Deze samenvatting is gebaseerd op het studiejaar 2013-2014.

College 9: Neurale controle van beweging

Hersenen zijn er om adaptieve en complexe bewegingen te maken. Bijna het hele brein is betrokken bij de aansturing van het motorisch apparaat. Volgens de evolutie is het cognitief repertoire ontwikkelt zodat we kunnen bepalen/doen/krijgen wat we nodig hebben. motorische stoornissen gaan vaak gepaard met cognitieve problemen. De hersenstam en ruggenmerg zijn meer voor automatische bewegingen zoals reflexen. De hersenen zijn meer voor vrijwillige controle van de motoriek.

De frontale schors zorgt voor het plannen en initiëren van bewegingen. De prefrontaal schors is voor de selectie van gepaste motorische responsen, gezien de huidige situatie/gesteld doel/ waarde uitkomst. De premotorische schors, supplementaire motorische schors zorgen voor planning beweging in fysische termen en de organisatie sequentie bewegingen. De primaire motorische schors zorgt voor de initiatie van de beweging. De primaire motorische schors stuurt spieren aan de contralaterale zijde van het lichaam aan via motor neuronen in verlengde merg (hersenstam) en ruggenmerg. Het idee van de beweging is dat de primaire motor cortex een uitkomst beveelt, en laat het aan het ruggenmerg en andere gebieden over om de juiste combinatie van spieren te vinden. Beschadiging in dit gebied zorgt voor spierzwakte of verlamming. De prefrontale schors is voor doelgericht handelen; plannen bewegingen afgestemd op behoeften, prioriteiten en beoogd resultaat, houdt doel in werkgeheugen, reageert op externe stimuli. Beschadiging hierin zorgt voor gedachteloos gedrag.

Samen met de supplementaire motorische schors zorgt het voor planning en organisatie van snelle sequentie van bewegingen in een bepaalde volgorde en inhibitie van vaste actiepatronen. De premotorische cortex zorgt voor de voorbereiding van een beweging, integratie van sensorische informatie en plannen van beweging in de ruimte. Het krijgt informatie over doel en sequentie van beweging (prefrontaal schors) en over huidige positie en houding van het lichaam t.o.v. omgeving (associatie gebieden in de posterieure pariëtale schors en temporaal kwab). Beschadiging in dit gebied zorgt voor problemen met beweging en maken van de richting van een bepaalde target.

De spieren in ons lichaam worden aangestuurd via twee afdalende banen in de hersenen naar het ruggenmerg. Deze twee banen samen heten tractus corticospinalis er is een laterale baan (bewegingen in de periferie van het lichaam. Onafhankelijke beweging ledematen en voeten, handen en vingers) en de mediale baan (bilaterale bewegingen nabij middenlijn van het lichaam: nek, schouders, romp en gecombineerde ledemaat-romp bewegingen (lopen, zitten etc.). In de hersenstam zit de spiertonus (reticulaire formatie; lichaamshouding), evenwicht (vestibulaire kernen) en controle van (semi)automatische gedragingen (eten, ademen).

Het cerebellum heeft meer neuronen dan alle andere delen van de hersenen te samen en enorm aantal synapsen. Daarnaast heeft het een enorm vermogen tot verwerking en integratie van informatie. Het krijgt input van alle sensorische systemen, ruggenmerg en cerebrale cortex (integratie informatie). Het zorgt ook via constante feedback voor een fine tuning (nauwkeurigheid, timing) van motorische activiteit.

De basale ganglia is een cluster van subcorticale kernen, nuclues caudatus, putamen en globus pallidus. Zij wisselen informatie met elkaar en de thalamus en cortex uit. Het krijgt input van onder andere de cortex en substantia nigra (dopamine). De rol van de basale ganglia is de facilitatie van sommige motorische responsen en inhibitie van concurrerende response. De globus pallidus zorgt continue voor de inhibitie van de thalamus. De thalamus stimuleert de frontale schors. De caudate nucleus en putamen vertellen de globus pallidus welke bewegingen het moet stoppen te inhiberen. De basale ganglia zorgt voor het leren van motor habits, die moeilijk in woorden te omschrijven zijn, zoals auto rijden (procedureel leren). Beschadiging van de basale ganglia kan leiden tot teveel inhibitie of te weinig. Teveel kan leiden tot hypokinetische symptomen zoals de ziekte van parkinson. Te weinig kan leiden tot hyperkinetische stoornissen zoals de ziekte van huntington.

