Een korte introductie tot de werking van de hersenen en het onstaan van gedrag

Hoe is het zenuwstelsel opgebouwd

Cellen van het zenuwstelsel

Het zenuwstelsel bestaat uit losse elementen (losse cellen). Het bestaat uit een netwerk/zenuwverbindingen.

• Neuronen

Bestaat uit: - Cellichaam (soma): kerngebied van een neuron (celkern).

- Dendriet (tree): ontvangt informatie, veel dendrieten (1-20) op 1 neuron.

- Axon: verstuurt informatie

→ axon hillock; hierna splits de axon zich in meerdere paden (axon collaterals) en hier begint het actiepotentiaal. Dit wordt nog eens verdeelt in kleinere takken (teleondendria) waaraan de eindvoetjes zitten. Die geven de informatie door aan de dendrieten van andere neuronen.

Zijn de functionele units die ons helpen om informatie te ontvangen, verwerken en uit te voeren.

Synaps: Verbinding tussen twee neuronen (tussen eindvoetje van axon en dendritic spine van dendriet).

Vesicles: blaasjes die neurotransmitterstof bevatten.

Op volgorde zetten in tentamen: dendriet (dendritic spines), cell body, (nucleus), axon, axon hillock, collateral, teleondendria, eind foot (terminal button).

Typen neuronen:

• Sensorische neuronen: brengen informatie van sensorische receptoren naar het brein.

  • Bipolar neuron: Neuron met 1 axon en 1 dendriet (in het oog).

  • Somatosensory neuron: Cel in het brein die sensorische informatie van het lichaam naar het ruggemerg brengt.

• Interneuronen: verwerken de informatie in het brein, linken sensorische aan motorische neuronen.

  • Pyramide cel: Gescheiden neuron gelokaliseerd in de cerebrale cortex. Brengen informatie van de cortex naar de rest van het brein en ruggemerg.

  • Purkinje cel: Gescheiden neuron gelokaliseerd in het cerebellum. Brengen informatie van het cerrebellum naar de rest van het brein en ruggemerg.

• Motorneuronen: brengen informatie van het brein naar de spieren. Gelokaliseerd in de lagere hersenstam en ruggemerg.

Ze vertonen plasticiteit. Er kunnen nieuwe neuronen ontstaan als ze kapot gaan (neurogenese). Uit deze eigenschap (neuroplasticiteit) blijkt dus dat neuronen van vorm en structuur kunnen veranderen tijdens het leven.

Excitatie & inhibitie:

Neuronen exciteren of inhiberen andere neuronen. Ze zorgen er dus voor dat een actiepotentiaal verhoogd of verlaagd wordt. Neuronen tellen de signalen die ze krijgen op en worden dan wel/niet actief.

• Gliacellen (glue)

Helpen de neuronen. Ze binden de neuronen aan elkaar (plakken) en zorgen voor steun, bescherming en voedingsmiddelen.

Vier soorten gliacellen:

• Ependymal cellen: ovale vorm en gelokaliseerd in de cellen van de ventrikels (holle ruimtes met vocht). Scheid cerebrospinale vloeistof (CSF) af. Die is voor transport (van afval/voeding). → bij teveel heb je een waterhoofd.
• Astrocyten: stervormige & symmetrische vorm. Ze zorgen voor stevigheid en spelen een rol bij transport tussen bloed en een zenuwcel. Zorgen dat de bloedvaten in de hersenen minder doordringbaar zijn. → Te veel kan tot hersentumor leiden.
• Microglia: vuilnisbakken, ruimen dode cellen op en zorgen voor een verdedigings functie.
• Oligodendroglia & schwann cellen
  • Oligodendroglia: Zit binnen in het centrale zenuwstelsel.
  • Schwann cellen: Zitten buiten het zenuwstelsel. Zorgen voor absorptie, herstel, isolatie enz.

Multiple Sclerosis:

→ symptomen: de spieren werken minder goed (soms kun je je vingers/hand niet meer bewegen). Input (sensoriek) en output (motoriek) gaat minder goed. Uiteindelijk kunnen ze verlamd raken. De symptomen kunnen heel verschillend zijn, want het kan op verschillende plaatsen (zenuwbanen) ontstaan.

→ Verklaring: De voorgeleiding van actiepotentialen wordt bemoeilijkt, doordat de myelinelaag rondom de axonen van het motorische systeem beschadigd is. De actiepotentialen komen dan vaak niet aan, gaan te langzaam of worden afgebroken.

