Upozornění pro čtenáře a uživatele této knihy

Všechna práva vyhrazena. Žádná část této tištěné či elektronické knihy nesmí být reprodukována ani šířena v papírové, elektronické či jiné podobě bez předchozího písemného souhlasu nakladatele. Neoprávněné užití této knihy bude trestně stíháno.

MUDr. PhDr. Miroslav Orel, Ph.D.,

PhDr. Mgr. Roman Procházka, Ph.D., a kolektiv

Vyšetření a výzkum mozku

Pro psychology, pedagogy a další nelékařské obory

Vydala Grada Publishing, a.s.

U Průhonu 22, 170 00 Praha 7

tel.: +420 234 264 401, fax:+420 234 264 400

www.grada.cz

jako svou 6585. publikaci

Spoluautoři:

doc. MUDr. Pavel Koranda, Ph.D.

MUDr. Zuzana Sedláčková

MUDr. Lucie Tučková

Recenzovali:

prof. MUDr. Miroslav Heřman, Ph.D.

doc. PhDr. Martin Lečbych, Ph.D.

Ilustrace:

MUDr. PhDr. Miroslav Orel, Ph.D. (kap. 2 a 3)

PhDr. Mgr. Roman Procházka, Ph.D. (kap. 4 a 5)

Ilustrace na obálce: archiv autorů

Odpovědný redaktor PhDr. Milan Pokorný, Ph.D.

Sazba a grafická úprava Milan Vokál

Formát ePub Milan Vokál

Návrh a zpracování obálky Antonín Plicka

Počet stran 168 + 16 stran barevné přílohy

Vydání 1., 2017

Vytiskla Tiskárna v Ráji, s.r.o., Pardubice

© Grada Publishing, a.s., 2017

ISBN 978-80-271-9773-6 (ePub)

ISBN 978-80-271-9772-9 (pdf)

ISBN 978-80-247-5539-7 (print)

KATALOGIZACE V KNIZE - NÁRODNÍ KNIHOVNA ČR

Orel, Miroslav

Vyšetření a výzkum mozku : pro psychology, pedagogy a další nelékařské obory /

Miroslav Orel, Roman Procházka a kolektiv. --

Vydání 1. -- Praha : Grada, 2017. -- 168 stran, 16 stran obrazových příloh : barevné ilustrace. -- (Psyché)

Anglické resumé

ISBN 978-80-247-5539-7

611.81 * 612.82 * 616.831 * 612.8 * 612.821 * 616.8-07 * 616-073 * 616-072.7

- mozek

- neurofyziologie

- neuropsychologie

- neurologické vyšetření

- diagnostické zobrazovací metody

- funkční diagnostika (lékařství)

- kolektivní monografie

612 - Fyziologie člověka a srovnávací fyziologie [14]

Na tomto místě chceme s úctou poděkovat

našim blízkým,

kteří nás podporovali či podporují,

a našim učitelům,

kteří nás provázeli či provázejí:

Děkujeme vám!

Tuto knihu věnujeme našim studentům –

s přáním,

kéž hledají a nalézají,

kéž se nezastavují a překračují „dané“,

kéž ve svých životech dělají to, co mají rádi,

a mají rádi to, co dělají…

Krátké slovo na úvod

Miroslav Orel

Neurovědy jsou vědní disciplíny, které se zabývají stavbou a funkcí nervového systému ve zdraví a nemoci. Zaměřují se také na možnosti ovlivnění a léčby poruch a nemocí nervového systému. Patří k oblastem vědy a poznání, které se nebývale rozvíjejí – věnují se jim po miliony hodin miliony lidí, investují se do nich nemalé finanční prostředky. Důvod je zřejmý: právě nervový systém stojí na pomyslném vrcholu řídících a regulačních systémů, právě nervový systém, přesněji „jeho královská výsost – lidský mozek“, dovedl člověka tam, kde je – v pozitivním i negativním slova smyslu. To, co nám umožnil náš mozek, je na jedné straně hodno obdivu, na druhé straně však až děsí. Právě tento „orgán orgánů“ umožnil, že jsme se podívali do nitra atomu, hlubin oceánu, dálek vesmíru i to, že se člověk postavil proti člověku v míře, kterou příroda nezná. Díky němu dnes lidstvo stojí za okrajem možnosti vyhladit život na celé planetě…