College 10: Slapen en waken

Er zijn verschillende slaapstadia; hypnagogische toestand (half slaap), non-REM (synchroon EEG signaal) en REM (asynchroon EEG signaal, een actief brein in een verlamd lichaam).

In de non-REM slaap verlagen de autonome functies (temperatuur, hart frequentie, bloeddruk en ademhalingsfrequentie) en de neuro-endocrine secretie stijgt (groei hormoon, gonadotrope hormonen). In de REM slaap zijn de autonome functies variabel, snelle oog bewegingen, intermitterende spiertrekkingen en activiteit in het geslachtsorgaan. In de non-REM slaap is het moeilijk ontwaken, de mentatie wordt slechter herinnerd, conceptueel, minder emotioneel en weinig levendig of visueel. In de REM slaap is er een gedetailleerde droom rapportage, complexe plots, filmisch, bizarre gedachten en intense emoties.

Het EEG registreert potentiaal verschillen tussen elektrodes op het hoofd (bijvoorbeeld t.o.v. referentie elektrode, of t.o.v. gemiddelde potentiaal van alle elektrodes). De bron van het signaal; synchrone elektrische activiteit van neuronen, vooral van elementen met gelijke spatiële oriëntatie, extracellulaire ion stromen veroorzaakt door dendritische elektrische activiteit corticale neuronen (postsynaptische potentialen) en ondergeschikte contributie van actiepotentialen. Veelal oscillerende potentialen; karakteristieke frequentie banden met differentiële spatiële distributies, geassocieerd met verschillende arousal of cognitieve staten en oscillaties komen voort uit neuronale en netwerk karakteristieken.

De neuromodulatoire systemen in de hersenstam zijn; noradrenaline (locus cerulues), serotonine (raphe kernen), dopamine (substantia nigra) en acetylcholine (pontomesencephalon). Tijdens de non-REM slaap zijn alle neuromodulatoren laag, ook histamine uit de hypothalamus is laag. In de REM slaap zijn acetylcholine en histamine hoog. Het synchronisatie mechanisme in de non-REM slaap zorgt voor; sterk verminderde transmissie van neuromodulatoren, hyperpolarisatie, openen voltage afhankelijke kanalen in de reticulaire thalamus kern, die voor traag, ritmisch, synchroon vuren zorgen. Reticulaire nuclues legt ritme op aan de rest van de thalamus en via de thalamus aan de cortex, verminderd daarbij normale informatie transmissie in de thalamus en cortex.

Het mechanismen in de gedesynchroniseerde REM slaap zorgt voor hoge acetylcholine, voorkomt dat reticulaire cellen voldoende kunnen hyperpolariseren, desynchronisatie, blokkade van signalen naar bijvoorbeeld spieren onder andere door gebieden in de pons.

De SCN bepaalt voorkeurstijden voor slaap. Homeostatische factoren bouwt tijdens waken de slaapdruk op en wordt tijdens slapen afgelost. Omgevingsfactoren zoals licht, sociale stimuli, cafeïne stimuleren de alertheid en waakstaat.

Hypothesen over de functie van slaap zijn; de evolutionaire theorie (conservatie van energie in omstandigheden waaraan het dier niet goed is aangepast (bijvoorbeeld donkerte, koude, voedsel en schaarste)). De herstel theorie (herstel van fysieke, emotionele en mentale vermoeidheid) en de off line informatie verwerking (reorganisatie van je ‘harde schijf’ op een moment dat het niet storend is voor verwerking van externe stimuli).

Slaapstoornissen zijn; insomnia (moeilijkheid om in slaap te komen of te blijven), slaapapneu (ademhalingsprobleem tijdens de slaap), narcolepsie (slaap komt op vreemde tijden voor) en REM gedragsstoornis (het in werkelijkheid uitvoeren van dromen).