→ Iedereen kan het krijgen (niet genetisch) als de gliacellen geen myeline meer maken.

Paralysis: Verlies van gevoel en beweging door een verwonding in het zenuwstelsel.

Golgi-kleuring: cellen tellen, sommen maken, kleuren.

Interne structuur van een cel

• Elementen & atomen

Zoals Oxygen, calcium, sodium, hydrogen enz.

De kern bestaat uit protonen (+) en elektronen (-).

• Moleculen

Zoals watermolecuul (H2O), NA+, K+ enz.

• Celdelen

Zie plaatje.

• Celkern

- Chromosoom: dubbele DNA moleculen aan elkaar gebonden door een opeenvolging van nucleotide basen.(adenine, thymine, guanine, cytosine).

- Genen: bevatten DNA segmenten, blauwdrukken voor het maken van eiwitten.

Transcriptie: In de vroege fase van eiwitsynthese wordt een eiwitketen- messenger RNA gevormd.

DNA → mRNA → eiwit (= eiwitsynthese)

Verschil genen en allelen: Genen bevatten genetische informatie (DNA). Een gen bestaat uit 2 allelen.

• Endoplasmatisch reticulum

- Ribosomen: hier vindt de eiwitsynthese plaats.

Als het mRNA hier komt dan wordt de genetische code 'gelezen' → translatie (tRNA). Dit wordt vertaald in een eiwit.

- Aminozuren: Bestaan uit een carbonzuur (C) gebonden aan een hydrogen (H) atoom, NH3+, carboxylgroep (COO2-) en een zijtak (R). Heel veel aminozuren aan elkaar noem je een polypeptide.

• Celmembraan

Zorgt ervoor dat de zenuwcel een eigen intern milieu krijgt. Maakt informatie overdracht mogelijk, dus zorgt dat bepaalde substanties in en uit de zenuwcel kunnen (de meeste komen er niet in).

→ Fosfolipide laag: hydrofiele kop (elektrisch geladen) en hydrofobe staart (kunnen niet tegen watermoleculen, daardoor blijven de watermoleculen binnen en buiten de cel gescheiden).

Drie soorten transmembrane eiwitten:

1. Channels (kanalen) - Opening in de celwand waardoor ionen kunnen passeren.

2. Gates (poorten) - Opening in celmembraan waardoor bepaalde substanties passeren (open & dicht).

3. Pump (pomp) - Opening in celmembraan. Is verantwoordelijk voor actief transport over de celmembraan heen.

Golgi body: pakketje met eiwitten in het celmembraan (vesicle) en geven ze een etiket met waar de eiwitten naartoe moeten.

Microtubules: transporteren de vesicles naar waar ze naartoe moeten binnen of buiten de cel.

Genen, cellen en gedrag

Genen → eiwitten → celen → gedrag

• Chromosomen en genen

Wij hebben 23 paar chromosomen. Autosomes zijn chromosoom 1 tot 22.

• Allel: de vorm van een gen. Een genenpaar bevat 2 allelen. (dominant en recessief)

• Homozygous: Twee identieke allelen hebben voor hetzelfde doel.

• Heterozygous: Twee verschillende allelen hebben voor hetzelfde doel.

• Wild type: Normaal (meest voorkomend) fenotype of genotype.

→ fenotype (uiterlijk) komt ook tot stand door interactie van genen met de omgeving.

• Mutatie: verandering in een allel. Kunnen positieve, negatieve of geen effect op gedrag hebben.

• Chromosomale afwijking: Je hebt een tekort van een bepaald chromosoom of te veel of een kopie van een helft erbij.

Verschil mutatie en chromosomale afwijking: Mutaties gebeuren heel vaak en zijn alleen genetisch als je een gemuteerd gen van je ouders hebt gekregen, het hoeft zich niet te uiten in het genotype. Bij een chromosomale afwijking zie je het wel in het genotype.

• Mendel's principles apply to genetic disorders

- Tay-Sachs disease: Stoornis in je cellen waardoor bepaalde vetzuren afgebroken worden. Verschijnt 4-6 maanden na de geboorte en zorgt voor vertraging, fysieke veranderingen en dood op ongeveer 5 jarige leeftijd.

→ Autosomale genetische ziekte.

- Huntington's chorea: abnormale versie van een eiwit vestigt zich in de zenuwcellen. Dit eiwit veroorzaakt de dood van breincellen.

• Chromosome Abnormalities

Down syndroom: Een extra 21ste chromosoom (trisomy). Dit beïnvloedt het gedrag.

