Somatosensoorne korteks

Kokkuvõtvalt

Somatosensoorne korteks on parietaalsagara ääres asuv piirkond, mille alaosad reageerivad kindla kehaosa puudutuste korral. Ülalolev pilt kehaosade paigutusest võib olla enamike puhul mittekehtiv selles osas, et see võib 70% lõppeda enne poolkerade vahet ja genitaalid võivad asuda puusade piirkonnas. Sellel ajukoore ribal paistab 3 sellise järjekorraga kõrvutiasuvat piirkonda, millest otsmikupoolne reageerib naha puudutusel, järgmine lihaste ja liigeste puudutamisel/venitamisel ja kolmas paistab mõlemas olukorras aktiveeruvana. Aju välispinnal on näha primaarne somatosensoorne korteks (SSI), mis paistab rohkem puudutuse, valu jms. asukoha tajuks vajalikuna. Liikudes edasi ajusagarate vahele tuleb sekundaarne somatosensoorne korteks (SSII), mis sisaldab samuti kehakaarte, kuid lihtsamal kujul ning erinevalt SSI'st aktiveerub see samaaegselt mõlemal aju poolel. SSI saab signaale peamiselt vastasküljel asuvalt kehapoolelt. Edasi liikudes tuleb insula, millel paistab hägusem kaardistamata kehakaart. SSII ja insula aktiveeruvad järjepidevamalt mõnu, valu, külma, kuuma jms. tajul, kuid mingil määral ka puudutuse tajul. SSI ja SSII on üksteisega ühenduses. SSII ja insula paistavad ka maitsesignaalide saajatena.

Signaalide alguskohad selgroonärvini (31. 12. 2010 lisa).

Näopiirkonnas ei ole selgroonärv somatosensoorsete signaalide vahendajaks vaid selle asemel vahendab signaale trigeminaalne kraniaalnärv e. kolmiknärv. Kolmiknärv saab puudutuse-, valu- ja temperatuurisignaale pildil rohelise, punase ja kollase värviga tähistatud aladelt ning lisaks silmadest, hammastest, igemetest, keelest ja kõrvadest. Nägemis-, kuulmis- ja maitsesignaalid liiguvad teiste närvide kaudu.

Pildil on näidatud mitmenda selgroolüli vahelt väljuvad piirkonna signaale detekteerivad neuronid. Rohelisega on tähistatud kaelalülide vahelt väljuvad ühendused, sinisega ribide piirkonnast, lillaga alaseljast ja punasega kõige alumiste lülide vahelt väljuvad närvid. Lülid on nummerdatud aju suunast allapoole.


Selgroonärvis on umbkaudu teada, kus ja mis järjekorraga asuvad sellel kaela kuni sakraalpiirkonna ühenduste motoorsete ja somatosensoorsete (sinised) signaalide läbimiskohad.

Signaalide vahendus ajukooreni

Somatosensoorsed signaalid jõuavad selgroonärvi seljapoolses küljes olevate ühenduste kaudu ajutüvesse, kus nad annavad oma signaalid edasi sealsetele tuumadele. Medullas on selgroonärvist ja kraniaalnärvidest pärinevate signaalide jõudmine vastavatele tuumadele. Kraniaalnärvid saadavad signaalid nulceus tractus solitarius'ele ja selgroost pärinevad signaalid jõuavad lähedal asuvatele nucleus cracilis ja nucleus cuneatis'ele. Nendest tuumadest algavad neuronid kannavad signaalid edasi taalamusele ja taalamusest jõuavad signaalid omakorda uute kolmandate neuronite vahendusel ajukooreni.

Taju võimalik asukoht

Formaliini süstimist on eksperimentides kasutatud inimeste ja loomade peal valu tekitamiseks.
Kui rottidel lõigati ajutüvi läbi ponsi üla või alaosast, siis reageerisid ka nemad formaliini süstimisel sarnaselt tervete rottidega, kuid neil ei paistnud valu nõrgenemist 10-15 minuti mõõdumisel. Samuti vähenes neil ajukahjustusega loomadel morfiini valuvastane toime kuigi tekkis uimasust, liikumatust ja aeglustus saba liigutamine valusast kohast. Morfiini mõjuks peeti vajalikuks ponsist kõrgemal asuvaid alasid.

Isiklikult kahtlustan, et somatosensoorne taju võib enne aju ära toimuda ning aju on vajalik tajutu seostamiseks teiste samaaegsete tajudega, mäletamiseks ja keerulisema käitumise omamiseks. Tõenäolistena paistavad hetkel nii selgroonärv kui ka kehas asuvad neuronid. Medulla tuumade ja taalamuse vahelisi ühendusi ei lähe vist vaja arvestades ajutüve kahjustuste mõju.