Bez ohledu na filozofické či světonázorové pozadí se pravděpodobně shodneme v tom, že lidský mozek nese naprosto mimořádný význam, potenciál a možnosti. Jak se můžeme podívat na jeho stavbu a funkci v dnešní době? Jaké možnosti medicína, psychologie a jiné disciplíny mají, aby poodhalily tajemství orgánu, který více než jiné činí člověka člověkem? Právě to chceme v naší knize stručně přiblížit.

Tato publikace vznikla z potřeby poskytnout stručný přehled nejčastějších nebo nejznámějších metod, které lidský mozek zkoumají ve zdraví a nemoci. Naším záměrem je přehledně seznámit s možnostmi soudobého vyšetření mozku tak, aby si čtenář udělal jasnou představu, ale aby nebyl zahlcen technickými či medicínskými podrobnostmi a neztratil se v detailech.

O lidském mozku se dnes učíme už od základní školy. Aby byla naše kniha celistvá, věnujeme se nejprve stručnému zopakování základních poznatků o stavbě a funkci mozku a jeho částí i my. Poté se zaměříme na dvě základní linie – vyšetření morfologie (stavby) a vyšetření funkce mozku.

Jelikož je naše kniha primárně určena pro studenty a absolventy nemedicínských oborů (jako je psychologie, pedagogika apod.), akcentujeme také vztah mozku k psychice jako takové a možnosti využití výsledků vyšetření mozku při práci s klienty.

Naší snahou je přinést přehledný a čtivý text, který nabídne základ, nepobouří stručností a nezahltí podrobnostmi. Vycházíme z aktuálních zdrojů a z praxe. Text jsme doplnili ilustracemi, snímky z vyšetření a fotografiemi, aby se zvýšila názornost a sdělnost.

Snad naše kniha ukáže, jak úžasný lidský mozek je.

A snad podnítí zájem a chuť dozvědět se více – ostatně i to je podmíněno mozkem samotným.

1.Lidský mozek

Miroslav Orel

Hlavním tématem naší knihy jsou základní možnosti vyšetření a zkoumání mozku, které máme v současné době k dispozici. Než se k tomu dostaneme, považujeme za vhodné a účelné se alespoň krátce zastavit u shrnutí poznatků, které o jeho stavbě a funkci máme.

V této kapitole přinášíme opravdu základ základu, abychom uvedli podstavu poznatků, na které budeme v dalších částech naší knihy dále stavět.

Z hlediska stavby a funkce je lidský mozek mimořádný svou složitostí. Je tvořen řádově miliardami nervových buněk, které jsou vzájemně propojeny biliardami vzájemných spojení (synapsí). Mozek člověka tak lze beze sporu označit za vskutku výjimečný orgán, za jakéhosi „krále mezi orgány“. Nezůstává nicméně izolovaný, ale je (jako jiné orgány) nedílnou a integrovanou součástí hierarchie lidského bytí, tvořenou řadou úrovní:

1.úroveň subatomárních částic;

2.úroveň atomů;

3.úroveň molekul a makromolekul;

4.úroveň buněčných organel;

5.úroveň buněk (nervové a podpůrné buňky);

6.úroveň tkání (nervová tkáň);

7.úroveň orgánů (mozek);

8.úroveň orgánových soustav (nervová soustava, která je členěna na centrální a periferní nervovou soustavu);

9.úroveň organismu jako biologické entity;

10.úroveň lidského bytí jako komplexu bio-psycho-sociálně-spirituálního.

