College-aantekeningen bij Neurobiologische achtergronden van opvoeding en ontwikkeling aan de Universiteit Leiden - 2015/2016

College 6 en 12 waren responsiecolleges. College 6 ging niet door en college 12 was alleen bedoeld voor Academische Pabo. Hiervan zijn geen aantekeningen gemaakt!

College 1 - Zenuwstelsel

Er is een onderscheid tussen het centrale en perifere zenuwstelsel. Het centrale zenuwstelsel bestaat uit de hersenen, het ruggenmerg. Het perifere zenuwstelsel bestaat uit lichaamszenuwen, dat wordt onderscheiden door het

somatische en het autonome zenuwstelsel. Het somatische zenuwstelsel wordt gebruikt voor bewuste en vrijwillige controle van spieren (bijvoorbeeld lopen) en voor het verweken van sensorische informatie (bijvoorbeeld de waarneming van pijn). Het autonome zenuwstelsel wordt gebruikt voor de onbewuste en onvrijwillige controle over lichaamsfuncties (bijvoorbeeld de hartslag, deze wordt automatisch geregeld zonder dat je er iets voor hoeft te doen).

Het autonome zenuwstelsel bestaat ook weer uit twee delen, het sympathisch en parasympatische zenuwstelsel. Deze zijn belangrijk om te onthouden omdat ze grotendeels een tegengestelde werking hebben. Het sympathische zenuwstelsel zorgt voor de mobilisatie van energie, het binnenkrijgen van energie en het gebruiken van energie. Dit zorgt ervoor dat je in een stressvolle situatie kan vluchten. Het parasympatisch zenuwstelsel is gericht op het herstellen van de rust en bewaren van energie. Conservatie van energie wordt geregeld door dit deel.

Hersenen

In het brein kunnen we onderscheid maken tussen drie grote structuren. De rhombencephalon (achterste hersenen), de mesencephalon (middelste hersenen) en de prosencephalon (voorste hersenen). De voorste hersenen vormen het grootse deel van de hersenen.

De rhombencephalon (achterste hersenen) bestaat onder andere uit de medulla, de pons en het cerebellum. De medulla is het verlengde van het ruggenmerg. Dit deel is belangrijk voor een aantal autonoom gestuurde processen en voor vitale reflexen, zoals ademhalen. Alle zenuwen die in het ruggenmerg lopen, lopen door medulla heen. Ook beginnen veel craniale zenuwen in de medulla. De pons is ook een onderdeel van de rhombencephalon. Deze ligt als een soort van bruggetje over de medulla heen. Doordat hier veel zenuwen kruisen vindt er veel informatieverwerking plaats. In de pons lopen craniale zenuwen. Ten slotte bevindt zich in de rhombencephalon de cerebellum (kleine hersenen). Dit onderdeel is belangrijk voor de motoriek. De cerebellum zorgt ervoor dat beweging vloeiend verloopt en is belangrijk bij de balans. Het is ook betrokken bij de afstemming van coördinatie en de timing van andere activiteiten in de hersenen. Zonder deze drie onderdelen kun je niet leven.

De mesencephalon (middelste hersenen) bestaat uit de tectum, de tegmentum, de colliculi en de substantia nigra. Deze woorden moet je kennen, verder hoef je niet zo veel te weten over het middenbrein. Bij zoogdieren is dit deel van de hersenen erg klein, bij andere dieren is dit deel groter. De middelste hersenen, de medulla en de pons vormen samen met de thalamus de hersenstam.

Voorste hersenen

De prosencephalon (voorste hersenen) bestaat uit de delen diencefalon en de telencefalon. De hypothalamus en de thalamus vormen samen het diencefalon. De hypothalamus is tegelijkertijd onderdeel van het limbisch systeem. In het telencefalon liggen de cerebrale cortex, het limbisch systeem en de basale ganglia.

De thalamus ligt aan het eind van de hersenstam, in het midden van het brein. De thalamus is belangrijk voor sociale emotie. Informatie uit zintuigen komt vaak als eerste aan in de thalamus, hierdoor kan de thalamus gezien worden als een input-systeem. Daarnaast lopen veel verbindingen tussen verschillende hersendelen via de thalamus. De hypothalamus ligt onder de thalamus en wordt gezien als een output systeem voor lichaamsfuncties. Deze controleert veel hormonale activiteiten.

De cerebrale cortex is de buitenste laag van het brein. Cerebrale cortex betekent letterlijk de hersenschors. De cerebrale cortex bestaat uit vier kwabben: de occipitaalkwab (gezichtsvermogen), de temporaalkwab (gehoor, aspecten van geheugen, visuele en taalfuncties, niet zozeer het spreken zelf), parietaalkwab (sensorische functies, aandacht) en de frontaalkwab (motoriek, spreken, executieve functies, aspecten van geheugen en emotie).

Het limbisch systeem ligt subcorticaal, dat wil zeggen onder de cortex. Het buigt om de kern van het brein de thalamus heen. Dit systeem is belangrijk voor emotioneel gedrag en bestaat uit een aantal structuren. De belangrijkste structuren zijn de gyrus cinguli (cingulate gyrus), de fornix, de hippocampus, de amygdala en de hypothalamus.

De basale ganglia (ligt subcorticaal) bestaat uit de nucleus caudate, de putamen en de globus pallidus. De basale ganglia zijn belangrijk voor de motoriek en hebben een poortfunctie. Dit deel zorgt ervoor dat een beweging wel of niet plaatsvindt. Bij de ziekte parkinson is de poortfunctie verstoord.

Hersenhelften

Je hebt twee hersenhelften, ook wel hemisferen genoemd. De linker en rechterhelft bestaan uit dezelfde structuren. Veel informatie kruist elkaar. Bij aansturing is dat ook het geval, de linkerhersenhelft stuurt beweging aan in je rechterhand. De hersenhelften zijn verbonden met het corpus calossum, een dikke bundel van zenuwbanden. Via deze verbinding kunnen de helften met elkaar samenwerken en communiceren.

In de hersenen zitten cellen die grijze stof en witte stof worden genoemd. De cellichamen worden grijze stof genoemd vanwege de kleur.. De witte kleur van myeline kleurt de zenuwuitloper wit.

Ventrikels zijn de holtes in de hersenen die met cerebrospinaal vocht gevuld zijn Als deze holtes gevuld zouden zijn met lucht zou de boel ontploffen. Ook in het ruggenmerg loopt wat van dat vocht. Dit vocht beschermt je hersenen tegen klappen en stoten. Op het tentamen zal niet gevraagd worden naar de namen van de ventrikels.

Op blackboard staan verschillende afbeeldingen van de hersenen.

Sociale brein

De term ‘het sociale brein’ wordt gebruikt om de hersengebieden die belangrijk zijn voor het sociaal-emotioneel functioneren aan te geven, dit zijn: de frontale cortex (dorsolaterale prefrontale cortex (DLPFC) en orbitofrontale cortex (OFC)), de insula, amygdala, hippocampus, thalamus en hypothalamus. Deze gebieden zijn ook functioneel in niet-sociale processen. Omgekeerd kunnen ook delen die niet tot het sociale brein gerekend worden van belang zijn in sociale processen.

De frontale cortex is belangrijk voor het plannen en controleren van al het gedrag. De DLPFC is een gebied dat heel veel verbindingen heeft met andere hersengebieden, hierdoor kan gedrag beter georganiseerd worden. Alles wordt samengebracht door DLPFC.

De OFC wordt in het boek van Cozolino orbitomedial prefrontal cortex genoemd. Dit deel van de hersenen speelt een belangrijke rol bij inhibitie van ongewenst sociaal gedrag, bijvoorbeeld het remmen van agressie. Dit deel onderdrukt impulsen die niet gewenst zijn.

De insula ligt diep in de cortex. Via de insula worden er verbindingen gemaakt tussen corticale en dieper gelegen structuren. De insula is belangrijk voor de integratie van primaire sensatie in de bewuste ervaring.

De amygdala is heel belangrijk voor het fysieke gevoel van emotionele opwinding. Dit is vooral bij angstige emoties actief, maar ook bij blijheid. De amygdala heeft de vorm van een amandel, en wordt daarom ook wel eens de amandelkern genoemd.

De hippocampus is de belangrijkste structuur voor het lange termijn geheugen. De thalamus zorgt voor belangrijke verbindingen met input systemen. Alle informatie die binnenkomt, gaat eerst via de thalamus.

De hypothalamus zorgt voor verbindingen van het brein met hormonale output systemen, zoals het systeem dat stress signalen afscheidt.

Hersencellen

Er zijn twee typen cellen, namelijk de neuronen en de gliacellen. De neuronen zijn verantwoordelijk voor het aansturen van lichaamszenuwen, communiceren met elkaar door het sturen en ontvangen van informatie naar andere cellen. Het woord glia betekent lijm. De gliacellen zijn verschillende typen cellen met verschillende functies. Eén van die functies is het aanleggen van een beschermlaagje myeline door de zogenaamde Schwann-cellen. Dit moet je weten voor het tentamen. Verder zijn de gliacellen ook belangrijk voor de structuur van de hersenen en voedsel- en energievoorziening.

Een neuron bestaat uit een cellichaam (soma) en een celkern (nucleus). De celkern is belangrijk voor de energievoorziening van de neuron. Neuronen bepalen je hersenactiviteit en zijn betrokken bij wat je denkt en doet. De neuron heeft twee soorten uitlopers: dendrieten (soort antennes zeontvangen binnenkomende informatie) en axonen (soort zenders, zorgen voor uitgaande informatie). Er kunnen meerdere dendrieten zijn, maar er kan maar één axon zijn. Op dendrieten bevinden zich receptoren. Deze vangen signaalstoffen op die zich hechten aan de receptoren. De axon verstuurt informatie met behulp van een laagje myeline. Dit zijn kleine blokjes om het axon, er is geen aaneengesloten stuk myeline dat de hele axon bedekt. Myeline zorgt ervoor dat signalen sneller verplaatsen. Het eindpunt van een axon is de presynaptische terminal, daar vandaan worden signaalstoffen afgescheiden

Neuronen maken gebruik van signaalstoffen, ze maken geen direct contact met receptoren. Er zit een kleine ruimte tussen de neuronen, de synaps. Van de presynaptische neuron komt informatie af, de postsynaptische neuron ontvangt de informatie en geeft deze weer door. Dit onderscheid is belangrijk omdat het de richting aangeeft van de informatie.

Prikkeloverdracht 1: rustpotentiaal

De prikkeloverdracht is elektrisch en dit ‘stroompje’ moet actief opgewekt worden. Als de neuron in rust is geeft deze neuron geen elektrisch signaal door. De binnenkant van een neuron is als een batterij, hij is altijd een beetje geladen. De ruimte buiten de neuron is meer positief geladen dan de binnenkant: dit is de concentratiegradiënt. Deze positieve lading aan de buitenkant komt doordat er meer natriumdeeltjes buiten dan binnen het neuron zijn. Het rustpotentiaal is een situatie waarbij meer natrium (Na+) ionen buiten het neuron zijn en meer kalium (K+) ionen binnen het neuron zijn. Er bestaan veel meer Na+ dan K+ deeltjes. Hierdoor zijn er netto meer positieve deeltjes buiten de cel. Dit rustpotentiaal wordt in stand gehouden door een natrium-kalium pomp. Aan de buitenkant van het neuron zitten kanaaltjes, waardoor natrium naar buiten wordt gepompt en kalium naar binnen. Het pompje zorgt er voor dat er meer natrium buiten het neuron is dan kalium binnen. Dat doet de pomp door elke keer 3 Na+ deeltjes de cel uit te laten gaan en 2 K+ deeltjes de cel in te laten gaan. Het is belangrijk dat de deeltjes zich niet vrij kunnen bewegen.

Prikkeloverdracht 2: het actiepotentiaal

Het neuron kan door het rustpotentiaal snel een elektrisch stroompje opwekken als er informatie binnenkomt. Omdat er meer natriumdeeltjes buiten de cel zijn dan binnen de cel, willen deze deeltje de cel in. Dus als er informatie binnenkomt, kan de neuron heel snel kanaaltjes openen en natrium naar binnen laten. Hierdoor ontstaat er een elektrische stroom over het axon, een actiepotentiaal. Vuren is het genereren van een actiepotentiaal.

Stap 1. Verandering van het rustpotentiaal:

Stimulatie van het neuron verandert het rustpotentiaal, door de hechting van signaalstoffen aan de receptoren. Bij hyperpolarisatie wordt het ladingsverschil van de binnen en buitenkant nog groter, ook wel negatiever.. Dan kan neuron niet vuren. Wanneer het verschil tussen de binen en buitenkant van een neuron kleiner wordt, heet dit depolarisatie. Dan kan het neuron wel vuren.

Stap 2. Verdere depolarisatie:

Als er voldoende depolarisatie optreedt, schieten natrium kanalen open. Omdat het openen afhankelijk is van de sterkte van het verschil in lading binnen en buiten het neuron, wordt er gesproken van voltage afhankelijke kanalen. Wanneer natrium naar binnen gaat wordt de binnenkant steeds positiever. In het neuron ontstaat een positief potentiaal, dat zich verspreid over de axon gaat: het actiepotentiaal.

Stap 3. Repolarisatie

Op het hoogtepunt van het actiepotentiaal gaan de natriumkanalen weer dicht. Om weer te kunnen vuren, moet de neuron eerst herstellen. Om de originele status weer te bereiken, moeten de positieve deeltjes kalium weer uit het neuron. De uitstroom van kalium maakt de neuron aan de binnenkant negatiever, dat is de repolarisatie.

Stap 4: Er is veel meer natrium in de cel en kalium buiten de cel dan er zou moeten zijn.

Het evenwicht in de concentratiegradiënt moet weer worden hersteld. Dit doet de natrium-kalium pomp, deze pompt natrium naar buiten en kalium naar binnen.

Depolarisatie en repolarisatie herhaalt zich op elk punt van het axon. Wanneer natrium deeltjes op een bepaald punt (P1) de cel inkomen, wordt dat punt positiever dan het aangrenzende punt (P2). Hierdoor stromen een aantal natrium ionen naar dat aangrenzende punt (P2) en verandert het potentiaal bij P2. Wanneer bij P2 de natriumkanalen open gaan, gaat bij P1 de natriumkanalen dicht en de kaliumkanalen open. Om de geleidingsnelheid van een axon te bevorderen, dekt myeline gedeelten van de axon af. Daardoor wordt het proces van depolarisatie en repolarisatie alleen op de onbedekte delen herhaald en slaan ze de bedekte delen over. Deze punten heten knopen van Ranvier.

Prikkeloverdracht 3: de synaps

Er worden signaalstoffen (neurotransmitters) afgescheiden als het actiepotentiaal bij de terminals aankomt. Deze neurotransmitters hechten zich door de synaptische spleet aan de receptoren van postsynaptische neuronen. In het postsynaptische neuron vinden er vervolgens processen plaats die het rustpotentiaal veranderen waardoor er een actiepotentiaal kan ontstaan.

In het cellichaam worden neurotransmitters aangemaakt. Deze worden daarna via de axonen naar de terminals vervoerd, waar ze worden afgescheiden. Er zijn dan twee mechanismen die kunnen plaatsvinden. Bij het ionotropisch effect zorgt de hechting van de receptor voor de opening van het ion-kanaal. Hierdoor verandert het rust potentiaal direct. Bij het metabotropisch effect zet de hechting van de receptor een keten aan processen in werking waardoor het rustpotentiaal uiteindelijk verandert.

Hersenactiviteit meten

Hersenactiviteit kan gemeten worden op verschillende manieren. Je kunt proberen de elektrische hersenactiviteit direct te meten. Dit kan bijvoorbeeld door single cell recording. Je maakt dan een opname van de activiteit van één cel door electroden in te brengen in het brein. Hierdoor wordt het actiepotentiaal van een cel zichtbaar. Deze techniek wordt vooral bij dieren gebruikt. Wat je bij mensen wel kunt doen, is proberen om de activiteit van grotere groepen cellen te meten door gebruik te maken van elektro-encefalografie (EEG). Dit wordt gemeten aan de buitenkant van het hoofd door elektrodes te plaatsen. Eén cel geeft niet genoeg stroom om aan de buitenkant te meten, maar bij groepen cellen kan dit wel. Men kan ook gebruik maken van het magnetische veld dat altijd om een potentiaal cirkelt. Deze magnetische velden kunnen ook gemeten worden door sensoren aan de buitenkant van het hoofd. Deze manier van meten wordt magneto-encefalografie (MEG) genoemd. Deze MEG metingen zijn een stuk gecompliceerder dan bij EEG metingen.

Er kan ook indirect gemeten worden, door middel van fMRI en positron emission tomography (PET). fMRI kijkt naar de weg van zuurstofrijkbloed dat naar de hersenen gebracht wordt. Een meting met gebruik van PET kijkt naar de aanvoer van voedingsstoffen naar actieve gebieden, daarvoor wordt gebruik gemaakt van radioactieve tracers die eventueel schadelijk kunnen zijn voor het lichaam

De relatie tussen de temporele resolutie, de spatiele resolutie en bewegingsvrijheid kan tegen elkaar worden uitgezet. De temporele resolutie is de nauwkeurigheid waarmee variaties in de hersenactiviteit over tijd gemeten kunnen worden. De spatiele resolutie is de nauwkeurigheid waarmee hersenactiviteit kan worden gelokaliseerd.

College 2 - Embryonale ontwikkeling

De embryonale ontwikkeling bestaat uit drie fases. De eerste fase is als de eicel wordt bevrucht met de zaadcel. De bevruchte eicel heet zygoot. Van 2 t/m 8 weken heet het een embryo en vanaf 9 weken heet het een foetus. Vanaf twee weken bestaat het embryo uit een platte schijf cellen, die embryonic plate worden genoemd. De embryonic plate bestaat uit drie lagen, het endoderm (binnenste laag), het mesoderm (middelste laag) en het ectoderm (buitenste laag). Uit het endoderm ontstaan verschillende buikorganen, uit het mesoderm ontstaat het skelet, het hart en de spieren en uit het ectoderm ontstaat het zenuwstelsel en de opperhuid.

Embryonale ontwikkeling van het zenuwstelsel

In de derde week gaat het ectoderm zich verdikken, dit wordt de neurale plaat. Over de lengte van deze plaat ontstaat de neurale groef, doordat de zijkanten van de neurale plaat zich omkrullen. De neurale buis ontstaat doordat de neurale plaat om de groef heen krult. Dit gebeurt aan het einde van de derde week. Uit de neurale buis ontstaat het zenuwstelsel. Uit het voorste deel ontstaat het brein en uit het achterste deel het ruggenmerg. De binnenkant van de buis bestaat uit het kanaal in het ruggenmerg en ventrikels gevuld met CSF.

Als de neurale buis niet (volledig) kan sluiten, ontstaan er afwijkingen en misvormingen van het zenuwstelsel, zowel functioneel als fysiek. Het sluiten van de neurale buis is dus heel belangrijk. Een voorbeeld van een afwijking is spina bifida, waarbij de neurale buis niet sluit aan de onderkant. De ernst van deze afwijking is afhankelijk van hoe hoog het probleem zit op de wervelkolom. Een ander voorbeeld is anencephalie, waarbij de neurale buis niet sluit aan de bovenkant. Bij deze afwijking zijn delen van de hersenen en de schedel niet tot ontwikkeling gekomen. In dit geval is het kindje niet levensvatbaar. Een laatste voorbeeld is encephalocele, waarbij de neurale buis aan de bovenkant niet volledig aansluit. Hierbij komen delen van de hersenen door een gat in de schedel naar buiten. De hersenen zijn bij deze afwijking wel in orde, maar de schedel is niet goed. Ook hier is de ernst afhankelijk van de omvang van het probleem.

Prenatale groei van het brein

Wanneer het brein tijdens de embryonale en foetale fase groeit, ontstaan er in de cortex vouwen, gyri (bergen) en sulci (dalen). De gyri en sulci vergroten het oppervlak zonder extra ruimte in te nemen, hierdoor kunnen hersenen groeien. De basale structuur van het brein is klaar wanneer het kind geboren wordt

Fasen van celgroei

Er zijn vier fasen van celgroei:

• Proliferatie en differentiatie

Proliferatie betekent dat er aan de binnenzijde van de neurale buis nieuwe cellen ontstaan. Deze binnenzijde wordt ook wel de ventriculaire zijde genoemd. Later in de ontwikkeling ontstaan steeds minder nieuwe cellen. Differentiatie houdt in dat de cellen zich ontwikkelen tot neuronen en gliacellen. Dit gebeurt allemaal (ongeveer) tussen de 6 en 20 weken na conceptie.

• Migratie

De neuronen die zich ontwikkelen verplaatsen zich naar hun uiteindelijke bestemming terwijl ze aan het differentiëren zijn. Hersenweefsel groeit van binnen naar buiten. Cellen die later ontwikkelen bewegen zich voorbij eerder ontwikkelde cellen naar hun bestemming. De neuronen verplaatsen zich via de uitlopers van gliacellen. Migratie begint kort na de proliferatie en is rond de geboorte voltooid.

