Kapitel 9-limbiska systemet

det limbiska systemet är ett bekvämt sätt att beskriva flera funktionellt och anatomiskt sammankopplade kärnor och kortikala strukturer som finns i telencephalon och diencephalon. Dessa kärnor tjänar flera funktioner, men de flesta har att göra med kontroll av funktioner som är nödvändiga för självbevarande och artbevarande. De reglerar autonom och endokrin funktion, särskilt som svar på känslomässiga stimuli. De sätter nivån på upphetsning och är involverade i motivation och förstärkande beteenden. Dessutom är många av dessa områden kritiska för vissa typer av minne. Några av dessa regioner är nära kopplade till luktsystemet, eftersom detta system är avgörande för överlevnad av många arter.

områden som vanligtvis ingår i det limbiska systemet faller i två kategorier. Några av dessa är subkortiska strukturer, medan många är delar av hjärnbarken. Kortikala regioner som är involverade i det limbiska systemet inkluderar hippocampus såväl som områden av neocortex inklusive insular cortex, orbital frontal cortex, subcallosal gyrus, cingulate gyrus och parahippocampal gyrus. Denna cortex har kallats ”limbisk lob” eftersom den gör en kant som omger corpus callosum, efter lateral ventrikel. Subkortiska delar av det limbiska systemet inkluderar luktkula, hypotalamus, amygdala, septalkärnor och vissa talamkärnor, inklusive den främre kärnan och eventuellt den dorsomediala kärnan.

ett sätt på vilket det limbiska systemet har konceptualiserats är att ”känna och reagera hjärnan” som är placerad mellan ”tänkande hjärnan” och utmatningsmekanismerna i nervsystemet. I denna konstruktion är det limbiska systemet vanligtvis under kontroll av den ”tänkande hjärnan” men kan uppenbarligen reagera på egen hand. Dessutom har det limbiska systemet sin ingångs-och bearbetningssida (den limbiska cortexen, amygdala och hippocampus) och en utgångssida (septalkärnorna och hypotalamusen). De flesta av dessa regioner är förbundna med vägar som visas i figur 31.

Hypotalmus

hypotalamus, den primära utgångsnoden för det limbiska systemet, har många viktiga anslutningar. Den är kopplad till frontalloberna, septalkärnorna och hjärnstammens retikulära bildning via den mediala framhjärnbunten. Det tar också emot ingångar från hippocampus via fornix och amygdala via två vägar (ventral amygdalofugal väg och stria terminalis). Hypotalamus har centra involverade i sexuell funktion, endokrin funktion, beteendefunktion och autonom kontroll.

för att utföra sina väsentliga funktioner kräver hypotalamus flera typer av ingångar. Det finns ingångar från större delen av kroppen såväl som från olfaction, inälvor och näthinnan. Det har också interna sensorer för temperatur, osmolaritet, glukos och natriumkoncentration. Dessutom finns receptorer för olika interna signaler, särskilt hormoner. Dessa inkluderar steroidhormoner och andra hormoner såväl som interna signaler (såsom hormoner som är involverade i aptitkontroll såsom leptin och orexin).

hypotalamus påverkar starkt många funktioner inklusive autonomik, endokrina funktioner och beteenden. Autonoma funktioner styrs via projektioner till hjärnstammen och ryggmärgen. Det finns lokaliserade områden i hypotalamus som aktiverar det sympatiska nervsystemet och några som ökar parasympatisk aktivitet. Endokrina funktioner styrs antingen genom direkta axonala anslutningar till den bakre hypofysen (vasopressin och oxytocin kontroll) eller via frisättning av frisättande faktorer i hypotalamus-hypofys portal system (för att påverka främre hypofysen funktion). Det finns också prognoser för retikulär bildning som är involverade i vissa beteenden, särskilt känslomässiga reaktioner.

vissa funktioner är inneboende i hypotalamus. Dessa är funktioner som kräver en direkt ingång till hypotalamus och där svaret genereras direkt via hypotalamiska utgångar. Inkluderat är sådana saker som temperatur och osmolaritetsreglering. Det finns många funktioner där hypotalamus övervakar den interna melieu och producerar ett reglerande svar. Dessa inkluderar reglering av endokrina funktioner och aptit. Till exempel anses hypotalamusens ventromediala kärna vara ett mättnadsområde, medan det laterala hypotalamiska området är ett utfodringscenter.

dessutom finns det många komplexa beteenden som är mönstrade av hypotalamus, inklusive sexuella svar. Det preoptiska området är ett av områdena med störst sexuell dimorfism (dvs., skillnad i struktur mellan könen) och, tillsammans med septalkärnorna, är ett område med gonadotropinfrisättande hormonprojektioner till hypotalamusens median eminensregion. Dessa sexuella svar involverar autonoma, endokrina och beteendemässiga svar.

slutligen mottar den suprachiasmatiska kärnan direkt retinalingång. Denna kärna är ansvarig för att medföra cirkadiska rytmer till dag-nattcykeln.