• Genetic Engineering (knutselen aan genen)

Je kunt gedragseigenschappen fokken, selecteren. Genetische expressie manipuleren en spontane mutaties veroorzaken.

Het autonome zenuwstelsel

Het zenuwstelsel bestaat uit 3 gedeeltes:

• Centrale zenuwstelsel (hersenen en ruggemerg)

Codeert informatie doordat een sterke stimulus voor een hoge frequentie actiepotentialen zorgt en een zwakke stimulus voor een lage frequentie.

• Somatische zenuwstelsel (alle zenuwen die niet centraal zijn; sensoriek, motoriek, hersenzenuwen)

• Autonome zenuwstelsel

→ Dingen die automatisch gaan en waar je dus niet bewust over na hoeft te denken, zoals hartslag, ademhalen, bloedstroom, ogen, longen, maag. Organen en klieren.

→ Parasympatisch (rust) en sympatisch (actie).

→ Functie: Ervoor zorgen dat je kunt leven en al die onbewuste processen toch gewoon doorgaan. Zorgt voor een balans tussen actie en rust.

→ We weten dat bewuste controle niet nodig is, omdat alle ook doorgaat als we slapen.

Flight or fight response: Je lichaam maakt je snel klaar om te vluchten. Bijvoorbeeld als je ergens van schrikt gaat je hart ineens snel kloppen (zodat je snel weg kunt rennen).

Als je bang bent ga je zweten, adrenaline, droge keel, kleurverandering, je krijgt het warm.

Hoe geven neuronen informatie door?

Electriciteit en neuronen

Electriciteit: Een stroom neuronen.

Negatieve pool: De bron van elektronen.

Positieve pool: Locatie waar de elektronen naar toe stromen.

Elektrisch potentieel: Een elektrische last; de mogelijkheid om te werken door gebruik te maken van opgeslagen potentiële elektrische energie.

Volt: Een meting van een verschil in elektrisch potentieel.

Current: De stroom elektronen van negatieve naar nog negatiever. Ze gaan langs het neuronmembraan.

Electrode: Geïsoleerd glas met zout en wouter gevuld dat gebruikt wordt om neuronen te stimuleren of op te nemen.

Elektrische stimulatie: Elektrode stimuleren waardoor je een verandering in de elektrische activiteit van het weefsel krijgt.

Electroencephalogram (EEG): Laat de elektrische activiteit door de schedel zien en representeert potentiëlen van veel neuronen.

Voltmeter: Meet het verschil in elektriciteit tussen 2 cellichamen.

Oscilloscope: Meet de stroom van elektronen om het voltage te meten.

How the movement of ions creates electircal charges

Diffusie: Random beweging van ionen van een gebied met hoge concentratie naar een gebied met een lage concentratie.

→ Ontstaat als er een verschil (gradiënt) in concentratie is.

Concentratie gradiënt: Verschillen in concentratie van een substantie. Hierdoor kunnen substanties diffunderen van het ene naar het andere gebied.

→ Is nul als er aan beide kanten evenveel deeltjes zijn.

→ Diffusie van moleculen.

Voltage gradiënt: Verschil in last tussen 2 gebieden die de stroom toelaat als 2 gebieden aan elkaar gekoppeld zijn.

→ Diffusie van ionen.

Negatieve ionen kunnen niet door de wand en positieve wel, maar negatief blijft positief aantrekken. (zie tekening)

Er is nog wel een concentratie gradiënt maar ook voltage (spannings) gradiënt (verschil in lading). De concentratie wordt tegengewerkt door het voltage. Membraanpotentiaal is het verschil in lading, want rechts is meer negatief.

+ - + + + - - - + - - + - - +

- - + - + - + + - - + + -

+ - - + - + +- --- + +

A → B = voltage gradiënt

A <-- B = concentratie gradiënt.

Door diffusie ontstaat er een potentiaal.

A B

Rustpotentiaal

Anion → negatief eiwitmolecuul, kunnen nooit door de membraan wand.

K+ → kan vrij door de membraan wand.

Anion trekt K+ aan, dus er komt meer K+ aan de binnenkant.

→ evenwicht

Concentratie gradiënt is net niet hoog genoeg voor compensatie van het negatieve.

Cl- draagt weinig bij aan het rustpotentiaal (beweegt vrij).

Na+ wordt buiten de cel gehouden. Als het naar binnen dringt dan doen de pompen in de membraanwand ze weer naar buiten (3 Na+ voor 2 K- inwisselen).

Rustpotentiaal is bij -70mV.

