Zenuwstelsel / Hersenen

Wat doet het zenuwstelsel? 2 Zenuwstelsel Wat doet het zenuwstelsel? ontvangen doorgeven, sorteren reguleren van informatie Stimulus Sensor Kan informatie van buiten het lichaam zijn (extern) of vanuit het lichaam zelf (intern) Input Verwerken Output Effector Effect

Brengt verbindingen in stand tussen alle sensoren en effectoren 3 Brengt verbindingen in stand tussen alle sensoren en effectoren Sensor, receptor Sensorische input Integratie Effector Motorische output Perifeer zenuw- stelsel (PZS) Centrale zenuw- stelsel (CZS) CZS: hersenen, ruggenmerg; PZS: alles wat buiten het CZS valt, kopzenuwen, zenuwen, ganglia buiten het ruggenmerg hersenen, ruggenmerg

Zenuwstelsel Stimulus, voorbeelden ? Receptor Zenuwstelsel Effector 4 Zenuwstelsel Brengt verbindingen in stand tussen alle sensoren en effectoren Stimulus, voorbeelden ? Externe stimuli: licht, geluid, druk (tast), temp, geur, smaak Interne stimuli: bloeddruk, CO2 niveau in bloed, spierspanning Receptor Zintuigcellen, zintuigen Zenuwstelsel Effector Effect spieren contractie productie klieren

! Zenuwweefsel Celtypen Communicatie neuronen Neuronen 5 Zenuwweefsel Celtypen Neuronen geleiden prikkels, impulsen Gliacellen beschermen, voeden, isoleren v neuronen Communicatie neuronen ! electrische signalen lange afstand impuls chemische signalen korte afstand neurotransmitter

Zenuwweefsel neuron cellichaam dendrieten: ontvangen allen vertakt 6 Zenuwweefsel neuron cellichaam dendrieten: ontvangen allen vertakt axon : geeft signaal door eind vertakt, synaps vaak > dendrieten Dendrieten Stimulus Kern Cel lichaam Axon heuveltje Presynaptische cel Synaptische uiteinden Synaps Postsynaptische cel Neurotransmitter synaps meestal chemische signalen, neurotransmitters: info naar ontvangende cel

Zenuwweefsel Sensibel neuron Integreert signalen (hersenen ganglia) Cel lichaam Dendrieten Axon Portion of axon 80 µm Cell bodies of overlapping neurons schakelneuron Motor neuron Sensibel neuron Motor neuron Integreert signalen (hersenen ganglia) Stuurt signaal naar effector (spier) Ontvangt signaal van receptor

Zenuwweefsel Sensibel neuron schakelneuron interneuron Stuurt signaal 8 Fig. 48-5 Zenuwweefsel Cel lichaam Dendrieten Axon deel van axon 80 µm Cellichamen van overlappende neuronen Motor neuron Sensibel neuron schakelneuron interneuron Motor neuron Stuurt signaal naar effector (spier) Ontvangt signaal van receptor Integreert signalen (hersenen ganglia)

Zenuwweefsel Sensibel neuron schakelneuron interneuron motorneuron Fig. 48-5 Zenuwweefsel Cel lichaam Dendrieten Axon deel van axon 80 µm Cellichamen van overlappende neuronen Motor neuron Sensibel neuron schakelneuron interneuron Motor neuron motorneuron Stuurt signaal naar effector (spier, klier) Ontvangt signaal van receptor Integreert signalen (hersenen ganglia)

Communicatie neuronen lange afstand lange afstand: electrische signalen actiepotentiaal, impuls Axon Plasma membraan Actie potentiaal Na+ Cytosol

Glia-cellen; cel van Schwann Communicatie neuronen lange afstand Glia-cellen; cel van Schwann Myeline schede Schwann cell Knopen van Ranvier cel van Kern van cel van Schwann Knoop van Ranvier Myeline lagen Axon Cel van Schwann Axon ziet er wit uit (door vet)