Keskaju ülaosast läbilõigatud närvisüsteemiga rotid tarbisid (suhkruvett tilgutati aeglaselt suhu) erinesid tervetest rottidest selle poolest, et ka pärast 23 tunnist näljaperioodi ei suurenenud nende vajadus suhkruvett tarbida. Suulihaste liikumisest on sellises olukorras aru saada kas tahetakse suhkruvett või muud maitset tarbida.

Ajutüve läbi lõikamisel umbes keskelt püsis sarnaselt tervete rottidega tung süüa nälja korral kuni kõht sai täis. Erinevuseks oli see, et ühenduse puudumisel ajuga tarbisid nad korduvalt maitseid, millega koos oli varem antud iiveldust tekitavad ainet.

Ühegi ajutüve läbilõikamiseksperimendi juures ei mainitud allesjäänud aju eemaldust, mistõttu võis nägemine ja lõhnataju koos mõtlemisega mingil määral püsida, kuid ajutüve retikulaarformatsioon on vajalik ärkvel olekuks.

Erinevaid uuringuid

4x4 mm käele vastavale alale ahvi SSI'l paigutati 100 elektroodi. Nende distants oli 0,4 mm ja see on ~10 minikolumni diameetriga ala. Selline tihedus võib anda päris hea ülevaate ajukoorel toimuvast, sest minikolumnite rakud aktiveeruvad nagunii üheskoos.
Näide leitud aktiivsusmustrist. Puudutuskoht on käel tähistatud (suruti ümara 1 mm laiuse otsaga pooleks sekundiks 0,5 mm sügavusele) ning värvilisel pildil on täppidega näidatud elektroodidega asukohad. Soojemate värvidega on näha selle puudutusel samaaegselt tugevamalt aktiveerunud kohad. Tavaliseks oli ajukoorel samaaegselt kuni 3 mm kaugusele jäävate rakkude aktiveerumine. Lisati, et ka varasemate uuringutega on pisikese ala puudutusele järgnenud paljude ajukoore kohtade aktiveerumist. Laia aktivatsiooni põhjuseks peeti seda, et nad ei puudutanud minimaalset reaktsiooni põhjustava tugevusega.

Peenise seksuaalne stimulatsioon suurendas võrreldes erektsioonita olekugaa verevoolu parema poolkera kuklapoolse insula'l ja SSII'l. Sama poolkera amügdala aktiivsus langes. SSI genitaalalal ei paistnud suuremat aktivatsiooni ning autorid pidasid SSI asukoha tajuks vajalikuks. Aktiivsust ei suurenenud nende järgi miskipärast ka taalamusel ja hüpotaalamuses. Ejakulatsioon saavutati kaks korda 75 minutit jooksul partneri poolse manuaalse stimulatsiooniga ning erektsioonide ja ejakulatsioonifaaside ajal süstiti iga kord uuesti radioaktiivselt märgitud ainet PET skänneri kasutamise tõttu. Amügdala alaaktiivsust peeti üheks põhjuseks, miks seksuaalselt erutunud mehed ei ehmuvad vähem ootamatu müra korral. Hüpotaalamuse alaaktiivsust põhjendati sellega, et hüpotaalamus on vajalikum erutuse/erektsiooni alguseks, kuid mitte edasiseks.

SI ja SII aktiivsust mõõdeti erinevate käte puudutamisel. Kuigi SI aktiveerus vastaskehapoole käe puudutusel, aktiveerus SII mõlemal pool mõlema käe puudutusel.

Valu korral paistab aktiivsemana SII ja insula piirkond. Sealsed kahjustused muudavad valutaju ning selles tekkivad epilepsiad võivad tekitada valu. Otsmikupoolse insula kahjustusel võib tekkida valu asümboolia, mille puhul on valu tuntav, kuid ei põhjusta kannatusi ning valulävi kõrgeneb. Valusignaalid võivad taalamuse vahendusel jõuda sinna ilma SI poolse vahenduseta. SII peal paistab ka kehaosast sõltuva aktiivsusega piirkondi, kus peapoolne asub lateraalses suunas ja jalgadepoolne mediaalses suunas sarnaselt SI järjekorraga. SII ja insulaga ühenduses olevate taalamuse alumist kuklapoolsete tuumade stimulatsiooniga võib tekkida tugev valu. SI ei aktiveeru osades uuringutes valuga ja kui aktiveerub, siis samaaegselt SII'ga või veidi hiljemgi. Samas puudutuse korral aktiveerub SI 20 millisekundi jooksul ja SII alles 100 millisekundi möödumisel.
Valu tugevus sõltub erksusest ja rahustitega saab vähendada SII piirkonna aktiivsust valu korral.
SII üksikrakkude mõõtmisel paistab, et need reageerivad laiema ala piires olevatele puudutustele, kui SI rakud, mis peaks tähendama selle väiksemat täpsust taju asukoha tuvastamisega.

