1.1 Elektrofysiologiske undersøgelser af hjernens styring af gangbevægelser hos mennesker
I fortsættelse af vore undersøgelser af hvordan hjernen styrer gangbevægelser hos mennesker (omtalt i tidligere årbøger), har vi i år undersøgt effekten af transkraniel magnetisk stimulation af den corticospinale nervebane på rygmarvens mo-torneuroner (ved hjælp af H-refleks teknik) i for-skellige dele af gangcyklus. Vi har fundet, at de di-rekte corticospinale nervebaner fra den motori-ske cortex til ankelextensor motorneuronerne er særligt aktive i standfasen, medens forbindelserne til ankelflexorerne er særligt aktive i svingfasen. Vi har ikke kunnet finde nogen forskel i aktiviteten af de corticospinale nervebaner under gangcyklus sammenlignet med en internt genereret frivilligdynamisk bevægelse. Dette bekræfter vore tidlige-re undersøgelser, der har vist, at den motoriske cortex har en væsentlig rolle ved styringen af gangbevægelser hos mennesker (J. B. Nielsen, N.
Petersen, L. O. D. Christensen).
1.2 Studier af neuronale netværk og informa-tionbehandling i nerveceller
Formålet med vores forskning er, at forstå den neuronale basis for simple rytmiske bevægelser, herunder gang. Vi anvender isolerede præparter fra nyfødte rotter. Undersøgelserne tager sigte på at kortlægge netværksorganisationen samt at af-dække, hvordan nerveceller i et arbejdende net-værk behandler synaptisk information. Hertil har vi udviklet mikro-læsionsteknikker, whole-cell-patch registreringer fra interneuroner i rygmar-ven samt teknikker til at analysere synaptiske po-tentialer under rytmisk aktivitet. Vi har lokaliseret nøgleområder i rygmarven, der deltager i rytme-dannelsen. Vi har studeret transmitterinducerede pacemakeregenskaber i interneuroner og har analyseret mængden og karakteren af det synapti-ske input til interneuroner. Studierne danner ba-sis for en generel forståelse af hjernens evne til at danne bestemte former for adfærd (O. Kiehn, O.
Kjærulff, M. Raastad, B. Johnson, M. E. Denton).
1.3. Den interneuronale organisation af ryg-marvens gangcenter
Baggrunden til dette længerevarende projekt er omtalt i tidligere årbøger. I indeværende år har vi undersøgt, hvordan ekstremiteternes sensoriske afferenter »nulstiller« rytmegeneratoren i gang-centret. I spinale dyr, hvor gangcentret aktiveres farmakologisk, vil stimulering af muskeltenens gruppe I afferenter »nulstille« rytmen, hvorefter gangen reetableres med en ny svingfase. I decere-brerede dyr, hvor gangcentret aktiveres ved stimu-lering af det »mesencephale lokomotor center« vil rytmen reetableres med en ny støttefase selv med den samme afferente stimulering. Lokaliserede rygmarvslæsioner viser, at en vedvarende descen-derende aktivitet synes at »vælge«, hvorhen den sensoriske aktivitet vil blive kanaliseret og derved også kontrollere den endelige effekt af det affe-rente signal (M.-C. Perreault, M. Enriques-Den-ton, H. Hultborn).
Præsynaptisk inhibition af transmission fra spi-nale interneuroner
Det er velkendt, at den synaptiske transmission fra primære sensoriske afferenter kan kontrolleres ved at de præsynaptiske terminaler hæmmes af andre sensoriske afferenter, såkaldt »præsynaptisk inhibition«. I det sidste år har vi samlet eksperi-mentelt grundlag for at foreslå, at den samme
Fysiologi
153
type præsynaptisk inhibition også kontrollerer transmissionen fra (nogle) af rygmarvens inter-neuroner. Undersøgelserne er udførte på de Ia in-hibitoriske interneuroner, der formidler den reci-prokke inhibition mellem antagoniskt virkende muskler (M. Enriques-Denton, J. B. Nielsen, N.
Petersen, M. Morita, M. C. Perreault, H. Hult-born).
1.4 Funktionel regulation af L-type Ca kanaler
Vi har tidligere vist, at L-type Ca kanaler bidrager til bistabilitet og korttids plasticitet i visse nerve-celler i rygmarven, og at disse funktioner kan re-guleres gennem modifikation af Ca kanalernes egenskaber. Det er nu lykkedes at vise, at der fin-des specialicerede synaptiske mekanismer, der udøver denne regulation.Undersøgelserne er udført på motoneuroner i rygmarvssnit. Efter fuldstændig blokade af de re-ceptorer, hvis aktivering er ansvarlig for dannelsen af synaptiske potentialer, undersøgtes virkningen af aktivering af præsynaptiske fibre på motoneuro-nernes aktivitet. Vi fandt, at selv kortvarig stimula-tion i funiculus laterale medførte en excitabilitets-forøgelse med en varighed på 10 – 30 sekunder.