Pokud bychom pokračovali dál, dostali bychom se až na úroveň ekosystémů a života na planetě Zemi, na úroveň Sluneční soustavy, Mléčné dráhy a Vesmíru jako takového – jsme jeho součástí.

Mozek je uložen v ochranném pouzdře mozkové části lebky (neurocrania).

Obr. 1.1 Uložení mozku v hlavě

Pod kostěným obalem nacházíme tři SPECIFICKÉ MOZKOVÉ OBALY. Říkáme jim pleny či meningy:

1.Tvrdá plena mozková (dura mater encephali) je nejsvrchnější obal. Má podobu tuhé vazivové blány, která naléhá na vnitřní plochu lebky. Svým výběžkem zasahuje do prostoru mezi mozkové polokoule a mimo jiné tvoří stěny žilních splavů, které odvádějí z mozku odkysličenou krev.

2.Mozková pavučnice (arachnoidea encephali) představuje střední mozkovou plenu. Směrem k mozku z ní vybíhají tenká vazivová vlákna. Prostor pod touto plenou – subarachnoideální prostor – je vyplněn mozkomíšním mokem. Kapalné prostředí mozkomíšního moku vytváří ochranný vodní plášť a poskytuje mozku ochranu před otřesy a nárazy.

3.Měkká plena mozková (pia mater encephali) jako tenká vazivová blána naléhá přímo na povrch mozku.

Obr. 1.2 Mozkové obaly

Obr. 1.3 Mozkové komory

MOZKOMÍŠNÍ MOK je tekutina vznikající v hloubi mozkových komor v choroideálních plexech (plexus chorioideus). Nachází se tak nejen kolem mozku (ve zmíněném subarachnoideálním prostoru), ale rovněž v nitru hmoty mozku, přesněji v komorovém systému. Ten představují čtyři vzájemně propojené mozkové komory (ventriculi cerebrales).

Mozkomíšní mok vzniká, neustále se doplňuje a opět vstřebává. Proudí komorovým systémem a dostává se do subarachnoideálního prostoru. Jeho přebytky se vstřebávají prostřednictvím výběžků pavučnice – arachnoideálních klků (granulationes arachnoideales).

Mozek váží zhruba 1,3–1,4 kg. Nároky mozku na dodávku kyslíku a živin jsou vysoké: mozek, který u průměrného člověka představuje asi 2 % hmotnosti těla, spotřebuje až 20 % veškerého kyslíku.

DODÁVKU OKYSLIČENÉ KRVE do mozku zajišťují celkem tři tepny:

1.pravá vnitřní krkavice (arteria carotis interna dextra);

2.levá vnitřní krkavice (arteria carotis interna sinistra);

3.bazilární tepna (arteria basilaris), která vzniká spojením pravé a levé páteřní tepny (arteria vertebralis dextra et sinistra).

Tři uvedené zdroje jsou propojeny Willisovým arteriálním okruhem (circulus arteriosus Willisi), ze kterého pak odstupují cévy zásobující jednotlivé oblasti mozku, zejména přední, střední a zadní mozková tepna (arteria cerebri anterior, media et posterior).

Obr. 1.4 Cévní zásobení mozku

1.1Základní stavební kameny mozku

Každý objekt je složen z určitých dílčích součástí. Základními buňkami nervové tkáně (a tedy i našeho mozku) jsou buňky nervové a podpůrné:

■NERVOVÉ BUŇKY (NEURONY) jsou vlastními stavebními kameny. Pro jejich kardinální význam jim dále věnujeme samostatnou podkapitolu.

