HC27: Anatomie gedrag kind

Algemene informatie

• Welke onderwerpen worden behandeld in het hoorcollege?
  • In dit college wordt de ontwikkeling van het brein en de werking van het geheugen en leersysteem 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

Neuronale machine

Het brein is een neuronale machine:

• Codeert informatie in draadjes
• Tussen de draadjes zijn er intervallen van actiepotentialen over axonen
  • Actiepotentialen zijn op zichzelf betekenisloos → het zijn unitaire signalen
• Een deel van de informatie is gecodeerd in het bedradingsdiagram → labeled line principle
  • Een deel van de informatie wordt bepaald door de manier waarop de draadjes aan elkaar zitten
• T.h.v. de synaps zijn transmissies niet unitair → de synaps is extreem variabel
  • Receptor dichtheid
  • Ionotrope of metabotrope invloeden
  • Gewenning of uitputting
  • Diameter van de dendriet en afstand tot de axonheuvel
• Bestaat uit 10¹¹neuronen, met op elk neuron 10⁴synapsen

Neurogenese

Neuronen worden op verschillende momenten gemaakt. Neuronen, axonen en synapsen ontstaan als volgt:

1. Neuroblasten ontstaan in de ventriculaire laag
2. Neuroblasen migreren naar de een meer perifere laag waar ze bijven → neuronen
3. Neuronen genereren axonen → axogenese
4. Axonen navigeren via een groei conus naar hun doel
5. Axonen leggen synapsen aan → synaptogenese

Morfogenen:

Morfogenen komen uit:

• Gebieden in de neurale buis
• Dakplaat
• Vloerplaat

De morfogenen komen niet op hetzelfde moment tevoorschijn. Elk neuron wordt op verschillende manieren beïnvloed door de morfogenen → de verschillende gradiënten van dit proces bepalen de bestemming van de verschillende neuronen in het ruggenmerg. Dit proces is grof → er kan alleen ongeveer bepaald worden waar de neuronen terechtkomen, niet exact. Een mens wordt daarom geboren met 10x te veel neuronen in het brein → door ervaring en gebruik van de neuronen wordt er gesnoeid (pruning):

• Synapsen die niet gebruikt worden, worden gesnoeid
• Axonen die geen synapsverbindingen hebben, worden gesnoeid
• Neuronen worden gesnoeid
• Synapsen worden gemodificeerd

Dit gebeurt in de vroege ontwikkeling (tot het 20e levensjaar).

Neuronen zonder verbindingen krijgen geen neurotrofine van andere neuronen en sterven af. Hoe vaker een synaps wordt gebruikt, hoe meer groeifactor het andere neuron afgeeft → het oorspronkelijke neuron met synaps blijft in leven.

Kritieke fase:

Snoeien kent een kritieke fase, die goed te zien is in het visuele systeem. Bij een kritieke fase zorgt blindheid van één oog dat er geen axonen voor het geblindeerde oog meer overblijven. Na de kritieke fase zijn er dan veel minder axonen dan in het niet geblindeerde oog, maar zijn er wel axonverbindingen aangelegd.

Als gevolg van het snoeien wordt tijdens de ontwikkeling de cortex steeds dunner. De prefrontale cortex is één van de laatste gebieden die zich ontwikkelt, namelijk tot ongeveer het 20e levensjaar. Na het 20e levensjaar is de kritieke fase voorbij → de bedrading in de hersenen verandert niet veel meer, maar er kunnen nog wel synapsen lokaal (over de lengte van een axon) worden toegevoegd of verwijderd. Na de adolescentie kan dus alleen de effectiviteit van de synapsen gemoduleerd worden. In een paar systemen blijft de neurogenese echter het hele leven doorgaan:

• Hippocampus
• Bulbus olfactorius

Amblyopie:

Een voorbeeld waarbij het snoeien niet goed is verlopen is amblyopie: een lui oog. Het aangedane oog heeft zijn representatie in de visuele cortex verloren → het is blind. Dit wordt veroorzaakt door divergent strabisme: naar buiten scheelzien.

De behandeling bestaat uit het behandelen van de strabisme. Hierna wordt het functionerende oog afgeplakt → de input van het aangedane oog wordt geforceerd. Dit moet voor het 10e levensjaar gebeuren.

Taalachterstand:

Deze kritische periode is ook zichtbaar in het auditief systeem → slechthorende baby's of baby's die doof aan één of beide oren zijn hebben een achterstand in de taalontwikkeling.

Hebbiaans leren:

Hebbiaans leren wil zeggen dat de sterkte van een succesvolle synaps wordt gemodificeerd als zijn activatie gepaard gaat met een actiepotentiaal in het postsynaptische neuron → co-activatie. Dit leidt tot een beloning voor de synaps en heet het "also principle".  Zo zorgt tegelijkertijd zien en voelen voor een leermoment. Het is makkelijker om dingen te onthouden als het rijmt, er een ezelsbruggetje is of het plaatsvindt op een speciale dag.

Sensorisch geheugen

"Leren" bestaat uit veranderingen in synapskrachten waardoor er iets verandert in het brein. "Geheugen" resulteert in een nieuwe toestand in het brein.

Het sensorische geheugen bestaat uit de toestand van de zintuigen op een bepaald moment, wat ervoor zorgt dat de aandacht ergens op gericht kan worden. Het sensorisch geheugen bestaat uit 2 systemen:

• Sensorisch-motorisch systeem
  • Bovenste deel van de posterior pariëtale cortex
• Symbolisch systeem
  • Onderste deel van de posterior pariëtale cortex

Bovenste deel van de posterior pariëtale cortex:

Het sensorisch-motorisch systeem werkt als volgt:

1. Er zijn "maps" met sensorische ruimtes die deelnemen aan de lokalisatie/positie van een stimulus
   • Een "grasp-vector" kan door neuronen met deze "maps" gecalculeerd worden
   • De "saliency" kan door neuronen met deze "maps" bepaald worden
2. De ruimtelijke aandacht wordt naar deze stimulus geleid → de prefrontale cortex wordt gealarmeerd

Schade van het bovenste deel van de posterior pariëtale cortex zorgt voor een hemineglect contralateraal van de laesie.