College 11: Biologie van emotie

De James-Lange theorie zegt dat een event leidt tot een appraisal (cognitief aspect), dat leidt tot een actie (gedragsaspect), wat leidt tot een emotioneel gevoel. Een emotionele staat heeft drie componenten; cognitief (amygdala), gereedheid voor actie (hypothalamus) en een gevoel (corticale verwerking). James-Lange zei dat een lichamelijke reactie nodig is voor het ervaren van een emotie. Een emotie is een label dat we aan onze responsen geven; je bent bang omdat je wegloopt, je loopt niet weg omdat je bang bent. Er is alleen geen evidentie dat een lichamelijke reactie nodig is voor het ervaren van een emotie. De lichamelijke reactie, met name van autonome zenuwstelsel, draagt in belangrijke mate bij aan de intensiteit van gevoel. Lichamelijke reactie is niet afdoende; puur op basis van lichamelijke reactie is het moeilijk emoties van elkaar te onderscheiden. De cerebrale verwerking van emotionele stimuli speelt ook een rol bij totstandkoming van emoties.

De functie van emotie is bijvoorbeeld het fight-or-flight; activatie van het sympathische zenuwstelsel brengt het zenuwstelsel in opperste staat van actiebereidheid.

Daarnaast is het evolutionair voordelig, want angst vermijdt gevaar, boosheid zorgt voor aanvallen en walging voor vermijden van voedsel dat ziekte maakt. En het zorgt ook voor snelle beslissingen nemen op basis van emotionele waarde van de stimulus. Een andere functie van emotie is het kunnen inschatten van consequenties van beslissingen en dan ook de goede beslissing kunnen nemen en morele beslissingen kunnen nemen.

Emoties zijn nauwelijks te lokaliseren, behalve walging in de insula. De resultaten lijken meer af te hangen van de gevolgde procedure van onderzoek dan van de specifieke emotie. In de insula zit ook de primaire smaak cortex. Iemand een ‘disgusting’ geur zien ruiken en zelf deze geur ruiken geeft dezelfde activatie in de insula.

De activatie van de amygdala bij gezonde proefpersonen reageert vooral bij; emotionele stimuli zoals gezichtsuitdrukkingen, slangen, emotioneel beladen woorden of mensen en bij neurale stimuli die motiverende (belonende of aversieve) stimuli voorspellen.

Schade aan de amygdala veroorzaakt problemen bij herkennen van gezichtsuitdrukkingen, vooral angst.

Connecties van de amygdala zijn; sensorische input vanuit de thalamus en cortex. En output direct naar de hypothalamus en hersenstam (emotionele response, psychologische response) en hippocampus en prefrontale cortex (vooral bij geheugen en beslissingen). Controle over emoties en emotionele beslissingen gebeurt in de ventromediale prefrontale cortex, ook vaak de orbitofrontale cortex genoemd.

Stress is een langdurige negatieve staat. Er is een alarm situatie (sympathetic nervous system), dan komt er resistance (cortisol wordt actief bij langer alarm-fase), als dit te lang duurt raakt het lichaam uitgeput. Het stress systeem werkt als volgt; de hypothalamus activeert het sympathische zenuwstelsel (duurt relatief kort) en zendt een signaal naar de hypofyse. De hypofyse zorgt voor afdracht van ACTH in het bloed. Dit hormoon zorgt voor cortisol release in de bijnierschors. Cortisol zorgt voor meer energie, verhoogde bloeddruk en een betere werking van het immuunsysteem. Echter als cortisol te lang actief blijft gaat het mis.

Stress wordt minder als er social support is of als je de emotionele situatie her-evalueert. Mensen met een laag cortisol-niveau kunnen slechter tegen stress en ontwikkelen af en toe PTSD bij extreme situaties. PTSD is ook gecorreleerd met een kleinere hippocampus.

De link tussen belangrijke (emotionele) stimulus en gedrag wordt geregeld door de amygdala, maar voelen van emotie niet. Sympathische arousal wordt geregeld door de hypothalamus evenals een reactie via de HPA-as (cortisol). Het gebruiken van emoties voor emotionele en morele beslissingen wordt geregeld door de ventromediale prefrontale cortex. Voelen van een emotie lijkt een corticaal proces te zijn, vooral de rechterhemisfeer.