Depolarisatie - - + + + + + + + + - - - - - - - trigger Sterke depolariserende stimulus +50 impuls =actiepotentiaal alles of niets Actie potentiaal Depolarisatie membraanpotentiaal wordt minder negatief Membrane potential (mV) + + + + + + + - - - - - - - + Na+ - - –50 Drempelwaarde Rust potentiaal –100 1 2 3 4 5 6 Tijd (msec) trigger

Communicatie neuronen chemische signalen: korte afstand synaps: chemisch (meestal):neurotransmitters, of electrisch (soms) verandering membraan-potentiaal (V binnen – V buiten) 5 Na+ K+ Synaptische blaasjes met neurotransmitter Presynaptisch membraan Voltage-gated Ca2+ channel Postsynaptisch membraan Voltage gated Ca2+ kanalen reageren op verandering membraanpotentiaal; wanneer deze verandering de drempelwaarde overschrijdt, zullen de Ca2+ kanalen open gaan, waardoor het Ca2+ naar binnen komt en de afgifte van neurotransmitters stimuleert. De neurotransmitter is het ligand voor de ligand gated kanaaltjes in het postsynaptische membraan. Om te kunnen reageren op het ligand, dient dit ligand te binden aan dit kanaaltje. Het kanaaltje is dus tevens een receptor! Afhankelijk van het type neurotransmitter en afhankelijk van het type receptor voor die neurotransmitter, zal het binden van deze neurotransmitter aan de receptor leiden tot een depolarisatie van de membraanpotentiaal (stimulatie van de postsynapscel) of tot een hyperpolarisatie van de membraanpotentiaal (remmen van de postsynapscel). 1 Ca2+ 4 2 6 Synaps spleet 3 Ligand-gated ion channels

Synaps Postsynaptische potentiaal Exciterend neuron 14 Communicatie neuronen korte afstand Synaps electrisch signaal → chemisch signaal (neurotransmitter) Binding neurotransmitter aan postsynaptische ligand gated kanaal: Ligand gated kanalen open: Postsynaptische potentiaal Exciterend neuron stimuleert postsynaptische cel (+); depolarisatie (bv influx Na+) Inhiberend neuron remt postsynaptische cel (-); hyperpolarisatie (bv influx Cl-) een neuron kan verbinding hebben met meerdere andere neuronen

meerdere synapseinden op één neuron ! Synaps Communicatie neuronen korte afstand meerdere synapseinden op één neuron ! Synaps Synaptisch einde van pre- synaptische neuronen Postsynaptisch neuron 5 µm uiteindelijke membraanpotentiaal hangt af van het totaal aan synapssignalen

Communicatie neuronen korte afstand + - -

Axon-heuvel (Axon hillock) 17 Communicatie neuronen korte afstand uiteindelijke membraanpotentiaal hangt af van het totaal aan synapssignalen Axon-heuvel (Axon hillock) eind van presynaptisch neuron E1 E1 E1 E1 E2 E2 E2 E2 Postsynaptisch neuron Axon heuvel I I I I Drempelwaarde axon v postsynaptisch neuron Action potential Action potential Membraane potentiaal (mV) Rust potentiaal –70 E1 E1 E1 E1 E1 + E2 E1 I E1 + I (a) Blijft onder drempelwaarde (b) E1 en E2 zo snel achter elkaar dat ze gedeeltelijk optellen: boven drempelwaarde (c) E1 en E2 komen samen boven de drempelwaarde (d) Spatial summation of EPSP and IPSP E1 en E2: stimulerende neuronen: depolarisatie, stimuleert postsyn. potentiaal I is een remmend neuron: hyperpolarisatie, remt postsynaptische potentiaal

hoogte afhankelijk van hoeveelheid neurotransmitter 18 Communicatie neuronen korte afstand Synapspotentiaal varieert, is gradueel hoogte afhankelijk van hoeveelheid neurotransmitter afstand tot synaps Axon heuvel (hillock) plaats waar de membraanpotentiaal de opgetelde effecten van de synapspotentialen vertegenwoordigt Actiepotentiaal alles of niets

Fig. 49-19 N1 N1 N2 N2 Versterken of verzwakken van synapsen als reactie op activiteit (“use it or lose it’) (b) De sterkte van de postsynaptische respons kan toenemen bij twee synapsen als deze twee vaak tegelijkertijd worden geactiveerd.