Als er stoornissen optreden tijdens de proliferatie, differentiatie of migratie, kunnen er verschillende afwijkingen optreden. Wanneer er te weinig nieuwe cellen gevomrd worden kan dat leiden tot te kleine hersenen (micrencephalie). Wanneer de vorming van cellen misgaat kunnen er te grote hersenen ontwikkelen (macrencephalie). Lyssencephalie ontstaat als hersenen geen gyri en sulci bevatten, dit zorgt vaak voor ernstige verstandelijke en cognitieve beperkingen. 

• Synaptogenese

Als de cellen op de plaats van hun bestemming zijn, moeten ze verbindingen aangaan om communicatie mogelijk te maken. Waar axonen en dendrieten bij elkaar komen ontstaan synapsen. Deze fase begint kort na het begin van migratie en gaat door tot ver na de geboorte. Synapsen kunnen het hele leven door worden gevormd. Aangezien er meer synapsen worden gevormd dan er nodig zijn, biedt dat flexibiliteit. Er is sprake van overproductie doordat alle verbindingen die “nodig zouden kunnen zijn” worden aangelegd. De hoeveelheid verbindingen die uiteindelijk nodig zijn, is afhankelijk van de omgeving waarin de baby wordt geboren. Synapsen die niet gebruikt worden, worden weggescnoeid, dit heet pruning.

• Myelinatie

In de laatste fase wordt er rond de axonen myeline aangelegd, daardoor wordt de communicatie efficiënter en sneller. Dit proces begint in motorische en sensorische gebieden. Als laatste vindt myeline in de prefrontale cortex plaats. Deze fase begint in de zesde maand van de zwangerschap en eindigt in de jonge volwassenheid.

Ontwikkeling na de geboorte

De basis van het brein wordt voor de geboorte gemaakt. Na de geboorte ontwikkelen de hersenen zich verder. Synaptogenese en pruning gaat door na de geboorte, dit is de basis voor het leren en ontwikkelen. Apoptese vindt ook plaats. Het verschil tussen pruning en apoptose is dat bij pruning de cel niet doodgaat, maar de verbinding tussen twee cellen verdwijnt. Bij apoptose is er sprake van een geprogrammeerde celdood. Myelinisatie vindt vooral na de geboorte plaats, dit is belangrijk voor de snelheid van prikkeloverdracht en informatieverwerking.

Nature en nurture

Tijdens de prenatale hersenontwikkeling spelen genen (de aanleg) een belangrijke rol. De hersenen ontwikkelen zich soort specifiek, dus voor alle mensen zijn de verschillende fasen van celgroei en de timing hetzelfde. Prenataal kan de omgeving wel invloed hebben, bijvoorbeeld in de vorm van gifstoffen, zoals alcohol. Als er alcohol wordt gebruikt tijdens de zwangerschap, kan dat schade toebrengen aan de foetus. Dit kan resulteren in afwijkingen aan het gezicht, aan het zenuwstelsel en het kan leiden tot motorische en cognitieve beperkingen. Dit wordt het foetaal alcohol syndroom genoemd. Kinderen met dit syndroom hebben kleinere ogen, een kleinere bovenlip en missen het richeltje boven de lippen.

Na de geboorte speelt de omgeving een grotere rol, maar de invloed van genetische aanleg blijft aanwezig. Ook kunnen aanleg en omgeving samengaan, zoals het geval is bij een genetisch risico op ziektes. Bij differential susceptibility beïnvloedt de genetische aanleg de vatbaarheid voor de omgeving. Differential susceptibility is een belangrijke term voor pedagogen, omdat zij graag willen weten wat er door de omgeving bepaald wordt en wat er genetisch bepaald wordt.

Experience expectant vs. experience dependent development

Experience expectant betekent dat ontwikkeling op een bepaalde manier plaatsvindt, omdat het systeem een bepaalde omgeving verwacht. Een voorbeeld hiervan is het visuele systeem. Dit moet nog wel worden afgesteld bij de geboorte, maar dit gebeurt wel.

Experience dependent betekent dat ontwikkeling door omgevingsinvloeden in een bepaalde richting wordt gestuurd, zoals bij taal. Het systeem is niet afgesteld om maar één taal te kunnen leren. Iemand leert de talen alleen als je ze nodig hebt. Experience expectant zijn dus minder beïnvloedbaar voor verschillen in de omgeving dan experience dependant.

Sensitieve periodes zijn periodes waarin de mens een verhoogde gevoeligheid heeft voor bepaalde omgevingsinvloeden, zoals het leren van taal dat ongeveer tot 7 jaar is. Dit is ook zo bij gehechtheid in het eerste levensjaar. Bij dieren gebeurt dit met imprinting, zoals de ganzen van Lorentz. Ontwikkeling kan wel plaatsvinden buiten de sensitieve periode, maar het is minder effectief. Kritische periodes zijn momenten waarin functies alleen dan kan ontwikkelen onder bepaalde omgevingsinvloeden tijdens een bepaalde periode.

Rol van ouders/verzorgers

De manier waarop ouders met de baby omgaan is van groot belang voor de ontwikkeling van het kind. Ze zijn bepalend voor de fysieke omgeving (veiligheid en voedsel) en de sociale omgeving. Een voorbeeld hierbij is de taalontwikkeling en sociaal spel. Terwijl de baby nog in de buik zit hoort de baby gefilterd geluid, waardoor het in aanraking komt met taal. Daardoor ontwikkelt de ongeboren baby al enige gevoeligheid voor de klanken van de moedertaal. Verder leert een kind de betekenis van woorden door interactie met de ouders, doordat de ouders bijvoorbeeld objecten benoemen of voorlezen.

Van sociaal spel kunnen kinderen veel leren, zoals motorische vaardigheden, sociale vaardigheden en toestandsregulatie. Een voorbeeld van sociaal spel is kiekeboe bij baby’s. Dit spel creëert een optimale psychische en fysieke toestand om te leren, omdat positieve gevoelens en positieve hormonen ontstaan. Ook bevordert het spel de ontwikkeling van spanningsregulatie en objectpermanentie.

Plasticiteit

Hersenen zijn nooit volledig statisch, door plasticiteit heeft het brein vermogen zich aan te passen aan wat nodig is.. Dit gebeurt niet door nieuwe cellen aan te maken, maar vooral door de verandering in verbindingen in het brein. Gedurende het leven geldt het use it or lose it concept: niet gebruikte verbindingen verdwijnen..

Er zijn twee mechanismen achter de vorming en het behoud van verbindingen. Ten eerste is er de hebbian synapse, wat betekent dat er een gelijktijdige activatie is van een presynaptisch en postsynaptisch neuron. Dit gebeurt door gelijktijdige input vanuit andere neuronen en versterkt de synaps. Verder is er ook de long-term potentiation. Hierbij ontvangt een postsyntaptisch neuron een bombardement aan neurotransmitters (input) vanuit een presynaptisch neuron. Hierdoor wordt die synaps versterkt.

Compensatie en reorganisatie

Doordat er in het brein plasticiteit bestaat, kan het brein zich aanpassen bij beschadiging. Dit is echter heel beperkt mogelijk.Reorganisatie houdt in dat andere hersengebieden de functie van het beschadigde gebied overnemen.De capaciteit hiervan is beperkt en kan de oorspronkelijke functie belemmeren. Middelgrote beschadigingen zijn vaak lastig, omdat ze te groot zijn voor overname door aangrenzend weefsel en te klein om over te worden genomen door de andere hersenhelft (homologe gebied).Compensatie houdt in dat de taak van een beschadigd gebied door andere gebieden wordt uitgevoerd op een andere manier. Dit gebeurt bij grotere beschadigingen. Het homologe gebied in de andere hersenhelft neemt dan de functies over. Compensatie op gedragsniveau gebeurt door dingen die niet meer lukken op een andere manier te doen of door hulpmiddelen te gebruiken.Een jong brein reorganiseert makkelijker (is plastischer), maar als gebieden nog in ontwikkeling zijn tijdens beschadiging kan de ontwikkeling worden verstoord. Growing into deficit betekent dat gevolgen van beschadiging met de tijd steeds ernstiger worden.

Evolutionaire theorieën

De mens deelt genen met veel dieren, maar is het meest verwant aan mensapen. Soorten ontwikkelen zich doordat functionele eigenschappen reproductief voordeel opleveren en nadelige eigenschappen uitsterven (evolutietheorie). Dit bevordert de aanpassing aan de leefomgeving. Dit is ook het geval met het ‘sociale brein’, van de mens. De sociale neigingen van de mens leverden voordelen op en bevorderden de kans op overleven.

Triune brain (tri = drie, une = eenheid: de drie delen vormen een geheel) is een evolutionaire theorie van McLean. Hij meent dat de delen van de hersenen die bij veel dieren goed ontwikkeld zijn, evolutionair gezien ouder zijn dan delen van de hersenen die alleen bij mensen en hun naaste verwanten goed ontwikkeld zijn. Er is een onderscheid tussen drie delen van het brein, gebaseerd op de clusters van structuren die overeenkomen in evolutionair ouderdom.

• Het protoreptilean brain is het oudste deel van het brein. De hersenstam en een aantal andere structuren zijn een voorwaarde voor een minimaal bewustzijn en basale levensfuncties.

• Het paleomammalean brain bestaat uit iets minder oude delen zoals het limbisch systeem. Het hebben van het paleomammalean brain is een voorwaarde voor minimaal emotioneel bewustzijn en enig geheugen. Dit deel komt bij alle zoogdieren voor

• Het neomammalian brain bestaat uit de nieuwste structuren. Het bevat de cortex en is een voorwaarde voor een uitgebreid of een volledig bewustzijn. Dit deel is het best ontwikkeld bij de mens en de naaste verwanten van de mens.

Als kanttekening wordt gegeven dat de Cortex en het sociale brein niet alleen bij de mens bestaan. Het is niet zo dat er of een deel geheel aanwezig moet zijn of een deel helemaal niet, delen kunnen namelijk in mindere of meerdere mate ontwikkeld zijn.

De hersenen van de mens ontwikkelen zich in de volgorde waarin ze geëvolueerd zijn, ook wel phylogenetische volgorde genoemd. Eerst de structuren van het protoreptilean brain, dan de structuren van het paleomammalian brain en tenslotte de cortex (neomammalian brain).

College 3 - Gezichtsverwerking

Visuele banen

Gezichten zijn visuele stimuli, gezichten worden waargenomen. De route die visuele stimuli afleggen, begint bij de oogzenuwen. Receptoren in de retina (het netvlies) ontvangen licht. Deze receptoren zijn onder te verdelen in staafjes, die contrast onderscheiden, en kegeltjes, die kleur onderscheiden. De activiteit van staafjes en kegeltjes wordt omgezet in een elektrisch impuls. Vervolgens wordt de informatie langs de optische zenuw via de thalamus naar de primaire visuele cortex gebracht. De primaire visuele cortex ligt achter in de occipitaalkwab en hier vindt de eerste analyse van visuele informatie plaats. Bij deze analyse worden alleen nog basale kenmerken geanalyseerd, zoals de vorm van een object.

Informatie uit het rechter visuele veld wordt verwerkt in de linker hersenhelft en andersom. Het gaat niet om het linker of rechteroog, maar om het beeld links of rechts van de neus.

Zenuwbanen afkomstig van de binnenkant (‘neuskant’) van de retina, kruisen namelijk naar de andere kant van de hersenen. De plaats waar het kruisen plaatsvindt, is het optisch chiasma. Informatie die aan de buitenkant van de retina binnenkomt kruist niet.

In de primaire visuele cortex, ook wel V1, wordt basale informatie verwerkt. De verwerking van complexere aspecten van visuele stimuli gebeurt in verschillende hersengebieden met behulp van twee routes. De ene route is de dorsale stroom. Deze loopt via de pariëtale cortex en zorgt voor de analyse van waar iets zich bevindt. Hierdoor kun je beweging zien en de locatie van een object bepalen. Verstoringen in de dorsale stroom leiden tot akinetopsie: problemen met het zien van beweging waardoor het lastig is snelheid in te schatten. De andere route is de ventrale stroom. Deze verwerking vindt plaats in temporale gebieden en zorgt voor de analyse van wat je ziet, objecten of stimuli worden herkend. Door een link te maken met het geheugen kan de stimuli worden gekoppeld aan taal. Hierdoor kun je objecten benoemen. Verstoringen in de ventrale stroom leiden tot agnosie: problemen met het herkennen van objecten.

Er zijn verschillende vormen van agnosie:

• Apperceptieve agnosie: stoornis in het analyseren van vorm. Dit zorgt voor problemen met het herkennen en natekenen van objecten.

• Associatieve agnosie: een stoornis in het herkennen van vorm. Een persoon kan vormen nog wel correct waarnemen en natekenen, maar heeft problemen met de koppeling van de representatie in het geheugen. Dus problemen met et benoemen van objecten.

• Simultaanagnosie: losse objecten worden wel herkend, maar zodra meerdere objecten één geheel vormen, wordt dit geheel niet herkend.

Fusiforme gyrus en amygdala

De occipital face area (OFA) en de fusiform face area (FFA) zijn specifiek betrokken bij gezichtsherkenning. De occipital face area is een gebied in de occopitaal kwab die verantwoordelijk is voor het herkennen van de samenstelling van een gezicht (constellatie). De fusiforme gyrus ligt diep in de temporaalkwab en bevat het gebied fusiform face area (FFA). Dit gebied is verantwoordelijk voor het doorhebben welk persoon bij welk gezicht hoort (identiteit). Een beschadiging aan het FFA leidt tot prosopagonosie: het niet kunnen herkennen van gezichten. Dat kan leidentot sociale moeilijkheden..

Er is onderzoek gedaan naar de verwerking van babygezichten. Daaruit blijkt dat de OFA en de FFA reageren op ‘gezonde’ babygezichten. Het orbitofrontale cortex is extra actief wanneer iets schattig wordt gevonden, wat ook blijkt uit een onderzoek van Parsons et al (2013). Er was minder gezichtsspecifieke activatie in de hersengebieden (OFA en FFA) bij het zien van baby’s met een hazenlip. Dit verwerkingsproces in de hersenen staat mogelijk in verband met een minder gunstige cognitieve en sociaal-emotionele ontwikkeling van kinderen met hazenlip. Ook kunnen problemen in de vroege ouder-kind interactie hierdoor verklaard worden.

De amygdala speelt een belangrijke rol bij het herkennen van gezichtsuitdrukkingen. Met name bij uitdrukkingen van angst en boosheid is de amygdala sterker betrokken dan bij andere gevoelens.. Belangrijk is de intentie van uitdrukkingen: hoe intenser de gezichtsuitdrukking, hoe sterker de reactie van de amygdala. Ook bij het sturen van aandacht speelt de amygdala een rol, het gebied rond de ogen is daarvoor het meest informatief.

Aandacht

Er kan een onderverdeling worden gemaakt in verschillende soorten aandacht: executieve, selectieve en volgehouden aandacht.

Executieve aandacht heeft te maken met bewuste controle en verdeling van aandacht. Daar is met name de dorsolaterale prefrontale cortex van belang, als controlesysteem van het brein. Deze zit aan de buitenkant van de frontaalkwabben. Bij selectieve aandacht wordt er gericht op een specifiek object of locatie. Dit is vooral een beslissingsproces. De posterieure pariëtale cortex is met name van belang, deze ligt bovenop het achterhoofd.

Bij volgehouden aandacht wordt de aandacht langdurig ergens op gericht. Ook waakzaamheid valt hieronder.

• De amygdala (voor arousal), dorsolaterale prefrontale cortex (voor controle) en posterieure pariëtale cortex (voor selectie) spelen een rol.

Selectieve aandacht kan nog worden onderverdeeld in drie processen. Hierbij spreekt men ook wel van ‘the spotlight theory of attention, omdat de processen vergeleken kunnen worden met de werking van een zaklamp of spotlight. De drie processen zijn:

1. Engagement: aandacht ergens op richten, oftewel ‘selectie’

2. Disengagement: aandacht ergens vanaf richten, oftewel ‘losmaken’.

3. Shifting: aandacht verplaatsen

Waar iemand naar kijkt is vaak datgene waar iemand de aandacht op richt. Men spreekt dan van overt attention (‘openlijk’). Maar iemand kan ook ergens naar kijken zonder daar de aandacht op te richten. Men spreekt dan van covert attention (‘verborgen’).

Beschadiging van de posterieure pariëtale cortex leidt vaak tot neglect: een verstoring van de selectieve aandacht waardoor een persoon slechts nog de helft van de ruimte of van een object ziet. Dit gebeurt contralateraal, wat wil zeggen dat een beschadiging aan de linkerkant in de hersenen leidt tot neglect rechts en andersom. Neglect komt vaker voor bij beschadigingen aan de rechterkant dan bij beschadigingen aan de linkerkant.

Overt attention is belangrijk bij joint attention. Joint attention houdt in dat twee of meerdere personen tegelijkertijd naar hetzelfde punt of object kijken, gestuurd door de blikrichting van anderen en heeft twee functies:

1. Sociaal-communicatief. Mensen komen door de blikrichting van anderen te weten waar ze hun aandacht op moeten richten. Door ergens naar te kijken communiceren mensen met elkaar over wat belangrijk is. Het geeft ook informatie over de mentale toestand van een ander.

2. Cognitief, met name woordenschat. Een kind volgt automatisch de blikrichting van anderen. De ouder benoemt vaak objecten waar het kind naar kijkt en gebruikt verbale signalen om de aandacht van het kind te sturen.

Emoties

Emoties zijn gevoelens en vaak wordt onderscheid gemaakt tussen basisemoties en secundaire emoties. De basisemoties zijn blijdschap, woede, verdriet, angst, walging en verrassing. Van deze emoties wordt gedacht dat ze universeel en aangeboren zijn, ze komen zelfs al bij kleine kinderen voor. Secundaire emoties ontstaan later, bijvoorbeeld schaamte. Kleine kinderen kennen deze emotie nog niet. Deze emoties staan vaak in verband met sociale normen, wat goed is en wat niet. Emoties zijn interne toestanden die sterk zijn verbonden met motivatie,gedrag en besluitvormend handelen. Emoties spelen ook een belangrijke rol in de sociale omgang met anderen, zo maken gezichtsuitdrukkingen intenties van anderen vaak zichtbaar.

Emoties kunnen psychische en lichamelijke componenten hebben, bijvoorbeeld met arousal. Bijvoorbeeld het zweten van handen en een verhoogde hartslag in een stresssituatie. Arousal wordt vertaald met opwinding, maar dat dekt niet de lading van het woord in het Engels.

Er zijn twee theorieën over de relatie tussen dat subjectieve gevoel en de lichamelijke reactie. De James-Lange theorie stelt dat een situatie een lichamelijke reactie veroorzaakt die geïnterpreteerd wordt met een emotie. Als er geen lichamelijke reactie komt, is er geen subjectief gevoel. Cannon en Bard dachten dat een situatie tegelijkertijd en onafhankelijk van elkaar een emotie en de lichamelijke reactie veroorzaakt.

Er is veel onderzoek gedaan naar deze theorieën. Er is gebleken dat bij het manipuleren van de gezichtsuitdrukking mensen met een blij gezicht een stripverhaal grappiger vinden dan mensen met een nors gezicht. In een ander onderzoek is de lichaamshouding gemanipuleerd. Mensen met een ineengedoken houding (fietsen) hadden minder positieve emotie dan mensen met een open houding (houding). Hieruit kan geconcludeerd worden dat een bedreiging of andere stimulus leidt tot de lichamelijke reactie én het subjectieve gevoel. Deze twee kunnen elkaar ook weer beïnvloeden en interacteren.

Emoties in de hersenen

De amygdala is een kern in het limbisch systeem in de temporaalkwab. De amygdala is van belang voor de primaire emotionele respons, voor de eerste analyse van emotionele informatie, en dan met name voor angst. Bovendien is de amygdala belangrijk voor arousal.

Een andere belangrijke kern is de insula. Deze ligt onder de frontale cortex. De insula is belangrijk voor emotional awareness, het bewustzijn van je gevoelens. De insula brengt primaire emotionele reacties naar het bewustzijn.

Gevaar, angst en de amygdala

Er zijn twee routes voor de evaluatie van gevaar, de snelle route (thalamo-amygdalaroute) en de langzame route (thalamo-cortico-amygdalaroute). De thalamo-amygdalaroute gaat als volgt: sensorische informatie komt binnen in de thalamus en wordt direct doorgestuurd naar de amygdala. De informatie via deze route is minder accuraat omdat het nog niet verwerkt is via de V1 hersengebieden. Dit gebeurt onbewust en is nodig voor een snelle reactie.

De thalamo-cortico-amygdalaroute gaat als volgt: informatie komt binnen in de thalamus. Deze informatie wordt eerst verwerkt in de cortex waarna het wordt doorgestuurd naar de amygdala. Deze route zorgt voor een bewuste ervaring, inhibitie en een gedetailleerde analyse van de stimulus.

Amygdala en leren

De amygdala is ook belangrijk om te leren wat wel en wat niet gevaarlijk is, ook wel stimulus-reward associations. Er wordt dan een associatie gemaakt tussen een bepaalde stimulus en de uitkomst daarvan, deze voegt dan een emotionele component toe aan bestaande informatie in het geheugen. De amygdala ligt dicht bij de hippocampus, die belangrijk is voor het opslaan van informatie (in dit geval associaties). Belangrijk bij het leren van associaties is conditioneren.