Onderste deel van de posterior-pariëtale cortex:

Het symbolisch systeem is belangrijk voor de taalverwerking.

Korte termijn werkgeheugen:

Het korte termijn werkgeheugen is een opslagplek voor de dingen waar de aandacht op wordt gericht:

1. Het sensorische geheugen richt de aandacht → alarmeert de prefrontale cortex
2. De informatie wordt opgeslagen in het circuit van Papez
   • Dit systeem bevat o.a. de hippocampus
     • Het geheugen wordt t.h.v. de hippocampus aangemaakt

Geheugen-items kunnen geëncodeerd worden in het langetermijngeheugen. In het kortetermijngeheugen kunnen slechts 7-10 dingen onthouden worden.

Syndroom van Korsakov:

Bij het syndroom van Korsakov zijn er problemen met het oproepen van informatie uit het geheugen. Dit kan 2 verschillende oorzaken hebben:

• Degenereren van de corpora mammilaria
  • Dit is onderdeel van het circuit van Papez
  • Kan veroorzaakt worden door alcoholmisbruik
• Thiamine deficiëntie (Beriberi)

Hippocampus:

De hippocampus bestaat uit allocortex en vormt onderdeel van het limbisch systeem. In de fornix zitten Schaffer contralateralen:

• Komen uit in het gebied CA1, waar ze contact maken met de dendrietboom van grote piramidale cellen
• Vormen op deze hoogte het begin van het geheugen
• Tetanische stimulatie van Schaffer contralateralen induceert LTP (long term potentiation): de essentie van leren
  • Dit gebeurt als een aantal synapsen actief zijn

Mechanisme van LTP:

Long term potentiation begint t.h.v. de synaps tussen Schaffer collateralen en piramidale cellen in de hippocampus. De neurotransmitter is glutamaat. Er zijn 2 soorten postsynaptische receptoren (ionkanalen):

• AMPA receptoren
  • Ligand-gated natriumkanalen
  • Alleen gevoelig voor glutamaat
  • Ionotroop kanaal
• NMDA receptoren
  • Ligand en voltage-gated calciumkanalen
    • Er moet glutamaat en een flinke depolarisatie van het postsynaptische membraan zijn
  • Zitten verstopt door Mg²⁺
  • Metabotroop kanaal
    • Meet of er 2 dingen tegelijkertijd gebeuren

Zo resulteert activatie van slechts een paar presynaptische elementen op de CA1 dendriet in een kleine depolarisatie in het postsynaptische membraan:

1. Een paar AMPA-kanalen gaan open
2. Er is een kleine Na⁺influx
3. Er ontstaat een klein excitatoir PSP, maar verder niets

Activatie van veel presynaptische elementen resulteert juist in een grote depolarisatie in het postsynaptisch membraan:

1. Veel AMPA-kanalen gaan open
2. Er is een grote Na⁺ influx
3. Er ontstaat een groot excitatoir PSP
4. Mg²⁺ wordt verdrongen
5. NMDA-kanalen gaan open
6. Er komt een Ca²⁺influx
   • Vormt het begin van een 2nd messenger chain

Het NMDA-kanaal is dus de cruciale factor:

• De synaps moet actief zijn
• Het postsynaptisch membraan moet gedepolariseed zijn → opent de geprimede NMDA
• De Ca²⁺ influx heeft effect op de Long Term Potentiation → activeert:
  • PCK (proteïne kinase C)
    • Fosforylatie van AMPA-receptoren
    • Toegenomen geleiding van ionen → de volgende keer als het kanaal opent kan er meer Na⁺doorheen → grotere PSP
  • Calcium-calmodulin-afhankelijke PKII
    • Na de lange termijn
    • Nieuwe AMPA-receptor vorming op het membraan
    • Extra synapsen op de dendrietboom

De namen van PCK en calcium-calmodulin-afhankelijke PKII zijn niet van belang.

De initiële level van LTP wordt beïnvloed door:

• Hoeveelheid herhaling tijdens de inductiefase
• Niveau van stimulatie tijdens de inductiefase

Het stabilisatieniveau hangt af van het geïnduceerde niveau en is het baseline niveau voor de volgende inductie.

Lange termijn depressie:

Ontleren wordt veroorzaakt door lange termijn depressie (LTD):

• Er is een lage frequentie van stimulatie van Schaffer collateralen → induceert LTD
• Opnieuw is het NMDA kanaal/Ca²⁺ influx de trigger, maar de enzymactiviteit is anders

Langetermijngeheugen:

Er zijn verschillende encoden:

• Encoden in het expliciteie LTM
  • Circuit van Papez/hippocampus
• Encoden in het implicietie LTM
  • Cerebellum
    • Motorvaardigheden
  • Amygdala
    • Emotionele respons
  • Striatum
    • Procedurale vaardigheden

Het expliciete geheugen is sterker na herhaaldelijk encoding:

• Items uit het semantisch geheugen kunnen worden herhaald
  • Geheugen voor feitjes
  • Wordt na verloop van tijd accuraat
• Items uit het episodisch geheugen worden herinnerd voor herhaling
  • Geheugen voor wat er gebeurd is
  • Gevoelig voor progressieve verandering → iets wordt herinnerd, opnieuw in het geheugen gestopt en aangepast