Amygdala

amygdala är en viktig struktur belägen i den främre temporala loben i uncus. Amygdala gör ömsesidiga förbindelser med många hjärnregioner (figur 32) inklusive thalamus, hypotalamus, septalkärnor, orbital frontal cortex, cingulate gyrus, hippocampus, parahippocampal gyrus och hjärnstam. Luktlampan är det enda området som gör inmatning till amygdala och får inte ömsesidiga utsprång från amygdala.

amygdala är ett kritiskt centrum för att samordna beteendemässiga, autonoma och endokrina svar på miljöstimuli, särskilt de med emotionellt innehåll. Det är viktigt att de samordnade svaren på stress och integrerar många beteendemässiga reaktioner som är involverade i individens eller artens överlevnad, särskilt för stress och ångest. Lesioner av amygdala minskar svar på stress, särskilt konditionerade känslomässiga svar. Stimulering av amygdala producerar beteendemässig upphetsning och kan producera riktade rasereaktioner.

olika stimuli producerar svar medierade av amygdala. Konvergensen av ingångar är viktig eftersom den tillåter generering av lärda känslomässiga svar på olika situationer. Amygdala svarar på en mängd olika känslomässiga stimuli, men mestadels de som är relaterade till rädsla och ångest.

Hippocampus

hippocampus är ett gammalt område av hjärnbarken som har tre lager. Detta ligger i den mediala aspekten av den temporala loben och bildar den mediala väggen i den laterala ventrikeln i detta område. Hippocampus har flera delar. Den dentate gyrus innehåller tätt packade granulatceller. Det finns ett krökt område av cortex som kallas Cornu Ammonis (CA) som är uppdelat i fyra regioner som kallas CA-fälten. Dessa betecknas som CA1 till CA4. Dessa innehåller framträdande pyramidala celler. Ca-fälten smälter in i intilliggande subikulum, som i sin tur är ansluten till entorhinal cortex på parahippocampal gyrus i den temporala loben.

det finns flera källor till hippocampala afferenter. Dessa är främst från septum och hypotalamus via fornix och från den intilliggande entorhinal cortex. Denna kortikala region får input från diffusa områden i neocortex, särskilt den limbiska cortexen, och från amygdala. Entorhinal cortex projicerar till hippocampus dentate gyrus via perforantvägen, synapsing på granulatceller. Dessa granulatceller ansluter till pyramidala neuroner i CA3-regionen, som i sin tur projicerar av Sheaffer-säkerheter till CA1-pyramidala celler. Det är dessa senare celler som främst ger upphov till fornix. Fysiologin hos dessa vägar har studerats omfattande, särskilt när det gäller långsiktiga fysiologiska förändringar i samband med minne. Hippocampala neuroner har studerats omfattande när det gäller långsiktig potentiering. Detta kräver aktivering av glutamatreceptorer och resulterar i långsiktiga förändringar i neuronal excitabilitet genom kalciummedierade fysiologiska effekter.

utgångar från hippocampus passerar främst via två vägar. Den första av dessa utgångar är genom fornix. Dessa fibrer projicerar till mamillärkropparna via post-commissural fornix, till septalkärnorna, till hypotalamusens preoptiska kärna, till ventralstriatum och till delar av frontalloben genom precommisural fornix. Det finns ett stort antal projektioner från hippocampus tillbaka till entorhinal cortex.

figur 31 visar många av de viktiga vägarna inom det limbiska systemet. Observera hippocampus har ömsesidiga förbindelser med cortex samt utgångar längs fornix. Historiskt, slingan som börjar med hippocampus som projicerar till mamillärkropparna, med relä till den främre thalaminkärnan, sedan cingulate gyrus, entorhinal cortex och tillbaka till hippocampus ansågs vara en viktig krets. Detta fick namnet”Papez circuit”. Den cirkulära naturen hos denna anslutning verkar emellertid inte vara av funktionell betydelse.

hippocampus har flera funktioner. Det hjälper till att kontrollera kortikosteroidproduktionen. Det har också ett betydande bidrag till att förstå rumsliga relationer inom miljön. Dessutom är hippocampus kritiskt involverad i många deklarativa minnesfunktioner.

det finns flera typer av minne. Explicit eller deklarativt minne hänvisar till minnet av fakta och händelser. Allt minne som kan förklaras fullständigt i ord är av denna typ. Implicit eller icke-deklarativt minne är dock också mycket viktigt. Inlärning av färdigheter såväl som associativt lärande, såsom konditionerade och emotionella svar är vanliga exempel på icke-deklarativt eller implicit minne. Explicit minne beror på den mediala temporala loben och förhållandet mellan hippocampus och entorhinalregionen i parahippocampal gyrus.

