirao. (Preuzeto sa: http://dnaandgenome.blogspot.com/2010/09/dna-micro-array.html)

22 Gyrus 1, 20 - 25 Listopad 2013

sekvenciranih fragmenata. De novo meto-dom se rekonstruiraju nukleotidne sekvence. Problem je što zbog malih fragmenata post-oji više mjesta u genomu gdje se takav slijed nalazi pa se ponekad ne može točno odred-iti njegov položaj. Genome-guided metoda je nešto jednostavnija. U njoj se fragmenti uspoređuju s referentnim genomom. Usporedimo li DNA microarrays i RNA sekvenciranje, obje metode imaju određene prednosti i mane. Dok pomoću mi-croarrya može se pratiti isključivo ekspresija gena za koje se probe nalaze na microarrayu, sekvenciranjem se mogu otkriti SNP-ovi i ekspresija nepoznatih gena. Pošto za sekven-ciranje nisu potrebne probe, izbjegava se mogućnost pogreške prilikom krive hibrid-izacije do koje može doći kod microarraya, ali zbog više mogućih mjesta u genomu kod malih fragmenata je ponekad teško odrediti od kuda oni potječu i koji se gen eksprimirao

(http://www.rna-seqblog.com/information/sequencing-vs-microarrays-for-transcrip-tome-analysis/). Zanimalo me koliko su istraživanja genske ekspresije u mozgu aktualna u svi-jetu i u Hrvatskoj, koja se područja najviše istražuju, koliko to sve zapravo košta i koliko se u Hrvatskoj uspijeva pratiti istraživanja i metode koje su trenutno aktualne u svi-jetu. O tome sam razgovarao s dr. Goranom Sedmakom sa HIIM-a, koji je sudjelovao u istraživanju transkriptoma ljudskog moz-ga na Yale-u, a sada zajedno sa profesorom Judašem radi na istraživanju transkriptoma subplate zone.

Kako ste počeli baviti neuroznanošću? Neuroznanošću sam se počeo baviti kod profesora Judaša. Pošto profesor Judaš surađuje sa profesorom Šestanom koji ima laboratorij na Yale-u, u sklopu te suradnje

Slika 2. RNA sekvenciranje: Genome-guided i De novo metode.(Preuzeto sa: http://www.nature.com/nbt/journal/v28/n5/full/nbt0510-421.html#access)


otišao sam na Yale na godinu i pol dana ra-diti za svoj doktorat. Profesor Šestan je go-dinu dana prije nego što sam došao, 2009., objavio rad u Neuronu u kojem je pokazao da je moguće napraviti transkriptom fetal-nog ljudskog mozga na različitim regijama. Njegov projekt da napravi transkriptom ljud-skog mozga bio je jedan od projekata koji su financirani u sklopu Obaminog „American Recovery and Reinvestment act“ projekta. Taj projekt je počinjao kad sam ja došao. Prvo smo se počeli baviti sa microarraysima jer su jednostavnije za izraditi, analiza rezultata je jednostavnija što posljedično vodi bržem dobivanju rezultata. Tako da sam kod njega u laboratoriju proveo godinu i pol praktički disecirajući uzorke iz mozgova za projekt, izolirajući RNA, i pripremajući cDNA za daljnje procesiranje. Paralelno s pripremom uzoraka za microarray, pripremali smo i uzorke za RNA sekvenciranje Kad smo to sve pripremili, slali smo uzorke kompanijama koje su radile microarray, te u Centar za ge-nomska ispitivanje Yale-a koji su nam radili microarray i RNA sekvenciranje. Dobivene rezultate smo analizirali u našem laborato-riju. Posljednjih godinu dana projekta smo zapravo proveli analizirajući te podatke.

Koliko sve to košta? To sve jako puno košta. Prosječna ci-jena da se napravi jedan microarray čip je u SAD-u oko 400$, što je oko 2300kn. Kod nas je cijena jednog čipa oko 4000kn.

Od kuda dolaze čipovi u Hrvatsku? Čipovi dolaze iz Austrije, a u Austriju dolaze iz SAD-a jer su dva najveća svjetska proizvođača microarraya iz SAD-a.