Denne effekt skyldtes facilitering af L-type Ca ka-naler. Vi viste dernæst, at mindst 3 metabotrope receptortyper var involveret: Muskarine, 5-HT1A og mGluR1. Disse resultater danner grundlag for at foreslå, at motoneuronernes integrative egen-skaber er underlagt dynamisk regulation, og at dette kan være et grundliggende led i dannelsen af funktionelle impulsmønstre i de netværk, der styrer motorisk aktivitet (R. Delgado-Lezama, J.-F.
Perrier, G. Svirskis, J. Hounsgaard).
1.5 Membranegenskaber og synaptisk transmission
I samarbejde med Mikroelektronik Centret på DTU har vi fremstillet integrerede kredse, der på én gang kan fungere som basis for kulturer af væv fra CNS og samtidig kan stimulere og evt. registre-re cellernes aktivitet. Præliminæregistre-re forsøg har vist, at det er muligt at udstrække stimulationsforsøg med pattedyrs nerveceller in vitro i adskillige dage, således at det er samme population af celler, der stimuleres fra dag til dag. Der er imidlertid ad-skillige tekniske vanskeligheder, der endnu skal overvindes, inden et brugbart »interface« mellem elektronik og nervevæv kan bruges rutinemæssigt.
En videreudvikling af teknikken planlægges sam-men med grupper i Tyskland, Schweiz og Italien.
Teknikken kan danne grundlag for undersøgelser af nervesystemets fysiologi og patofysiologi samt på længere sigt måske for proteser til erstatning af tabt funktion i nervesystemet (H. Jahnsen; O.
Hansen, Mikroelektronik Centret, DTU).
1.6 Dendritfunktion i CNS neuroner
Dendritintegration undersøges i Purkinje celler og sammenlignes med andre celler i forskellige hjerneafsnit (J. Midtgaard).
2. Forhjernens opbygning
Sammenligning imellem funktionelle og morfolo-giske moduler i neostriatum
Vi har tidligere påvist, at mekanisk stimulering af et knurhår hos rotten aktiverer en enkelt kortikal søjle og flere adskilte felter i det somatosensoriske område i neostriatum. I et efterfølgende arbejde fandt vi, at disse funktionelle moduler ikke griber ind over de afgrænsede områder (»patches«), der binder naloxone; dvs. de aktiverende moduler indgår i den neostriale »matrice« (I. Divac, J. Moj-silovic-Petrovic, P. Hand, L. Brown).
Præfrontal cortex hos papegøjer. Betydning for forståelsen af hjernens udviklingshistorie
Ved anatomiske/neurokemiske studier af to au-stralske papegøjearter har vi identificeret områ-der, som svarer til den præfrontale hjernebark hos pattedyr. Lignende områder er i forvejen demon-streret hos duer. Disse samstemmende resultater er i modstrid med det almindeligt fremsatte po-stulat, at præfrontal cortex er en nydannelse blandt udviklede pattedyr (I. Divac, M. Fuentes-Reyes and B. Wynne).Yderligere neuropsykologisk analyse af præfron-tale læsioner hos duer
Såvel rotter med præfrontale læsioner som duer med læsioner i den postero-dorso-laterale forhjer-ne fremviser en art hukommelsesdefekt i »radiale labyrinter«. Der ses således endnu en gang slåen-de funktionelle ligheslåen-der imellem slåen-de to slåen-dele af pat-tedyrs og fugles hjerne (A. Gagliardo, M. Mazzotto and I. Divac).
3. Sansesystemets betydning for motorisk kontrol Træning og kontrol af bevægelser
Skeletmuskulaturens kontraktions-egenskaber for-bedres ved træning. Dette skyldes ikke alene mor-fologiske forandringer i selve muskelvævet, men også at innerveringen af musklerne ændres mar-kant. Vi forsøger at kortlægge forskellige neurofy-siologiske og muskel-morfologiske adaptationsme-kanismer involveret ved højtensions muskelbelast-ning. Projektets resultater påviser ændringer i pro-grammeret muskelaktivitet såvel som ændrede re-flekser efter »tung« styrketræning (P. Aagaard, E.
B. Simonsen, P. Dyhre-Poulsen).
Korsbåndenes sensoriske funktion
Læsioner af forreste korsbånd (ACL) sker hyppigt også hos unge mennesker. Vi er i gang med en biomekanisk og neurofysiologisk undersøgelse af gang hos patienter med korsbåndslæsioner. Des-uden undersøges, om korsbåndene udover den mekaniske funktion har en sensorisk funktion, og om årsagen til nedsat funktion efter rekonstruk-tion skyldes manglende hensyntagen til denne sensoriske funktion. Projektet har bl.a. været det første til at påvise eksistensen af sammensatte re-flexer for den humane knæmuskulatur udløst di-rekte via sensoriske nervefibre i ACL (P. Dyhre-Poulsen, E. B. Simonsen, M. Krogsgaard, H. Aa-gaard).