College 12: Interne regulatie

Strak gereguleerde variabelen zijn; lichaamstemperatuur, bloed, glucose, peptiden, vetten en bloeddruk. Homeostase is het behouden van een gelijke situatie. De hypothalamus orkestreert de interne regulatie. De hypothalamus bevind zich rond de derde ventrikel en onder de thalamus. Overal in het lichaam en in de hypothalamus zelf zitten sensoren voor tal van fysiologische variabelen. Info wordt doorgegeven aan de hypothalamus die hierdoor weet welke variabelen afwijken van de set point. De hypothalamus gebruikt verschillende systemen; endocrine secretie, autonome zenuwstelsel en aanpassingsgedrag.

Met de endocrine secretie maken verschillende klieren hormonen, de secretie vindt plaats in de bloedbaan. Hierdoor is er transport door het hele lichaam en heeft het effect op vele weefsels en organen. Hormonen reguleren processen die zich over langere tijd afspelen en waar verschillende organen en systemen een rol in spelen.

Het autonome zenuwstelsel bestaat uit het sympathische (fight or flight) en parasympatische zenuwstelsel (rest en restore). Het ageert op het gladde spierweefsel van interne organen (bloedvaten, klieren, ingewanden, hart en kringspieren). De regulatie via het autonome zenuwstelsel werkt over het algemeen sneller dan via het endocrine systeem.

Aanpassingsgedrag is een indirecte regulatie van het milieu interieur via willekeurig gedrag (actie op externe omgeving). De hypothalamus detecteert afwijkingen van de set point. Geeft informatie door naar hogere hersen centra (o.a. cortex) waar gedragsrespons tot stand kan worden gebracht. Afwijkingen van belangrijke set point wordt gevoeld als behoeften, die maken deel uit van motivationele en emotionele staat.

Er zijn poikilotherm (omgeving beïnvloed de lichaamstemperatuur) en homeotherme dieren (minder afhankelijk van de omgevingstemperatuur). Warmte generatie is evenredig met de massa en warmteverlies is evenredig met de oppervlakte en omgekeerd met de isolatie. Dus de kerntemperatuur is afhankelijk van de metabolisme, inhoud/oppervlak ratio en isolatie. Inhoud/oppervlak ratio is afhankelijk van vorm en grootte, hoe kleiner hoe meer oppervlak t.o.v. de inhoud, hoe minder bol hoe meer oppervlak t.o.v. de inhoud.

De temperatuur controle wordt gedaan in de hypothalamus anterior en de temperatuur sensoren zitten in het centraal; HA/AP en perifeer; ruggenmerg, huid en ingewanden. De regulatie wordt gedaan via geïntegreerde autonome, endocriene en willekeurige gedragsresponsen. Vocht en zout wordt gereguleerd omdat de concentratie van chemicaliën in water de snelheid van chemische reacties bepaald. Daarom wordt water en concentratie van zouten en vele organische moleculen hierin gereguleerd. Daarnaast is er ook voldoende vocht nodig om de bloed druk te behouden. Mensen verliezen water door transpiratie, ademhalingsepithelia, urine i.v.m. excretie van afvalstoffen en regulatie van ion concentraties. Water en zouten worden ingenomen met drank en voedsel.

Mensen hebben een ingebouwd hoge beschikbaarheid van water, wat een mechanisme is om uitdroging te voorkomen.

Gedetecteerde grootheden voor regulatie van water en zouten zijn bloeddruk en weefsel osmolariteit. De bloeddruk sensoren zitten in het rechter atrium (rechter hartkamer), nabij grote venen en in de nier. De osmotische sensoren zitten in het centrale en perifere zenuwstelsel.

Er zijn twee hormonen die een tegenovergestelde werking hebben op glucose. Insuline bevordert opname van glucose in cellen. De meeste cellen gebruiken glucose als brandstof, levercellen maken van glucose glycogeen en vetcellen converteren glucose naar vet. Glucagon heeft een omgekeerd effect. Glucagon stimuleert levercellen om glycogeen om te zetten naar glucose. Als je in de laterale hypothalamus (pro-eten kern) een laesie doet dan stopt het dier met eten en drinken, geen trek meer en heeft een lage insulinespiegel. Als je de laterale hypothalamus stimuleert dan komt het dier in actie en gaat eten zoeken.