Koliko u Hrvatskoj uspijevamo držati korak sa istraživanjima i tehnologi-jom u svijetu? Što se tiče tehnologije i znanja ne kas-kamo puno. Centar za funkcionalnu genomi-ku, čiji je voditelj prof. dr. sc. Fran Borovečki, ima dva uređaja za microarray i nedavno je

dobio uređaj za sekvenciranje. Znanje nije problem, profesor Borovečki je to radio na Harvardu, ja sam imao to priliku raditi na Yaleu, a postoje mnogi drugi ljudi i na fakulte-tu i na Ruđeru koji su to radili na uglednim svjetskim institucijama. Glavni problem je novac. Za ovu studiju na Yale-u analizirali smo više od 1500 uzoraka što je u SAD-u koštalo oko 500 000$. To je oko 3 milijuna kuna, što je otprilike iznos svih znanstvenih projekata u neuroznanosti. Iznos sredstava koje MZOŠ osigurava za prosječan znanst-veni projekt u neuroznanosti je otprilike 80 000 kn. Ako bi se sve te novce potrošilo na čipove to je 20 uzoraka. Pošto 15-20% čipova ne budu uspješni, a za bilo kakvu statističku analizu treba minimalno 10-15 različitih uzoraka, jedan prosječan projekt u Hrvatskoj ne može to financirati. Stoga mi kaskamo za istraživanjima u svijetu jer ih novčano ne us-pijevamo pratiti.

Čime se trenutno bavite? Imao sam sreće da zajedno sa profeso-rom Judašem dobijem projekt Hrvatske zak-lade za znanost koji iznosi u 3 godine 1 300 000 kn. Ono što smo prijavili je transkrip-tom subplate zone u različitim područjima ljudske moždane kore koji su primarno ve-zani uz razvoj govora i sustav zrcalnih neu-rona. Te regije smo izabrali zato što je jezik nešto što čovjeka jako definira, to je naš os-novni mehanizam komunikacije i zato što su sustav zrcalnih neurona i jezik nešto što je jako razvijeno kod čovjeka. Izolirat ćemo subplate zonu kod fetusa i intersticijske neu-rone u bijeloj tvari odraslog čovjeka koji su zapravo ostatci subplate neurona. Analizirat ćemo njihov transkriptom i vidjeti postoje li geni specifični za jednu ili drugu populaciju, ekspresiju gena koji su povezani sa neuroraz-vojnim bolestima, tipa autizam, mentalna re-tardacija, shizofrenija i općenito kako se kreće ekspresija gena u subplate zoni jer je to nešto što je kod čovjeka evolucijski značajno nara-slo i omogućilo čovjeku da ima ovako složene veze i ovako složeni mozak. Jedan dodatak,

24 Gyrus 1, 20 - 25 Listopad 2013

koji ljudi do sad nisu radili, je rezultate tran-skriptomskih studija prenijeti na tkivo. Uzor-ci za transkriptomske analize su homogenati tkiva, te svaki transkriptom zapravo daje po-datak o ekspresiji gena u određenom malom području. No takvom analizom ne zna se je li gen eksprimiran u piramidnim neuronima, interneuronima, glija stanicama ili možda u krvnim žilama. Korak naprijed koji ćemo mi ovdje napraviti, zato što imamo vrlo kvalitet-no tkivo iz Zagrebačke embriološke zbirke koje pokriva sve značajne stadije razvoja ljudskog mozga i zato što imamo ekspertizu ljudi koji već 40 godina to rade, je imunohis-tokemija i in situ hibridizacija na ljudskom tkivu da vidimo za sve gene koji nas zan-imaju gdje su oni stvarno eksprimirani. Je li je neki gen, koji se eksprimira specifično u subplateu, eksprimiran u glutamatergičnim neuronima, u GABAergičnim neuronima, ili je eksprimiran možda u glija stanici. Pre-liminarni podaci već postoje. Na primjer Al-len Brain Atlas sadrži in situ hibridizaciju za tisuću različitih gena, pa proučavanjem te baze podatka možemo doći do zaključaka da kad se za neke gene vidi razlika u ekspre-siji između na primjer frontalnog i okcipi-talnog korteksa, to ne znači da je gen jače eksprimiran u okcipitalnom korteksu, nego da zapravo postoji druga klasa neurona koja eksprimira taj gen u okcipitalnom kortek-su, za razliku od frontalnog gdje ta klasa ne postoji. To nam pokazuje da razlika između