Conditioneren

Ivan Pavlov was de grondlegger van klassieke conditionering, het leren van een directe associatie tussen een stimulus en een reactie. Vooral Pavlov’s experiment is bekend: door voedsel kwijlt een hond, door het geluid van een bel niet. Als je de hond voedsel geeft terwijl je de bel luidt, kwijlt de hond ook. Als je dit vaak genoeg doet kwijlt de hond als je alleen de bel luidt.

Een ongeconditioneerde stimulus is een stimulus die een bepaalde reactie oproept, die hoeft niet geconditioneerd aangeleerd te worden. Een geconditioneerde stimulus is een neutrale stimulus die zonder iets te leren geen reactie heeft. Als de geconditioneerde stimulus kort voor de ongeconditioneerde stimulus wordt aangeboden, treedt de reactie op een gegeven moment ook op na alleen het aanbieden van de geconditioneerde stimulus.

Naast klassiek conditioneren is er ook operant conditioneren, bedacht door Skinner. Skinner had een heel laboratorium vol met duiven om het conditioneren op te testen. Hij maakte gebruik van beloning en straf. Een beloning is iets waardoor het gedrag toeneemt, straf is iets waardoor het gedrag afneemt. Er is een verschil tussen positieve en negatieve beloning en straf. Positieve beloning is het aanbieden van iets positiefs, een negatieve beloning is het wegnemen van iets negatiefs. Een positieve straf is het aanbieden van iets negatiefs, en een negatieve straf is het wegnemen van iets positiefs. Positief en negatief belonen zorgt voor een toename in gedrag, positief en negatieve straf zorgt voor afname in gedrag.

Motivatie en frontaalkwabben

Motivatie is de drijvende kracht achter gedrag. Dit wordt vaak omschreven als de bereidheid om je in te zetten voor je behoeften om een beloning te bereiken en het vermijden van straf. Een voorbeeld is de piramide van Maslow. Hij maakte een onderscheid in fysiologische behoeften, veiligheid, sociale behoeften, eigenwaarde en zelf-actualisatie.

De anterieure cingulate cortex (ACC) reageert vooral wanneer er fouten gemaakt worden. Dit hersendeel is betrokken bij conflict monitoring en performance monitoring. Door het maken van fouten wordt er aangezet om gedrag en gevoel bij te sturen. Het ventraal stratium daarentegen heeft te maken met het gevoel van beloning en het anticiperen daarop. Dit is een onderdeel van de basale ganglia, het belangrijkste gebied is de mucleus accumbens. De orbitofrontale cortex berekent vervolgens de reward value van een stimulus en stuurt afhankelijk daarvan gedrag en gevoel. Deze staat in verbinding met de amygdala, insula en de ACC.

Lateralisatie heeft te maken met de organisatie van handelen en betekent dat de twee hersenhelften deels verschillende functies hebben. Bij lateralisatie van functies vinden processen vooral in één hersenhelft plaats. Een voorbeeld is gesproken taal en kennis wat vooral verwerkt wordt in de linkerhersenhelft. Bij functieverdeling zijn beide hersenhelften betrokken bij een taak, maar allebei op verschillende manieren of bij verschillende onderdelen. Activiteit in de hersenen wordt gemeten met behulp van een EEG (elektro-encefalografie). Het verschil in activiteit van de linker en rechter frontale cortex wordt frontale asymmetrie genoemd. Een EEG geeft de elektrische activiteit van hersengebieden weer door middel van golven.

Er zijn vier verschillende snelheden golven, alle golflengtes zijn altijd aanwezig maar in verschillende mate. Van snel naar langzaam:

• Bètagolven: deze ontstaan vooral door activiteit in het hersenweefsel.

• Alfagolven: deze golven zijn te zien wanneer je wel wakker, maar de hersendelen niet actief zijn. Er geldt: hoe meer alfa-activiteit er is, hoe minder actief het hersenweefsel is. Als de alfa-activiteit links in het brein groter is dan rechts, dan is de rechter frontale cortex actiever. Als de alfa-activiteit rechts in het brein groter is dan links, dan is de linker frontale cortex actiever.

• Thètagolven:deze zijn zichtbaar tijdens ontspanning, maar ook bij activatie van het geheugen en voorstellingsvermogen.

• Deltagolven: deze zijn te zien bij diepe slaap.

De linker en rechter frontale cortex spelen verschillende rollen bij emoties. Aanvankelijk dacht men dat de linker frontaalkwab betrokken was bij positieve emoties en de rechter frontaalkwab bij negatieve emoties. Bij onderzoek naar boosheid bleek echter dat er links een sterkere activiteit was als boosheid gepaard ging met agressie. Wanneer boosheid gepaard ging met terugtrekken, was er rechts juist sterkere activiteit. Bij frontale asymmetrie is de richting van de emotie dus belangrijker dan de kwaliteit van de emotie (de valentie). Approach-withdrawal motivatie is de neiging tot het zoeken van toenadering of tot terughoudendheid (fight or flight). Daarbij is de linkerhersenhelft meer betrokken bij benaderingsgedrag en de rechterhersenhelft meer betrokken bij terugtrek gedrag.

College 4 - Neurobiologie van sociale relaties en gehechtheid

Gehechtheid

Gehechtheid is een speciale band tussen ouder en kind. Een baby is voor zorg en veiligheid afhankelijk van de ouder, daarbij streeft de baby naar nabijheid.. Bij een succesvolle gehechtheidsrelatie gaat het om de balans tussen het bieden van een veilige haven en het geven van ruimte tijdens exploratie. Het kind gebruikt de ouders als voorbeeld om een beeld van zichzelf, anderen en de omgeving te ontwikkelen. Dit heet het intern werkmodel. Het kind gebruikt dit voorbeeld om te kijken naar wat wel en wat niet kan. Bij een veilige gehechtheidsrelatie ziet een kind zichzelf als geliefd, anderen als betrouwbaar en de wereld als veilig. Bij een onveilige gehechtheidsrelatie ervaart een kind zichzelf als niet de moeite waard, anderen als onbetrouwbaar en de wereld als veilig of vijandig. Kinderen met een onveilige gehechtheid kunnen de balans tussen exploratie en zorg niet vinden.

Biologie van gehechtheid

We hebben een aangeboren neiging om baby’s schattig te vinden. Bij dit biologische principe zijn de kenmerken van de baby afgestemd op de perceptie van ouders. Dit geldt wat sterker voor vrouwen dan voor mannen. Een baby heeft bepaalde uiterlijke kenmerken, zoals grote ogen en een rond gezicht welke volwassenen aantrekkelijk vinden.

Bij volwassenen is er een gedempte afkeer voor negatieve stimuli zoals ontlasting en huilen. Dit maakt de ouder meer geneigd tot zorg en minder tot agressie. Bij een baby vinden we ontlasting vaak niet vies, bij het huilen wordt men vaak ook niet agressief. Dit geldt vooral voor het eigen kindje.

De ouders van een baby zorgen voor de omgeving van het kindje. De baby is zowel in fysieke als in psychosociale behoeften afhankelijk van de ouders. De ouders zorgen voor veiligheid, hygiëne, voedsel, maar ook voor nabijheid, en (lichamelijk) contact. Hoewel het belang van contactuele aspecten vaak (vroeger) is onderschat, zijn beide aspecten belangrijk.

Harry Harlow deed onderzoek naar de opvoeding bij rhesusapen. Hij vroeg zich af wat nou belangrijk is bij de opvoeding. Hij onderzocht of het aapje meer hechtte aan het moedermodel die voeding gaf of het moedermodel die contact en warmte bood. In het experiment werden jonge aapjes direct na de geboorte gescheiden van hun moeder. De aapjes hadden beschikking over twee moedermodellen, namelijk een met stof bekleed model, (deze bood wel warm contact maar geen voedsel) en een kaal model met fles (deze bood wel voedsel maar geen warm contact). De aapjes brachten veel meer tijd door bij de moeder bekleed met stof, zo’n 22 uur per dag.. In het vervolg van het experiment werd het aapje bang gemaakt, om te kijken naar welke moeder het aapje heen zou gaan om veiligheid te zoeken. Dit deed Harlow met een robot. Het aapje ging naar de moeder waar hij gehecht aan was, dus naar de stoffen moeder.

Dopamine en het beloningssysteem

Dopamine is een neurotransmitter en is dus een signaalstof die betrokken is in de communicatie tussen hersencellen. In dat systeem maken we onderscheid tussen twee paden: het nigrostriataal pad en het mesocorticolimbisch pad.

• Het nigrostriataal pad is betrokken bij beweging. Dit gebied is aangedaan bij Parkinson. Het heeft zijn oorsprong in de substania nigra waarna de communicatie doorloopt naar de nucleus caudate en het putamen. Deze laatste twee vormen het dorsale stratium. Het mesocorticolimbisch pad doorloopt meerdere hersengebieden en is verantwoordelijk voor het gevoel van beloning en geluk en voor aandacht. Verslavingsmiddelen als amfetamine en cocaïne werken in op dit systeem. Dit pad ligt in het ventral tegmental area en maakt onder andere contact met cellen in de nucleus accumbens, anterior cingulate cortex en de hippocampus.

Dit pad wordt ook het reward pathway genoemd omdat het betrokken is bij het beloningssysteem.

Rol van de cingulate gyrus

De anterieure (voorste) cingulate gyrus/cortex speelt een belangrijke controlerende rol bij response monitoring. De deel heeft de functie om de ‘juiste’ handeling te kiezen, het moitoren van handelingen en de uitkomst daarvan.. Het speelt tevens een rol bij het bijstellen van fouten die gemaakt worden tijdens taken.

Belang dopamine voor ouderlijk gedrag

Dopamine is belangrijk bij het verwerken van de belonende aspecten van moeder-kind interactie, voor aandacht voor het kind en monitoring van de baby. Mileva-Seits heeft in 2012 onderzoek naar genetische variantie in dopaminereceptoren en hoe dit samenhing met gedrag dat te maken had met aandacht. Er werd gevonden dat moeders met genotypen die zorgen voor een optimale signaaloverdracht minder vaak weg kijken van de baby.

Geheugen en gehechtheidrepresentaties

De vraag hoe herinneringen opgeslagen worden in het brein heeft geleid tot veel verschillende hypothesen. Het is niet zo dat specifieke cellen specifieke informatie opslaan, zoals de herinnering ‘oma’ in een ‘oma-cel’. Bepaalde cellen zijn wel gevoeliger voor bepaalde informatie. Een andere achterhaalde hypothese is dat er nieuwe verbindingen tussen hersengebieden worden gemaakt bij de vorming van nieuwe herinneringen. Karl Lashley zocht naar nieuwe verbindingen, dit noemde hij het engram. Dit idee kwam vooral uit het klassiek conditioneren van dieren. Hij bracht beschadigingen in het brein aan om te zien waar nieuwe verbindingen werden gevormd.

Een herinnering is gebaseerd op activatie in netwerken van hersengebieden, niet in losse cellen of verbindingen tussen cellen. Wanneer je een herinnering ophaalt wordt de originele ervaring als het ware opnieuw gerecreëerd. De hersencellen die actief waren bij de originele ervaring, worden dan weer geactiveerd. Informatie wordt in eerste instantie in het korte-termijn geheugen opgeslagen. Vanuit dat kortdurend geheugen kunnen herinneringen voor langere tijd worden opgeslagen, deconsolidatieis afhankelijk van de intensiteit van de herhaling(en). Daarom werken ezelsbruggetjes zo goed. Er zijn verschillende verdelingen in het geheugen die elkaar niet per definitie uitsluiten. Het procedureel geheugen is het geheugen voor handelingen. Het declaratief geheugen maakt gebruik van taal. Het expliciete geheugen is een bewuste herinnering, het impliciete geheugen een onbewuste herinnering.

Hippocampus

De hippocampus is belangrijk voor het geheugen. Bij dieren is de hippocampus vooral voor het geheugen voor locaties en ruimtelijke handelingen (spatiëel geheugen). Bij mensen is het vooral belangrijk voor declaratief lange-termijn geheugen.Bilaterale schade leidt tot (ernstig) geheugenverlies, bij unilaterale beschadiging kan de onaangedane zijde compenseren.

Henry Molaison (1926-2008) leed aan een ernstige vorm van epilepsie. In 1953 werd als behandeling grote delen van de temporaalkwabben, en daaronder liggende hippocampi verwijderd (beide hersenhelften). Het resultaat was dat hij geen nieuwe herinneringen meer kon opslaan, ondanks dat hij herinneringen had van voor de operatie.. De hippocampus blijkt dus belangrijk te zijn voor het opslaan van herinneringen, niet zozeer het ophalen van herinneringen. Het intact impliciet procedureel geheugen is het in staat zijn om nieuwe vaardigheden te leren, zonder zich het leerproces te herinneren.

Geheugenverlies

Retrograde (achteruit) amnesie is het verlies van opgeslagen informatie. Anterograde (vooruit) amnesie is het onvermogen nieuwe herinneringen te vormen. ‘Normaal’ vergeten is van belang voor een goed functionerend geheugensysteem. Niet-excessief vergeten bevordert de integratie en verwerking van emotionele ervaringen en zorgt voor efficiëntie.

Werkgeheugen

In het werkgeheugen kan men informatie korte tijd vasthouden en gebruiken. Het werkgeheugen is onderverdeeld in het visuospatial sketchpad, de phonological loop en de central executive. In het visuospatial sketchpad wordt visiospatiële informatie kort vastgehouden. In de phonological loop wordt verbale informatie kort vastgehouden en herhaald om ze te onthouden. De central executive coördineert de uitvoering van de bewerking. Prefrontale gebieden zijn van groot belang voor het werkgeheugen, met name de dorsolaterale prefrontale cortex (DLPFC).

Bijzondere vormen van geheugen en geheugenverlies

Prospectief geheugen is onthouden wat in de toekomst zal of moet gebeuren. Het brongeheugen is het herinneren van het geheugenspoor waar en wanneer iets gebeurd is wat je hebt onthouden. Infant amnesia (baby geheugenverlies) betekent dat mensen zich heel weinig herinneren van de eerste vijf jaren van hun leven. De hippocampus is dan namelijk nog in ontwikkeling, net als de andere systemen die nodig zijn voor het opslaan van lange termijn herinneren en het coderen daarvan. Jonge kinderen kunnen zich wel dingen herinneren, maar niet over langere tijd.

Gehechtheidsrepresentaties

De gehechtheidsrepresentatie ligt opgeslagen in het geheugen. Het beeld dat je hebt van jezelf, anderen en je omgeving is een herinnering. Dit beeld is gevormd door interactie met anderen en heeft invloed op de manier van het interpeteren van de sociale werkelijkheid. Het interne werkmodel zelf is impliciet. Het is wel verbonden met meer expliciete of declaratieve herinneringen. De gehechtheidsrepresentatie zit in het lange termijn geheugen, het bestaat voor langere tijd.

Communciatie: taal

Taal is een van de eerste processen die gelokaliseerd werd in de hersengebieden.

Het gebied van Broca

Het gebied van Broca ligt in de linker frontale cortex en is belangrijk voor de spraakmotoriek, woordvinding en het gebruik van grammatica. Patiënt Tan kon alleen nog maar tan zeggen. Deze man had een door syfilis veroorzaakte beschadiging in de linker frontale cortex.

Een beschadiging in het gebied van Broca leidt tot expressieve afasie. Dit houdt in dat de spraak verstoord is. Een persoon gaat langzaam en incorrect spreken, heeft moeite met het vinden van de juiste woorden en gebruikt losse woorden in plaats van grammaticaal correcte zinnen. Het taalbegrip is echter niet aangetast.

Het gebied van Wernicke

Het gebied van Wernicke ligt in de linker temporale cortex en is belangrijk voor taalbegrip. Een beschadiging in dit gebied leidt tot receptieve afasie. Dit houdt in dat het taalbegrip ernstig verstoord is. Een persoon kan nog vloeiend spreken en vormt grammaticaal goede zinnen doordat de motoriek nog intact is, maar wat hij/zij zegt is betekenisloos.

De fasciculus arcuatie is een zenuwbundel die de gebieden van Broca en Wernicke verbindt. Het vormt de verbinding tussen receptieve en productieve gebieden. Beschadiging van deze zenuwbundel leidt tot conductie-afasie. Hierbij zijn het taalbegrip en de taalproductie relatief in orde, maar is er een onvermogen tot nazeggen. Doordat het gebied van Wernicke direct verbonden is met de visuele cortex, maakt het ook het begrip van geschreven taal mogelijk. Schade aan de zenuwbundel die deze gebieden verbindt, leidt tot alexie (het verlies van leesvaardigheid).

Problemen met sociale relaties

Autisme

Een van de belangrijkste kenmerken van autisme zijn de problemen met sociale relaties en sociaal contact. Mensen met autisme zijn niet goed in staat om sociale interacties aan te gaan. De drie belangrijkste symptomen van autisme zijn problemen met sociale relaties, beperkte interesses en gedragingen en een gebrekkige communicatie- en taalontwikkeling.Betreft sociale problemen hebben kinderen met autisme een beperkt inlevingsvermogen, ze maken vaak geen oogcontact en hebben moeite met fysiek contact.Onder beperkte gedragingen en interesse vallen stereotypieën (rocking, constante herhaling) en obsessieve focus (heel erg gefocust zijn op bepaalde delen van een geheel, zoals het wiel van een auto).

• Onder autisten bestaat veel variaties betreft communicatie. Sommige kinderen leren helemaal niet spreken, anderen leren wel spreken maar kunnen het nooit vloeiend. Meestal hebben kinderen met autisme een laag IQ, maar dat hoeft niet zo te zijn.

Autismespectrumstoornissen

Autismespectrumstoornissen is een verzamelnaam voor autisme en op autisme lijkende stoornissen. De twee belangrijkste worden nog verder besproken. Allereerst het syndroom van Asperger. Bij deze stoornis treden, net als bij autisme, problemen op met sociale interactie. Deze kinderen zijn een beetje vreemd in de omgang en hebben moeite om contact te leggen met leeftijdsgenooten. De taalontwikkeling is bijna normaal, hoewel ze meestal wel moeite hebben met het afstemmen van het juiste taalgebruik. Ook het IQ is gemiddeld of zelfs hoger. Kinderen met Asperger hebben wel moeite met hun motoriek, ze bewegen vaak houterig.

PDD-NOS is de verzamelnaam voor symptomen die doen denken aan autisme, maar volgends de DSM-V niet ernstig genoeg zijn voor de diagnose autisme. PDD-NOS staat voor Pervasive Developmental Disorder Not Otherwise Specified. Pervasief wil zeggen dat het van grote invloed is op veel verschillende gebieden.

Theorieën

Er zijn verschillende theorieën over het kernprobleem van autisme, de zogenaamde core deficit. Drie belangrijke theorieën worden hieronder toegelicht. Deze sluiten elkaar niet uit doordat ze op verschillende clusters en hersengebieden focussen.

Als eerste de zwakke centrale coherentie. Deze theorie gaat ervan uit dat mensen met een autismespectrum stoornis niet in staat zijn om van losse informatie één geheel te maken. Deze theorie stelt als uitgangspunt de beperkte focus en het gedrag. De aanhangers gaan ervan uit dat het een cognitief probleem is. Als gevolg ontstaan sociale en communicatieve problemen. In onderzoek zijn in de cognitieve gebieden afwijkingen gevonden in de hersenen, bijvoorbeeld in de dorsolaterale prefrontale cortex (DLPFC), de orbitale prefontale cortex (OPC) en het cerebellum.

De tweede theorie zoekt het probleem in een gebrek van de theory of mind, dus een probleem op sociaal niveau. Dit is het vermogen om aan andere mensen gedachten, wensen en emoties toe te schrijven. En daarbij om te beseffen dat gedachten van anderen af kunnen wijken van de eigen gedachten én van de werkelijkheid. De theory of mind ontwikkelt zich rond het vierde levensjaar. Om dit te meten wordt de false belief test gebruikt. Het kind heeft dan al gezien dat er in een doosje smarties geen smarties maar een pen zit. Als dan gevraagd wordt wat de persoon in de andere kamer denkt wat er in het doosje smarties zit wordt duidelijk of de theory of mind al ontwikkelt is. Bij een kind waar het al wel ontwikkeld is zal het antwoord smarties zijn. Als het kind nog geen theory of mind heeft zal het antwoorden dat er een pen in zit. Een kind met autisme ontwikkelt geen of een gebrekkige theory of mind. Een andere test die gebruikt kan worden om autisme te vinden is de reading the mind in the eyes test. Hierbij wordt gevraagd wat voor gemoedstoestand er in de ogen van de persoon af te lezen is. Mensen met autisme maken meer fouten.

Als laatste wordt gesproken over de mirror-neuron theory of autism. Deze theorie kijkt naar het probleem op neuraal niveau, wat gaat er mis in het brein. Deze theorie is gebaseerd op de werking van spiegelneuronen. Spiegelneuronen zijn hersencellen die actief zijn in de primaire motorische cortex, wanneer je zelf een beweging uitvoert of wanneer je de beweging door iemand anders uitgevoerd ziet worden. Deze cellen spelen een belangrijke rol bij imitatie, dus ook bij het leren van motorische en sociale vaardigheden door imitatie. Spiegelneuronen worden ook aangetroffen in andere hersengebieden, waaronder de superieure temporale gyrus (STG, herkennen van emoties in taal) en insula en de inferieure frontale gyrus(IFG, voor emotional awareness). Deze drie gebieden zijn belangrijk voor empathie en theory of mind.