College 13: Biologie van leren en geheugen

Er zijn veel verschillende neurale plasticiteitsmechanismen, snelle en tragere mechanismen. De korte termijn mechanismen zijn mechanismen waarbij de pre-synaptische synaps gemodificeerd raakt. Vooral habituatie en facilitatie liggen hierbij ten grondslag bij elektrochemische processen, bijvoorbeeld lagere release van neurotransmitters (langzamere repolarisatie). Een trager mechanismen zijn LTP en LTD, omdat hiervoor eiwit synthese nodig is en pre en post-synaptische modificatie. De multiplicatie van synapsen en neurogense zijn twee nog tragere mechanismen.

Glutamaat zorgt voor snelle, gerichte, excitatore transmissie. GABA zorgt voor inhibitie en control van excitatie. Neuromodulatoren zijn acetylcholine, serotonine, dopamine en norepinephrine. Alle transmitter systemen kunnen plasticiteit vertonen, maar voor LTP is vooral één van de glutamaterge receptoren van belang; de NMDA receptor. Het kanaal van de receptor gaat open afhankelijk van glutamaat en voltage (depolarisatie). Een magnesium ion blokkeert het kanaal en komt vrij door depolarisatie. Calcium zet reactie in gang die leiden tot LTP, daarnaast is het permeabel voor calcium, kalium en natrium. Een actiepotentiaal zorgt voor exocytose van glutamaat, wat bindt aan alle glutamaat receptoren. Er vindt depolarisatie via AMPA receptoren plaats, die NMDA receptoren openen.

Blokkade van de NMDA receptor en andere manipulaties die LTP blokkeren beperken het leergedrag. Via LTP, LTD en andere vormen van plasticiteit ontstaan stabiele neurale representaties. Neuronen hierin zijn sterker onderling verbonden dan met andere neuronen (geheugen). Er is geheugen voor verschillende soorten informatie in verschillende gebieden. In het gebied dat een bepaald soort informatie verwerkt wordt dat type informatie ook onthouden. Er bestaat korte en lange termijn geheugen. Het korte- termijn geheugen zorgt voor het actief houden van informatie, reverbererende circuits en heeft een beperkte capaciteit. Het werkgeheugen zorgt voor manipulatie van stimuli. Consolidatie is dat een deel van de informatie in het korte termijn geheugen in je langere termijn geheugen komt. Plasticiteitsmechanismen nemen het van elkaar over.

Het geheugen bestaat uit het declaratief (feitelijke informatie, expliciet geheugen) en procedureel geheugen (handelingen, perceptueelmotorische vaardigheden, reflexen, impliciet geheugen). Het declaratief geheugen bestaat uit het semantisch (algemene kennis, ongedateerd opgeslagen) en episodisch geheugen (gedateerde herinneringen aan persoonlijke ervaringen). Het procedureel geheugen zit in het cerebellum, basalge ganglia en motorcortex. Het semantisch geheugen zit in het associatieve neocortex en het episodisch geheugen in de hippocampus. In de hippocampus zit zeer hoge synaptische plasticiteit, verbind verschillende aspecten van één gebeurtenis in een episodische representatie.

De hippocampus kan allerlei soorten input combineren, associaties over ruimte en tijd maken, snel complexe input verbinden en is vooral voor het leren van nieuwe of biologische relevante dingen.

Het leven van een geheugenspoor bestaat uit acquisitie (bevorderd door HPA-as hormonen en neuromodulatoren), vroege consolidatie (van korte naar lange termijn synaptische modificatie (LTP/LTD) bevorderd door neuromodulatoren), system-leven consolidatie (hercodering van hippocampus-afhankelijke representatie naar corticale structuren mogelijk tijdens slaap), vergeten door overschrijving (katabolisme) en herinnering aan de hand van een deel van de informatie.

Er zijn verschillende soorten geheugen aandoeningen; hippocampale schade (antrograde en retrograde amnesie, zeer lage opbouw nieuwe semantische kennis en procedureel en impliciet geheugen relatief intact), alzheimer’s dementia (eerst anterograde later ook retrograde amnesie, relatief gespaard procedureel en impliciet geheugen), syndroom van korsakoff (thiamine deficientie, glucose metabolisme verhinderd, verlies van neuronen in Mamillaire kernen en mediodorsale thalamus) en semantische dementie.