det finns flera områden som är involverade i explicit minne. Hippocampus spelar en kritisk roll i korttidsminnet, vilket är absolut nödvändigt om långsiktiga minnesmönster ska upprättas. Lesioner av hippocampus påverkar inte gamla, etablerade minnen. Dessa skador påverkar nytt deklarativt lärande. I slutändan överförs minneslagring till andra områden i hjärnbarken, och platsen för kodning av dessa minnen kan vara en funktion av typen av minne. Etablerade minnen involverar associeringsområden i frontalloben och parieto-temporo-occipital association cortex.

hippocampus är inte bara aktiv vid kodning av minnen utan också vid hämtning av dem. Aktivering av hippocampus kan ses i detta fall av att lära sig om nya omgivningar och hämta riktningar.

limbisk cortex

prefrontal cortex är anterior till premotorisk cortex. Orbital frontal cortex är delen över banorna. Denna del av cortexen är extremt välutvecklad hos människor och är kritisk för bedömning, insikt, motivation och humör. Det är också viktigt för konditionerade känslomässiga reaktioner. Den prefrontala cortexen mottar inmatning från de andra områdena av limbisk cortex, från amygdala och från septalkärnor och har ömsesidiga förbindelser med vart och ett av dessa områden och med den dorsomediala kärnan i thalamus.

skador på det prefrontala området ger svårigheter med abstrakt resonemang, domstämningar och pussellösning. Effekten av frontallobskador På humör beror på den specifika delen av prefrontal cortex skadad. Patientens beteende beskrivs ofta som taktlöst. Även denna del av cortex kan också påverkas starkt av alkohol.

Prefrontal cortexfunktion är onormal vid humörsjukdomar. Depression är oftast förknippad med ökad aktivitet i delar av frontalloben, särskilt de mediala regionerna inklusive den subgenuella delen av den främre cingulära cortexen och minskad aktivitet i den bakre cingulära gyrusen.

Olfaction gör starka förbindelser med de främre delarna av den temporala loben och amygdala. Luktbarken är strukturellt enklare än andra delar av hjärnbarken och kallas allocortex (se avsnitt XI). Det inkluderar prepiriform och periamygdaloid cortex som innefattar den främre delen av parahippocampal gyrus som täcker uncus. I vissa arter är naturligtvis olfaction viktigare än i andra. Olfaktoriska filament korsar cribiformplattan och synaps med mitralceller i luktlökarna. Axoner från dessa celler utgör luktkanalen som sträcker sig till främre temporala strukturer bilateralt såväl som den basala framhjärnan.

olfaktoriska signaler vidarebefordras till flera andra hjärnregioner efter deras initiala avslutning i luktbarken. Den olfaktoriska cortexen påverkar frontalloben genom anslutningar med den dorsomediala kärnan i thalamus. Olfaktoriska cortexprojektioner till amygdala kan påverka känslomässiga och endokrina reaktioner, särskilt via anslutningar med hypotalamus.

det finns flera intressanta syndrom som belyser aspekter av limbiska funktioner. Kluver-Bucy syndromet uppträder med bilaterala lesioner av de temporala loberna. Det blockerar känslomässiga reaktioner hos djur, som blir ganska lätta. De är inte rädda för saker som deras art bör reagera på, till exempel när det gäller en apa, en replängd. Djur blir hypersexuella och engagerar sig i tvångsutforskningsbeteende, särskilt med munnen.

som tidigare beskrivits finns det vägar genom framhjärnan som är involverade i förstärkning av beteenden och i ”belöning”. Elektrisk stimulering av dessa platser är mycket förstärkande för beteende. Många av dessa vägar involverar dopamin och påverkas ofta av missbruk. Habituation i dessa vägar med kronisk administrering av beroendeframkallande läkemedel är ett av de viktigaste målen för missbruksforskning. figur 26 visar de ventrala striatala utsprången till ventral pallidum som i sin tur projicerar genom den dorsomediala kärnan i thalamus till limbiska områden i cortex. Den ventrala striatumen består mestadels av nucleus accumbens, vilket är ett viktigt mål för dopaminerga utsprång från det ventrala tegmentala området.

olika beroendeframkallande föreningar påverkar aktiviteten hos dopaminöverföringen i nucleus accumbens (mesolimbiska) och frontala kortikala (mesokortiska) system. Dessutom verkar dessa vägar vara funktionellt obalanserade hos patienter med schizofreni. Det verkar som om patienter med schizofreni har minskat dopamineffekter genom mesokortiska system till prefrontal cortex. Detta kan ge symtom som socialt tillbakadragande och minskad känslomässig lyhördhet. Samtidigt finns det en relativ ökning av dopamineffekter via det mesolimbiska systemet till det ventrala striatala systemet, vilket resulterar i positiva symtom på vanföreställningar och hallucinationer.