Genitaalidele vastavaid alasid on leitud erinevates kohtades. Ühes vanemas uuringus tundis 3 patsienti 400'st genitaalide puudutust siis, kui stimuleeriti jalgade ülaosast ja torso alaosast umbes 1 sentimeetri võrra kukla pool asuvat ala, kuigi enamasti on seda leitud varvastele vastava ala juures nagu pildid somatosensoorsest korteksist tavaliselt näitavad.
Artikli autorid tegid verevoolu uuringuid 8 mehe peal peenise ja varba puudutusel ning nemad ei leidnud seda järjekorda nii selgelt. Paistis, et traditsiooniline somatosensoorne kaart on üldistatud lihtsustus, mis võib sarnaneda reaalse kehakaardiga, kuigi nende endi uuring võis ka vigane olla.
Peenise ja eesnaha puudutamisel aktiveerus vastaspoolkera SI ja mõlema poolkera SII. Ükski katsealune ei tunnistanud seksuaalseid tajusid. Aktiivsust paistis ka kõhu alaosa piirkonnas.
Katsealustel ei paistnud fMRI vaatlusega poolkerade vahele jäävat genitaalidele vastavat alad. 70% inimeste puhul paistab, et somatosensoorne ala lõppeb enne poolkerade vahet.
Pildil tähistavad täpid tsentraalvagu, punane suurt varvast, sinakasroheline kõhu alaosa, sinine peenist ja roheline eesnahka või peenise otsa. Kaheksa katsealuse puhul leiti enamasti varvastele vastava ala asumist poolkera vahele lähemal, kui peenisele reageeriv ala, kuid see järjekord ei paistnud küll järjepidevana.
Autorid tegid oma tulemustele vastava võib-olla parandatud somatotoopse kaardi, mis ei ulatu poolkerade vahelisele ajukoorele ning millel peenis asub seal, kus see ka anatoomiliselt asub.

Genitaalidele vastav ala on somatosensoorsel korteksil väike ning see koht kaldub aktiveeruma ka ümbritsevate alade puudutusel. SSI paistab rohkem kompimisalase info visualiseerimiseks, mitte tajuks endaks. Genitaalide väiksus SSI'l tuleneb võib-olla sellest, et selle piirkonnaga kompides on enamikel raske objektide mõõtmeid ja kuju hinnata, mitte sellest, et sellega peaks vähe tunda olema.