College 14: Geestelijke stoornissen

Het doel van de DSM is het ordenen van stoornissen, standaardiseren van de diagnostiek, communicatie en het bijhouden van statistieken. Beperkingen van de DSM zijn dat niet alle stoornissen erin staan, de diagnose moeilijk blijft te stellen en het is niet empirisch ondersteund. In de DSM zijn 5 assen; 1 klinische syndromen, 2 persoonlijkheidsstoornissen, 3 lichamelijke toestand, 4 psychosociale problemen en 5 global assessment of function (GAF). Aan de hand van symptomen wordt een patiënt op één of meerdere as 1 en as 2 stoornissen ingedeeld. As 1 bestaat uit; dementie (stoornissen op basis van hersendysfuntie, lichamelijke ziekte), stoornissen door gebruik van psychoactieve stoffen, schizofrenie (psychotische stoornissen), stemmingsstoornissen, angststoornissen en dissociatieve stoornissen. Maar ook stoornissen met bijzondere somatische klachten of verschijnselen, eet stoornissen, sexuele en gender-identiteit stoornissen, slaap-waak stoornissen, stoornissen in impulscontrole en aanpassingsstoornissen.

Schizofrenie bestaat uit de volgende symptomen; 1 maand minimaal twee van de volgende symptomen hebben; wanen, hallucinaties, ontregelde spraak, ontregeld gedrag, negatieve symptomen. Ontregeld sociaal functioneren, tekenen 6 maanden aanwezig, geen middelengebruik en geen depressie of manie tijdens een psychose.

Positieve symptomen zijn formele denkstoornissen (incoherente gedachtegang), inhoudelijke denkstoornissen (hallucinatie, wanen), ongepast affect, excitatie en bizar gedrag.

Negatieve symptomen zijn; psychomotorische armoede (apathisch gedrag), vervlak affect, sociale terugtrekking en motorische symptomen (catatonia, vreemde houding).

Oorzaken kunnen zijn psychotische periodes afgewisseld met negatieve symptomen en onset in jonge volwassenheid. De pathogenese is zeer waarschijnlijk van prenatale oorsprong/gerelateerd aan prenatale ontwikkeling. Multifactorieel; genetische en prenatale omgevingsfactoren kunnen interageren om tot ziekte te leiden en waarschijnlijk zijn er meerdere mogelijke pathogenese, met wisselende bijdragen van genetische en omgevingsfactoren.

Kenmerken van een depressie zijn; somberheid, hopeloosheid, gevoel van waardeloosheid elke dag, gedurende weken of langer. Gebrek aan energie. Overwegen van suïcide, anhedonia (geen plezier van sociale interactie, voeding, seks). Vaak onmogelijk om zich voor te stellen ooit weer gelukkig te zullen zijn. Verstoorde slaap, met fase-vervroeging van slaap-waak ritme. Vrijwel alle affectieve stoornissen hebben een prominent slaap probleem. Een depressie komt vaak voor in episodes; depressie van maanden afgewisseld met maanden/jaren zonder depressie. Een mogelijke trigger voor depressie is stress (vaak voor eerste depressie; latere depressies komen steeds vaker spontaan).

Een winterdepressie komt vooral voor aan de polen. Bestaat uit een verstoorde slaap met fase-vertraging van slaap-waak ritme. En wordt behandeld met lichttherapie. Een bipolaire stoornis bestaat uit een manie en een depressie. Een manie bestaat uit; aanhoudende euforische, labiele of prikkelbare stemming, met psychomotorisch onrust, razende gedachten en verstoort oordeel en inzicht. De depressieve episode bestaat uit; aanhoudende negatieve stemming, met verlaagde motivatie, energie, psychomotor activiteit, zelfvertrouwen, libido en hedonia.

Een behandeling voor depressie is ECT (elektroconvulsieve therapie) wat vaak tijdelijk effectief is tegen symptomen van depressie. Het heeft een snellere werking dan antidepressiva, maar zorgt ook vaak voor tijdelijk geheugenverlies.