HC24: Anatomie Visus en Cognitie

Algemene informatie

• Welke onderwerpen worden behandeld in het hoorcollege?
  • In dit college wordt de anatomie en werking van de visus besproken
• Welke onderwerpen worden besproken die niet worden behandeld in de literatuur?
  • Alle onderwerpen in dit college worden ook behandeld in de literatuur
• Welke recente ontwikkelingen in het vakgebied worden besproken?
  • Er zijn geen recente ontwikkelingen besproken
• Welke opmerkingen worden er tijdens het college gedaan door de docent met betrekking tot het tentamen?
  • Er zijn geen opmerkingen over het tentamen gemaakt
• Welke vragen worden behandeld die gesteld kunnen worden op het tentamen?
  • Er zijn geen mogelijke vragen behandeld

Componenten

Het visuele systeem bestaat uit 2 componenten:

• Optische component
  • Is vergelijkbaar met een camera
    • Een oog (en camera) heeft een lens die focust
    • De iris regelt de hoeveelheid licht die er doorheen gaat
• Neurale component
  • Thalamus
    • Corpus geniculatum laterale
      • Hier synapteert het visuele systeem naar de primaire visuele cortex
  • Cerebrum
    • Primaire visuele cortex
      • Rond de sulcus calcarinus
  • Hersenstam
    • Colliculi superior/pretectum
      • Visueel verwerkingscentrum
      • Oogmotoriek → stuurt de nucleus oculomotorius over
    • Nucleus oculomotorius: oogbewegingen
    • Nucleus vestibularis: stand hoofd

Optische componenten kunnen neuraal geregeld zijn. Het oog is een uitstulping van de hersenen. Doordat het oog nauw samenwerkt met het zenuwstelsel, werkt het heel goed.

Omgeving van het oog

Zenuwen:

70% van de vezels die naar het brein gaan zijn sensorische vezels die iets met het oog te maken hebben. Er zijn dus verschillende craniale zenuwen betrokken bij het oog:

• Nervus opticus
• Nervus oculomotorius
• Nervus trochlearis
• Nervus abducens
• Nervus vagus
• Nervus hypoglossus

Orbita:

De ogen zitten in de orbita (oogkas). Deze bestaat uit 6 verschillende soorten botten. Er zijn 2 toegangen naar de orbita:

• Fissura orbita superior: geeft geen toegang tot de schedelholte, maar loopt naar beneden
  • Nervus oculomotorius
  • Nervus trochlearis
  • Nervus ophtalmicus
  • Nervus abducens
  • Vena ophtalmicus
• Canalis opticus
  • Nervus opticus
  • Arteria ophtalmica

Lagen:

Vanaf de huid naar de ogen liggen verschillende lagen:

1. Musculus orbicularis oculi
   • Rondom het oog
   • Geïnnerveerd door de nervus facialis
   • Dichtknijpen van het oog
2. Septum orbitalis
   • Bindweefsel
   • Bevat de glandula lacrimale: de traanklier
3. Corpus adiposum
   • Vetweefsel → beschermt het oog
4. Tarsus
   • Bindweefsel
   • 2 kwartsegmenten van een voetbal verbonden door het ligamentum media lateralis
5. Musculus levator palpebrae superioris
   • Zit aan de tarsus vast
   • Ooglidheffer
   • Bestaat uit 2 delen
     • Dwarsgestreept deel
       • Geïnnerveerd door de nervus oculomotorius
     • Glad deel: musculus tarsus superior
       • Geïnnerveerd door het sympathische zenuwstelsel
       • "Flight, fight or fright" response → de ogen gaan verder open

In de musculus tarsalis superior is er altijd wat sympathische stimulus → de sympathicus is altijd bezig met het heffen van het ooglid. Als er laesie in de sympathicus optreedt ontstaat er ptosis. Dit kan gebeuren bij het Horner syndroom. Tekenen van het Horner syndroom zijn:

• Miosis
• Ptosis
• Andhydrosis

Conjunctiva:

Het oog is van ectodermale oorsprong en is eigenlijk een soort uitstulping van het brein. Over het oog heen zit een soort vel → de conjunctiva:

• Vol met hele dunne capillairen
  • Bij inflammatie wordt de conjunctiva rood → capillairen zijn dan zichtbaar
• Onderdeel van de huid → sensibele innervatie van de nervus trigeminus

Musculatuur

Rondom het oog liggen vele spieren:

• Musculus rectus superior
  • Aanhechting voor en links van de verticale as
  • Trekt het oog naar achteren/boven en naar mediaal
• Musculus obliquus inferior
  • Trekt het oog naar boven en lateraal
• Musculus obliquus superior
  • Trekt het oog naar beneden en lateraal
• Musculus rectus inferior
  • Trekt het oog naar beneden en mediaal
• Musculus rectus lateralis
  • Trekt het oog naar lateraal
• Musculus rectus medialis
  • Trekt het oog naar mediaal

Testen:

Een neuroloog heeft speciale testen om te onderzoeken of een bepaalde spier of zenuw nog functioneert. Bij een test wordt altijd gevraag het tegenovergestelde te doen van wat de spier doet. Zo kan de musculus obliquus inferior getest worden door eerst helemaal naar mediaal en vervolgens naar boven te kijken.

Zenuwen:

De oogspieren worden geïnnerveerd door 3 hersenzenuwen:

• Nervus oculomotorius
  • Bijna alle oogspieren
  • Musculus ciliaris: autonome component voor het scherpstellen van het oog
  • Musculus sfincter pupillae: voor miosis
  • Ipsilaterale innervatie
• Nervus trochlearis
  • Musculus obliquus superior
  • Contralaterale innervatie
• Nervus abducens
  • Musculus rectus lateralis
  • Ipsilaterale innervatie

Opbouw

Het oog bestaat uit 2 denkbeeldige bollen waarvan de kleine tegen de grote aan is geplakt:

• De voorste kleine bol is van buiten beschermd door de cornea
• De binnenste grote bol is van buiten beschermd door de sclera

Oogwand:

De oogwand bestaat uit 3 lagen:

• Sclera
  • Heel stevig → als de schedel kapot is blijft het oog intact
  • Vormt de buitenste laag van het oog
• Vaatvlies/choroïdea
  • Veel doorbloeding → voedt de retina
• Retina
  • Bestaat uit neuronen
  • Alleen aanwezig op de plek waar de lichtbundel valt → alleen hier is hij nuttig
  • Ora serrata/gerafelde rand: ligt verder naar voren in de oogbol
    • Bevat geen neuronen

Lens:

De lens is met een soort touwtjes opgehangen aan de oogspieren die kunnen ontspannen en aanspannen → de bollingen van de lens zijn controleerbaar:

• Hoe boller de lens, hoe meer breking → er kan dichterbij scherpgestelt worden

In de lens worden links en rechts en onder en boven omgedraaid.

Oogvocht:

Het oog zelf is gevuld met glasachtig lichaam. Voor de lens zit oogvocht:

• Wordt gemaakt bij het corpus ciliare
• Circuleert van de achterste oogkamer, door de iris en naar de voorste oogkamer
• Kanaal van Schlemm: neemt het oogvocht weer op en voert het af
  • Gelegen op de overgang van de cornea naar de sclera

Blinde en gele vlek:

In de retina zijn 2 vlekken aanwezig:

• Blinde vlek: de retina sluit aan op de nervus opticus → op de plek waar de nervus opticus binnenkomt kan men niks zien
  • Hier komt de arteria centralis renalis binnen → niet zichtbaar, maar ligt wel voor de lichtgevoelige plek
• Gele vlek: een deukje in de retina: de fovea

Oogassen

In het oog zijn 2 assen aanwezig:

• Optische as: recht door het oog naar achteren
  • De optische assen van 2 ogen convergeren
  • De voorachterwaartse as
• Visuele as: lijn vanuit de lens naar de macula lutea (gele vlek)
  • De lichaams-as
  • De gele vlek is de plek waar het zicht het beste is → de fovea (een deukje)
  • Geeft weer wat de ogen van de buitenwereld zien
  • Elk oog heeft zijn eigen visuele veld → links en rechts verschillen een beetje

Stereoscopische visie:

De visuele assen van beide ogen convergeren een beetje → gaan allebei naar het midden toe. Beide ogen zien dus voor een gedeelte hetzelfde → er is binoculaire visie. In de hersenen zorgt dit voor convergentie van beelden → iemand kan in de diepte zien en weet hoe ver weg dingen zijn:

• Centrale zien: de convergentie wordt zo gemaakt, dat de velden van de fovea elkaar overlappen
  • Hier is het zicht het beste
• Binoculaire zien: het gedeelte van het gezichtsveld dat beide ogen zien
• Monoculaire zien: de stukjes die alleen het rechteroog of het linkeroog zien

Lichtreceptoren:

Er zijn 2 soorten lichtreceptoren in het oog:

• Staafjes
  • Heel gevoelig
  • Alleen zwart/wit
  • Convergentie: meerdere staafjes samen geven hun informatie af aan één ganglioncel → het beeld wat ze genereren is niet precies
  • Niet aanwezig bij de blinde vlek
  • Voornamelijk aanwezig in de periferie en niet in de fovea of macula
• Kegeltjes
  • Niet heel gevoelig
  • Kleurgevoelig: zien blauw, groen en rood
  • 1 op 1 verhouding met ganglioncellen → nauwkeurig beeld
  • Centraal aanwezig bij de gele vlek
    • Heeft een beeldhoek van maar 3°→ iedereen ziet maar 3°scherp, het overige gedeelte wordt erbij bedacht
  • Hoge scherpte

Perifeer en centraal zien:

Alleen het centrale zien is dus in kleur en scherp, het perifere zien is onscherp en zwart/wit. Het perifere zien maakt een globaal beeld, het centrale zien (de fovea) focust op de interessante dingen. Dit gebeurt op basis van de perifere informatie.

Oogbewegingen

Oogbewegingen zijn te verdelen in 2 categorieën:

• Geconjugeerde oogbewegingen/version movements: beide ogen maken dezelfde bewegingen
  • Gaze stabilization movements
    • Vestibulo-oculaire reflex: als het hoofd draait, draaien de ogen de andere kant op
    • Optokinetische reflex: de ogen volgen een voorbijtrekkend beeld, gevolgd door een snelle beweging terug
  • Saccaden: beide ogen richten zich op dezelfde plaats
    • Kan reflexmatig of vrijwillig zijn
    • Tijdens een saccade (het moment dat het oog beweegt) is er geen visuele waarneming
    • Te snel voor iemand om te zien
    • Het perifere blikveld is belangrijk
  • Smooth persuit movements: vloeiend de beweging van een object volgen
• Ongeconjugeerde oogbewegingen/vergence movements: de ogen maken tegenovergestelde bewegingen
  • Als een object dichterbij of verder weg komt
    • Bijv. de beweging van een vinger naar de neus

Pathway:

Een saccade wordt als volgt aangestuurd:

1. Visuele cortex
2. Posterior pariëtale cortex
   • Hierin zitten "kaarten" van de wereld
3. Frontale oogveld/motorcortex van de ogen
4. Colliculus superior
   • De centrale patroon generator
   • Bevat voor alle bewegingen een kant-en-klare oogbeweging
5. Hersenstam
6. Nucleus oculomotorius

Retina

De retina bestaat uit een pigmentlaag die eindigt in een zwarte laag. Hier liggen lichtreceptoren: staafjes en kegeltjes. De retina heeft een specifieke opbouw:

1. Dunne pigmentlaag
   • Zorgt ervoor dat het licht niet kan weerkaatsen
2. Receptoren (staafjes/kegeltjes)
   • Hiertussen zit een laag cellen die convergentie, divergetie en laterale inhibitie mogelijk maakt
3. Bipolair neuron (1e relay neuron)
   • Hiertussen zit een laag cellen die convergentie, divergetie en laterale inhibitie mogelijk maakt
4. Ganglionair neuron (2e relay neuron)
5. Nervus opticus

De staafjes en kegeltjes kijken dus weg van het licht. Dit omdat het licht dat bij de staafjes en kegeltjes komt door een netwerk van draden heen waardoor de nauwkeurigheid wordt vergroot → alleen het licht dat recht naar binnen valt kan de staafjes en kegeltjes bereiken. Er bevinden zich ook gliacellen in de retina die ervoor zorgen dat het licht alleen maar recht vooruit de retina in komt.