Fig. 49-19 N1 N1 N2 N2 Versterken of verzwakken van synapsen als reactie op activiteit (“use it or lose it’) (b) De sterkte van de postsynaptische respons kan toenemen bij twee synapsen als deze twee vaak tegelijkertijd worden geactiveerd.

1) aanleg overall structuur zenuwstelsel Communicatie neuronen korte afstand Embryo 1) aanleg overall structuur zenuwstelsel 2) Neuron- en synaps- eliminatie Na geboorte: Neurale plasticiteit in staat tot her-modelleren als reactie op activiteit toevoegen, versterken, of verliezen van synapsverbindingen vgl snelwegen Staat aan de basis van geheugen en leren

interactie neurotransmitter en z’n receptor Communicatie neuronen korte afstand interactie neurotransmitter en z’n receptor direct (ionkanaal) óf activatie signaaltransductiepad verwijdering van deze neurotransmitter Neurotransmitters vele soorten elk met verschillende receptoren bijvoorbeeld dopamine, adrenaline, acetylcholine epinephrine Neurotransmitters blijven niet in de synapsspleet; na verloop van tijd worden ze afgebroken door speciale enzymen, of worden ze opgenomen door gliacellen (waar ze weer als energiebron gebruikt worden), of ze worden heropgenomen door het neuron dat ze afgegeven heeft. acetylcholine stimulerende neurotransmitter spiercellen (muv hart) wordt afgebroken door acetylcholinesterase botulisme, bacterie produceert toxine: remt afgifte van acetylcholine drugs Medicijnen; vaak gericht tegen type receptor

verminderen de activiteit van het remmende neuron. Fig. 49-22 Nicotine stimuleert dopamine- releasing VTA neuron. Opium en heroine verminderen de activiteit van het remmende neuron. Cocaine en amphetamines blokkeren de verwijdering van dopamine. Cerebraal neuron van beloning pathway Beloning systeem respons synapsen en verslaving http://www.teachers.tv/video/31471 vanaf 28:20

synaps effect gespecialiseerde plaats van communicatie tussen Communicatie neuronen korte afstand synaps gespecialiseerde plaats van communicatie tussen twee neuronen een neuron en een effector een sensorische cel en een neuron effect snel remmend of stimulerend effect op postsynaptische cel wijziging membraanpotentiaal wijziging metabolisme cel veel gebruiken: sterker / niet gebruiken: zwakker staat aan de basis van ontwikkeling van leren en geheugen

Reflex Het sensorisch neuron communiceert met 25 Reflex Het sensorisch neuron communiceert met het motorneuron dat vervolgens de spier aanstuurt Sensorisch neuron Cellichaam van het sensorisch neuron in de dorsale hoofdganglion Grijze materie Sensorisch neuron van De spier communiceert ook met een schakelneuron in het ruggemerg Witte materie Ruggemerg (dwarsdoorsnede) Sensorische neuron Motor neuron Schakelneuron

Centraal zenuwstelsel (CZS) Perifeer zenuwstelsel (PNS) Hersenen Ruggemerg Kopzenuwen Ruggenmergszenuwen Zenuwvezels en Ganglia buiten het CNS zenuwen = bundels axonen; ganglia = groepjes perikarya; afferent en efferent

Centraal Zenuwstelsel uit holle dorsale neurale buis (embryologie) “Grijze massa” Grijze stof cellichamen neuronen dendrieten, synapsen ongemyeliniseerde axonen Witte stof Ventrikels Grijze stof Cerebrospinale vloeistof Witte stof bundels gemyeliniseerde axonen