4. Interaktion mellem nerver og skelet-muskulatur
Lys- og elektronmikroskopiske undersøgelser af muskel- og nervebiopsier fra patienter med neu-romuskulære sygdomme (H. Schmalbruch, J. Vis-sing).
Transformation af langsomme og hurtige musk-ler ved elektrisk stimulation undersøgt på rotter og marsvin: Nyt genprogram eller nye fibre? (D.
H. Lewis, Bristol, H. Schmalbruch).
Genterapi af spinal muskelatrofi: Virkning af neurotrofe stoffer på mutant musen pmn (= prog-ressive motor neuronopathy) (G. Haase, Paris, H.
Schmalbruch).
Gentransfer til Schwannske celler og regenera-tion af nerver (G. Haase, Paaris, C. Krarup, J.
Sørensen, H. Schmalbruch).
Cisplatin neuropati (C. Krarup, A. Krarup-Han-sen, H. Schmalbruch).
5. Regulationen af hjernens blodgennemstrøm-ning (CBF)
Kobling mellem nervecelleaktivitet og hjernens blodgennemstrømning i cerebellum
Vi har tidligere vist, at parallel fiber stimulation trigger frekvensafhængige øgninger i CBF, som delvis er afhængig af neuronal nitrogen oxid (NO) syntese, og at området med øget CBF er ca.
10 gange større end hvor der kan påvises øget ex-citatorisk synaptisk aktivitet. Modellen er udvidet, således at der stimuleres 2 input til den samme celle, Purkinjecellen, hvor de afferente input akti-verer dels forskellige dele af cellen, dels har for-skellig synaptisk styrke. Parallel fiber stimulation aktiverer de apikale dele af Purkinjecellen og er en mild stimulation. Climbing fiber stimulation aktiverer celle somaet og den proximale del af dendrittræet og giver et stærkt synaptisk input. Re-sultaterne viste, at parallel fiber stimulation øger blodgennemstrømningen i de øverste 300
micro-meter af cerebellar cortex, medens climbing fiber stimulation øger CBF i hele cortex’ tykkelse. Paral-lel fiber stimulation har ingen effekt på spike-fre-kvensen, men giver alene lokale synaptiske poten-tialer. Climbing fiber stimulation inducerer deri-mod bursts af komplekse spikes i Purkinjecellerne og meget høje stigninger i CBF. Hæmmere af NO synthase aktivitet og guanylat cyclase aktivitet har ingen effekt på den spontane eller stimulerede Purkinjecelle-aktivitet. Dette var forventeligt, men er ikke vist før. Den postsynaptiske komponent af CBF øgningen ved parallel fiber stimulation kan forklares ved aktivering af NO-cGMP systemet, medens CBF øgningen ved climbing fiber stimula-tion herudover kræver medvirken af adenosin.
Studiet er det første, der påviser variationer i me-kanismen for CBF øgning sekundært til post-syn-aptisk aktivitet i den samme celle. Pågående un-dersøgelser fokuserer på kaliums betydning for øgningen i CBF og på forskellen i mekanismen ved øgning i CBF som funktion af spike-typen (N.
Akgören, C. Mathiesen, I. Rubin, K. Caesar, M.
Lauritzen).
Hjernens blodgennemstrømning ved cortical spreading depression (CSD)
I samarabejde med en gruppe på Humboldt Uni-versität i Berlin er effekten af samtidig blokade af NO synthase-aktiviteten og høj extracellulær kali-umkoncentration på blodgennemstrømningen ved CSD undersøgt. Resultaterne viste, at denne kombination ændrede mønstret i CBF, idet man i stedet for en øgning i CBF fulgt af en mild reduk-tion af CBF fik en svær langvarig iskæmi, som bredte sig ud over hjernen med samme hastighed som CSD. Iskæmien fortog sig først efter 1 – 1 1/2 time. Undersøgelsen viser, hvorledes hjernebar-ken selv under patologiske betingelser kan indu-cere iskæmi ved at udløse metabolisk stress i et område, som er dårligt perfunderet. Resultaterne har muligvis betydning som model for sygdoms-mekanismen ved subaraknoidalblødning (J. Drei-er, U. Dirnagl, I. Rubin, M. Lauritzen).
Blodforsyningen i de perifere nerver
Et nyt projekt fokuserer på blodgennemstrømnin-gen i de perifere nerver, herunder koblinblodgennemstrømnin-gen mel-lem aktivitet i nerven og blodgennemstrømning.
De første resultater har vist, at adenosin er en va-sodilator i vasa nervorum. Pågående undersøgel-ser belyundersøgel-ser transduktionsmekanismen for adeno-sin i relation til vasodilatation (K. Thomsen, M.
Lauritzen).
Fysiologi