■PODPŮRNÉ BUŇKY (GLIE) jsou pro činnost všech nervových buněk nezbytné. Početně dokonce převažují nad neurony. Glie zastávají funkce stavební, ochranné i metabolické. Vytvářejí obaly nervových vláken, zprostředkovávají výživu, imunitní dohled či odklízení odumřelých struktur. Mnohé glie jsou zdrojem látek nezbytných pro funkci neuronů. Podpůrné buňky sice informace prostřednictvím elektrických potenciálů samy nevedou, pro vznik a šíření vzruchu jsou však nezbytné. Ukazuje se, že v přenosu informací hrají glie nezanedbatelnou roli.

Převod informací prostřednictvím glií se nazývá gliotransmise. Z aktuálních výzkumů vyplývá, že astrocyty mohou významně ovlivňovat neuronální synapse a také se účastnit přenosu signálu. Bylo prokázáno, že přibližně 75 % synapsí v hipokampu v mozku je doslova obaleno výběžky astrocytů. Astrocyty mají podobně jako neurony receptory a iontové kanály, a mohou proto reagovat na přítomnost neuropřenašečů. Bývají mezi sebou hojně propojeny strukturami podobným elektrickým a vytvářejí mezi sebou funkční sítě (synticia). Aktivace astrocytů v blízkosti synapse vyvolá uvnitř jejich funkční sítě přenosy signálů díky krátkodobému zvýšení koncentrace vápníkových iontů (vápníkové vlny). Tyto vápníkové vlny se po ve funkční síti (synticiu) mohou šířit i ke vzdálenějším synapsím a tím ovlivnit i jiné synapse.

V lidském mozku nacházíme především astrocyty, oligodendroglie, ependymové buňky a mikroglie.

■Astrocyty (glie hvězdicovitého tvaru) jsou v kontaktu s krevními kapilárami a zajišťují mozkovým neuronům výživu.

■Oligodendroglie svými výběžky omotávají nervová vlákna. Vytvářejí tak obaly, které jednotlivá vlákna navzájem elektricky izolují a významně zvyšují rychlost šíření informací nervovým vláknem (v podobě elektrických potenciálů).

■Ependymové buňky vystýlají komorový systém. Jako součást choroidálního plexu se podílejí na vzniku mozkomíšního moku. Kmitáním svých pohyblivých řasinek přispívají k pohybu mozkomíšního moku.

■Mikroglie jsou podpůrné buňky s čistící a imunitní funkcí.

Obr. 1.5 Podpůrné buňky mozku

1.1.1Nervové buňky – neurony

Nervové buňky (neurony) jsou vysoce specializované buňky, které zpracovávají, rozvádějí, převádějí, upravují i tvoří informace v podobě elektrických potenciálů.

Celkový počet neuronů v lidském mozku je odhadován na stovky miliard. Ačkoli mohou nové neurony v omezeném počtu vznikat z kmenových buněk i v dospělosti, zralé neurony ztratily schopnost se množit. Vznikají tak primárně během nitroděložního života ze svých předchůdců (neuroblastů) a jejich počet v průběhu života klesá.

K významným změnám v počtu neuronů (ve smyslu úbytku) dochází v důsledku řady chorobných procesů. Ty mohou mít původ přímo v mozku, jako jsou atroficko-degenerativní onemocnění (například demence Alzheimerova typu). Mohou však vycházet také z působení neurotoxických látek (například alkoholu) nebo z onemocnění jiných systémů, jako například důsledky poruch prokrvení ve smyslu ischemie (čili nedokrvení) nebo krvácení u cévních mozkových příhod (neboli iktů či mozkových mrtvic) nebo ischemicko-vaskulárních forem demencí.

Neurony jsou buňky rozmanitých tvarů a velikostí. Jejich základní stavba je však obdobná. Obsahují vždy tělo a systém výběžků:

■Tělo (soma) je ústřední částí každého neuronu. Obsahuje jádro, endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, mitochondrie, ribozomy a další buněčné organely. Tvarem může tělo neuronu připomínat pyramidu, ovál, kouli, kapku, hvězdici apod.

■Dendrity jsou vesměs početné dostředivé výběžky, které přivádějí informace vždy k tělu nervové buňky.