Perifere zenuwstelsel Perifeer ZS Somatisch Autonoom Sympatisch Parasympatisch Enterisch skeletspieren vnl respons op externe stimuli vaak o.i.v wil uitz: reflexen processen interne omgeving onvrijwillig activatie bij activiteit activatie bij rust Perifere zenuwstelsel wordt ook door sympatisch en parasympatisch zs gereguleerd

Perifere zenuwstelsel Perifeer ZS Somatisch Autonoom Sympatisch Parasympatisch Enterisch skeletspieren vnl respons op externe stimuli vaak o.i.v wil uitz: reflexen processen interne omgeving onvrijwillig activatie bij activiteit activatie bij rust Perifere zenuwstelsel wordt ook door sympatisch en parasympatisch zs gereguleerd

Perifere zenuwstelsel efferente neuronen afferente neuronen somatisch systeem vnl respons op externe stimuli brengt signalen naar en van skeletspieren vaak oiv wil echter ook: hersenstam en ruggemerg (reflexen) !!!!! autonome systeem stuurt processen interne omgeving aan gladde spieren, spijsverteringsorganen, cardiovasculaire-, excretie-, endocriene systemen meestal onvrijwillig

Perifere zenuwstelsel efferente neuronen afferente neuronen autonome systeem stuurt processen interne omgeving aan gladde spieren, spijsverteringsorganen, cardiovasculaire-, exretie-, endocriene systemen meestal onvrijwillig parasympatisch sympatisch activatie bij rust (“rest and digest”) activatie bij activiteit (“fight or flight”) fig 48.22 Voorbeelden!

Zenuwweefsel Integratie, verwerken informatie ? sorteren van een complexe verzameling van neuronpaden en verbindingen: interneuronen ! Verwerken informatie hersenen organisatie van een groep neuronen ganglion eenvoudigere clustering cellichamen ‘Kanalisatie’ informatie zenuw bundel van axonen De meest simpele verbinding is een sensorisch neuron direct aan een motorneuron. Via interneuronen: meerdere neuronen met elkaar verbonden. Zeer complexe communicatie mogelijk! ganglion = zenuwknoop

Het Brein Veel details; embryonale ontwikkeling niet leren ! Denk b.v. aan ontwikkeling kinderen leervermogen, emoties, maken van beslissingen

Het Brein hersenschors Grote hersenen Thalamus Hypothalamus Hypofyse (cerebral cortex) Middenhersenen Pons Verlengde merg (Medulla oblongata) Kleine hersenen (Cerebellum) Ruggen-merg (Cerebrum) Hersenstam = middenhersenen, pons, verlengde merg

Grote hersenen (Cerebrum) Thalamus Hypothalamus Hypofyse hersenschors (cerebral cortex) Middenhersenen Pons Medulla oblongata Kleine hersenen Rugge-merg (Cerebrum) Grote hersenen twee helften elk met grijze stof in schors (neocortex) en witte stof met basale kernen belangrijk bij plannen en bij leren van bewegingen

corpus callosum: dikke band v axonen, communicatie L&R Hersenschors Grote hersenen Cerebrum 2 helften (hemisferen) corpus callosum: dikke band v axonen, communicatie L&R cortex perceptie, vrijwillige bewegingen, leren, plannen zeer groot bij mens (80% v totale hersenmassa) grote ontwikkeling doorgemaakt tijdens evolutie per hemisfeer te verdelen in 4 kwabben (frontale, temporale, occipitale en parietale kwab)

Het Brein Hersenschors Motor cortex sensorisch associatie gebied Fig. 49-15 Het Brein Hersenschors Frontale kwab Parietale kwab Motor cortex sensorische cortex sensorisch associatie gebied Spraak Frontale associatie gebied Smaak Lezen Spraak Gehoor Visueel associatie gebied Reuk Auditory association area Visie Temporale kwab Occipitale kwab

ontvangen en verwerken sensorische info Hersenschors cortex / hersenschors sensorische gebieden ontvangen en verwerken sensorische info associatie gebieden integreren info van diverse delen van het brein toegenomen tijdens zoogdier-evolutie motorische gebieden sturen informatie naar de juiste spieren of klieren