frontalnog i okcipitalnog korteksa nije samo u tome da okcipitalni korteks jače eksprimira taj gen nego da postoji nova klasa neurona koja ga eksprimira. Kad imamo takve infor-macije možemo dalje istraživati koja je funk-cionalna uloga tog gena, zašto bi on bio bitan za neurone. To je nešto čime se onda mogu baviti osobe koje se bave elektrofiziologijom ili netko tko može napraviti transgenične miševe na taj gen. Nadamo se da ćemo dobiti zanimljive rezultate koji će pomoći u odgon-etavanju kako se uopće razvija ljudski mozak pa onda i pronalaženju nekih gena povezanih sa neurorazvojnim bolestima ili nekih meha-nizama koji bi mogli pomoći pri dijagnostici kod oboljelih od raznih poremećaja mozga.

Slika 3. Čipovi koji se koriste u microarry tehnologiji. (Preuzeto sa: http://bme240.eng.uci.edu/ students/09s/sroset/markers.html

LITERATURABolarić S, Trusk M, Kozumplik V, Vokurka A (2009). DNA-čip tehnologija. Agronomski glasnik, 3: 215-224.

Crnek-Kunstelj V i surudnci (2003) Medicinska biologija, Medicinska naklada, Zagreb

Kang HJ, Kawasawa YI, Cheng F, Zhu Y, Xu X, Li M, Sousa AM, Pletikos M, Meyer KA, Sed-mak G, Guennel T, Shin Y, Johnson MB, Krsnik Z, Mayer S, Fertuzinhos S, Umlauf S, Lisgo SN, Vortmeyer A,Weinberger DR, Mane S, Hyde TM, Huttner A, Reimers M, Kleinman JE, Sestan N (2011). Spatio-temporal transcriptome of the human brain. Nature, 478: 483-489.

Lashkari D A, DeRisi J L, McCusker J H, Namath A F, Gentile C, Hwang S Y, Brown P O, Davis R W (1997) “Yeast microarrays for genome wide parallel genetic and gene expression analysis” Proc Natl Acad Sci USA 94: 13057–13062.


Mortazavi A, Williams B A, McCue K, Schaeffer L, Wold B (2008) Mapping and quantifying mammalian transcriptomes by RNA-seq. Nature 5: 621–628.

Nuber A U (2007) DNA Microarrays Taylor & Francis Group.

Wang Z, Gerstein M, Snyder M (2009). RNA-Seq: a revolutionary tool for transcriptomics. Nature, 10: 57-63.

http://www.rna-seqblog.com/information/sequencing-vs-microarrays-for-transcriptome-analysis/, 27. kolovoza 2013.

26 Gyrus 1, 26- 30 Listopad 2013

Gyrus 1 (2013) 26 - 30

Ukoliko pri rješavanju ovog problema odlučimo zaviriti u ljudski mozak i pokušati razumjeti što se u njemu događa prilikom ra-spoznavanja čovjeka na slici, tada se više ne nalazimo u okvirima umjetne inteligencije odnosno računarske znanosti nego računarske neuroznanosti.

Bernstein Center for Computational Neuroscience

Ivana Kajić

Umjetni neuroni, simulirani mozgovi i računala - zašto nam to treba?