■Axon (neurit) je různě dlouhý výběžek, který vede informace vždy směrem od těla nervové buňky. Větví se zpravidla až na konci.

Obr. 1.6 Stavba nervové buňky (šipky označují směr šíření informace)

Z funkčního hlediska rozeznáváme neurony:

■motorické – ovládající hybnost kosterního svalstva;

■senzitivní – přenášející smyslové informace;

■vegetativní (neboli autonomní) – řídící vnitřní orgány a funkce bez účasti vůle;

■propojovací (neboli interneurony) – propojující a integrující informace.

Obr. 1.7 Různé typy nervových buněk

Plazmatická membrána neuronu je v klidu polarizovaná: z její vnitřní strany převažuje náboj záporný (podmíněný zejména bílkovinami) a z vnější strany převažuje náboj kladný (podmíněný především unikajícími draselnými ionty). Klidový proud draselných iontů z buňky je podmíněn především propustností membrány pro tyto ionty. Hnací silou je koncentrační gradient. Velikost klidového potenciálu je –60 až –90 mV.

Díky činnosti sodíko-draslíkových pump (Na+/K+-ATPázy) je uvnitř neuronu udržována převaha draselných (K+) iontů a vně neuronu převaha sodných (Na+) iontů. Pokud mají tyto pumpy dostatek energie (je dodávána v podobě adenosintrifosfátu – ATP), čerpají uvedené ionty a vytvářejí koncentrační gradient. Ten tlačí ionty draslíku ven a ionty sodíku dovnitř. Stačí pak změnit propustnost membrány pro dané ionty a koncentrační gradient podmíní jejich proud z místa o větší koncentraci do místa o nižší koncentraci. Jelikož ionty nesou náboj, je jejich přesun spojen se změnami polarizace. Právě to je základním principem změn potenciálu na membráně nervové buňky, a tedy vedení informací nervovými vlákny.

Obr. 1.8 Sodíko-draslíková pumpa a koncentrační gradienty Na+ a K+ iontů

Neurony přenášejí informace v podobě AKČNÍCH POTENCIÁLŮ (AP). Pro tento potenciál platí zákon „vše nebo nic“ – akční potenciál je, nebo není: pokud je, má vždy stejný průběh.

Akční potenciál má charakteristické fáze a průběh. Skládá se z depolarizace, transpolarizace, repolarizace a hyperpolarizace. Jednotlivé fáze jsou podmíněny změnami iontových toků přes membránu nervové buňky. Hnací silou těchto toků je již zmíněný koncentrační gradient.

■Depolarizace je vyvolána otevřením rychlých Na+ kanálů, kterými Na+ ionty proudí dovnitř neuronu a vnášejí sem kladný náboj (de facto ruší klidovou polarizaci membrány). Vrcholem depolarizace je úplné přepólování membrány – transpolarizace, kdy uvnitř je kladný náboj (vnesený sem Na+ ionty) a zevně náboj záporný. Jelikož jsou Na+ kanály otevřeny pouze velmi krátkou dobu, je depolarizace rychlá.

■Repolarizace je způsobena otevřením K+ kanálů a proudem K+ iontů. Víme, že ionty se pohybují vždy ve směru svého koncentračního gradientu: K+ ionty proto unikají ven z neuronu a vynášejí kladný náboj. Můžeme říci, že vracejí potenciál zpět do klidových podmínek.

■Jelikož jsou K+ kanály otevřeny delší dobu, uniká jimi více K+ iontů, než přiteklo Na+ iontů. Polarizace je tak na konci akčního potenciálu dočasně ještě vyšší než v klidu. To se nazývá hyperpolarizace.