Leren door imitatie

Spiegelneuronen spelen ook een belangrijke rol in de ontwikkeling. Imitatie is namelijk belangrijk om vaardigheden te leren door ze eerst te imiteren, zowel motorische als sociale.

Andere hersengebieden bevatten ook spiegelneuronen, deze hebben niet alleen een motorische functie. In de superieure temproale gyrus en de interieure frontale gyrus en de insula zijn ze actief. Deze gebieden zijn van groot belang voor de verwerking van het herkennen van emoties in taal, de prosodie. Daarnaast zijn spiegelneuronen belangrijk bij emotional awareness en de integratie van de primaire en de fysieke respons in je bewustzijn. Daardoor zijn deze gebieden van groot belang voor empathie en theory of mind.

Empathie is het vermogen om je in de gevoelens van een ander te kunnen inleven, zonder deze gevoelens zelf te ervaren. Emotieverwerking en emotional awareness zijn belangrijke onderdelen van empathie en de theory of mind.

Hoe spelen spiegelneuronen een rol bij empathie en theory of mind? Om de gevoelens van anderen in te schatten en mee te voelen met een ander stimuleert het brein die gevoelens. Het brein creëert een spiegelbeeld van de emotionele activatie van een ander.In de ontwikkeling van empathie ontstaat eerst emotional contagion. Daarbij wordt de emotie van de ander daadwerkelijk overgenomen, bijvoorbeeld een baby die gaat huilen omdat een andere baby ook aan het huilen is. De afstand tussen het inschatten en meevoelen van andermans gevoelens ontwikkelt zich wanneer de theory of mind zich ontwikkelt. 

College 5 - Hormonen

Vandaag worden vooral de hormonen oxytocine en vasopressine toegelicht. Oxytocine staat ook wel bekend als het knuffelhormoon, en is onder andere heel belangrijk bij de opwekking van de geboorte.

Er is al eerder verteld over neurotransmitters, de communicatie in het zenuwstelsel. Hormonen lijken daar een beetje op, maar er zijn ook een aantal verschillen.

Neurotransmitters

Een neuron is ook wel een zenuwcel. De kern van de zenuwcel bevat genetisch materiaal. De kleine sprieten zijn de dendrieten, hier komt alle informatie de neuron binnen. Er is één uitloper, dat is de axon. Deze verzendt informatie naar andere neuronen. De communicatie binnen het zenuwstelsel is elektrochemisch. Een neuron kan contact maken met een andere neuron door een elektrisch signaal te sturen, de actiepotentiaal. Aan het einde van de axon, bij de synapsspleet, komen neurotransmitters vrij. In het centrale zenuwstelsel van één persoon zitten ongeveer 85 miljard neuronen, die veel met elkaar communiceren.

De synaps is een hele dunne spleet tussen twee neuronen waardoor het contact verloopt. De zender heeft een presynaptisch membraan en de ontvanger een postsynaptisch membraan. De neurotransmitters zit in een blaasje en komt vrij als het tegen het membraan aankomt. Nadat deze vrijgekomen is kunnen de neurotransmitters op de specifieke receptororen gaan zitten. Zonder receptor kan de neurotransmitter wel vrijkomen maar gebeurt er niets, het actiepotentiaal wordt dan niet doorgestuurd. Op veel afbeeldingen zijn de receptoren niet getekend

Behalve deze directe snelle vorm van communicatie zijn er ook overkoepelende signalen nodig om alles te reguleren. Er moet dan communicatie komen op een iets grotere afstand. Feromonen zijn geuren die over een hele grote afstand voor communicatie zorgen tussen twee individuen. Het heeft sociaal-communicatieve geurdeeltjes die zich via de lucht verspreiden, Het heeft verschillende functies. Voor dieren heeft het vaak een functie van territoriumafbakening, een andere functie is de herkenning tussen moeder en jong. Allomonen zijn aantrekkelijke geurstoffen die zorgen voor communicatie van de ene soort naar de andere soort, bijvoorbeeld een vlinder en een bloem. Voor de communicatie over een grotere afstand binnen het lichaam zijn hormonen nodig.

Hormonen

Hormonale communicatie gebeurd door middel van hormoonafgifte aan het bloed. Hierdoor hebben de hormonen overal effect waar receptoren zitten. Endocriene cellen of endocriene neuronen produceren hormonen. Sommige klieren produceren ook hormonen (dus de kliercellen zijn endocriene cellen).

Een aantal verschillen tussen hormonen en neurotransmitters. Een neurotransmitter wordt alleen afgescheiden door een neuron, een hormoon kan zowel door een neuron als een endocriene cel worden afgescheiden. De communicatie van neurotransmitters vind plaats tussen twee neuronen of neuromusculair (neuronen sturen een signaal naar de spieren voor een handeling vanuit het willekeurig zenuwstelsel). Neurotransmitters gaan maar een korte afstand, er zijn dus snelle effecten. Hormonen verplaatsen via het bloed over meer gebieden waardoor er meer diffuse (algemene) effecten zijn.

Er zijn ook een aantal overeenkomsten. Zowel een neurotransmitter als een hormoon worden verpakt in een blaasje die versmelt met het membraan, zodat ze vrijkomen van de cel Ook binden beiden zich aan specifieke receptoren. De laatste overeenkomst is dat beiden de volgende cel kunnen depolariseren, dus een actiepotentiaal veroorzaken bij het targetmembraan.

Hypothalamus

De hypothalamus verdient zijn naam als ‘onder de thalamus’. De hypothalamus vertaalt hersenprocessen in hormonale secretie, het zorgt ervoor dat de juiste hormonen worden afgegeven. Daarbij is de hypothalamus belangrijk in de homeostase, dat zijn processen in het lichaam om bepaalde waardes binnen grenzen te houden. Voorbeelden zijn temperatuur, waterhuishouding, slaap-waak ritme en honger. De hypothalamus reguleert samen met de hypofyse (Engels: pituitary) de hormoonafgifte. De hypothalamus bestaat uit een heleboel kernen, die allemaal een ander soort rol spelen. De hypofyse bestaat uit een voorste en een achterste lob. De hypothalamus bestuurt die twee lobben op verschillende manieren.

De hypothalamus heeft ook connecties met de rest van het brein en is tevens belangrijk voor de regulatie van seksueel gedrag, stress en agressie. Oxytocine en vasopressine worden gevormd in de hypothalamus en afgegeven in de achterste kwab van de hypofyse. Deze hormonen hebben effecten op de nieren, baarmoeder en klierweefsel in de borsten.

De twee lobben van de hypofyse verschillen in opbouw en functie van elkaar.

De achterste kwab van de hypofyse (de neuro hypofyse) staat in directer contact met de hypothalamus, door middel van een hele lange axon. Deze achterste kwab produceert allerlei hormonen. In het weefsel zijn kleine bloedvaatjes waar deze hormonen aan worden afgegeven.

De voorste kwab is iets ingewikkelder, het bevat kliercellen en produceert regulerende hormonen. Deze hormonen hebben een remmende of aandrijvende werking. Het geeft ook signalen af naar andere klieren in het lichaam zodat die hormonen gaan produceren. Het releasing hormoon zorgt daarvoor. Inhibiting stoffen die hier geproduceerd worden zorgen er juist voor dat er op andere plekken geen hormonen (meer) worden afgegeven. Dit kan doordat terugkoppeling op verschillende niveaus mogelijk is.

De embryonale ontwikkeling van de twee lobben verloopt anders, vandaar dat het weefsel ook anders is opgebouwd. De neuron (voorste) hypofyse wordt gevormd uit de oral ectoderm, terwijl de achterste kwab gevormd wordt vanuit de neural ectoderm.

Rol vasopressine in homeostase

Homeostase is de waterbalans van de mens. Arginine vasopressine (AVP) betekent hetzelfde als vasopressine, arginine is één (van de twee) deeltjes die vasopressine anders maakt dan oxytocine. ADH is een andere naam voor vasopressine. Het heeft effect op waterretentie in de nieren. Als er te weinig vocht is in het bloed, zorgt de hypothalamus ervoor dat er vasopressine wordt geproduceerd. Via de hypofyse wordt dit hormoon afgegeven, wanneer de nieren dit signaleren zullen ze meer water vasthouden. Wanneer dit is teruggekoppeld zal de hypothalamus de afgifte van vasopressine weer verminderen.

Als er niet genoeg vasopressine in het lichaam is plas je heel veel, dit wordt diabetes insipidus (geurloze doorloop) genoemd. Dit moet je niet verwarren met diabetes medicus (suikerziekte). Deze mensen plassen ook heel veel maar dan is de urine zoet. Alcohol en koffie werken vasopressine tegen, waardoor er te veel vocht uit het lichaam verdwijnt. Daarom is het belangrijk om veel water te drinken als je koffie of alcohol nuttigt.

Klierweefsel

De voorste kwab van de hypofyse reguleert de afgifte van hormonen in het hele lichaam. Zo kan het groeihormonen stimuleren of inhiberen. Ook op andere gebieden in het lichaam worden veel hormonen geproduceerd, zoals in klierweefsel. De hormonen worden aangestuurd vanuit aansturende hormonen in de hypothalamus en hypofyse. Uit de schildklier komt het thyroid hormoon. In de thymus komen hormoonstoffen vrij die een belangrijke rol spelen bij het immuunsysteem. De pancreas, alvleesklier, is belangrijk voor insuline. Boven op de nieren liggen de bijnieren (adrenals) die stresshormonen produceren, zoals cortisol maar ook adrealine. Bij de term ‘hormonen’ wordt vaak gedacht aan geslachtshormonen, deze worden geproduceerd in de geslachtsklieren.

Het thyroid hormoon zorgt voor het tempo van alle lichaamsprocessen, ook wel het metabolisme. Het hormoon wordt gemaakt van een aminozuur thymozine en jodium. Jodium is een sporenelement die we binnen moeten krijgen via ons eten, het lichaam kan dat dus niet zelf aanmaken. In ontwikkelde landen is dit opgelost door het toevoegen van jodiumoplossing bij keukenzout. Een tekort aan schildklierhormoon komt vrij vaak voor in onderontwikkelde landen door een jodiumtekort. Het gevolg hiervan is een groeiachterstand, alles gaat wat trager. In hele erge gevallen, wat eigenlijk vaker voorkomt bij erfelijke hypothyroïdie is dwerggroei of zwakzinnigheid. Bij de hielprik wordt er getest op het ontbreken van het thyroid hormoon, dit is namelijk makkelijk te verhelpen.

Hormonen kunnen organiserende en activerende effecten hebben. Organiserende effecten zijn effecten die langdurig zijn, bijvoorbeeld of je een man of een vrouw wordt. Deze effecten vinden alleen plaats in de zogenaamde sensitieve perioden. Activerende effecten zijn tijdelijk van aard en kunnen op elk moment plaatsvinden. Hormonen zelf organiseren niet een bepaald gedrag, maar ze faciliteren het wel. Het faciliteren van gedrag is vaak context afhankelijk.

Oxytocine en Vasopressine

Oxytocine werd in 1909 door Henry Dale ontdekt en de ‘snelle geboorte’ genoemd. Hij had ontdekt dat het toevoegen van menselijke stofjes de geboorte bij een kat kon opwekken. Pas in 1970 kwam men er achter dat er ook een centrale afgifte van oxytocine is en dat het dus niet alleen tijdens de bevalling geproduceerd wordt. Het komt ook vrij bij aanraking (ook bij het aaien van een huisdier) en seksueel contact. Oxytocine werkt sterker bij vrouwen.

Vasopressine betekent vaatvernauwing en zorgt dus voor een remmende werking, het is belangrijk voor de bloeddruk. Het is een antidiuretisch hormoon (ADH) wat betekent dat het vochtverlies tegengaat. Vasopressine speelt ook een rol in sociaal gedrag en werkt sterker bij mannen. Het is revolutionair gezien ouder dan oxytocine.

Oxytocine en vasopressine worden aangemaakt in twee delen van de hypothalamus, in de supraoptische kern (SON) en in de paraventriculaire kern (PVN). Deze namen hoef je niet te kennen maar moet je wel kunnen herkennen. In deze kernen liggen verschillende neuronen die ofwel oxytocine ofwel vasopressine produceren. Oxytocine en vasopressine zijn een nonapeptide (een molecuul bestaand uit 9 aminozuren, nona = 9). Aminozuren zijn de bouwstenen voor eiwitten, meerdere aminozuren vormen een peptide en meerdere peptiden vormen weer een eiwit (proteïne). Vasopressine lijkt heel erg op oxytocine, ze verschillen maar in twee aminozuren. Oxytocine is waarschijnlijk ontstaan vanuit vasopressine in de loop van de evolutie.

Bij dieren komen deze hormoonstoffen ook voor, of een vorm die erop lijkt. Gedrag wordt bij verschillende dieren aangestuurd door vergelijkbare hormonen. Over het algemeen speelt bij vrouwtjes oxytocine een belangrijke rol en bij mannetjes vasopressine. Insecten hebben niet beide stoffen, maar één stofje dat zorgt voor sociaal gedrag. Bij vogels zorgt vasopressine ervoor dat ze in zwermen vliegen, terwijl hetzelfde hormoon in een andere situatie voor meer agressie zorgt. Hieruit blijkt dat de werking van een hormoon context afhankelijk is.

Rol oxytocine in bevalling

Als het kindje in de baarmoeder groter wordt, drukt het hoofdje tegen de baarmoedermond (de cervix). Hierdoor komt er oxytocine vrij wat weeën opwekt, de contracties. Als het nog niet de tijd is om te bevallen, komen prostaglandinen vrij om de oxytocine tegen te gaan.

Rol oxytocine in lactatie

Na de bevalling heeft oxytocine nog steeds een belangrijke rol, namelijk in de melk afgifte. Het kindje zuigt aan de borst waardoor een signaal vrij komt dat via het brein naar de hypothalamus gaat. De hypothalamus maakt oxytocine vrij en zorgt ervoor dat de rem van de prolactine verwijderd wordt. Prolactine zorgt voor de melkproductie in de borst. Oxytocine bepaalt wanneer melkafgifte plaatsvindt. Bepaalde signalen van buitenaf (huilend kindje) kunnen een stimulatie zijn voor de hypothalamus om oxytocine af te geven, wat de toeschietreflex kan laten aanschieten

Oxytocine remt het stress systeem en vice versa. Van oxytocine wordt je rustig. Dit is ook de rol van oxytocine in sociaal gedrag. Als iemand heel erg gestrest is, is het lastiger om te communiceren dan dat je gekalmeerd bent. De aanraking tussen moeder en kind zorgt er ook voor dat het kindje oxytocine gaat produceren. Ook de lichaamswarmte en de doorbloeding wordt geregeld door oxytocine. Tot slot heeft het effect op de spijsvertering, deze wordt op gang gezet. Tijdens het eten komt dus ook oxytocine vrij, vandaar dat je na de maaltijd even wat suffer kan zijn (after-dinner dip).

Oxytocine: rest and digest

Het onwillekeurige zenuwstelsel bestaat uit het sympatische en het parasympatische zenuwstelsel. Het sympatische zenuwstelsel heeft een verbinding met alle organen en zorgt voor het vrijmaken van energie en voor de vecht/vlucht reflexen. Als het parasympatische zenuwstelsel wordt aangezet komt er een herstelfase, een moment van rest and digest. Oxytocine heeft dus het meeste effect op het parasympatische zenuwstelsel.

Oxytocine zorgt voor spijsvertering en groei, namelijk voor afgifte spijsverteringshormonen en toename vetopslag. Kinderen in kindertehuizen die weinig aanraking krijgen en dus weinig oxytocine aanmaken zullen een minder goede groei doormaken. Ook is dit hormoon belangrijk voor de eisprong en sperma productie.

Centrale afgifte oxytocine/vasopressine

Oxytocine wordt naast perifeer ook centraal afgegeven, dan werkt het als neurotransmitter (signaalstof die communicatie tussen aanliggende neuronen verzorgt) en neuromodulator (signaalstof die communicatie over iets grotere afstand verzorgt, verspreid zich via het vocht in de hersenen). Deze hormonen komen in het brein vooral in het limbisch systeem terecht. Daar zitten ook receptoren voor oxytocine. De rol van oxytocine in het centrale en in het perifere zenuwstelsel is vergelijkbaar. Een hormoon kan ook een neurotransmitter zijn, maar niet andersom.

Rol oxytocine/vasopressine in sociaal gedrag

Het is belangrijk dat je de zorg over je kind voor lange tijd wilt dragen, oxytocine speelt daar een belangrijke rol in. Individuen worden minder angstig, socialer en gaan maternaal gedrag vertonen. Ook kan het zo zijn dat territoriale of maternale agressie wordt opgewekt door deze hormonen. Mensen die kinderen adopteren gaan ook maternaal gedrag vertonen, maar doordat er niet ontzettend veel oxytocine wordt geproduceerd (er is geen bevalling geweest) duurt dit iets langer.

Oxytocine en paarvorming bij woelmuizen

De meadow vole (grasland woelmuis) en de prairy vole (prairie woelmuis) zijn nauw verwante soorten, maar ze verschillen sterk in paarvorming. De prairie woelmuis heeft na paring van anderhalve dag monogame eigenschappen, namelijk (1) een specifieke partner voorkeur, (2) een toegenomen agressie van mannetjes naar andere mannetjes en (3) een toename van ouderlijke zorg. De grasland woelmuis heeft na paring geen structurele veranderingen in sociaal gedrag, ze vormen geen paartjes.

Uit een onderzoek bleek dat de meadow vole geen voorkeur heeft voor de aanwezigheid van het mannetje na de paring. Terwijl de prairy vole wel een voorkeur toont voor de aanwezigheid van het gepaarde mannetje. In een ander onderzoek werd gekeken naar gedragsverandering na toediening van antagonisten bij prairy voles. Deze blokkeren de toegang tot de receptor, waardoor oxytocine wordt geblokkeerd. Hieruit bleek dat het oxytocine (bij vrouwen) en vasopressine (bij mannen) is dat paarvorming laat plaatsvinden. De prairy voles bleken namelijk geen voorkeur meer te tonen voor het mannetje.

Oxytocine en vasopressine komen bij beide soorten woelmuizen vrij bij het paren. Alleen bij de prairie woelmuis was het zo dat bij mannetjes vasopressine paarvorming induceert, en dat bij vrouwtjes oxytocine partnervoorkeur en moederlijk gedrag induceert. Dit gebeurde niet bij meadow voles. De reden van dit verschil is de hoeveelheid receptoren. Er blijken meer oxytocine en vasopressine receptoren in beloningsgebieden te zijn bij de prairy vole’s.

De diversiteit in het gedrag wordt verklaart door het verschil in patronen van receptor gen expressie. Het tweetal met de meeste receptoren vormt de sterkte paarvorming.

Oxytocine: faciliteren van maternaal gedrag

Het zorgt ervoor dat je je kind goed herkent. Bij sociaal geheugen is er sprake van een herkenning en voorkeur voor het eigen kind. Er is gekeken naar een verband tussen de gehechtheid van moeder en kind en de hoeveelheid oxytocine. Dit hormoon draagt ook bij aan de hechting tussen partners.

De rol van oxytocine/vasopressine in sociaal gedrag

Oxytocine heeft effect op vertrouwen en pro-sociaal gedrag. Dit hormoon kan sociale stress ook temperen. Mensen met veel oxytocine zijn eerder geneigd geld te doneren aan een goed doel bijvoorbeeld. Door dit hormoon wordt sociale stress onderdrukt. Vasopressine is bevorderlijk voor het herkennen van emoties en bij het geheugen van sociale informatie.

Actieve toediening van oxytocine en vasopressine worden in het maag-darm systeem snel afgebroken. Om toch experimenten bij mensen uit te voeren kan neusspray gebruikt worden. Hierdoor wordt de bloed-hersen barrière gedeeltelijk ontweken. Via het epitheel in de neus komt de stof in het hersenvloeistof terecht.

Oxytocine en vertrouwen is onderzocht in aantal ‘sociale spellen’. Daaruit bleek dat oxytocine het nemen van sociale risico’s vergroot. Bijvoorbeeld bij de trust game kan persoon 1 een gedeelte van het geld aan iemand anders geven, die hoeveelheid wordt verdrievoudigd. Persoon 2 krijgt dit geld en kan het geld (voor een gedeelte) terugstorten bij persoon 1 of voor zichzelf houden.

Dat mensen grotere geld bedragen geven is gebaseerd op sociaal vertrouwen en ze hebben een hoger oxytocine gehalte. Het vertrouwen moet echter wel beantwoord worden. Desondanks reageren mensen met een hoog oxytocinegehalte minder op het verbreken van vertrouwen.

Oxytocine is contextafhankelijk: het spel binnen een team verhoogt het vertrouwen. Maar een spel tegen tegenstanders verlaagt het vertrouwen.

Sociale cognitie en geheugen

Oxytocine bevordert het vermogen om emoties bij anderen te herkennen. Ook bevordert dit het inschatten van de gevoelens en gedachten van anderen (theory of mind). Dit is waarschijnlijk zo omdat er meer wordt gefocust op het gebied rondom de ogen. Oxytocine beïnvloedt het geheugen voor sociale stimuli; gezichten worden als meer betrouwbaar gezien.

