CURSUS NEUROBIOFYSICA

Presentatie over: "CURSUS NEUROBIOFYSICA"— Transcript van de presentatie:

1 CURSUS NEUROBIOFYSICA
AUDITIEF SYSTEEM CURSUS NEUROBIOFYSICA Dr. J.A.M. van Gisbergen

2 OVERZICHT anatomie auditief systeem functie middenoor
mechanica van de cochlea haarcellen codering in gehoorzenuw

3 GELUID

4 AUDIOGRAM hoordrempel als functie van toon frequentie
gehoorverlies als functie van leeftijd vooral bij hoge frequenties

5 OVERZICHT AUDITIEF SYSTEEM

6 FUNCTIONEEL OVERZICHT
binnenoor brengt geluid in lucht over naar vloeistoffen in binnenoor in het binnenoor vertoont de basilaire membraan een frequentie afhankelijk trillingspatroon dit patroon wordt door haarcellen gedetecteerd en doorgegeven aan gehoorzenuwvezels

7 FUNCTIE MIDDENOOR middenoor reflex (bescherming tegen lawaai)
impedantie aanpassing (geluid in lucht => geluid in vloeistof) die berust op 2 mechanismen: oppervlak trommelvlies is groter dan de stijgbeugel voetplaat, hierdoor ontstaat drukverhoging hefboomwerkíng van de middenoorbotjes versterkt dit effect nog

8 ANATOMIE COCHLEA de cochlea is een spiraalvormig gewonden buis met 3 windingen, gevuld met vloeistof op dwarsdoorsnede drie compartimenten: scala vestibuli, scala media en scala tympani de stijgbeugel brengt via het ovale venster de drukvariaties over in de scala vestibuli. Als de druk oploopt in de vloeistofcompartimenten buigt het ronde venster, een onderdeel van de scala tympani, uit naar de middenoor ruimte.

9 ANATOMIE COCHLEA op dwarsdoorsnede drie compartimenten:
scala vestibuli scala media scala tympani

10 COCHLEA

11 BASILAIRE MEMBRAAN de basilaire membraan is breed in de top (apex) en smal aan de basale kant

12 STIJFHEID BASILAIRE MEMBRAAN
de stijfheid van basilaire membraan is gekoppeld aan haar breedte en bepaalt de frequentie gevoeligheid

13 MECHANICA VAN DE COCHLEA

14 MECHANICA COCHLEA gemeten aan dode cochlea (von Bekesy)
hoge frequenties bij stapes, aan basale kant lage frequenties apicaal

15 MECHANICA BERUST OP EEN PASSIEF EN EEN ACTIEF MECHANISME
mechanica van de basilaire membraan vertoont bij levend dier veel scherpere filtering er moet dus naast de passieve mechanica ook nog een actief mechanisme zijn Waarop berust het actieve mechanisme?

16 BINNEN EN BUITEN HAARCELLEN
de meeste gehoorzenuw vezels zijn verbonden met binnenhaarcellen: binnenhaarcellen zijn sensorisch buitenhaarcellen blijken motorische functie te hebben

17 BINNEN EN BUITEN HAARCELLEN IN BOVENAANZICHT

18 HAARCELLEN ZIJN GEPOLARISEERD
nietlineair gedrag: eenzijdige gelijkrichter afbuiging ciliën in richting kinocilium geeft depolarisatie afbuiging in tegengestelde richting geeft hyperpolarisatie

19 GELIJKRICHTING IN HAARCELLEN
afbuiging van ciliën in richting kinocilium geeft sterke depolarisatie afbuiging in tegenovergestelde richting geeft zwakke hyperpolarisatie

20 GELIJKRICHTING IN HAARCELLEN
haarcel geeft bij hoge frequenties de individuele perioden niet door (laag doorlaat filter)

21 NEURALE TUNING CURVE meet actiepotentialen van één gehoorzenuw vezel
bepaal voor elke tonale frequentie de drempel waarbij vezel net vuurt gevoeligste frequentie wordt CF genoemd (characteristic frequency) de CF verschilt van vezel to vezel

22 NEURALE TUNING CURVES tuning curves van 6 verschillende gehoorzenuw vezels waarom zijn de CFs zo verschillend?

23 NEURALE TUNING CURVES CF hangt samen met plaats op de cochlea waarmee vezel verbonden is hoge CFs aan de basale kant (rechts in figuur)

24 VERGELIJKING MET AUDIOGRAM

25 NEURALE EN MECHANISCHE TUNING
breedte van de neurale tuning curve weerspiegelt mechanische tuning van de cochlea ter plaatse

26 ROL BUITENHAARCELLEN IN ACTIEF PROCES
alleen passief proces blijft over na verlies van buitenhaarcellen verliest de neurale tuning curve zijn scherpe punt hetzelfde geldt voor de mechanische tuning curve van de cochlea gevolg: hardhorendheid en slechte frequentie resolutie

27 BUITENHAARCELLEN WERKEN ALS MOTOR
In vitro experimenten met geïsoleerde buitenhaarcellen: depolarisatie doet de cel verkorten hyperpolarisatie geeft verlenging

28 BUITENHAARCELLEN VERSTERKEN BEWEGING BASILAIRE MEMBRAAN
verkorten verlengen

29 BUITENHAARCELLEN VERSTERKEN BEWEGING BASILAIRE MEMBRAAN
actief mechanisme van de buitenhaarcellen wordt in gang gezet door de passieve mechanica (lopende golf)

30 PRESTINE EIWIT IN BUITENHAARCELLEN
prestin kleuring controle kleuring beide kleuringen

31 PRESTINE KNOCKOUT MUIS
muizen waarbij prestine gen ontbreekt hebben veel hogere drempels, vooral bij hogere frequenties (actief mechanisme ontbreekt)

32 PRESTINE ALS MOLECULAIRE MOTOR
configuratie prestine eiwit verandert, afhankelijk van membraan potentiaal

33 PRESTINE ALS MOLECULAIRE MOTOR
Fettiplace (2006) Nature reviews neuroscience

34 PRESTINE ALS MOLECULAIRE MOTOR
verkorting bij depolarisatie

35 PROBLEEM MET DEZE THEORIE
haarcellen werken als laagdoorlaat filter (boven 1-a 2 kHz) hoe kunnen ze dan prestine motor activeren bij veel hogere frequenties? nog onopgelost

36 PHASE LOCKING IN GEHOORZENUW
spikes komen bij voorkeur bij bepaalde fase van de toon treedt alleen op bij lage frequenties van belang voor geluidslocalisatie spike komt niet bij elke periode, daarom veel vezels nodig

37 PHASE LOCKING IN GEHOORZENUW
verdwijnen phase lock bij hogere frequenties komt door laag doorlaat filtering binnenhaarcellen

38 SAMENVATTING COCHLEAIRE MECHANISMEN
• middenoor reflex en impedantie aanpassing in middenoor • frequentie analyse basilaire membraan • passief mechanisme • actief mechanisme • sensorische transductie in haarcellen • gelijkrichting • laag-doorlaat filter (beperkt phase locking) • spike codering in gehoorzenuwvezels

39 PARALLELE KANALEN IN CZS
gehoorzenuwvezels projecteren naar 3 cochleaire kernen maken daar contact met groot aantal neuronen met verschillende specialisaties

40 HOGERE CENTRA

41 THE END