Ülevaatlik tekst somatosensoorsetest signaalidest. SA1 (Slowly Adapting) närvikud reageerivad kõige rohkem 0,3-3 Hz stimulatsioonile, mida tajutakse survena, ning neil on väikesed retseptsiivalad (aktiveerivad ajul väikese ala). Selle aktiivsusega tajutakse tekstuuri ja väikeseid detaile. SA2 kiud aktiiveeruvad kõige rohkem 15-400 Hz stimulatsioonile, mida tajutakse vibratsioonina. SA2 kiududel on suured retseptsiivalad ja need aktiveeruvad venitusel ning liigeste liikumisel.
Igapäevaelus asjade puudutamisel aktiveeruvad mitmed neist närvikiududest samaaegselt ning need kombineeruvad ajus. Lisaks osalevad kehaosade asendist signaale vahendavad alad suuremate objektide üldpildi loomises, kui selle tekstuuri ja mõõtmeid tahetakse ainult kompimisega tuvastada.
Pärast signaalide jõudmist taalamusele liiguvad need edasi erinevatele somatosensoorsetele aladele, millel on eraldi keha kaardid. SI sisaldab rakulise ehituse poolest kolme paralleelset piirkonda ning veidi kukla poole jääb väljaspool SI neljas somatosensoorset infot vahendav riba. Esimesed kolm on nimetatud 1., 2. ja 3. Brodmanni alaks lugedes otsmiku poolt. 2. ja 3. ala reageerivad rohkem sügavamalt kehast nagu lihastest ja liigestest tulevatele signaalidele. Nahast pärit signaalid jõuavad peamiselt 1. ja osaliselt 2. alale. Ahvidel tehtud katsete järgi raskendab 3. ala vigastus kõigi kompimisalaste signaalide eristust välja arvatud puudutuse olemasolu taju. 1. ala vigastus raskendab tekstuuride eristust ja 2. ala vigastus raskendab kuju ning suuruse eristamist ja sõrmede koordinatsiooni.
Inimestel on SI kahjustus harva kaotanud võimet tajuda temperatuuri, valu ja puudutust, kuid püsivad raskused tekivad kompimisega tekstuuri, suuruse ja kuju hindamisel.
SII on kahepoolses ühenduses SI'ga ja osa selle rakkudest aktiveerub mõlema kehapoole puudutamisel. Inimkatsete järgi jääb enamus sellest näole ja käele vastava ala alla. Näole vastav ala jääb SSII'l pea külje poole ja poolkerade poolsesse otsa jääb jalgadele vastav ala sarnaselt SI järjekorraga. SII kahjustused on inimestel põhjustanud raskusi tekstuuri ja kuju hindamisega.
Insula peal ei paista selget kehakaarti, kuid selle kahjustused võivad samuti raskendada katsutu tuvastamist (inimestel kahjustusid neil juhtudel ka SII ühise veresoone ummistuse tõttu). Paljud insula rakud saavad signaale mõlemast kehapoolest.
5. ja 7. ala nimetatakse suplementaarseks sensoorseks alaks (SSA). Selle stimulatsioonil on vahel tuntud puudutust ning seda peetakse üheks somatosensoorsete ning motoorsete ja teiste sensoorsete signaalide seostumiskohaks. 5. ala kahjustusega paistab raskusi käe suunamisel ilma nägemise kaasabita. 7. ala sisaldab palju kahepoolseid retseptsiivalasid mitmete ühendustega sama poolkera ja vastaspoolkerade vaheliste piirkondade vahel. 7. ala rakud aktiveeruvad tugevamalt puudutusel ning vähemal määral valu ja visuaalsete signaalide saamisel.
Somatosensoorse ala suhteline suurus mingi kehaosa puhul on mõjutatud sellest, kui palju on harjutud selle piirkonnaga kompima. Pimedatel ja nägijatel paistab sama tundlikkus tekstuuride suhtes. Jäseme kaotusel väheneb sellele alale spetsialiseerunud ala pindala ning kõrvaliste alade signaalid hakkavad oma signaale saatma ka tegevusetule alale.
Inimestel on amputeerimise järel esinenud näo või endise jäseme kõrval asuva ala laienemist tegevusetule alale. Osad saavad fantoomjäseme sügelust leevendada kehakaardi järgi selle kõrval asuva kehaosa sügamisega.
Kindla sõrme järjepideva kasutamisega võib suureneda sellele vastav ala. Kokkukasvanud sõrmedega patsientidel suurenesid pärast nende lahtiopereerimist sõrmedele vastavad alad.
Kui signaalid ei saa poolkerade vahel liikuda (split-brain), siis võib tekkida võimetus pärast ühe käega objekti leidmist sama objekti leida teise käega, kuigi sama käega suudetakse otsitavat objekti leida. Samuti võivad nad sama käega taastada asendi, millesse nende käsi paigutati, kuid nad ei suuda seda korrata teise käega.

Sarnaselt ülejäänud ajukoorega sisaldab see somatosensoorne korteks 80-100 rakulisi minikolumneid, mis saavad signaale kindla retseptoritüübiga neuroni(te?)lt. Koos moodustavad need kolumneid, mis reageerivad järjepidevalt sama kehapiirkonna stimulatsioonile - olgu selleks puudutus või temperatuur. Kolumnid on umbes poole millimeetriste mõõtudega ning nende kõrvalasuvad alad reageerivad stiimulitele mujalt.
Suurema aktiivsusega on leitud vastuvõtvate ajukoore kihtide rakkude tundlikkuse suurenemist ja kolumnivaheliste 2. ja 3. kihi rakkude inhibitsiooni.
Rakkudest mõõdetud aktiivsus sõltub tähelepanust, liikuvusest ja üldnarkoosist.

Töösagedus

Ahvide SSI'st mõõdeti puudutuste ajal keskmise sagedusena 32 Hz.

Ravile allumatu epilepsiaga inimestel on SSI'l asuva elektroodiga mõõdetud 500-800 Hz sagedust, kuid see oli peaaegu kindlalt mitme raku samaaegse mõõtmise tulemus, sest elektroodi diameeter oli 3 mm ja seniloetud uuringutes on 100 Hz paistnud maksimumina isegi nägemisrakkudes.

Vähemalt ühe inimkatse puhul ei paistnud somatosensoorsel korteksil erinevust puudutuse ja valu vahel väikseid alasid uurivaid elektroode kasutades. Madalamasageduslikud (20-450 Hz aga pole aimugi mitme raku aktiivsust need mõõtsid) lained nõrgenesid somatosensoorsel ajukoorel puudutuse ja valu korral, kuid taalamusel need tugevnesid. Kõrgema sagedusega (450-750 Hz) tegevust leiti valu ja puudutusega rohkem taalamusel ja ajukoorel. Kokkuvõttes kirjutasid autorid, et SSI'l reageeritakse valu ja puudutuse korral sarnaselt.
Ühe probleemina on hakanud paistma, et tänapäevased uuringud närvidesse või ajusse pandud elektroodidega mõõdavad paratamatult paljude rakkude tegevust.