Ljudski mozak je najzagonetniji organ u našem tijelu: zahvaljujući njemu učimo strane jezike, snalazimo se u gradu koji posjećujemo po prvi puta i osjećamo kako nam trnci prolaze tijelom kada vidimo oso-bu koja nam se sviđa. Mozak nam također omogućuje da kažemo da je jagoda crvena, a nebo plave boje i da kada netko kaže da mu je “sjekira pala u med”, zapravo ne misli na to da je slučajno ispustio sjekiru u med. Navigacija, učenje, prepoznavanje emocija i verbalna komunikacija samo su neki od zadataka s kojima se susrećemo svaki dan i koji nam se mogu činiti vrlo ba-nalni jer ih obavljamo automatski i bez puno razmišljanja. Međutim, objasniti što se događa u mozgu kada smo suočeni s takvim zadacima nije nimalo jednostavna zadaća. Kako bismo to učinili, prvo moramo odgovo-riti na niz pitanja: Kako točno mozak dobiva informacije iz okoline? Kako odlučuje na koji se prizor, rečenicu ili sliku fokusirati? Na koji se način informacije spremaju u mozak, i kasnije, po potrebi, pozivaju? Kako uopće izgleda “jedna informacija” u mozgu? Niz ovakvih i sličnih pitanja intri-gira znanstvenike raznih disciplina kojima

je zajednički interes istraživanje moždanih funkcija i struktura. Njihova motivacija i ciljevi mogu biti vrlo različiti, na primjer, neki žele razumjeti način na koji mozak rješava neki problem da bi ga mogli imple-mentirati u robote, dok drugi žele razumjeti neki poremećaj centralnog živčanog sus-tava kako bi našli pogodnu terapiju za svoje pacijente. Među neuroznanstvenike spadaju ljudi različitih zanimanja od liječnika, biolo-ga, ekonomista, informatičara i računalnih inžinjera i mnogih drugih. U ovom tek-stu ćemo se osvrnuti na računarsku neuro-znanost, koja ujedinjuje računarsku znanost, fiziku, matematiku, kognitivnu znanost i filozofiju s ciljem razumijevanja načina rada ljudskog mozga.

Računarska neuroznanost Računala i računalne metode u znanosti imaju važnu ulogu, a bez njih je teško zamisliti razvoj neuroznanosti. Neki od primjera su: tehnike koje se koriste za sni-manje moždane aktivnosti, poput fMRI-ja i EEG-a bi pružale puno manje informacija bez naknadne obrade signala uz pomoć računala. Signali koje očitavamo takvim mjerenji-


ma su mješavina ‘čistih’ moždanih signala koji nas interesiraju i šuma koji proizlazi iz nesavršenosti samih uređaja s kojima obav-ljamo snimanje. Zahvaljujući računalima možemo smanjiti utjecaj šumova i ekstrahi-rati informativan sadržaj. Razvoj računalne znanosti sredi-nom 20.stoljeća omogućio je unaprjeđenje metoda koje se koriste u znanosti (npr. ob-rada podataka), a s druge strane se razvio novi smjer u sklopu računarske znanosti koji se ispreplitao s psihologijom i tako kreirao ideju umjetne inteligencije. Umjetna inteli-gencija je grana računarske znanosti koja se bavi osmišljavanjem i analizom sustava koji pokazuju inteligentno ponašanje. Iako se oko definicije inteligentnog ponašanja još i dan danas lome koplja, većina znanstvenika se slaže oko toga da bi inteligentni agenti tre-bali pokazivati ljudski ili bolji performans pri rješavanju određenog problema. Pri tome, agenti ne moraju koristiti iste metode i znanja kao i ljudi. Uzmimo za primjer pre-poznavanje ljudi na slici - nešto što će i mala djeca vrlo uspješno učiniti, računalu se može činiti kao veliki izazov. Računalni program koji učitava sliku i označava ljude na toj slici mora imati preprogramirano znanje o mogućim oblicima, dijelovima i dimenzi-jama ljudskog tijela, o tome kako odjeća mi-jenja izgled oblika tijela i mnogim ostalim karakteristikama koje mu se sve moraju eks-plicitno navesti. Ukoliko pri rješavanju ovog problema odlučimo zaviriti u ljudski mozak i pokušati razumjeti što se u njemu događa prilikom raspoznavanja čovjeka na slici, tada se više ne nalazimo u okvirima umjetne in-teligencije odnosno računarske znanosti nego računarske neuroznanosti. Računarska neuroznanost koris-ti računala da bi modelirala i simulirala biološke procese koji se odvijaju u mozgu, s ciljem njihovog boljeg razumijevanja. Simu-lacije najčešće obuhvaćaju pojedinačne neu-rone ili grupe neurona koji su međusobno povezani sinapsama te zajedno obavljaju određenu funkciju ili su dio iste moždane