Ook moduleert en vergrootte dit hormoon de herinneringen aan je eigen moeder. Bij een veilige hechting gaven mensen aan dat hun moeder nog warmer en liever was. Bij een onveilige hechting gaven mensen aan dat hun moeder nog killer en afstandelijker was.

College 7  - De cel en de genetische code

Weefsel

Al het weefsel bestaat uit microscopische eenheden, dat is een andere naam voor cellen. Er zijn vier verschillende soorten hoofdweefsels: dekweefsel, steunweefsel, spierweefsel en zenuwweefsel. Dekweefsel is alles wat iets bedekt, zoals de huid, de binnenkant van de darmen en de binnenkant van de bloedbaan. Steunweefsel is al het weefsel wat gebruikt wordt om iets te steunen, zoals botweefsel, kraakbeen, vetcellen en bindweefsel. Van spierweefsel bestaan er drie verschillende typen: dwarsgestreept spierweefsel gebruik je om te bewegen, glad spierweefsel bestaat onder andere in de darmen en hartspierweefsel is weefsel van het hart. Als laatste is er zenuwweefsel, weefsel wat te maken heeft met de zenuwen, dus de hersenen en het ruggenmerg. Een individuele zenuwcel is een neuron, de functionele eenheid van het zenuwstelsel. Deze maakt weer contact met andere neuronen, zoals besproken in deel A.

De Cel

Een cel verschilt van een neuron onder andere doordat een cel geen uitlopers heeft. De buitenkant van de cel heet het celmembraan, die alles bij elkaar houdt en voor bescherming zorgt. De binnenkant van de cel bestaat uit celplasma. Doordat het celmembraan een beetje vettig is blijft het waterige plasma goed binnen de cel. Het membraan bevat een aantal poriën waar stoffen door naar binnen en buiten kunnen. Organellen zijn kleine onderdelen van de cel die ervoor zorgen dat een cel functioneert, het enige type cel die dit niet heeft zijn rode bloedcellen. Organellen zijn fabriekjes.

Het endoplasmatisch reticulum (ER) zorgt voor de vorming en vouwing van nieuwe eiwitten. Endoplasmatisch reticulum komt van endo (binnen) plasmatisch (plasma) recticulum (netwerk). Er bestaat glad en ruw endoplasmatisch reticulum. RuwER heeft de naam te danken door ribosomen die zichtbaar zijn onder de microscoop, die ribosomen zijn spikkels. GladER is zonder ribosomen. Het golgi complex verwerkt de eiwitten en zorgt ervoor dat het eiwit op de juiste plek komt. Het mitochondrium is de energiecentrale en zorgt ervoor dat er ATP beschikbaar is, dat is de brandstof van elke cel. ATP worden omgezet uit de suikers die je eet. De celkern is een duidelijk afgesloten gebied waar genetisch materiaal in wordt bewaard, deze heeft zijn eigen membraan.

Eiwitproductie en modificatie

Door een specifiek deel van de code in het DNA af te lezen wordt bepaald welke eiwitten gevormd worden. Een deel van die eiwitten komt rechtstreeks uit voedsel, maar een deel maakt het lichaam zelf aan.

De productie van eiwitten door het lichaam werkt als volgt. Het begint bij de genetische code. Een stuk van het DNA wordt overgeschreven, datgene fungeert als ‘boodschappercode’ die naar het endoplasmatisch reticulum gaat. De boodschappercode is een tijdelijke vorm van het DNA, en heet messengerRNA.

In de ribosomen die op het ruwER liggen vind eiwitsynthese plaats, hier worden eiwitten gemaakt. Dit gebeurt doordat aminozuren aan elkaar worden geplakt als een lange keten. Een aminozuur is een bouwsteen van een eiwit. Een mens heeft ongeveer 20 typen aminozuren waarvan eiwitten worden gemaakt. Acht hiervan komen uit het eten, de rest maakt het lichaam zelf.

Vanaf het ruwER gaan de eiwitten naar het gladde ER. Het ER bestaat uit allemaal laagjes en tussen de laagjes zitten kleine holtes. In de holtes zal de keten aminozuren in specifieke vormen gevouwen worden. Dit is belangrijk omdat het eiwit pas functioneel is wanneer het goed wordt gevouwen. Verkeerd gevouwen eiwitten moeten zo snel mogelijk afgebroken worden.

Vervolgens wordt het eiwit naar het golgi apparaat getransporteerd. Hier vindt modificatie plaats om het eiwit perfect te maken voor het doel, sommige suikers worden eraf gehaald en andere toegevoegd. Uit het golgi apparaat komen blaasjes vrij die de eiwit transporteren naar het eindbestemming. Als de bestemming buiten de cel is, zal het blaasje zich hechten aan het celmembraan en hiermee versmelten. Het eiwit zal ofwel aan het lymfesysteem ofwel aan het bloed worden afgegeven. Om dit hele proces te doorlopen heeft de cel energie nodig, dit wordt geleverd door de mytochondria. Er gebeurt nog veel meer in een cel, maar op het tentamen kom je al een heel eind als je bovenstaande goed kent.

Er zijn een aantal verschillen tussen een prokaryotische cel en een eukaryotische cel. Mensen hebben eukaryotische cellen met een celkern, het genetisch materiaal is op deze manier beter beschermd. Prokaryotische cellen zijn eencellige organismen en leven op zichzelf, zoals bacteriën. Er is bewezen dat tijdens de evolutie prokaryotische cellen in eukaryotische cellen zijn gekomen, wat nu mytochondria zijn.

Genetische code

Genen bevinden zich op chromosomen, het zijn gewonden pakketjes die nauw tegen elkaar liggen. Per cel zijn is het genetisch materiaal wel tot twee meter lang uitgetrokken. Een mens heeft 23 paar homologe chromosomen. De term homoloog betekent dat de genen gelijkwaardig zijn maar niet identiek zijn aan elkaar. De chromosomen zijn genummerd op grootte. Van elk nummer zijn er twee, één van je vader en één van je moeder. Dit heet diploïde. Van elk chromosoom zijn er twee aanwezig. Als er in een cel maar één chromosoom aanwezig is (in plaats van twee) is er sprake van een haploïde cel, een voorbeeld zijn geslachtscellen. Het 23^e chromosomenpaar bepaalt het geslacht. Twee keer X is een vrouw en een X en een Y chromosoom betekent een man.

Celdeling

Als een cel gaat delen moet ook het genetisch materiaal dupliceren. Uit 23 paar chromosomen ontstaan 46 paar chromosomen. De homologe chromosomen worden uit elkaar getrokken en zullen van elkaar splitsen. Een kopie van elke chromosoom verplaatst zich naar een bepaalde kant van de cel. Deze vormen weer een nieuwe diploïde cel.

Homologe chromosomen

Het Y-chromosoom is vrij klein, en er zit niet heel veel informatie op. Wel zorgt het ervoor dat de geslachtsorganen van een man zich gaan ontwikkelen. Omdat er verder niet zo veel informatie op zit hebben mannen het X-chromosoom nodig. Vaak is het zo dat één van de twee genen tot uitdrukking komt. Het gen dat tot uitdrukking komt is dan dominant over het recessieve gen. Een voorbeeld hiervan is oogkleur. Doordat het ‘bruine oog gen’ dominant is over het recessieve ‘blauwe oog gen’, zal iemand met beide type kleuren genen bruine ogen krijgen. Een allel is een bepaalde variant van een gen, bijvoorbeeld voor rode of voor witte bloemkleur. Er zijn 30.000 verschillende genen.

Mitose en meiose

De productie van geslachtscellen (gameten) gaat in de eerste fasen op dezelfde manier als bij gewone cellen. Eerst vindt er duplicatie plaats in de moedercel. Vervolgens splitst de moedercel in twee dochtercellen die elk 23 paar chromosomen bevatten (het proces van meiose). Van beide dochtercellen zullen de homologe chromosomen uit elkaar worden getrokken, hierdoor ontstaan er vier cellen (het proces van mitose). Deze cellen bevatten allemaal maar 23 chromosomen, dus géén chromosoomparen. Dit zijn haploïde cellen. Op deze manier worden eicellen en spermacellen gevormd.

Verkeerde celdeling

Bij het maken van gameten kan het wel eens mis gaan, bijvoorbeeld dat er een dochtercel met drie chromosomen uitkomt en een andere dochtercel met slechts één chromosoom. Als deze cel dan bevrucht raakt, heeft het kindje een chromosoom te veel of te weinig. Heel vaak vindt er dan spontane abortus plaats, wat betekent dat het kindje niet levensvatbaar zou zijn geweest. In sommige gevallen is het wel levensvatbaar, bijvoorbeeld bij het downsyndroom. Dit wordt ook wel trisomie 21 genoemd, omdat er drie van het 21^e chromosoom zijn. De kans op een kindje met het syndroom van Down is groter naar mate de moeder ouder wordt: de celdeling van eicellen wordt minder efficiënt waardoor de kans op een verkeerde celdeling groter is.

Een ander voorbeeld is het syndroom van Turner, waarbij het een kindje enkel één X-chromosoom in het DNA heeft. Het syndroom bevat dus geen tweede X of Y. Deze meisjes blijven vaak kleiner, lopen in de ontwikkeling achter en zijn vaak onvruchtbaar door het uitblijven van menstruatie. Ook is de levensverwachting lager.

Bij het Klinefelter syndroom is er één geslachtschromosoom te veel aanwezig: X X Y. Qua uiterlijke kenmerken zal iemand een vrouw zijn, maar de geslachtsorganen zullen minder goed ontwikkelen. Ook is de hormoonhuishouding minder efficiënt.

DNA

DNA heet ook wel de dubbele helix, het heeft de vorm van een schroef of een spiraal. Als je een chromosoom helemaal uittrekt zijn er een hoop eiwitten zichtbaar en komt het DNA tevoorschijn.

De rand van de dubbele helix bestaat uit suiker- en fosfaatdelen en deze beschermt het genetisch materiaal. Twee basen, of codes, vormen verbindingen met elkaar waardoor de spiraalvorm ontstaat. Ze raken elkaar net niet aan. Er zijn vier basen, aangegeven met de letters A, T, C en G. Adenine zal altijd een paar vormen met thymine. En cytosine met guanine. De namen van de letters hoef je niet te kennen, je moet wel weten welke letters een basenpaar vormen. De basenparen verbinden met elkaar met een waterstofbrug, een stevige chemische verbinding die gebruik maakt van waterstof. Een base in combinatie met de wand van het DNA heten nucleotiden. Het suiker van de rand heet ook wel deoxyribose. DNA staat daarom voor Deoxyribo (suiker) nucleic (kern) acid (eiwit).

DNA replicatie ontstaat wanneer het genetisch materiaal van een cel zich gaat verdubbelen. Voor animaties kun je kijken op www.bioplek.org.

Transcriptie en translatie

DNA replicatie is nodig als een cel zich wil delen. Transcriptie is het overschrijven van een stuk van de genetische code. Om dit te kunnen doen moet het DNA tijdelijk uit elkaar gevouwen worden, zodat een deel van de code kan worden overgeschreven. Het product heet het boodschapper/messengerRNA en bevindt zich in de celkern. Een verschil met gewoon DNA is dat de in de basenparen de T vervangen wordt door een U. De andere basen blijven gelijk. Het RNA is hierdoor iets minder stabiel dan DNA, het kan sneller worden afgebroken.

Dit messengerRNA wordt vervolgens vertaald (translatie) tot een eiwit, dat gebeurt in ribosomen op het ER.

De combinatie van drie basen (bijvoorbeeld CGG voor arginine) hebben een tegencode voor een koppeling met een specifieke aminozuur. Dit systeem heet een anticodon. CGG op het mRNA codeert met de basengroep GCC die aan elkaar gekoppeld worden. Aan het GCC zit de aminozuur die zich vastplakt aan de aminozurenketen die al gecodeerd zijn. De ketens van aminozuren vormen samen een eiwit. Een ribosoom bestaat uit een groot en een klein deel, waar het messenger RNA doorheen gaat (als een rits) zodat het ribosoom de code af kan lezen.

Zie voor een animatie deze website: http://www.bioplek.org/animaties/moleculaire_genetica/transcriptie.html.

Niet alle genen worden afgelezen, dat zou niet efficiënt zijn. Het is afhankelijk van de stoffen in het plasma welke DNA code wordt gebruikt. Voor het gen ligt een promoter regio. Deze regio codeert voor allerlei andere transcriptiefactoren. Deze regulatie-eiwitten gaan zich binden aan het gen zodat dát gedeelte van de gen getranscribeerd kan worden. Er is ook nog een regio boven het gen, bovenstrooms, waar het gen afgeschreven gaat worden. Dit zijn de controle regio’s.

DNA packing

Behalve dat er belangrijke stoffen aanwezig moeten zijn in de cel om transcriptie en translatie te laten plaatsvinden, is het ook belangrijk dat het gen goed bereikbaar is. Een heleboel stukken DNA die de cel niet willen bereiken, worden goed ingepakt (DNA packing). Chromatine is een combinatie van DNA en eiwitten, voornamelijk histonen. Dit zijn eiwitten waar het DNA omheen geclusterd is. Omdat het DNA bijna twee meter lang is, moeten de strengen in een heel klein celletje gepropt worden. Het DNA wordt daarom heel stevig ingepakt, dit zorgt voor versteviging en bescherming van het DNA. Tegelijkertijd controleert DNA packing ook de genexpressie. Hoe moeilijker het gen bereikbaar is, hoe lastiger het voor stoffen wordt om dat stuk DNA ‘aan te zetten’.

Er zijn nog twee chemische modificaties in het DNA aanwezig die ervoor zorgen dat het DNA ofwel moeilijker ofwel makkelijker bereikbaar is voor andere stoffen, namelijk methylatie en acetylatie. Op de cytosine basen kunnen methylgroepen gaan zitten, een chemische structuur. Als dat gebeurt, wordt dat stuk DNA inactief en kunnen andere stoffen er niet goed meer bij. Bij acetylatie hechten acetylgroepen zich aan de histonen. Deze stoffen zorgen ervoor dat het DNA meer vrij komt te liggen en makkelijker overgeschreven kan worden voor eiwitmodificatie. Dit is te vergelijken met een bolletje wol, soms zit het in de knoop (methylatie) en soms komt een stukje wol los van de rest (actetylatie).

Epigenetica gaat niet puur om de code van het DNA maar alle factoren om het DNA heen. Deze processen vinden plaats op het DNA en beïnvloeden ook sterk of het stuk gen beschikbaar is of niet, maar ze vormen niet zelf de code. De meeste omgevingsfactoren hebben invloed op genexpressie, dus welke delen van een gen tot expressie komen. Dit hoeft niet te betekenen dat het DNA van een persoon verandert.

Variaties in de genetische code

In ons lichaam zitten ongeveer drie miljard basenparen. Wanneer één basenpaar verschilt van hoe het was noemt men dat een SNP: single (een) nucleotide (base) polymorphism (anders is). Meestal zijn deze SNP’s onschuldig en hebben ze geen grote effecten, maar soms wordt het geassocieerd met de gevoeligheid van iemand voor een bepaalde ziekte.

Soms zijn er grotere stukken verschillend. Bij deletie mist er een stuk van het chromosoom, bij duplicatie is een bepaald stuk van een chromosoom verdubbeld en bij inversie zit een bepaald chromosomenstuk omgedraaid.

CNVs zijn copy number variations. Dit is wanneer er meer dan 1000 basenparen verschillen. Als dit gebeurt kan het zo zijn dat het de genexpressie beïnvloedt. Nog grotere CNVs staan in verband met stoornissen, bijvoorbeeld mentale achterstanden, schizofrenie en autisme. Er kan variatie bestaan tussen genen, maar als dat te veel is kunnen bepaalde processen niet meer goed lopen. Deze verschillen komen vrij veel voor en dat is in principe ook helemaal niet erg.

Voorbeeld oxytocine receptor

De code voor oxytocine receptoren zit op een klein stukje van een chromosoom. Deze code wordt getranscribeerd en er vindt translatie plaats tot mRNA op het moment dat het lichaam vindt dat er meer oxytocine receptor moet komen. Het mRNA gaat naar de ribosomen toe in het ER die ervoor zorgen dat het juiste eiwit gevormd wordt uit allerlei aminozuren (en elk aminozuur bestaat uit drie basen). Een deel van het eiwit zit in de celwand, een deel daarbuiten en een deel zit binnen in de cel. Hierdoor wordt iemand gevoeliger voor oxytocine.

College 8 - Wat is stress en wat doet stress?

Megan Gunnar

Megan Gunnar heeft een artikel geschreven dat heel mooi aansluit bij het boek van Sapolsky. Het eerste deel van dat artikel sluit goed aan bij college twee en drie van deel B, dat zal gaan over algemene stress. Het tweede deel past bij de laatste twee colleges, waar dieper over verschillende soorten stress zal worden gesproken. De titel van het boek van Sapolsky komt doordat zebra’s stress krijgen omdat ze moeten vluchten voor hun leven omdat leeuwen hen opjagen. Leeuwen krijgen juist stress door honger. De stressrespons is ontstaan uit overlevingsangst.

Stress

Stress wordt veroorzaakt door stressoren. ‘Stress’ komt uit het Engels en is vergelijkbaar met een soort spanning. Stressoren zijn alle stimuli, echt of imaginair, die de integriteit van een organisme bedreigen of een respons oproepen. De stressoren zijn veranderd in de loop der tijd, maar de stressrespons is gelijk gebleven. Er zijn verschillende soorten stress. Acute fysieke stress ontstaat bijvoorbeeld wanneer je in je hand snijdt. Chronische fysieke stress kan chronische pijn of chronische honger of dorst zijn in derdewereld landen. Psychologische sociale stress wordt veroorzaakt door files, tentamens, treinen enz. Deze laatste vorm van stress is redelijk ‘nieuw’.

Ontwikkeling van het stress concept

In 1878 ontdekte Claude Bernard dat er stabiliteit zit in het interne milieu. Walter Cannon noemde dat in 1929 homeostase, dit is het behoud van het interne milieu binnen fysiologische grenzen. Ook kwam hij met de fight or flight respons en de rol van adrenaline. In 1950 ontdekte Hans Selye door middel van rattenonderzoek de rol van stress en cortisol, en vond hij dat alle stressoren dezelfde respons oproepen. Dit wordt ook wel het general adaption syndrome genoemd. John Mason ontdekte in 1968 dat de beleving van een stressor afhankelijk is van de omgeving. Jay Weiss sloot daarop aan met manieren om met stress om te kunnen gaan. Sterling en Eyer en Bruce McEwen ontdekten in 1999 de functie van allostase (de optimale staat kan anders zijn per situatie) en de allostatic load.

Een stressrespons is een fysiologische en gedragsverandering gericht op het behoud van en de terugkeer naar homeostase. De veranderingen die het lichaam ondergaan door stress is afhankelijk van het soort stressor, van de mate van controle en social support. Stress is goed voor aanpassing aan omgeving en gezondheid, iedereen heeft een bepaalde hoeveelheid stress nodig om het systeem actief te houden. Langdurige stress kan echter voor gezondheidsklachten en ziektes zorgen.

Homeostase is gericht op het behoud van het interne milieu van het lichaam binnen strakke fysiologische grenzen. Dit wordt gezien als een soort basispunt/basistoestand van het lichaam. Allostase gaat uit van verandering in de homeostase, aan de hand van de omgeving kan er tijdelijk een andere homeostase worden bewerkstelligd. Tijdens de allostase zijn er andere fysiologische grenzen. Als het goed is, is de allostase tijdelijk en helpt het enkel om optimaal te presteren op dat moment.

De allostatic load zijn de kosten voor het lichaam van de allostase, dit kost energie. Als je bloeddruk steeds verhoogt, kan dit negatieve gevolgen hebben voor je lichaam. Hoe de bloeddruk verhoogt als gevolg van stress komt later aan bod. Allostatic overload is wanneer de kosten (energie) te hoog worden voor het lichaam om in allostase te blijven. Dit resulteert vaak in een verandering van de lichamelijke toestand wat kan resulteren in ziekte. Er zijn twee vormen van allostatic overload: bij de een vraagt het lichaam om meer energie. Dat is op te lossen door meer energierijkvoedsel te eten. Bij de andere vorm ontstaan er problemen in de energiehuishouding als gevolg van langdurige sociale stress, doordat stress te veel energie vraagt van het lichaam. Dit is niet op te lossen door simpelweg meer voedsel te nuttigen.

Stresssystemen

Het sympathisch zenuwstelsel zorgt voor de aanmaak van adrenaline. Dit werkt snel en is daarom cruciaal voor de fight-or-flight respons. Adrenaline zorgt voor een verhoogde hartslag, waardoor er meer zuurstof in je bloed komt en spieren harder en sneller kunnen werken. De HPA-as zorgt voor de aanmaak van onder andere cortisol. Deze reactie is langzamer dan die van het sympathisch zenuwstelsel. Beide hormonen worden geproduceerd in de bijnieren (adrenal glands). Dit zijn klieren die op de nieren liggen. Cortisol zorgt onder andere voor het vrijmaken van energie.

Sympathisch zenuwstelsel

Het perifere zenuwstelsel bestuurt alle spieren, organen en ledematen. Bovendien verbindt het alle organen en weefsels met het centrale zenuwstelsel. Tussen het perifere en centrale zenuwstelsel vindt communicatie plaats. Het centrale zenuwstelsel is het brein en het ruggenmerg, verder vallen alle zenuwen onder het perifere zenuwstelsel.