Obr. 1.9 Akční potenciál

Jeden akční potenciál představuje jednotku přenesené informace (pomyslnou jedničku informačního přenosu). Neurony přenášejí akční potenciály nikoli izolovaně, ale v celých sériích. Právě sériemi akčních potenciálů (jako sad pomyslných jedniček a nul) neurony přenášejí a kódují informace. Podstatná je kvalita i kvantita včetně „frekvence palby“ akčních potenciálů.

Akční potenciál je formou přenosu informace v rámci jednoho neuronu. Jako vlna depolarizace–transpolarizace–repolarizace–hyperpolarizace se šíří nervovými vlákny rychlostí 2–120 m/s.

Rychlost šíření akčního potenciálu závisí mimo jiné na tloušťce daného nervového vlákna a jeho obalech. Platí, že silnější a obalená nervová vlákna vedou informace rychleji než tenčí vlákna bez obalů.

Elektrické potenciály, které jsou s činností neuronů neoddělitelně spojeny, je možno měřit a zaznamenávat jak přímo na nervových vláknech, tak z povrchu těla. Záznam elektrické aktivity mozkových neuronů snímané z povrchu hlavy je podkladem například elektroencefalografie (EEG) – funkčního vyšetření, se kterým seznamujeme v další části knihy.

Neurony nikdy nefungují izolovaně. Jsou navzájem propojené do gigantické 3D sítě. Principem jejího fungování je interakce, kdy je velmi podstatné, aby se informace přenesla z jednoho neuronu na druhý. To se děje v synapsích (zápojích), kterým se věnujeme v další kapitole.

1.1.2Spoje mezi neurony – synapse

Synapse je spojením dvou buněk, přičemž alespoň jedna je nervová. Je jakousi stavebně-funkční jednotkou činnosti nervového systému. Umožňují přenos informací mezi buňkami.

Složitost a celková kapacita nervového systému vychází z počtu nervových buněk, a zejména pak z počtu synaptických kontaktů mezi nimi. Například v lidském mozku se může jeden jediný neuron zapojovat až tisícem synapsí.

■Nejpočetnější jsou synapse interneuronové (z latinského inter – mezi), ve kterých se kontaktují dva neurony: presynaptický (z latinského prae – před) a postsynaptický (z latinského post – za, po).

■Synapse neuroreceptorová je kontaktem receptorové buňky (např. tyčinky a čípky sítnice oka) a neuronu.

■V rámci synapse neuroefektorové se spolu kontaktují nervová a efektorová buňka. Efektorem přitom může být hladká i příčně pruhovaná svalovina či žlázové buňky.

Celkový počet synapsí v lidském mozku je ohromující a jen stěží odhadnutelný. Každá jedna synapse však vždy umožňuje pouze jednosměrný přenos informací.

V rámci jedné synapse rozeznáváme tři části:

1.presynaptický útvar – může jím být například konečné větvení axonu nebo část smyslové buňky;

2.synaptická štěrbina je úzký prostor, který odděluje membrány presynaptického a postsynaptického útvaru (dosahuje šíře v řádu nm);

3.postsynaptický útvar představuje nejčastěji větvení dendritu, ale i membránu těla nervové buňky nebo efektorové buňky.

Obr. 1.10 Stavba synapse

Konec ukázky

Table of Contents

Krátké slovo na úvod

1. Lidský mozek

1.1 Základní stavební kameny mozku

1.1.1 Nervové buňky – neurony

1.1.2 Spoje mezi neurony – synapse

1.2 Stavba a funkce jednotlivých etáží mozku

2. Možnosti zobrazovacích metod při vyšetření mozku

2.1 Využití RTG záření

2.4 Možnosti dalších speciálních metod

3. Možnosti funkčních metod při vyšetření mozku

3.1 Možnosti snímání elektrické aktivity (EEG, QEEG, ECoG, ERPs)

3.2 Možnosti využití záření a metabolismu (PET, SPECT)

3.3 Možnosti využití dalších speciálních funkčních metod

4. Vztahy mozkových, psychických a tělesných funkcí

4.1 Funkční členění mozkové kůry