strukture. Prvi korak u ovom procesu je matematičko modeliranje koje zahtjeva de-taljnu analizu biološkog procesa koji želimo objasniti i nužno ne uključuje korištenje računala. Biološki proces izrazimo u vidu matematičkih formula u kojima se očituju odnosi između varijabli. Definiramo koje su ulazne, a koje izlazne veličine u procesu. Matematički izražen proces je naša pret-postavka i odgovara znanstvenoj hipotezi. Drugi korak, nakon što smo formalno defini-rali biološki proces, uključuje korištenje eksperimentalne metode ili računalne simu-lacije da bi provjerili točnost naše hipoteze. Eksperimentima možemo steći nova znanja o biološkom procesu koja onda možemo in-tegrirati u računalnu simulaciju.

Umjetni neuroni Da bi bolje razumjeli kako izgleda postupak matematičkog modeliranja jed-nog biološkog procesa i uloge eksperimenta u njegovom objašnjavanju, prvo ćemo za-viriti u davnu 1952. godinu. Te godine su dva britanska znanstvenika na Sveučilištu u Cambridgeu, Hodgkin i Huxley, odlučili matematički opisati električne procese koji se odvijaju u živčanom sustavu divovske lignje [HH]. Veliki promjer aksona te lignje omogućio im je snimanje širenja akcijskih po-tencijala, koji bi inače u manjim organizmi-ma bili jedino dostupni uz pomoć sofistici-rane tehnologije koja tada još nije postojala. Njihov cilj je bio objasniti nastanak akcijskog potencijala. Izrazili su biološke komponente živčane stanice u vidu fizikalnih varijabli na sljedeći način; bilipidni sloj stanične mem-brane je prikazan kao električni kapacitet, ionske kanale osjetljive na promjenu na-pona kao električni otpor, elektrokemijske promjene kao naponske izvore. Ovisnost između tih varijabli su izrazili u vidu sustava diferencijalnih jednadžbi. Koristeći eksperi-mentalnu metodu voltage clamp, pri kojoj se stanična membrana održava na određenom potencijalu, Hodgkin i Huxley su otkrili

28 Gyrus 1, 26 - 30 Listopad 2013

kako akcijski potencijal nastaje izmjenom iona natrija i kalcija. To saznanje su inkor-porirali u sustav jednadžbi i pokazali su da jednadžbama mogu reproducirati oblik akci-jskog potencijala, sličan onome koji su sni-mili iz živčane stanice divovske lignje. Za ovo otkriće, Hodgkin i Huxley su nagrađeni No-belovom nagradom, a njihov model neurona se i dalje koristi u simulacijama pojedinačnih neurona kao i većih umjetnih neuronskih mreža (npr. simulacije hipokampusa ili vi-zualnog korteksa). Od ostalih modela neurona zastuplje-ni su jednostavniji leaky-integrate-and-fire (LIF) neuron i perceptron. Poput HH mode-la, LIF neuroni također simuliraju oblik akci-jskog potencijala, no drastično aproksimira-ju njegov oblik. Zbog svoje jednostavnosti i manjih zahtjeva za resursima, LIF neuroni se često koriste u simulacijama neuron-skih mreža. Perceptron je najjednostavniji model neurona, koji ne pokušava simulirati biološke neurone nego je to matematički iz-raz inspiriran strukturom i radom biološkog neurona. Slično kao i biološki neuron, per-ceptron integrira i kombinira ulaz, te ukoliko ta kombinacija ispunjava određene uvjete perceptron pali ili ostaje u resting stanju. Paljenje se izražava jedinicom na izlazu per-ceptorna, a ostajanje u resting stanju nulom. Takav pojednostavljeni model se koristi u istraživanju načina na koji računala mogu učiti i raspoznavati uzorke, što je tema grane računarstva poznate kao strojno učenje.

