Conductantie en Excitatie van Zenuwcellen en Zenuwen. Een elementair Beginsel voor Begrip van de Werking van ons Zenuwstelsel Dr. Ir. Lo J. Bour Afdeling Klinische Neurofysiologie Academisch Medisch Centrum, Universiteit van Amsterdam WND Condferentie 12 december 2009 Noordwijkerhout

OPBOUW 1)Elektriciteit van zenuwen (axonen) en zenuwcellen (neuronen) 2)Vuurpatronen van zenuwcellen 3)Activaties van neuronale netwerken 4)Ingrijpen in afwijkende neuronale netwerken

OPBOUW Elektriciteit van zenuwen (axonen) en zenuwcellen (neuronen)

Zenuwcellen en zenuwen dragen informatie over via elektriciteit Elektrische aktiviteit van de hersenschors gemeten op de hoofdhuid Zenuwlichaam

Zenuwen dragen informatie over via elektriciteit Passieve geleiding langs een zenuw met een elektrisch analogon

Voltage Clamp experimenten met een reuzezenuw van een pijlinktvis Meting van aktieve zenuwgeleiding

Voltage Clamp experimenten met een reuzezenuw van een pijlinktvis Rustpotentiaal aanwezig (~-60 mV) Door ionen-concentratieverschil Extra- en intracellulair

Voltage Clamp experimenten voor Na en K ionen Niet lineaire impedantie verschillend voor Na en K ionen

Conductantie voor Na en K ionen

Hodgkin en Huxley model

n = K aktivatie; m = Na aktivatie; h = Na inactivatie

Vergelijking HH Model (boven) en Experiment (beneden)

Niet lineaire conductantie komt door Voltage Gated Ion Channels

Voltage Gated Ion Channels zijn ‘pores’

Ensemble van Voltage Gated Ion Channels geeft HH gedrag

resting potential activation inactivation resting potential activation inactivation Voortplanting van Depolarisatiegolf over Ongemyeliniseerde Zenuw

Voortplanting van Depolarisatiegolf over Gemyeliniseerde Zenuw

Proteine (neurotransmitter) Gated Ion Channel

Vuurpatronen van zenuwcellen

Burst vuurpatroon van een enkel Neuron

Burst vuurpatroon van meerdere Neuronen

Burst vuurpatroon multi-unit aktiviteit in de subthalamische nucleus bij een Parkinson patient

Coherence Cumulant density Burst vuurpatroon van twee units: intespike interval histogram, correlatie en coherentie

Activaties van neuronale netwerken

Neuronaal Netwerk Q = modulerende input; IN 1,2,3 = inter-neuronen; P 1,2,3,4 = input/output neuronen

Neuronaal Netwerk van de Basale Kernen

met Neurotransmitters

Ingrijpen in afwijkende neuronale netwerken

Diepe Hersen stimulatie van Verstoord Neuronaal Netwerk van de Basale Kernen bij de ziekte van Parkinson

Diepe Hersen stimulatie van Verstoord Neuronaal Netwerk van de Basale Kernen bij de ziekte van Parkinson

Diepe Hersen Stimulatie van de Basale Kernen bij de ziekte van Parkinson

6. Microrecording 7. Anatomy & Physiology combined 4. Target visualization 3. Pre-Op planning 2. MR/ CT scanning 1. Frame mounting 8. DBS implant, Activa 5. Micro drive Procedure van Diepe Hersen Stimulatie (DBS) bij de ziekte van Parkinson

Effect van Diepe Hersen Stimulatie bij de ziekte van Parkinson

Excessieve oscillerende aktiviteit kan met DBS worden onderdrukt

CONCLUSIES 1)axonen en neuronen gebruiken elektriciteit voor informatie overdracht 2)Vuurpatronen tussen neuronen onderling zijn synchroon 3)Oscillaties (elektrische) in neuronale spelen een belangrijke rol 4)Afwijkende oscillerende netwerken kunnen via DBS worden geremd WND Condferentie 12 december 2009 Noordwijkerhout

Excessive synchronous rhythmic activity in Parkinson disease Relation with UPDRS score and DBS stimulation)