Binnen het zenuwstelsel vindt communicatie plaats in twee richtingen: zo geven zenuwen informatie aan de spieren, maar ontvangen zenuwen ook informatie vanuit organen en weefsels. Dit gebeurt vanuit het autonome (onwillekeurige) zenuwstelsel en het somatische (willekeurige) zenuwstelsel. Het autonome zenuwstelsel omvat interne en automatische processen die niet bewust te beïnvloeden zijn, bijvoorbeeld het verteringsstelsel. Het somatische zenuwstelsel controleert interacties met de buitenwereld en daar heeft een persoon zelf controle over, bijvoorbeeld de spieren in de handen. Ook controleert het somatische gedeelte de zintuigen.

Het autonome zenuwstelsel is belangrijk voor de stressrespons, deze wordt namelijk niet bewust opgeroepen. Het autonome zenuwstelsel wordt ook wel het vegetatieve zenuwstelsel genoemd. Dit zenuwstelsel kan weer worden gesplitst in het sympathisch en parasympathisch zenuwstelsel. Ieder orgaan wordt door beide delen bestuurd, maar ze hebben tegengestelde effecten. Het parasympathische zenuwstelsel heeft één punt waarvandaan de organen aangestuurd worden, de zogenaamde ‘vegal nerve’. In het sympathische zenuwstelsel (activatie) komt adrenaline vrij, dat zorgt voor activatie van het lichaam. Het parasympathische zenuwstelsel (rust) zorgt voor herstel. De sympaticus gaat alleen naar de bijnieren voor adrenaline, de parasympaticus komt daar niet. Langdurige stress kan er bijvoorbeeld voor zorgen dat de menstruatie wordt uitgesteld. Het (para)sympathische zenuwstelsel wordt nu verder toegelicht.

Sympathisch zenuwstelsel

Na een stressor komt het lichaam door het sympathische zenuwstelsel in staat van paraatheid. De hartslag gaat omhoog, de bloedvaten verwijden, de ademhaling versnelt en de spijsvertering wordt geremd. Zo kan de energie uit het bloed snel naar de spieren als dat nodig is voor een fight or flight actie. Bij een acute stressor moet iemand heel snel reageren, dit is bijvoorbeeld in levensbedreigende situaties het geval. Het sympathisch zenuwstelsel wordt actief gemaakt door hormonen.

Noradrenaline fungeert in deze staat als neurotransmitter, het is een hormoon in de hersenen. Adrenaline wordt afgegeven in het bloed door het bijniermerg (adrenal medulla).

Bij het sympathetic-adrenomedullay-system bestaan er twee wegen om energie in het lichaam te mobiliseren. Dat kan direct gaan door directe activatie van het zenuwstelsel. Indirect kunnen stoffen die geproduceerd worden door de bijnier via de bloedbaan de spieren bereiken. Glucosereserves worden in dat geval gemobiliseerd.

Parasympathische zenuwstelsel

Dit gedeelte wordt aangezet om de rust in het lichaam te herstellen, om weer naar de normale homeostase te gaan. Behalve de energiehuishouding reguleert het parasympatische zenuwstelsel ook vertering en groei. Hierbij hoort het principe rest and digest. De neurotransmitter die wordt gebruikt is ach. Het parasympathische zenuwstelsel wordt aangestuurd door de nervus vagus. Excessieve activatie van de vagal nerve vindt plaats tijdens emotionele stress, vermoeidheid of warmte als overcompensatie van een sterk sympathisch zenuwstelsel. Als dit gebeurt wordt het hartritme verlaagd en vindt vasodilatatie (verwijderen van bloedvaten om bloeddruk te verlagen) plaats waardoor niet genoeg zuurstof in het brein komt en iemand flauw valt. Bij dieren kan dit een defensiemechanisme zijn, bijvoorbeeld de playing possum (voor dood spelen).

Gevaar

Als gevaar ver weg is worden andere systemen geactiveerd dan wanneer gevaar zeer dichtbij is. Bij angst voor gevaar ver weg worden de prefrontale cortex en laterale amygdala geactiveerd. Er wordt dan geprobeerd het gevaar te ontwijken. Wanneer de paniek toeslaat en het gevaarte dichtbij is komen de centrale amygdala en de ‘periaqueductal gray’ in actie. Er wordt dan geprobeerd om zichzelf te verdedigen.

HPA (hypthalamus-pituitary-adrenal) axis of HHB (hypothalamus-hypofyse-bijnieren) as

De bijnieren liggen op de nieren. Ze bestaan uit het merg (de binnenzijde) en de schors (buitenzijde). De hypothalamus en hypofyse zijn bij veel dingen, zoals groei maar ook stress, betrokken. Doordat dit stukje van de HPA-as veel connecties heeft met structuren uit het sociale brein, kan sociale stess zoveel invloed hebben bij mensen. De HPA-as dankt zijn naam doordat de drie 'stations' verticaal door het lichaam lopen.

Het merg in de bijnieren zorgt voor de aanmaak van adrenaline. De HPA-as begint bij de hypothalamus. De hypothalamus geeft een releasing factor (CRH) af, dit heet een corticotrophin releasing hormone. Dit hormoon wordt via een klein bloedvat naar de anterior pituitary (voorste hypofysekwab) gebracht, deze kwab geeft veel regulerende hormonen af. Via de bloedvaten die in contact staan met de voorste hypofysekwab wordt ACTH afgegeven. Daardoor geeft de bijnierschors cortisol af. Cortisol is een onderdeel van een groep hormonen, de glucocorticoiden. Deze zijn belangrijk voor de glucosehuishouding.

Adrenal cortex

De adrenal cortex is de bijnierschors en produceert twee typen hormonen, namelijk de glucocorticoiïen en mineralcorticoïden. Glucocorticoïden is een verzamelnaam voor de daadwerkelijke stresshormonen zoals cortisol. Aldosteron is een voorbeeld van een mineralcorticoïde. Dit hormoon is belangrijk voor het vasthouden van natrium in de nieren en daardoor ook voor het vasthouden van water. Als gevolg hiervan ontstaat er een toename van het bloedvolume en stijgt de bloeddruk. Alles wat eindigt op –oiden zijn sterodë hormonen en kunnen makkelijk een cel inkomen.

Er zijn twee typen receptoren voor adrenal cortex hormonen, namelijk de mineralcorticoid receptor (MR) en glucocorticoid receptor (GR). De MR zorgt in het perifere zenuwstelsel voor de zout- en waterbalans door binding van aldosteron en wordt in de hersenen geactiveerd door cortisol. MR zit in de hersenen vooral in de limbische structuren en in de prefrontale cortex. Hier is deze receptor vaak bezet door cortisol. Dit zorgt voor controle van de HPA tonus, deze staat altijd stand-by. De GR wordt perifeer en centraal geactiveerd door cortisol. De GR zit in het centrale zenuwstelsel wijd verspreid, het wordt geactiveerd bij stress.

Glucocorticoïden binden zich ook aan MR. Het heeft dan dezelfde affiniteit als aldosteron (mineralcorticoid). Een enzym voorkomt over-stimulatie van de MR doordat cortisol in de aldosteron target tissue zit, aldosteron wordt hierdoor niet teveel tegengehouden. Aldosterine kan binden aan receptoren die ervoor zorgen dat je je zouten binnenhoudt, waardoor de bloeddruk stijgt. Dropjes, vooral het zoethout in drop, werken de inactieve versie van cortisol (cortison) tegen waardoor de bloeddruk toeneemt. Mensen met een hoge bloeddruk worden geadviseerd niet te veel drop te eten.

Glucocorticoïden respons op een stressor

Cortisol wordt na adrenaline geactiveerd. Dit hormoon komt iets later op gang, en blijft langer in het lichaam. Hierdoor is het in onderzoek mogelijk om cortisol als variabele te gebruiken om stress te meten. De piek van de glucocorticoïden ligt rond dertig minuten na de stressor en blijft tot ongeveer drie uur in het lichaam.

Cortisol maakt energie vrij en zorgt dat dit in de spieren terecht komt. Tevens slaat het energie op voor het geval er later nog meer energie nodig is, want ook na de stressor is er energie nodig om ervoor te zorgen dat iemand niet dood neervalt. Tevens zorgt cortisol ervoor dat het immuunsysteem geremd wordt. Bij langdurige stress is het afweersysteem constant verlaagd en wordt de vatbaarheid op ziektes verhoogd. Op deze manier wordt cortisol soms ook ingezet na zware operaties

Cortisol heeft nog andere functies, namelijk dat het geheugen voor deze stressor opgeslagen wordt zodat het lichaam beter voorbereid is op de volgende keer dat deze stressor voorkomt. Daarnaast wordt botvorming, de algehele groei en de reproductie geremd. Door alles wat normaal gesproken veel energie kost op een laag pitje te zetten, blijft er genoeg energie over voor de stressrespons.

Op sheet 35 is een afbeelding te zien (rechts) zoals de HPA-as op het tentamen gevraagd kan worden. Er bestaat een centraal feedback mechanisme wanneer de respons voltooid is en er de mogelijkheid bestaat om terug te keren naar een normale homeostase. Terugkoppeling kan op verschillende niveaus gebeuren. De afgifte van cortisol zorgt voor inhibitie van de hypothalamus. Cortisol werkt ook op de hippocampus. Als de hippocampus denkt dat er genoeg cortisol is, wordt de afgifte van CRH geremd. Dit kan ook direct via de hypothalamus. Cortisol remt de hypofyse af en hierdoor wordt de afgifte van ACTH geremd. De cortisolafgifte zo wordt dus geremd. Cortisol zorgt er dus ook voor dat de stressreactie niet teveel doorschiet.

De amygdala zorgt voor activatie van de hypothalamus. De hypothalamus zorgt voor stimulatie van de CRH. De hippocampus zorgt voor de inhibitie. Dit is belangrijk voor de feedback.

Hippocampus

De hippocampus is ook wel het zeepaardje van het brein door de vouwing van de cortex. Hippo- komt uit het Latijn en betekent paard. Hippocampus en hypothalamus (onder de thalamus) moeten niet door elkaar gehaald worden.

De hippocampus is onderdeel van het limbisch systeem. Het is belangrijk voor het ruimtelijk geheugen en voor het opslaan van nieuwe herinneringen na stress. Er zijn in de hippocampus veel receptoren voor stresshormonen. Bij bijvoorbeeld de ziekte van Alzheimer, wat te maken heeft met het geheugen, is de hippocampus één van de eerste hersenstructuren die worden aangetast. Hierdoor is het lastig om dingen te onthouden en te herinneren..

Amygdala

De amygdala (ook wel amandelkern) is ook een deel van het limbisch systeem. Deze is betrokken bij aandacht, leren en emoties. Hoe emotioneler de informatie, hoe meer activatie van de amygdala en hoe beter de informatie onthouden wordt. De amygdala beïnvloedt het perifere zenuwstelsel via de hersenstam. Het is belangrijk als alarmfunctie en voor mediatie tijdens een fight/flight respons.

College 9 - Stressrespons

De sympathische activatie maakt adrenaline vrij dat ervoor zorgt dat er na de stressor energie wordt vrijgemaakt om direct te kunnen reageren. Daarnaast gaat de hartslag omhoog, gaat de bloeddruk omhoog en wordt de zuurstoftoevoer groter. Als de stressor langer aanhoudt ontstaat er een tweede activatie, dit gebeurt in de HPA-as waarbij cortisol vrijkomt. Cortisol zorgt voor een langere energietoevoer (en aanmaak), maar ook dat adrenaline wat afzwakt. Het sympathische zenuwstelsel gaat over de interne processen in het lichaam. Het tegenovergestelde daarvan, het parasympatische zenuwstelsel zorgt voor rest and digest.

Na de sympathische activatie komt de HPA-as (hypothalamus, hypofyse, bijnieren) in actie met de aanmaak van cortisol. De afbeelding op de sheet zou je moeten kunnen tekenen op het tentamen. De hypothalamus geeft CRF (of CRH) af aan de hypofyse. De hypothalamus kan gereguleerd worden vanuit de hippocampus en vanuit de amygdala. De hippocampus zorgt voor een remmende werking, de amygdala zorgt voor een stimulerende werking. De hypofyse zorgt vervolgens voor het afgeven van ACTH waardoor de bijnieren glucocorticoïde produceren. Cortisol is een glucocorticoïde. Cortisol zorgt ervoor dat bij grotere stress meer energie wordt vrijgemaakt, dat andere processen op een laag pitje worden gezet en dat de activatie van het immuunsysteem en geheugen omhoog gaat.

Glucocorticoïde is ook van belang voor terugkoppeling binnen het HPA-as systeem. Het afgeven van glucocorticoïden zorgt voor remming op drie niveaus, bij de hippocampus(remmende werking van de hypothalamus), de hypothalamus(remmende werking op aanmaak van CHR) en de hypofyse(remmende werking op aanmaak ACTH).

Buiten bepaalde eiwitten die je binnen moet krijgen voor de werking van je lichaam, zijn ook een aantal vetten en koolhydraten belangrijk. De celwand is vettig, vetten helpen met de opbouw daarvan. Koolhydraten en andere vetten zijn belangrijk voor energie. Deze worden opgeslagen en bewaard voor stressvolle situaties.

Bloedsuikerspiegel

Suiker, glucose, is een belangrijke energiebron voor je lichaam. Het suikergehalte in je bloed moet binnen strakke grenzen blijven, dit is een onderdeel van je homeostase en wordt geregeld door hormonen. Adrenaline laat opgeslagen glucose vrijkomen door het af te breken, tijdens stress moet namelijk veel energie vrijkomen. Cortisol zorgt ervoor dat indien nodig extra glucose gevormd wordt, dit is als het ware een tweede energiepiek.

De alvleesklier (pancreas) ligt tussen de maag en de twaalfvingerige darm. De pancreas maakt twee hormonen aan, namelijk insuline en glucagon. Insuline breekt suiker in het bloed af en slaat het op in cellen, dit gebeurt als er te veel suiker in het bloed zit. Hierdoor kan het glucoseniveau in het bloed op het homeostatische niveau komen. Bij te weinig suiker krijgt de alvleesklier een signaal om glucagon te produceren. Glucagon zorgt voor het vrijmaken van opgeslagen glucose. Als glucose opgeslagen ligt heet het glycogeen. Insuline en glucagon zijn hormonen en worden dus afgegeven aan het bloed.

Stress en bloedsuikerspiegel

Op het moment dat het sympathische zenuwstelsel geactiveerd wordt, komt er een rem op het parasympatische deel. Het parasympatische zenuwstelsel zorgt voor de productie van insuline, dus ook dit wordt dan geremd. Doordat er minder suiker opgenomen wordt in cellen blijft er meer suiker (energie) in het bloed dat naar spieren gebracht kan worden. Adrenaline zorgt daarbij dat er nog meer glucose wordt vrijgemaakt, waardoor er nog meer energie vrijkomt.

Bij activatie van de HPA-as komt cortisol vrij. Dit stimuleert de afbraak van eiwitten en vetten waardoor er bouwstoffen beschikbaar zijn voor de aanmaak van nieuw glucose. Dit kost al wel wat energie, dus een deel van de nieuw geproduceerde energie is al gebruikt om het te maken. Tevens remt cortisol de werking van insuline. Op deze manier compenseert cortisol het verlies van energie.

Diabetes mellitus

Diabetes wordt gekenmerkt door een te hoge bloedsuikerspiegel. De belangrijkste symptomen zijn glucosurie (glucose verlaat met urine het lichaam, dit zorgt voor zoete urine), polyurie (veel urineren) en polydipsie (toegenomen dorst).

Diabetes type 1

Diabetes type 1 is een auto-immuunziekte, waarbij de lichaamseigen bètacellen in de eilandjes van Langerhans (die insuline produceren) worden afgebroken. Hierdoor is er een verminderde productie van insuline en moet de patiënt bij zichzelf insuline toedienen. Anders blijft er teveel glucose in het bloed zitten. Het bloed wordt stroperig als er teveel moleculen zoals glucose in gaan zitten. Dit zorgt voor een vergrote kans op hard en vaatziekten. Ook kan het beschadigingen aan de huid, nieren en ogen veroorzaken.

Diabetes type 2

Bij diabetes type 2 zijn de cellen in het lichaam niet of minder gevoelig voor insuline (dit heeft dus niets te maken met problemen in de productie van insuline). Hierdoor ontstaat er een verhoogde bloedsuikerspiegel, aangezien suikers niet goed worden opgenomen in cellen. Het kan worden veroorzaakt door obesitas, bij een teveel aan vetten in de cellen kan de cel ongevoelig raken voor opname van (extra) glucose.

Glucose moet binnen de fysiologische grenzen blijven, als dat niet lukt kan er hypoglycemie (een te lage bloedsuikerspiegel) en hyperglycemie (een te hoge bloedsuikerspiegel) ontstaan. Bij een hypo voelt een persoon zich moe en duizelig, heeft hij of zij een wisselend humeur, heeft hij of zij honger en zweet hij of zij erg, door energietekort. Bij een hyper heeft iemand veel dorst en moet hij of zij veel plassen om het stroperige bloed te compenseren. Ook is iemand moe en slaperig, net zoals bij een after dinner dip doordat er juist veel energie in het bloed zit.

Bij stress zijn cellen minder gevoelig voor insuline (insulin resistance). Diabetes patiënten weten normaal hoeveel insuline ze moeten spuiten, maar op het moment dat de cellen de insuline niet opnemen weten ze dat niet meer. Hierdoor is de bloedsuikerspiegel moeilijker te controleren voor diabetes mellitus patiënten.

Het immuunsysteem

Je lichaam moet zich beschermen tegen niet-lichaamseigen stoffen, zoals bacteriën en virussen. Bacteriën kunnen zich heel snel delen. Er zijn bacteriën die schade kunnen aanrichten aan het lichaam. In de huid en in de darmen bestaan echter ook heel nuttige bacteriën. Virussen zijn een stuk genetisch materiaal in een envelop, die compleet afhankelijk is van een gastheer. Een bacteriofaag is een virus, die een bacterie als gastheer heeft. Het lichaam heeft een systeem ontwikkelt om met deze indringers om te gaan.

Bij een ontsteking of letsel komt het immuunsysteem in actie. Er zijn verschillende barrières in het lichaam. De eerste barrière wordt gevormd door de huid en slijmlagen. De huid is vettig en goed afgesloten, wat het moeilijk maakt om binnen te dringen. Slijmlagen zitten bijvoorbeeld in de luchtpijp, longen en het maag-darm kanaal. De tweede barrière is de verdediging in het lichaam, die onderverdeeld is in de aspecifieke afweer en de specifieke afweer. De aspecifieke afweer valt alles aan wat niet wordt herkend als lichaamseigen, dus als lichaamsvreemd. De specifieke afweer gaat wat gerichter te werk.

Het is belangrijk dat het lichaam onderscheid maakt tussen lichaamseigen cellen en lichaamsvreemde cellen. Cellen van het immuunsysteem worden gemaakt in het beenmerg, daar worden stamcellen geproduceerd. Die kunnen differentiëren tot elke cel van het immuunsysteem. Macrofagen zijn opruimcellen en zijn een onderdeel van het aspecifieke immuunsysteem. B-cellen en T-cellen gaan specifiek te werk en behoren tot de specifieke afweer. B-cellen volgroeien in het beenmerg, T-cellen volgroeien in de thymus. Deze cellen verspreiden zich via het lymfevatenstelsel.

Een infectie ontstaat wanneer er een bacterie of virus het lichaam indringt en er schade aanricht. Een ontsteking is de reactie van het lichaam op het letsel. De reacties die dan plaatsvinden zijn roodheid, zwelling, pijnsignalen, vaatverwijding, stolling, werven van het specifieke immuunsysteem.

Eerst zorgt het aspecifieke systeem voor een ontstekingsreactie, waarna het specifieke immuunsysteem het gevaar herkent en de indringers direct kan opruimen. De cellen van het aspecifieke immuunsysteem (zoals macrofagen) gaan als eerste naar de huid. De huid zwelt op, wordt dikker en er vindt vaatverwijding plaats zodat contact met het bloed makkelijker zal verlopen. Als een macrofaag een virus heeft aangevallen zal deze het viruseiwit gaan presenteren op zijn eigen oppervlakte. Daarmee gaat de macrofaag naar een lymfeknop en zoekt een specifieke T-helper cel die de informatie van het viruseiwit kan herkennen. De T-helpercel gaat zich vervolgens vermenigvuldigen en heeft drie verschillende functies.

1. De T-helpercel stimuleert B-lymfocyten om een plasmacel te worden. Die plasmacel gaat antistoffen aanmaken die specifiek werken op het viruseiwit. Antistoffen gaan naar de plek waar het virus zich bevindt. Wanneer deze antistoffen zich binden aan het virus wordt het virus onschadelijk gemaakt. Ook zorgen antistoffen ervoor dat het virus makkelijker herkend wordt door andere macrofagen.

2. De T-helpercel kan veranderen in een T-helpergeheugencel, hierdoor herkent het lichaam het virus gemakkelijker en kan het lichaam hier sneller op reageren. Dit is vooral handig bij nieuwe aanvallen door hetzelfde virus, dan kunnen er snel antistoffen aangemaakt worden.