Simulacije ljudskog i životinjskog mozga Modeli neurona koji simuliraju kemi-jske i električne promjene na dendritima, ak-sonima i sinapsama pomažu nam razumjeti i objasniti fiziološka svojstva neurona. Ovisno o stupnju sličnosti njihovog rada s biološkim neuronima, ti modeli mogu biti veoma kom-pleksni i računalna simulacija samo jednog takvog neurona može zahtijevati resurse jed-nog prosječnog prijenosnog računala. S obzi-

rom na masovno paralelno procesiranje u mozgu i veliki stupanj povezanosti bioloških neurona, u računarskoj neuroznanosti se nerijetko simuliraju veće mreže neurona, koje oponašaju dijelove korteksa ili moždane strukture kao sto su amigdala ili bazalni gan-gliji. Možemo ih koristiti, na primjer, za sim-ulacije i analize neuroloških poremećaja kao što su multipla skleroza [MS] , Parkinsonova [PB] ili Alzheimerova bolest [AB]. Umjetne neuronske mreže mogu se sastojati od par desetaka do par mili-juna neurona. Blue Brain Project [BBP] na švicarskom sveučilištu EPFL bavi se simu-lacijom neuronske mreže jedne štakorove kortikalne kolumne. Kortikalna kolumna je mali vertikalni uzorak neokorteksa koji se sastoji od 6 slojeva različitih tipova neurona, kod štakora je to oko 10 000, a u čovjeka 60 000 neurona. Blue Brain Project nastoji što detaljnije integrirati znanja koja imamo o procesima jednog biološkog neurona; počevši od ekspresije gena odgovorne za sintezu pro-teina koji izgrađuju ionske kanale na mem-brani neurona do njihovih elektrofizioloških i morfoloških značajki. Zbog takvog nivoa preciznosti, simulacija takve mreže je vrlo zahtjevna te se odvija na superračunalima.Mišljenja znanstvenika oko potrebnog nivoa detalja neuronskih mreža su podijeljena. Jedni smatraju da se ljudsko ponašanje, kognicija i percepcija jedino može objasn-iti ukoliko su simulirani neuroni što sličniji biološkima. Tim pristupom se nastoji integ-rirati gigantska količina podataka dobivena eksperimentima na životinjama i ljudima, s ciljem da simulacija može reproducirati sve ono što se dobilo eksperimentima. S druge strane, postoji mišljenje da nije potrebno simulirati sve što znamo o pojedinačnim neuronima da bi mogli objasniti kako funk-cionira npr. vid, pamćenje ili učenje. Zagovo-rnici ovog pristupa smatraju da je potrebno koristiti minimalnu količinu empirijskih po-dataka koji su korisni u objašnjavanju funk-cije ili organizacije mozga. Oni često koriste


pojednostavljene modele neurona, kao što su prije spomenuti LIF model ili perceptron čije je mreže jednostavnije simulirati. Dva i pol milijuna LIF neurona korišteno je u najvećoj računalnoj simulaciji ljudskog mozga Spaun [SP] koji je nastao na kanadskom Sveučilištu u Waterloou. Ovaj model ljudskog mozga reproducira neke as-pekte ljudske sposobnosti rješavanja prob-lema na osam različitih kognitivnih zadata-ka. Drugim riječima, Spaun uspješno obavlja dio zadataka koji bi uspješno obavila većina ljudi, a griješi na onim zadacima na kojima bi griješila većina ljudi. Zadaci mu se pred-stavljaju kao slike na monitoru, a Spaun reg-istrira zadatke preko integrirane kamere koja simulira oči. Svoja rješenja Spaun zapisuje mehaničkom rukom koju pokreće motorički korteks. Na primjer, Spaun je u stanju zapamti-ti niz brojki. Slično ljudima s većom točnošću reproducira brojeve s početka i kraja niza (recency effect) nego one u sredini. Nad-alje, kada mu se u vidnom polju pokaže broj, može reproducirati taj broj rukopisom kojim je napisan ili vlastitim rukopisom, ovisno o naredbi koja mu je dana. Komponente Spau-na se mogu razložiti na ekvivalente ljudskog mozga: vizualni korteks, primarno motoričko i osjetno polje, dorzolateralni prefrontalni korteks, bazalne ganglije i inferiorni tempo-ralni (IT) korteks. Sve te komponente nastoje funkcijski simulirati ulogu svojih bioloških ekvivalenata. Iako aktivnost umjetnih neuro-na od kojih je Spaun sačinjen nije usporediva s aktivnošću pravih bioloških neurona zbog mnogobrojnih simplifikacija i pretpostavki, taj model predstavlja prvi korak u simulaciji umjetnih mozgova koji nastoje reproducirati ljudsko ponašanje.