Het Brein via sensorische info via thalamus sensorische gebieden Hersenschors Het Brein sensorische info via thalamus sensorische gebieden associatie gebieden perceptie en geheugen frontale associatie gebied emoties, plannen van acties & bewegingen spiercellen ruggen- merg via hersenstam motorische gebieden motor neuronen “motorcommando’s”

Het Brein Hersenschors Motor cortex sensorisch associatie gebied Fig. 49-15 Het Brein Hersenschors Frontale kwab Parietale kwab Motor cortex sensorische cortex sensorisch associatie gebied Spraak Frontale associatie gebied Smaak Lezen Spraak Gehoor Visueel associatie gebied Reuk Auditory association area Visie Temporale kwab Occipitale kwab

Het Brein ordening per lich deel Primaire somato-sensorische cortex Hersenschors Het Brein ordening per lich deel Frontal lobe Parietal lobe Shoulder Upper arm Elbow Trunk Knee Head Trunk Forearm Hip Neck Hip Leg Wrist Elbow Forearm Hand Hand Fingers Fingers Thumb Thumb Eye Neck Nose Brow Face Eye Lips Ordening per lichaamsdeel. Niet proportioneel met de grootte van het lichaamsdeel, maar met de complexiteit van de bewegingen die het lichaamsdeel kan maken (Gezicht; vele gezichtsspieren, subtiele en verfijnde bewegingen die grote coordinatie vergen) Genitals Toes Face Teeth Gums Jaw Lips Jaw Tongue Tongue Pharynx Primaire somato-sensorische cortex Abdominal organs Primaire motor cortex

Het Brein linker helft twee gebieden Generating words Max woorden Hersenschors Het Brein linker helft twee gebieden Generating words Max woorden spreken horen Seeing Min Broca’s gebied Wernicke’s gebied

Het Brein Spraak en taal Hersenschors Het Brein Spraak en taal Alleen linker helft, twee belangrijke gebieden Gebied 1 (voorkant primaire motorschors) actief tijdens generatie van spraak gezichtsspieren defect: niet kunnen praten, wel begrijpen wat gezegd Gebied 2 (posterior deel linker temporale lob) Horen, begrijpen, praten over, denken over: allemaal neurale circuits buiten die van die gebieden die direct betrokken zijn bij spraak. Die echter wel een belangrijke rol spelen in het ‘verbale gedrag’. Rechter hersenhelft betrokken bij het herkennen en het uitdrukken van emotie en de toon van de stem en bij het ritme en de spanningen van de spraak. actief bij luisteren, begrijpen wat gezegd wordt defect: wel praten, niet begrijpen wat gezegd wordt Koppeling schades aan hersengebieden en gedrag

Het Brein Lateralisatie Hersenschors Het Brein Lateralisatie linker en rechter hemisfeer niet identiek qua functies bv. spraak linker helft Linker helft Analyse van informatie, Wiskunde, logische handelingen, volgordes Rechter helft Synthese: schetsen, kaartlezen, niet verbale gedachten, herkennen patronen, gezichten linker helft ziet details (bomen) rechterhelft ziet het groter geheel (bos)

Het Brein filmpje!!! (3, ca 4’) Emoties Hersenschors Het Brein filmpje!!! (3, ca 4’) Emoties bij vormen en ervaren emoties veel gebieden betrokken Thalamus Hypothalamus Prefrontal cortex Olfactory bulb Amygdala Hippocampus bv Limbisch systeem rond hersenstam combinaties van functies: emotie, motivatie, reuk, gedrag, geheugen Amygdala emotioneel geheugen Prefrontale cortex beslissingen, emotionele ervaringen, temperament