3. De T-helpercel kan ook een cytotoxische T-cel produceren, deze vorm van T-cellen gaan geïnfecteerde lichaamseigen cellen opruimen.

Voor bekijken van animaties kijk op: http://www.bioplek.org/animaties/afweer/overzicht.html

Bij een vaccinatie wordt een klein beetje aan geïnfecteerde cellen ingespoten zodat het specifieke immuunsysteem alvast antistoffen aan kan maken voor het geval iemand ziek wordt en er snel veel antistoffen nodig zijn.

Immuunsysteem fouten

Het kan zijn dat het lichaam gaat reageren op een “onschuldige” stof. Dit is het geval bij een allergie en intolerantie. Het verschil zit het in de antistoffen die betrokken zijn. Bij een allergie reageert het lichaam vaak direct. Intolerantie heeft vaak te maken met een bepaald soort voedsel dat niet verdragen kan worden door het lichaam.

Wat ook kan gebeuren is dat er fouten sluipen in het immuunsysteem wanneer deze bijvoorbeeld heel hard aan het werk is en lichaamseigen cellen gaat herkennen als ‘vreemd’ en deze vervolgens gaat aanvallen. Dan is er sprake van een auto-immuunziekte.

Stress en het immuunsysteem

Tijdens de eerste fase van de stressrespons wordt het immuunsysteem gestimuleerd, daarna neemt dit weer af. Er moet namelijk voorkomen worden dat het immuunsysteem te hard gaat werken. Bij de tweede piek zijn glucocorticoïden (cortisol) betrokken, deze remmen componenten van het immuunsysteem.

Het is belangrijk om balans te houden tussen de activatie en de remming van het immuunsysteem. Bij te veel cortisol breekt het immuunsysteem af doordat er dunnere barrières zijn. Bij te weinig cortisol werkt het immuunsysteem te hard en ontstaat er veel ontsteking. Dit verhoogt de kans op een auto-immuunziekte.

Voorbeelden van auto-immuunziekten zijn rheumatoïde arthritis en type 1 diabetes. Behandeling van deze ziekten is mogelijk met een hoge dosis aan glucocorticoïden, dit zorgt voor een chronische onderdrukking van het eigen immuunsysteem.

Bij te weinig cortisol is de piek wel lager en is het sneller weer uit het lichaam.

Regulatie door feedback

De cortisolrespons is zichtbaar in de piek rond de 30 minuten, waarna negatieve feedback plaatsvindt (terugkoppeling); hierdoor daalt de afgifte van cortisol.

Cortisol wordt afgegeven door de HPA-as. De hypothalamus geeft een stofje af aan de hypofyse, en deze communiceert door naar de bijnieren dat er cortisol geproduceerd moet worden. Feedback vindt plaats vanuit de bijnieren, eerst met de hypofyse en vervolgens met de hypothalamus. Deze structuren kunnen aangeven wanneer er voldoende geproduceerd is en de productie kan stoppen. Feedback vindt dus plaats op verschillende niveaus. Deze terugkoppeling kan verkeerd gaan, zoals het geval is bij depressie en PTSS. Ontregeling van feedback leidt tot een abnormaal hoog of laag niveau van corticosteroïden, met vaak versterkende gevolgen.

Mensen met een depressie hebben een excessieve stress respons, een teveel aan cortisol. Dat houdt overigens niet in dat de piek hoger is, maar dat er te lang te veel cortisol in het systeem blijft. Dit komt doordat er te weinig teruggekoppeld wordt.

Mensen met PTSS (posttraumatische stressstoornis) hebben juist een te sterk werkende terugkoppeling van cortisol. Hierdoor wordt er te weinig geproduceerd, de piek is lager en cortisol is sneller uit het lichaam. Dit maakt dat voor mensen met PTSS lastig is om te gaan met een stressvolle situatie.

Syndroom van Cushing

2. Bij een syndroom is de precieze oorzaak onbekend, bij een ziekte is dit wel het geval.

Het syndroom van Cushing wordt gekenmerkt door een verhoging van cortisol in het bloed. Bij primaire hypercortisolemie is er een cortisolproducerende tumor. Het produceren van cortisol staat bij dit syndroom niet meer onder controle van ACTH.

Bij secundaire hypercortisolemie is er een ACTH producerende tumor (Cushing’s disease). Deze tumor reageert niet op negatieve feedback. Hoewel de hoeveelheid cortisol stijgt, blijft de hoeveelheid ACTH ook stijgen. Symptomen en gevolgen zijn:

• Alle onderhoudsprocessen worden op een laag pitje gezet bij een te hoog cortisollevel. Dit kan leiden tot huidproblemen, botontkalking (osteoporose) en amenorrhoea (niet meer ongesteld worden).

• Bij kinderen kan er een groeiachterstand ontstaan.

• Mensen kunnen door het syndroom van Cushing steroïde diabetes ontwikkelen, want bij een chronisch te hoog cortisolniveau kunnen cellen chronisch minder gevoelig raken voor insuline.

• Er bestaat een vergrote kans op hart- en vaatziekten. Doordat er teveel glucose in het bloed zit wordt het stroperig.

• Gewichtstoename, voornamelijk rond de buikorganen. Dit is erg schadelijk (centrale obesitas).

• Spierzwakte.

• Slaapproblemen en depressie. Bij te hoge cortisolniveaus staat het lichaam constant in de waakstand, hierdoor kun je moeilijk in slaap komen.

Ziekte van Addison

Bij deze ziekte is er een tekort aan aldosteron en cortisol. Te weinig cortisol zorgt dat er te weinig energie wordt vrijgemaakt/geproduceerd en de bloeddruk kan hierdoor sterk dalen. In een stressvolle situatie kan iemand met deze ziekte uitdrogen, een lage bloeddruk krijgen en hierdoor in shock raken. In erge gevallen kan iemand buiten bewustzijn raken en zelfs sterven ten gevolge van een laag glucosegehalte door een tekort aan cortisol.

Shy Drager Syndroom

Mensen met dit syndroom hebben een instabiele bloeddruk door een tekort aan adrenaline. Dit heeft niet alleen te maken met het parasympatische zenuwstelsel maar ook met een disfunctioneel autonoom zenuwstelsel. Hierdoor zijn ze duizelig bij het opstaan en vallen ze vaak flauw. De interne huishouding raakt in de war. De temperatuurregulatie is minder goed, bij stress stijgt de lichaamstemperatuur. Dit wordt gereguleerd door te zweten. Mensen met het Shy Drager Syndroom kunnen vaak minder goed zweten en worden dan te warm. Andere symptomen zijn droge mond en huid, incontinentie en impotentie, slecht gezichtsvermogen en overlijden rond 7-10 jaar na diagnosestelling.

Het meten van stress

De sympathische activiteit kan gemeten worden door de huidgeleidingsrespons, met een hartslagmeting en met hormonen in het bloed en speeksel. De HPA-as activiteit kan worden onderzocht in het bloed en speeksel of in het haar.

De galvanic skin response maakt gebruik van het zweten tijdens een stressvolle situatie, het sympathische zenuwstelsel wordt dan actief. Bij meer zweet gaat de huidgeleiding omhoog. Op twee punten in de hand zitten sensoren die meten of een impuls sneller van punt a naar punt b gaat dan “normaal”. Deze test kan ook worden gebruikt bij leugendetectie.

Meten van sympathische activatie

Er zijn twee testen voor hartslagmeting, namelijk de ECG en de ICG. Eerst wordt er inzicht gegeven in de werking van het hart. Op een schematische afbeelding bevat blauw altijd zuurstofarm en rood altijd zuurstofrijk bloed. De linkerboezem en –kamer zorgen voor de lichaamscirculatie, de rechterboezem en –kamer zorgen voor de longcirculatie. De linkerboezem heeft een dikkere spierwand omdat deze het bloed door het hele lichaam pompt. Een pacemaker is een elektrische signalen generator, die zorgt dat de boezems of kamers op het juiste moment samenknijpen.

De ECG is de elektrocardiogram, deze meet elektrische signalen van het hart. De ICG is het impedantiecardiogram die de weerstand in de bloedvaten meet.

De eerste ECG was een grote machine, uitgevonden door Willem Einthoven die daar rond 1920 een Nobelprijs voor kreeg.

Een hartslag bestaat uit verschillende fasen. Op sheet 35 staat hier een voorbeeld van. De eerste piek toont aan wanneer de boezems samenknijpen. De grote piek die daarop volgt laat het samenknijpen van de ventrikels zien. De laatste kleine piek wordt gemaakt wanneer het hart weer teruggaat naar normaal, als een soort naschok.

De sympathische activiteit die gemeten wordt door het samenknijpen van het hart is dus de tijd tussen de eerste en de laatste piek. De pre-ejection period (PEP) is de periode dat het impuls wordt afgegeven maar nog niet het hart uit is.

Aan de hand van de ECG kun je de hartslag bepalen, namelijk met het aantal RR_x pieken per minuut (deze staan voor het aantal keer dat het hart samenknijpt). De tijd tussen de hartslagen heet respiratory sinus arrhytmia (RSA). Normaal gesproken bestaat er variabiliteit in de Inter Beat Interval, IBI is de tijd tussen twee metingen. Er is een korte IBI bij het inademen, een lange IBI bij het uitademen. Hoe groter het verschil hoe beter, zo is dit groter bij kinderen en sporters en kleiner bij ouderen. Als het verschil tussen je hartslagen groter is kan je je makkelijker aanpassen, doordat je hart makkelijker van een langzame naar een snellere hartslag kan gaan.

Bij stress wordt het parasympatische zenuwstelsel onderdrukt waardoor er geen langzamere hartslag is bij het uitademen en de variabiliteit in de IBI kleiner wordt.

Meten van HPA-as activiteit

Het lichaam zet processen nooit helemaal uit, deze staan dan stand-by. Bij het opstaan wordt cortisol aangemaakt, dit heet het cortisol awakening response (CAR). Mensen met depressie hebben een ontregelde feedback van cortisol en hebben daardoor een veel afgeplattere respons.

Trier Social Stress Test

Bij de Trier social stress test (TSST) werd de stress reactiviteit gemeten. Tijdens een experiment wordt matige tot flinke stress opgewekt door simulatie van een vervelend sollicitatiegesprek, en daarna een cognitieve taak. Een proefpersoon heeft tien minuten de tijd om het sollicitatiegesprek voor te bereiden. Zowel alpha amylase in speeksel als adrenaline en noradrenaline het bloed laten grofweg hetzelfde patroon zien: een verhoging van de aanwezige hoeveelheid hormonen tijdens de test en een piek kort na afronding van de test.

Wanneer er een bevriend persoon bij de proefpersoon aanwezig is tijdens het voorbereiden van deze test vermindert dit de stress. Bij toediening van oxytocine wordt dit verzachtende effect nog verder versterkt.

Cortisol in haar

Het meten van cortisol in het haar is een zeer grove maat, maar handig om bij kinderen toe te passen. Het is voor onderzoekers namelijk lastig om de andere testmaten te gebruiken bij kinderen, zoals bloedprikken of spugen in een buisje. Bij deze meting wordt een stuk haar afgeknipt en dan over een langere tijd vanaf de haargrens gekeken hoeveel cortisol er was. Daarmee kan worden gekeken of er stressvolle momenten zijn geweest en wanneer die zijn geweest.

College 10 - Stress

Korte herhaling

De sympathische activatie heeft te maken met het hormoon adrenaline. De HPA-as zorgt vervolgens voor de afgifte van cortisol. Beide hormonen worden aangemaakt in de bijnieren. Adrenaline gaat niet naar de hersenen, cortisol echter wel. Hoe dit werkt wordt later uitgelegd. De HPA-as heeft een intern terugkoppelingsmechanisme. Op verschillende niveaus zorgen glucocorticoïden voor remming van het systeem. Bij de hypofyse komt er een rem op de productie van ACTH. Ook zorgt het ervoor dat de hypothalamus minder CRF/CRH aanmaakt. Daarbij is er een rem op de hippocampus die vervolgens de hypothalamus minder stimuleert.

Glucocorticoïd

Cortisol werkt alleen bij binding aan de MR receptoren en GR receptoren. Zonder binding heeft het geen effect. Het belangrijkste glucocorticoïd bij de mens is cortisol, bij dieren is dat corticosteron.

Bij een stressrespons is er eerst sympathische activatie waarbij adrenaline vrijkomt. Vervolgens wordt de HPA-as geactiveerd die cortisol afscheidt. Cortisol komt niet pas vrij als de adrenaline volledig is afgebroken, voor enige tijd overlappen beide hormonen. De cortisolpiek ontstaat pas wanneer de adrenaline is uitgewerkt. Tot de piek heeft cortisol dezelfde werking als adrenaline. Na de piek heeft het door middel van terugkoppeling een remmende werking.

Steroïde hormonen

Er is geen vrije doorgang tussen bloedvaten in de hersenen en het hersenvocht. Hierdoor kunnen bacteriën en grote wateroplosbare stoffen de hersenen niet in. Een voorbeeld van een wateroplosbare stof is adrenaline. Doordat cellen een vettig membraan hebben kan adrenaline niet door de celwand. Wanneer adrenaline toch werkzaam wil zijn, zal deze zich binden aan receptoren. Receptoren zitten aan de buitenkant van de celwand.

Steroïden zijn kleine vet oplosbare moleculen die makkelijk de bloedhersenbarrière overgaan. De celwand van steroïden is vrij vettig. tot oplosbare stoffen bewegen zich makkelijker door een celwand heen, waardoor steroïden door de bloedhersenbarrière kunnen gaan. Deze moleculen werken niet alleen perifeer, maar ook centraal. Adrenaline daarentegen kan niet door deze barrière en zal dus met name voor perifere effecten zorgen. Noradrenaline wordt gemaakt in de hersenen en heeft als neurotransmitter een effect op de stressrespons.

De bloedvaten die richting de hersenen gaan bestaan uit drie lagen (bloedhersenbarrière). Om de bloedbaan heen liggen strakke cellen (laag 1). Deze worden omgeven door een basale laag (laag 2). Weer daaromheen liggen de astrocyten, neuronen waarvan de uitlopers deze bloedcellen beschermen (laag 3). Stoffen die de hersenen nodig hebben zoals glucose zullen actief over de barrière getransporteerd moeten worden.

Transcriptie

Steroïde hormonen binden aan steroïde receptoren, dit vormt dan een actief deeltje. Voorbeelden van steroïde hormonen zijn cortisol, androgenen, estogenen en progesteron. Glucocorticoïde bindt aan GR (glucocorticoïde receptor) en MR (mineralcorticoïde receptor). Deze steroïde receptoren zijn transcriptiefactoren, wat betekent dat zij de genexpressie beïnvloeden door binding aan het DNA. Hierbij wordt gebruik gemaakt van mRNA (messenger RNA). Dit wordt afgeschreven van het DNA en naar de ribosomen gestuurd, waar een eiwit wordt gemaakt van verschillende aminozuren.

Via regulatie van genexpressie hebben steroïdehormonen effecten op de (embryonale) ontwikkeling, homeostase en metabolisme. Het glucocorticoïd resposive element (GRE) is het stukje DNA dat makkelijk beschikbaar ligt in de cel voor transcriptie.

Glucocortocoïden zijn factoren waardoor het gen juist wordt afgelezen/afgeschreven of geremd. Op het gen zit een promoter regio, daar start de gen afschrijving. Afhankelijk van activators in een cel wordt vervolgens een enhancer gebied actief. Een DNA-binding eiwit zorgt dat de promoter regio en het enchanger gebied dichter bij elkaar komen te liggen. Hierna kan polymerase ervoor zorgen dat het DNA wordt opengeknipt (als een rits) en vervolgens afgelezen kan worden. Er zijn allemaal mediator eiwitten die het proces van transcriptie vergemakkelijken. GR en MR zijn zulke transcriptiefactoren.

Bij binding aan een receptor vindt er wel of geen transcriptie plaats. Bij transactivatie zorgt het hormoon ervoor dat herstel na stress bevorderd wordt. Met transrepressie wordt het beteugelen na een primaire stressreactie bedoeld. De afbeelding op deze sheet is schematisch, in een cel bevinden zich namelijk nooit twee celkernen.

Cortisol

Cortisol wordt later geactiveerd, maar heeft dan al direct een aantal effecten. Deze snelle effecten vinden plaats via non-genomische receptoren. Dit werkt niet via genexpressie, maar via receptoren die in de buurt van het gen zijn en wel beschikbaar zijn. Er worden dan andere cellen klaargemaakt voor actie, daardoor wordt de prikkelbaarheid gestimuleerd. De cel wordt als het ware in staat van paraatheid gebracht. Hierdoor kan bijvoorbeeld de ernst van de situatie makkelijker worden ingeschat. Cortisol bindt het liefst aan MR, aangezien deze makkelijker bereikbaar is. Wanneer al deze receptoren ‘vol’ zitten zal cortisol een hoog niveau hebben bereikt en zal cortisol ook gaan binden aan GR.

MR en GR hebben een tegengestelde werking in de stressrespons:

Leren van je ervaringen

Het effect van stress op het geheugen volgt de inverted U-shape (omgekeerde U-vorm). Veel processen volgen deze curve, vooral stress-gerelateerde cues. Te weinig glucocorticoïde is niet goed en te veel is niet goed: er bestaat een optium. Te weinig maar ook te veel cortisol zorgen er niet voor dat de stressor beter onthouden wordt. Glucocorticoïden werken vooral in de limbische structuren. De receptoren zitten met name op de hippocampus, amygdala en frontale kwabben.

HPA-as: a system with a rhythm

De HPA-as staat niet stil op het moment dat er geen stressor is. Het volgt een circadiaans ritme (per 24 uur). Aan het begin van de dag is er een piek, bij het opstaan. Wanneer het cortisolniveau van standaard al heel laag is, zal iemand moeilijker snel kunnen reageren. Er zijn veel processen die dit ritme volgen. In de hypothalamus zit een soort klok die het ritme bijhoudt, de SCN.

De HPA-as volgt ook het ultradiaan ritme (dagritme). Dit zijn pulsen binnen het circadiaans ritme. De pulsamplitude, de grootte van de pulsen, is flexibel. Deze zijn iets groter bij het opstaan, als de dagelijkse activiteiten beginnen. Het systeem is continue dynamisch, hierdoor staat het lichaam elk moment klaar om te reageren op een stress respons. Als er te grote veranderingen zijn binnen deze ritmes toont dat aan dat de HPA-as slecht functioneert.

Buiten deze twee ritmes reageert de HPA-as ook nog op een stressor. De mate van de respons is afhankelijk van de fase van het ritme waarin het niveau zich bevindt. Met deze informatie dient rekening te worden gehouden als er onderzoek wordt gedaan naar cortisol in het bloed.

Invloed van de vroege omgeving

Ook invloeden in de baarmoeder kunnen al effect hebben op het ongeboren kind. Voorbeelden van stressvolle ervaringen in de kinderjaren zijn ondervoeding, emotionele verwaarlozing, mishandeling en verlies van een ouder. Deze stressvolle ervaringen zijn risicofactoren voor bijvoorbeeld het metabool syndroom (hart- en vaatziekten, diabetes), depressie, angststoornissen, PTSS, obesitas e.d. in het latere leven. Het is niet zo dat het een één op één oorzaak gevolg relatie is. De stressvolle ervaringen vergroten wel de kans dat iemand één van deze ziektes ontwikkelt.

Voorbeeld waar veel onderzoek naar wordt gedaan zijn foetussen die tijdens de hongerwinter weinig te eten kregen. Toen zij na de bevrijding geboren werden en veel te eten hadden, was het lichaam geprogrammeerd om heel schaars te eten waardoor het zo veel mogelijk eten op gaat slaan. Vandaar dat veel mensen van die leeftijd last hebben van overgewicht, zonder een abnormaal eetpatroon te hebben.

Tijdens ontwikkeling vindt aanpassing plaats aan leefomstandigheden, sociale signalen en interacties. Vroege ervaringen vormen de neurobiologische systemen die betrokken zijn bij de stressrespons. In kritieke of sensitieve perioden hebben ervaringen een programmerend of langdurig effect.

Programmerende werking van glucocorticoïd

Glucocorticoïden hebben een programmerende werking op hersennetwerken. Zij bepalen namelijk de gevoeligheid of kwetsbaarheid (vulnerability) en de veerkracht (resillence) bij stress in het latere leven. Ook bepalen deze hormonen de mogelijkheid tot aanpassing aan de omgeving, door middel van neuronale plasticiteit, leren en coping. Tevens hebben glucocorticoïden invloed op het functioneren van de HPA-as, autonome zenuwstelsel en de lateralisatie tussen hersenhelften door middel van genexpressie. De invloed van glucocorticoïden op de genexpressie komt tot uiting in de ontwikkeling van een kind. Glucocorticoïden kunnen de ontwikkeling (bijvoorbeeld van organen, hersengebieden of van complexe mechanisme zoals het verteringstelsel) beïnvloeden door de werking op de genexpressie.

Foetus en balans tussen hormoonreceptoren

Een voorbeeld van de werking van steroïde hormonen tijdens de zwangerschap. De dosis cortisol in het bloed van de moeder is relatief hoog. In de placenta vindt uitwisseling van het bloed van de moeder en het kind plaats. Er zit een enzym in het bloed dat ervoor zorgt dat cortisol omgezet wordt in een inactieve vorm waardoor cortisol geen schade kan toebrengen aan de foetus.