Sljedeći koraci O potrebi i želji za simulacijama funk-cije, strukture i organizacije mozga govore i veliki novčani iznosi koji su nedavno uloženi u neuroznanstvena istraživanja diljem svi-jeta. Prethodno spomenuti Blue Brain Proj-ect na EPFL-u ove je godine sponzoriran od strane Europske komisije s jednom milijar-dom eura preko sljedećih 10 godina.S druge strane oceana, predsjednik Sjedin-jenih Američkih Država, Barack Obama, u travnju je ove godine financirao vrlo ambi-ciozan projekt rekonstruiranja aktivnosti neurona sa 100 milijuna dolara. Cilj projekta je da se mapiraju veze između svih 100 mili-jardi neurona, koliko se procjenjuje da ih ima u ljudskom mozgu. Takva mapa (engl. con-nectome) bi pokušala objasniti način funk-cioniranja dijelova mozga na temelju de-taljnog opisa povezanosti neurona. Te novčane investicije služe za nabavu skupocjene opreme potrebne za snimanje moždane aktivnosti, unapređenje eksperi-mentalnih metoda s ljudima i životinjama koje su neprocjenjivi izvor informacija i ob-razovanje stručnog kadra. Misija rasplitanja misterija koji obavija rad ljudskog mozga zahtjeva rad znanstvenika sa širokim spe-ktrom znanja i disciplina. Bez velike količine empirijskih podataka dobivenih EEG-om, fMRI-om ili nekom od laboratorijskih meto-da računalno modeliranje mozga bilo bi neutemeljeno zbog nedostatka poveznice s biološkim sustavom. S druge strane, računalne simulacije efikasan su način potvrđivanja i istraživanja pretpostavki koje su temeljene na eksperimentalnim podaci-ma. Računarska neuroznanost teži ujedinja-vanju ovih dvaju ciljeva.

LITERATURA[BBP] Blue Brain Project: http://bluebrain.epfl.ch/page-52755-en.html

[MS] Tabares Ospina and Hector Anibal (2011). Artificial Neural Networks Used to Study the Evolution of the Multiple Sclerosis, Artificial Neural Networks - Methodological Advances and Biomedical Applications, Prof. Kenji Suzuki (Ed.), ISBN: 978-953-307-243-

30 Gyrus 1, 26 - 30 Listopad 2013

2, InTech, DOI: 10.5772/14952.

[PD] Cutsuridis V, Perantonis S (2006) A neural network model of Parkinson’s disease bradykinesia. Neural Netw 19:354-74

[AD] Horn D, Ruppin E, Usher M, Herrmann M, (1993) Neural network modeling of mem-ory deterioration in Alzheimer’s disease

[SP] Eliasmith, C, Stewart T C, Choo X, Bekolay T, DeWolf T, Tang Y, Rasmussen, D (2012). A large-scale model of the functioning brain. Science. Vol. 338 no. 6111 pp. 1202-1205. DOI: 10.1126/science.1225266.