Receptieve veld:

Lichtprikkels worden in het receptieve veld als volgt verwerkt:

1. Receptor
2. Bipolaire neuron (1e relay neuron)
3. Ganglionair neuron (2e relay neuron)
4. Thalamische neuron (3e relay neuron)

De receptieve velden van het oog zijn heel complex:

• Worden door convergentie, divergentie en laterale inhibitie steeds complexer
• In de ganglioncellen zijn de binnen- en buitenkant gevoelig voor een andere kleur licht
  • Een deel van de verwerking van signalen vindt dus al in het oog zelf plaats
• Cellen worden door verschillende prikkels geëxciteerd of geïnhibeerd
  • De ene bipolaire cel wordt geëxciteerd als er licht valt op het centrum, maar geïnhibeerd als er licht valt in de periferie, de andere bipolaire cel weer omgekeerd
  • Er zijn ganglioncellen die geëxciteerd worden door rood licht centraal en geïnhibeerd worden door groen licht in de periferie en andersom → er zijn cellen voor alle verschillende mogelijkheden
  • Sommige ganglioncellen zijn gevoelig voor geel en blauw licht → dit is merkwaardig omdat er geen gele kegeltjes zijn
    • Convergentie, divergentie en laterale inhibitie zorgt ervoor dat er in de ganglioncellen een extra kleur waargenomen kan worden

Chiasma opticum:

Van elk oog kruist een deel van de informatie en blijft een deel aan dezelfde kant:

• De axonen van de nasale retina kruisen in het chiasma opticum
  • Vanuit hier gaan ze naar de contralaterale cortex
• De axonen van de temporale retina blijven aan dezelfde kant

In de tractus opticus zit dus informatie van of beide linker gezichtsvelden of beide rechter gezichtsvelden, in de nervus opticus zit de informatie van het linkeroog of van het rechteroog. De retinotopie wordt dus iets anders. Vanaf de tractus opticus gaat het signaal naar de corpus geniculatum laterale.

Hypofyse adenoom:

Het centrale deel van het chiasma opticum wordt gevoed door bloedvaten die van onderen komen. Bij een hypofyse adenoom gebeurt het volgende:

1. De tumor duwt het chiasma omhoog
2. De bloedvaten worden uitgerekt → er gaat niet voldoende bloed naar het middelste deel van het chiasma
3. De nasale retina valt weg → het perifere blikveld en de diepte perceptie raakt verloren
   • Van beide ogen is er maar een half gezichtsveld
   • Mensen lopen continu tegen dingen aan en komen vaak met pijn in de schouder bij de arts

Aan de zijkanten van het chiasma gebeurt niks met de perfusie omdat het bloed daar van boven komt.

Retinale projecties:

Visuele stimuli kunnen vanuit de retina naar 3 verschillende plaatsen gaan:

• Nucleus suprachiasmaticus
  • Slechts enkele vezels
  • Bevat het dag-nacht ritme
    • Heeft visuele informatie nodig om zijn eigen ritme aan te passen aan het werkelijke dag-nachtritme → er zijn een speciaal soort lichtgevoelige ganglioncellen die zolang het licht is een signaal afgeven
• Colliculus superior en pretectum
  • 10% van de vezels
  • Colliculus superior
    • Bevat een kaart van de wereld voor de coördinatie van oogbewegingen
      • Saccadische bewegingen
      • Stimulus georiënteerde bewegingen
    • Hoofdbeweging en oogbeweging
  • Pretectum
    • Kan de diameter van de pupil aanpassen
    • Kan de lens accomoderen
• Corpus geniculatum laterale
  • 90% van de vezels
  • Gelaagde structuur
  • Axonen van de ganglioncellen van de retina komen hier terecht
    • Deze bevatten informatie van deels het linker- en deels het rechteroog
    • Informatie uit beide ogen wordt nog niet gecombineerd
  • Bestaat uit 3 lagen
    • Magnocellulair
    • Parvocellulair
    • Koniocellulair

Oogreflexen

Vestibulo-oculair reflex:

Dankzij het vestibulo-oculaire reflex kunnen de ogen gefixeerd op een punt blijven als het hoofd draait. Zo draaien beide ogen naar rechts als het hoofd naar links draait:

• Rechteroog
  • De musculus rectus lateralis dextra contraheert
  • De musculus rectus medialis dexrta ontspant
• Linkeroog
  • De musculus rectus medialis sinistra contraheert
  • De musculus rectus lateralis sinistra ontspant

Het vestibulo-oculaire reflex gaat uit van een horizontale wereld, maar er bestaan vergelijkbare systemen voor verticale en schuine bewegingen → andere oogspieren hebben dubbele functies:

• Elevatie of depressie en intorsie of extorsie

Het "horizontal gaze center" van het brein bestaat uit de nucleus abducens het circuit dat hieruit voorkomt. Dit centrum wordt ook beïnvloedt door bijv. het vestibulaire apparaat en de pontine reticulaire formatie.

Nystagmus:

Als een voorwerp met steeds grotere snelheid naar opzij (bijv. naar links) gaat, zal het oog dus compenserende bewegingen naar rechts maken. Echter kunnen de ogen op een gegeven moment niet verder naar rechts → ze bewegen abrupt terug naar de horizontale positie: saccade. Er is dan een nystagmus naar links opgetreden:

• Meestal bestaat een nystagmus uit een snelle en langzame component → de nystagmus is vernoemd naar de langzame component
• Als er een constante snelheid is bereikt, houden het reflex en de nystagmus op
• Als het voorwerp langzaam naar rechts vertraagd, ontstaat er een nystagmus naar rechts
• Er zijn verschillende soorten nystagmus
  • Vestibulo-oculaire nystagmus
  • Calorische nystagmus
  • Optokinetische nystagmus
  • Pathologische nystagmus: signalen van links en rechts zijn niet in evenwicht
    • Congenitaal: meestal gerelateerd aan blindheid, slecht zicht of assymetrie in het visuele systeem
    • Perifeer: schade in het labyrint, de nervus vestibularis of de nucleus vestibularis
    • Centraal: schade in de hersenstam of in het cerebellum

Vestibulo-collic reflex:

Het vestibulo-collic reflex stabiliseert het hoofd via nekbewegingen als reactie op vestibulaire signalen. Het werkt samen met het cervico-collic reflex, dat het hoofd stabiliseert via nekbewegingen als reactie op proprioceptieve signalen van de nekspieren.

Vestibulo-spinale reflex:

Het vestibulo-spinale reflex stabiliseert het hoofd via posturale bewegingen als reactie op vestibulaire signalen. Het werkt samen met het cervico-spinale reflex, dat het hoofd stabiliseert via nekbewegingen als reactie op signalen van de extremiteiten.

Righting reflex:

Het righting reflex vormt het evenwichtssysteem. Het is een mix van de bovengenoemde reflexen gebaseerd op:

• Vestibulaire informatie
• Visuele informatie
• Propriospinale informatie

Righting reflexen beïnvloeden bijna alle spieren in het lichaam en worden beïnvloed door de centrale patroon generator.

Retinotopie

Nucleus geniculatus lateralis:

Het 3e relay neuron ligt in de nucleus geniculatus lateralis in de thalamus. De input van het linker- en rechteroog wordt hier gescheiden gehouden. De nucleus geniculatus lateralis is een gelaagde kern, waarvan elke laag input van een specifiek type ganglioncel in de retina krijgt:

• 2x Magnocellulaire laag
• 4x Parvocellulaire laag
• 6x Koniocellulaire laag

Elke laag verwerkt zijn eigen type informatie. Zo verwerkt de ene laag kleurinformatie, de andere oriëntatieinformatie, de andere bewegingsinformatie, etc.