Het Brein adolescent belangrijke veranderingen in hersenen Hersenschors Het Brein adolescent belangrijke veranderingen in hersenen de prefrontale lobben ondergaan een zeer grote, belangrijke maturatie-stap vormgeven aan gedrag, personaliteit, zelfbewustzijn identiteit prefrontale cortex coordineert vele andere regio’s neuronen maken verbindingen met andere welke verbindingen in stand blijven en welke verdwijnen afhankelijk van de activiteit van de adolescent “use it or lose it”

Het Brein Geheugen en leren Cerebrale cortex korte termijn geheugen Hersenschors Het Brein Geheugen en leren Cerebrale cortex korte termijn geheugen toegankelijk via tijdelijke verbindingen in hippocampus lange termijn geheugen verbindingen in hippocampus aangemaakt, maar door cortex meer permanent gemaakt

Bouw, creativiteit, onbewust leren http://www.teachers.tv/video/19827 15 min bouw, creativity, unconscious learning

bijsturen / fijne motoriek! Kleine hersenen Grote hersenen Thalamus Hypothalamus Hypofyse hersenschors (cerebral cortex) Middenhersenen Pons Medulla oblongata Kleine hersenen (cerebellum) Rugge-merg (Cerebrum) Kleine hersenen Cerebellum helpt coördinatie motor-, perceptie- en cognitieve functies betrokken bij leren en onthouden bewegingsbekwaamheden bijsturen / fijne motoriek! bv oog-hand coordinatie

hersenstam; evolutionair ‘oud’ Grote hersenen Thalamus Hypothalamus Hypofyse hersenschors (cerebral cortex) Middenhersenen Pons Medulla oblongata Kleine hersenen (cerebellum) Rugge-merg (Cerebrum) middenhersenen pons medulla (oblongata) aandacht, waakzaamheid, eetlust, motivatie in medulla: axonen kruisen v links naar rechts Middenhersenen ‘steunzender’ info tussen PZS en hoger brein Pons regelt bijvoorbeeld het ademhalingscentrum in de medulla Medulla controle automatische, homeostatische functies bv ademh., hart en bloedvatactiviteiten, slikken, braken, vertering Pons Reticulaire formatie netwerk v neuronen dat slaap en ‘arousal’ regelt

Het Brein chiasma opticum thalamus hypothalamus epifyse Grote hersenen Thalamus Hypothalamus Hypofyse hersenschors (cerebral cortex) Middenhersenen Pons Medulla oblongata Kleine hersenen (cerebellum) Rugge-merg (Cerebrum) chiasma opticum kruising oogzenuwen thalamus stuurt sensorische en motorische info van en naar cerebrum hypothalamus regelt homeostase (thermostaat) ‘pacemaker’ voor circadiane ritmes (suprachiasmatische kern) regelt basale overlevingsgedragingen (honger, dorst) sexueel-, paringsgedrag, fight- or flight respons, plezier epifyse melatonine (uit serotonine, uit tryptofaan –oa in melk): belangrijke rol bij slapen/waken, seizoensritmes

(Middenhersenen) (Middenhersenen) bevat centra voor ontvangen en integratie diverse typen sensorische informatie stuurt sensorische info naar specifieke regio’s van de voorhersenen (onderdeel van de grote hersenen) zoogdieren: zicht wordt geïntegreerd in grote hersenen zoogdieren: coördinatie visuele reflexen

Leuke, leerzame internetsites Histologie zenuwweefsel http://www.mhhe.com/biosci/ap/histology_mh/tismodov.html#overview http://www.kennislink.nl/publicaties/optische-illusies-hoe-je-brein-je-voor-de-gek-houdt Het Brein http://www.teachers.tv/video/13838 4 min bouw hersenschors http://www.teachers.tv/video/19827 15 min bouw, creativity, unconscious learning http://www.teachers.tv/video/19829 13 min sensitieve perioden, plasticiteit, omgeving http://dsc.discovery.com/videos/understanding-the-brain-genius.html 3 min http://www.pbs.org/wgbh/nova/sciencenow/3410/01.html slaap; ca 13 min http://www.teachers.tv/video/31471 55 min; vanaf 28 min over verslaving