[HH] Hodgkin A L, The relation between conduction velocity and the electrical resistance outside a nerve fibre. J Physiol. 1939 Jan 14;94(4):560–570


Gyrus 1 (2013) 31 - 33

Jeste li se ikada zapitali kako je studirati medicinu u nekom drugom gradu, na nekom drugom sveučilištu? U svijetu postoji oko 10 000 sveučilišta. Neka su svjetski poznata i prizna-ta i u samom vrhu raznih popisa najboljih. Šangajsko sveučilište Jiao Tong objavilo je popis najboljih sveučilišta na svijetu za 2013.

godinu. Kriteriji po kojima su rangirani su sljedeći: broj studenata i profesora dobitnika Nobelove nagrade ili Fieldsove medalje, broj članaka u naznačajnijim znanstvenim ba-zama, broj članaka objavljenih u časopisima Nature i Science, citiranost u drugim znanst-venim publikacijama, te akademski uspjeh u odnosu na broj stalno zaposlenih profesora.

„U svijetu postoji oko 10 000 sveučilišta.“


Ivana Pospišil

Kako uče neuroznanost na drugim fakultetima?

Slika 1. Hrvatski institut za istraživanje mozga, Medicinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu (Preuzeto s adrese http://poliklinika-neuron.hiim.hr/lokacija.htm)

32 Gyrus 1, 31 - 33 Listopad 2013

Sveučilište u Zagrebu nalazi se između 400. i 500. mjesta, kao i proteklih godina.Ako ste ikada gledali američke serije i film-ove (a sigurno jeste) možete dobiti prilično točnu predodžbu o tome koja su sveučilišta najbolja. To su redom: Harvard, Stanford, Berkeley, Massachusetts Institute of Tech-nology (MIT), Cambridge, Californa Institute of Technology, Princeton, Columbia, Chicago i Oxford. Kroz iduće brojeve predstavit ćemo vam medicinske fakultete najboljih svjetskih sveučilišta i kako se tamo uči neuroznanost.

No, za početak, malo o organizaciji nastave iz neuroznanosti na našem fakultetu – kao podsjetnik za one koji su to već odslušali i vodič za studente koji još nisu. Temelji neuroznanosti, ili skraćeno TNZ, obvezan je predmet na drugoj godini studija medicine u kojem se izlažu osnove građe i funkcije središnjeg živčanog sustava. Nastava je organizirana u dva turnusa ti-jekom III. semestra, ukupno 100 sati nastave.

Od toga su 32 sata predavanja, 29 sati semi-nara i 39 sati neuroanatomskih i računalnih vježbi. Na kraju se polaže pismeni i usmeni ispit. Na četvrtoj godini studija, na pred-metima neurologija i psihijatrija, izlažu se klinički aspekti. Nastava je ogranizirana u turnusima i traje po 4 tjedna. A sad – u svijet!

Najbolje svjetsko sveučište je Harvard University i tu su se školovali brojni poznati znanstvenici i sedmorica američkih pred-sjednika. Nalazi se u gradovima Cambridge i Boston, savezna država Massachusetts. To najstarije sveučilište u SAD-u, osnovano 1636., član je Ivy League. Školarina? Prava sitnica - oko 30 000 USD godišnje. Medi-cinski fakultet osnovan je 1782. Do danas je petnaest istraživača dobilo devet Nobelovih nagrada, što dovoljno govori o izvrsnosti Harvard Medical School. Što se same organizacije nastave tiče,

Slika 2. Harvard Medical School (Preuzeto s adrese http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Harvard_Medi-cal_School_HDR.jpg)


postoji više različitih programa. Health Sci-ence & Technology (HST), za studente koji se žele baviti biomedicinskim istraživanjima i koje zanimaju fizika, biologija i kemija i nji-hova primjena u medicinskim znanostima, postoji u dvije varijante – četverogodišnjoj i petogodišnjoj. Programi su dosta slični, s naglaskom na istraživačke radove samih studenata. Gradivo je grupirano po organs-kim sustavima, a uz to se izučavaju i temeljne medicinske znanosti. Neuroznanost se, kao i kod nas, uči na drugoj godini, u jesenskom semestru. Nas-tavu – predavanja, konferencije i laboratori-jske vježbe, koje čine mikro i makroanatomi-ja živčanog sustava, može pohađati najviše 50 studenata. Osim tog redovnog dijela, stu-

br. 1, listopad 2013. gy russanja/wp-content/uploads/2016/06/...istraživanje omogućuje razvoj...

Documents