Radiatio optica:

In de nervus en tractus opticus vindt dus retinotopie plaats. Vanaf de thalamus gaan de vezels via de geniculo-corticale projectie in de fissura calcarina naar de primaire visuele schors. Onderweg zitten er ventrikels in de weg, waardoor de vezels uit elkaar gaan liggen en de geconcentreerde vezelbaan een verspreid netwerk wordt: de radiatio optica. Dit gebied is heel kwetsbaar, waardoor er kwadrant anopsie kan optreden → een deel van het gezichtsveld mist:

• Barum's loop: bevat visuele informatie vanuit het bovenste deel van de retina
  • Loopt door de lobus pariëtalis
  • Als dit deel kapotgaat, valt de informatie uit het bovenste deel van de retina, dus het onderste deel van het gezichtsveld, weg → onderste kwadrant anopsie
• Meyer's loop: bevat visuele informatie vanuit het onderste deel van de retina
  • Loopt door de lobus temporalis
  • Als dit deel kapotgaat, valt de informatie uit het onderste deel van de retina, dus het bovenste deel van het gezichtsveld, weg → bovenste kwadrant anopsie

Kwadrant anopsie wil zeggen dat 1/4 van het gezichtsveld uitvalt. Ook de radiatio optica is retinotopisch geörganiseerd.

Primaire visuele schors

Het grootste deel van de visuele schors ligt op het mediale vlak van het brein. Een klein gedeelte zit op het laterale oppervlak. De primaire visuele schors is ook retinotopisch georganiseerd:

• Het linker blikveld gaat naar de rechterhelft
• De onderste blikvelden komen bovenin terecht
• Monoculaire blikvelden komen voorin terecht
• Het centrale blikveld komt lateraal en achterin terecht

Het meest complexe deel van de visuele informatie heeft de grootste representatie. Dit is het centrale blikveld, het blikveld dat op de macula valt.

Tunnelvisie:

De perfusie van de visuele schors ziet er als volgt uit:

• Arteria cerebri media: laterale oppervlak
• Arteria cerebri posterior: mediale oppervlak

De arteria cerebri posterior ontstaat uit de arteria basilaris. Als een bloedprop in de arteria basilaris komt, is de kans groot dat hij vast blijft zitten. Hierdoor worden beide arteria posterior afgesloten → het perifere blikveld verdwijnt. Er verdwijnt maar een klein deel van het centrale zien, omdat hiervan de perfusie wordt gedaan door de arteria cerebri media.

Het perifere zicht zorgt voor de invulling van wat men ziet. Omdat dit bij tunnelvisie uitvalt is iemand met tunnelvisie functioneel blind → de informatie kan niet geïnterpreteerd worden. Omdat het centrale zicht nog intact is, gaan bij tunnelvisie de saccades wel door. Hierdoor kunnen de patiënten af en toe wel wat zien.

Oculaire dominante strips:

De informatie uit het linker- en rechteroog komt apart aan in de inputlaag van de primaire visuele schors. Vervolgens krijgt de oculaire dominate strip informatie van beide ogen.

Boven en onder de dominante striptjes zitten cilinders van cytochroom oxidase corticale neuronen. Deze zijn in het midden op de strips gelokaliseerd. Cytochroom oxidase zorgt ervoor dat blobs en interblobs zichtbaar worden:

• Blobs: delen van de cortex waarin neuronen die gevoelig zijn voor licht liggen
• Interblobs: zijn gevoelig voor de oriëntatie i.p.v. de kleur
  • Liggen tussen de blobs en krijgen dezelfde informatie input

De blobs en interblobs liggen in een hogere laag dan de dominante strips.

Laesies:

In de ventrale stroom en dorsale stroom kunnen laesies optreden:

• Ventrale stroom laesie
  • Unilateraal rechts: prosopagnosie → niet meer in staat zijn om gezichten en emoties te herkennen, vooral van mensen die goed bekend zijn
    • De galvanische huidrespons werkt nog wel
    • Bij een laesie rechts tussen de gyrus fusiforme en amygdala treedt het omgekeerde op → de gezichten kunnen wel herkend worden, maar de huidresponsie is afwezig: Capgras delusion
      • Het autonome zenuwstelsel werkt niet meer
  • Unilateraal links: object agnosie → niet meer in staat zijn om een plaats of hobby te herkennen
• Dorsale stroom laesie
  • Bilaterale laesie: akinetopsia → niet meer in staat zijn om beweging te zien
  • Moeite met het analyseren van de beweging
  • De wereld wordt waargenomen in losse, discrete beelden