Risicofactoren als ondervoeding en maternale stress verminderen de werking van dit enzym. Aan het eind van de zwangerschap gaat het cortisolniveau ineens wel heel erg omhoog. Cellen worden op dat moment minder gevoelig gemaakt voor het enzym. Dit is nodig voor de rijping van het laatste stukje van de longen.

In het vroege leven is er een ander ratio van de receptoren voor cortisol, dit is nog niet volledig in balans. Hoewel de MR al snel op volwassen niveau is, komt de GR pas veel later op. Zoals eerder gezien, is de GR belangrijk als terugkoppelingsmechanisme om de cortisolproductie weer te onderdrukken. Daarom is het niet goed om een hoge dosis cortisol te hebben wanneer daar nog geen feedback op gegeven wordt door het lichaam. Bij te vroege GR activatie kan de neurale ontwikkeling verstoord worden. Organen en hersenstructuren lijken ook nog ongevoelig voor cortisol. De bijnieren zijn op heel vroege leeftijd ook nog niet gevoelig voor ACTH. Het lichaam is dan dus gericht op het laaghouden van het cortisolniveau.

Dieronderzoek

Bij dieren is onderzoek gedaan naar de effecten van vroege ervaringen op de neurobiologie van stress. Dit helpt bij het ontrafelen van mechanismen die betrokken zijn bij individuele verschillen in leren en sociaal gedrag en fysieke en mentale gezondheid. Het is onethisch om dit onderzoek bij mensen te doen. Ook voor dieronderzoek gelden ethische regels. Zoals de mens heeft een muis ook een hypothalamus, hypofyse, bijnieren en veel structuren die vergelijkbaar zijn met het stress mechanisme van mensen. Er zijn algemene principes te achterhalen met dieronderzoek.

De stress hyporesponsieve periode (SHRP)

Ratten- en muizenpups hebben een periode waarin ze ongevoelig zijn voor milde stress, omdat de HPA-as bij de geboorte nog niet volledig ontwikkeld is. Dit is de stress-hyporesponsieve periode (SHRP). Deze periode vindt plaats van 3 tot 14 dagen (bij ratten) na de geboorte.

Corticosteron is het belangrijkste glucocorticoïde bij knaagdieren. Knaagdieren kunnen geen cortisol aanmaken. Corticosteron wordt afgegeven bij stress en de afgifte wordt gestimuleerd door ACTH. Dit zijn dus twee belangrijke indicaties voor het meten van stress.

Tijdens de SHRP is de basale corticosteronconcentratie laag en pups vertonen nog niet de normale stressreactie in situaties van gevaar. De manier waarop stress opgewekt kan worden is door het blootstellen aan een onbekende omgeving met een schone kooi (zonder geur) en zonder nestgenootjes. Tijdens de SHRP reageert de bijnierschors van ruizen nog niet op de stressor. Ook is er nog een verminderde corticosteron afgifte en een verminderde sensitiviteit voor ACTH. Verder zijn de CRH en ACTH laag.

De SHRP bestaat waarschijnlijk ter bescherming van het ontwikkelende brein tegen schadelijke invloeden van (te) hoge glucocorticoïd niveaus. Daarom is het niet goed om een hoge dosis cortisol te hebben wanneer daar nog geen feedback op gegeven wordt

Het is wel mogelijk dat de HPA-as reageert: vroege stressvolle ervaringen kunnen de SHRP verstoren. Dit houdt in dat de knaagdieren in de eerste twee levensweken wél gevoelig raken voor milde stress. Omdat de ontwikkeling hierdoor geremd kan worden, kunnen er lange termijn effecten ontstaan die van invloed zijn op het functioneren in het latere leven. Dieren die een heftige stressor hebben meegemaakt tijdens de SHRP, waardoor de HPA-as werd geactiveerd, reageren daarna wel op een milde stressor. Terwijl dieren die geen stressor hadden meegemaakt ook niet reageren op een milde stressor (controlegroep). De reactie werd gemeten in de hoeveelheid corticosteron.

Early-Life Stress in knaagdiermodellen

Er bestaan verschillende protocollen, zoals prenatale stress en postnatale stress. Postnatale stress kan verschillende vormen hebben, bijvoorbeeld door maternale separatie, maternale deprivatie en door het aanraken van de pup. De SHRP kan doorbroken worden door natuurlijke varianties in maternaal gedrag.

Bij maternale deprivatie wordt de moeder pas na (maximaal) 24 uur herenigd met haar jongen, dit werd gedaan op de derde dag na de geboorte. Wanneer een pup hierna aan een stressor werd blootgesteld reageerde de pup met een verhoging van corticosteron, de SHRP was doorbroken. Jongen waarbij de moeder niet werd weggehaald reageerden niet met een verhoging van corticosteron na blootstelling aan een stressor, de SHRP was intact. Wanneer een pup herhaaldelijk werd blootgesteld aan maternale deprivatie ontstond er aanpassing. Waar de pup zich niet aan aanpaste was de extra stressor wanneer hij uit het nest apart werd gelegd. Dus: milde stress waar pups normaal niet op reageren gaf nu wel een verhoogd corticosteronniveau.

College 11 - Early life stress

Hoofdstuk 14-18 zijn verdiepingshoofdstukken, daar zullen géén tentamenvragen over komen.

Het tentamen bestaat uit vier meerkeuze vragen en vier open vragen. Elke vraag bestaat uit verschillende onderdelen. Invuloefeningen behoren ook tot meerkeuze, daar wordt rekening gehouden met de gokkans.

Als gevolg van maternale deprivatie tijdens het SHRP op het functioneren van volwassen muizen/ratten: (1) Meer angstig gedrag doordat CRH toeneemt in de amygdala. CRH is eerder behandeld als hormoon, het kan ook werken als belangrijke neurotransmitter in het brein. In de amygdala heeft het als functie dat de hersenen in staat van paraatheid worden gebracht en snel en adequaat kunnen reageren op een respons. Teveel CRH kan zorgen voor angstig gedrag. (2) Hyperactiviteit van de HPA as. Dit heeft zowel betrekking op CRH, als ACTH als CORT. (3) Als deze dieren ouder worden hebben ze een slechter ruimtelijk geheugen. Dit heeft te maken met de gevoeligheid van de hippocampus voor cortisol. Bij een hoge dosis cortisol krijgen dieren eerder problemen met het geheugen en voor desorganisatie. Dit kan gemeten worden in een watermaze.

In een watermaze worden dieren in een grote bak met water gezet waar een platvorm verstopt zit. Dit platvorm moeten ze vinden in een aantal rondes, en de plek ervan vervolgens onthouden. De muis zal na elke oefening steeds sneller zijn in het vinden van het platvorm. Dit wordt uitgedrukt in latency: de tijd die het inneemt om het platvorm te vinden. Wanneer het platvorm weggehaald wordt zou een dier met problemen in de hippocampus (als gevolg van het doorbreken van het SHRP) het platform willekeurig gaan zoeken. Terwijl een dier die geen problemen heeft in de hippocampus (een niet-doorbroken SHRP heeft gehad) specifiek in een gebied gaat zoeken waar die het platvorm herinnert. Dieren die early life stress hebben gehad doen het slechter op deze taak.

Korte stimulatie tijdens het SHRP kan zorgen voor tegenovergestelde effecten in vergelijking met maternale deprivatie. Een korte stimulatie is bijvoorbeeld het door de hand laten gaan van de pup. De effecten op latere leeftijd zijn (1) lagere activatie van de HPA-as, (2) meer exploratie en (3) minder angst.

Een moederrat vertoont verschillend verzorgend gedrag. Bij passief voeden ligt de moederrat op haar zijkant. Bij actief voeden heeft de moederrat een “arched-back” houding over de pups heen. De moederrat kan ook zichzelf verzorgen door te wassen; self grooming. Of haar pups (hardhandig) likken, dit doet ze ook op anogenitale gebieden waardoor de pup zijn afvalstoffen kwijt kan. Retrieving behavior is het bij elkaar houden van het nest. Deze vormen van gedrag kunnen gescoord worden, waardoor de moeders met elkaar vergeleken kunnen worden.

Moederlijk gedrag

Verschillen in moederlijke zorg bij knaagdieren zorgt voor verschillen in de endocriene respons op stress bij de nakomelingen. Volwassen ratten die als pup de eerste 10 dagen beter verzorgd zijn hadden een lagere hoeveelheid ACTH in hun bloed en hadden een lagere hoeveelheid corticosteron in hun bloed. Dieren die veel verzorging hadden ontvangen door hun moeder hadden meer RNA voor de glucocorticoïd receptor in de hippocampus. Hierdoor kan de as beter terugkoppelen, omdat er een verhoogde gevoeligheid is voor glucocorticoïde feedback. Moederlijk gedrag lijkt dus gerelateerd aan de HPA respons, maar dit zou genetisch kunnen zijn.

In dit onderzoek werd gekeken of de genetische aanleg invloed had op de HPA respons en moederlijk gedrag of dat de omgeving een grotere rol speelt. Omgevingsfactoren werden losgemaakt van genetische factoren door cross-fostering. Er was een uitwisseling tussen “high licking” en “low licking” moeders. Het likken van de pup is dus als maat genomen van moederlijk gedrag. Er waren vier groepen. (1) Om te kijken of het weghalen van pups überhaupt effect heeft, werden twee pups van de “high licking” moeder weggehaald en weer bij dezelfde moeder teruggezet. Dit is een controlegroep. (2) Om te kijken of een niet biologische “high licking” moeder effect heeft werden twee pups van “high licking” moeder verplaatst naar een andere “high licking” moeder. Ook dit is een controlegroep. (3) Pups van een “high licking” moeder werden naar een “low licking” moeder gezet. (4) Pups van een “low licking” moeder werden naar een “high licking” moeder gezet.

Pups die opgroeiden bij een minder verzorgende moeder, ongeacht de biologische moeder, waren zelf als moeder ook minder verzorgend. Zij waren ook angstiger en minder explorerend. Het tegenovergestelde geldt voor pups die opgegroeid zijn bij een meer verzorgende moeder. Maternale zorg beïnvloedt dus het gedrag op volwassen leeftijd.

Effecten op GR

De vorm van maternaal gedrag (“high” of “low licking”) heeft ook effect gehad op de hoeveelheid GR in de hippocampus. Bij meer GR receptoren kan feedback sneller plaatsvinden; de remming van de hippocampus is sterker op de hypothalamus (bij meer GR). Deze remming is minder sterk bij dieren die opgroeien bij een “low licking” moeder.

Effecten op GR genexpressie

De glucocorticoïdreceptor is zelf een transcriptiefactor die helpt bij het aflezen van DNA. GR heeft echter zélf ook genen die afgeschreven moeten worden met behulp van transcriptiefactoren. De GR heeft een promotor regio zodat transcriptie kan plaatsvinden. Er moet gebonden worden aan transcriptiefactoren. Zonder binding kan het gen niet afgelezen worden. Door methylatie, methylgroepen die zich hechten aan de c in het DNA in de promotor regio, wordt het gen onbereikbaar voor transcriptie. De methylgroepen vormen een laagje om het gen waardoor deze wordt afgeschermd en niet meer kan worden afgelezen. Acetylatie, waarbij acetyl zich hecht aan de histonen, zorgt ervoor dat het gen juist makkelijk bereikbaar is. Deze twee processen hebben invloed op de epigenetische variatie (in de omgeving van het gen).

Pups die zijn opgegroeid bij een ”low licking” (minder verzorgende) moeder hadden meer methylatie. De GR wordt hierdoor minder afgeschreven en dus ook minder aangemaakt door het lichaam. Er is dus minder GR expressie in de hippocampus. Hierdoor was er minder feedback op de HPA-as. Pups die zijn opgegroeid bij een “high licking” (zeer verzorgende) moeder hadden meer GR receptoren in de hippocampus.

Vroege ervaringen en adaptatie

Het epigenoom is een tweede set van instructies die de originele werking van het gen kunnen overschrijven. Vroege ervaringen kunnen permanente veranderingen in dit epigenoom teweegbrengen. Deze veranderingen worden als adaptief aan de leefomgeving gezien.

De predictive adaptation theory stelt dat angst en exploratie in balans moeten zijn. In een voedselrijke omgeving zonder veel echte gevaren red de niet angstige, ofwel relaxte, rat het beter dan de angstige rat. Maar in een leefomgeving met weinig voedsel en veel gevaren is de angstige rat juist beter af.

Er kan echter een mismatch ontstaan tussen het gedrag (veroorzaakt door epigenoom) en de omgeving, dat kan door een teveel of een te weinige adaptatie. Deze dieren overleven vaak minder goed.

Ontwikkeling van de HPA-as bij kinderen

Bij kinderen volgt de HPA-as nog geen circadiaans ritme. Ook heeft het cortisollevel geen ochtendpiek. Wel zijn er twee andere pieken, deze ontstaan ongeveer 12 uur na elkaar. Vanaf 3 maanden ontstaat een wat meer constant patroon doordat het kindje regelmatig gaat slapen.

Baby’s reageren op stress met een toename van cortisol en een gedragsrespons.

Uit het volgende onderzoek blijkt het belang wat een kind kan verwachtten van een stressor of een ervaring. De HPA-as past zich dan aan. Bij lichamelijk onderzoek bij een pasgeborene roept dat de eerste keer veel meer stress op dan de tweede keer, omdat het kindje ongeveer weet wat er gaat gebeuren. Bij herhaling van een nare stressor zoals de hielprik werkt dit averechts, omdat het kind nog weet dat de vorige keer vervelend was zorgt dat de tweede keer voor nog meer stress. In dit onderzoek was stress gemeten in hoeveelheid cortisol.

Voorspelbaarheid geeft dus een lagere stressrespons dan bij onwetendheid. Door dieren en mensen wordt er de voorkeur gegeven aan langere intensere schokjes die aangekondigd worden dan kortere en kleinere schokjes die niet aangekondigd worden. De safety signal hypothesis stelt dat dit komt doordat de rat weet wanneer er gevaar komt en dat hij weet wanneer hij kan ontspannen. Bij geen geluid kan hij dan ook echt ontspannen. Als er geen signaal komt voor het gevaar blijft het beestje altijd in afwachting tot het gevaar ook daadwerkelijk komt.

SHRP bij kinderen

Dit mechanisme ontwikkelt zich bij kinderen tussen de zes en twaalf maanden. Het duurt tot ongeveer het vierde levensjaar. In deze periode veroorzaakt een stressor geen cortisolrespons maar wel een gedragsrespons. Vreemde mensen of objecten en een korte scheiding met de verzorger zorgen in deze periode ook niet voor een cortisolrespons. De gedragsrespons is het zoeken van contact met de primaire verzorger voor hulp.

Het maternaal gedrag van de primaire verzorger heeft invloed op de cortisolrespons bij kinderen, dit werd getest bij kinderen van 18 maanden met een inenting. Kinderen met een hoog responsieve moeder hebben nauwelijks een cortisol respons. Kinderen met een laag sensitieve moeder hebben wél een cortisol respons.

Slecht gehechte kinderen kunnen door de SHRP heen breken door toedoen van stressoren. Zij hebben dan wel een cortisolrespons. De SHRP bestaat tevens ter bescherming van het brein, ook bij kinderen is dit een risicofactor voor problemen in het latere leven. Tot vier jaar speelt de (primaire) verzorger namelijk een belangrijke rol in het bufferen van de stressor bij het kind. Hierna leert het kent hier zelf mee om te gaan.

De cortisolwaarden gevonden door M. Gunner geven aan dat kinderen die naar het kinderdagverblijf gaan meer moeite hebben om de basale cortisolniveaus goed laag te houden gedurende de dag. Deze cortisolcurve loopt anders in vergelijking met kinderen die de dag doorbreken bij hun primaire verzorger.

Kwaliteit van zorg

Kinderen breken alleen door de SHRP heen bij een lage kwaliteit van zorg. Een veilige omgeving, zowel thuis als op het kinderdagverblijf kan het stresssysteem bufferen. Naast omgevingsfactoren spelen echter ook genetische factoren mee, zoals het temperament van het kind. Als kinderen met een meer negatief temperament (driftig, angstig, emoties niet goed kunnen reguleren) in een omgeving zijn met een hoge kwaliteit van zorg is er niets aan de hand. De cortisol reguleert pas minder goed wanneer de kinderen zich in een omgeving met een lage kwaliteit van zorg bevinden. De cortisolregulatie van kinderen met een positief temperament wordt echter ook beïnvloed door de kwaliteit van de zorg.

Kinderen die meer stress hebben, omdat bijvoorbeeld niemand met ze wil spelen, hebben op jonge leeftijd al hogere cortisollevels.

Volwassen verzorgers, gezinssituaties en interacties met leeftijdsgenoten zijn belangrijke regulatoren van het HPA systeem. Deze sociale regulatoren kunnen zowel een rol spelen in de stress buffering als zelf een bron van stress zijn.

Bij premature kinderen lijkt aanraking ook van invloed te zijn op stress (en groei).

Dit is laten zien in een studie waar 20 premature baby’s werden onderzocht. Deze kinderen werden geboren na 31 werken zwangerschap. Deze kinderen ondergingen een interventie waarbij ze 3x per dag, 15 minuten per keer werden geaaid en hun ledematen werden passief bewogen. Dit werd 10 dagen lang gedaan en het werd vergeleken met 20 andere baby’s die niet werden geaaid.

De kinderen die de interventie ondergingen hadden 47% meer gewichtstoename dan de de kinderen in de controlegroep. De groepen verschilden niet op aantal voedingen of in de hoeveelheid van voedselinname.

Ook vertoonden de kinderen meer motoractiviteit, waren de kinderen alerter en hadden ze meer volwassen bewegingen. Ook verbleven ze gemiddeld zes dagen korter in het ziekenhuis.

Uit een andere studie rond 1985 bleek ook dat de groei versnelde wanneer de ouder 1,5 uur per dag de baby tegen het lichaam had, als een kangoeroe.

Effecten van emotionele verwaarlozing

In het begin van de twintigste eeuw kwam het belang van liefde of gehechtheid naar boven. Daarvoor dacht men dat het goed was om zo min mogelijk affectie te hebben met kinderen. Het werk van Harlow was hier in het bijzonder belangrijk voor. De experimenten met zijn resusaapjes toonden aan dat minimaal sociaal contact zorgt voor een afgeplat basaal cortisolritme, lethargie, stereotypie en sociale incompetentie. Wanneer de gedepriveerde aapjes vervolgens zelf jongen kreeg wisten ze niet wat ze ermee aan moesten.

De vergelijking kan gemaakt worden met kindertehuizen, waar de kinderen wel genoeg te eten en medische zorg kregen maar geen fysieke stimulatie en waar er geen goede gehechtheidsrelatie werd opgebouwd. De kinderen uit kindertehuizen hadden net als de aapjes een afgeplat basaal cortisolritme, lethargie, stereotypie en sociale incompetentie. Bovendien hadden ze last van een syndroom genaamd psychosociale dwerggroei. Op het moment dat de kinderen geadopteerd werden maakten ze een groeispurt door tot wel 20 cm per jaar (gemiddeld is 6 cm per jaar). De kinderen hadden tevens een gebrek aan sociale vorming van de emotionele stress respons.

Stress tijdens kindertijd

Kinderen van depressieve moeders hebben een hoger basaal cortisollevel en hebben minder lateralisatie tussen de twee hersenhelften. Meer of minder linker of rechter activiteit is niet goed, de balans hiertussen is juist belangrijk. Kinderen die mishandeld of misbruikt zijn tonen geen eenduidige gevolgen op de HPA-as.

Stress in de vroege kindertijd hoeft niet altijd te leiden tot pathologie als volwassenen. Bij sommige mensen die early life stress hebben gehad wordt de HPA-as juist veerkrachtiger. Deze hebben dan een lagere respons op stress.

Effecten op glucortocoïd receptoren

In een studie is er gekeken naar de hippocampus van mensen die zelfmoord hebben gepleegd. Hierin werd een onderscheid gemaakt tussen de mensen die in de jeugd mishandeld waren en mensen die niet deze vorm van early life stress hadden gehad. Deze groepen werden vergeleken met mensen die een natuurlijke doodsoorzaak hadden. Uit breinonderzoek bleek dat de mensen die zelfmoord hadden gepleegd en als kind mishandeld waren, minder GR expressie hadden in de hippocampus. Ook hadden deze mensen meer methylatie.

Gen-omgevingsinteractie

Gen-omgevingsinteractie houdt in dat effecten van genetische risicofactoren worden gemedieerd door de omgeving en dat de effecten van omgevingsrisicofactoren worden gemedieerd door de genetische opmaak. Gen en omgeving hebben dus altijd invloed op elkaar, dit is een wisselwerking.

Serotonine is een neurotransmitter bij emoties. Een verschillend allel zorgt voor een ander risico op het vormen van een major depression episode.. Een kort (short) allel zorgt voor een minder efficiënt serotonine systeem.

Er is weinig verschil gevonden in de stressrespons bij babyaapjes met een kort of lang allel als ze door de moeder opgevoed werden. Aapjes die echter opgroeiden met alleen leeftijdsgenoten reageerden heftiger op een milde stressor en hadden een hogere ACTH.

Als kinderen wel vroege stress hebben ervaren heeft een kleinere stressor meer effect.

Bron

Deze aantekeningen zijn gebaseerd op de colleges uit 2015 - 2016.