Functie eiwitten om in membraan een rustpotentiaal vast te stellen en te handhaven:

• Kanalen en poorten worden gemaakt door de eiwitten.

• Pompen (natrium-kalium pomp) 3 Na+ naar buiten (naar extracellualire stof) en 2K+ weer naar binnen.

Ondanks de grote concentratie K+ in de cel is het rustpotentiaal van de membraan toch negatief. Dit komt omdat het grote eiwitmolecuul (anion) negatief is. Kalium kan die negatieve eiwitmoleculen niet volledig neutraliseren (er is meer anion aanwezig in de intracellulaire stof dan kalium).

Graded potentials

Door informatie overdracht is er verandering in het rustpotentiaal (spanning).

Depolarizatie: membraanpotentiaal wordt positiever (-70mV → -65mV)

→ EPSP: ontstaan aan de synaps en de synaps veroorzaakt verandering (verhoging) in het rustpotentiaal.

Hyperpolarizatie: membraanpotentiaal wordt negatiever (-70mV → -75 mV).

→ IPSP

Actie potentiaal

Op de axonheuvel zijn spanningsgevoelige kanalen. Ze gaan alleen open bij een bepaald spanningsverschil. Als de EPSP sterk is en over de drempel gaat dan zorgt het ervoor dat de Na+ kanalen open gaan. Dit veroorzaakt een actiepotentiaal. Door de potentiaal wordt het positief. K+ vinden het te positief dus willen ze uit de cel. K+ kanalen gaan open en de cel wordt weer negatief. Het wordt negatiever dan het rustpotentiaal (hyperpolarisatie). De K+ kanalen gaan weer dicht en het rustpotentiaal wordt weer bereikt.

→ Het actiepotentiaal gaat langs de axonwand.

Absolute refractory: Axon tijdens de repolarisatie. Een nieuw actiepotentiaal kan nu niet ontstaan, omdat gate 2 van natrium (sodium) kanalen (die niet gevoelig is voor voltage) gesloten is (ong. 1 ms).

Relatively refractory: Er is een verhoogde elektrische stroom nodig om een volgend actiepotentiaal de produceren. De kalium kanalen blijven open (ong 5 ms). Daardoor kan het actiepotentiaal niet terug (kan het maar 1 kant op).

Een actiepotentiaal is alles-of-niets. Het is altijd dezelfde grootte. Als je een sterke stimulus hebt (bijv hard geluid/veel licht) dan heb je meer actiepotentialen (grotere frequentie). De hersenen bepalden de intensiteit door de frequentie van de actiepotentialen.

Wat is het gevolg voor de rustpotentiaal en de actiepotentiaal als in een patient de extracellulaire K+ concentratie verhoogt is zonder dat er een verandering is in de intracellulaire K+ concentratie?

Het is moeilijk om het membraanpotentiaal in stand te houden, dus wordt het positiever en is er voortdurend een actiepotentiaal.

Na+ A- Normaal wordt K+ hier hoger, maar omdat het aan de linkerkant ook hoog

Cl- K+ is, is het voor K+ moeilijker om de cel te verlaten. De cel wordt dus

positiever. -70mV wordt -60mV (als rustpotentiaal). Het wordt makkelijker

K+ om over de drempel te gaan, dus makkelijker om een actiepotentiaal te

Normaal is hier genereren. (niet zo belangrijk).

weinig K+ (maar)

nu dus veel.

membraanwand

Nods of Ranvier: Hierdoor kan een actiepotentiaal van knoop naar knoop springen en gaat de overdracht sneller. Myeline voorkomt dat ionen door de membraanwand gaan. Daar is dus geen actiepotentiaal (bij de knopen dus wel).

Knoop van Ranvier

Actiepotentiaal (snelle depolarisatie) Saltatory conduction: die snelle stroom van energie

How neurons integrate information

Inhibitoire synaps → cel meer negatief (actiepotentiaal omlaag)

→ hyperpolarisatie van celmembraan (IPSP = Inhibitoire postsynaptische potential)

→ remt de activiteit zodat er geen actiepotentiaal ontstaan (blijft onder drempelwaarde).

Excitatoire synaps → cel wordt iets minder negatief maar nog wel onder de drempelwaarde.

→ EPSP = Excitatoire postsynaptische potentials

→ depolarisatie

Opsomming van de input: Je telt ze op en dat brengt ze boven de drempelwaarde (alleen als ze samen worden aangeboden).

Temporal summation: Relatie tussen 2 EPSPs die kort na elkaar ontstaan.

Spatial summation: 2 potentialen die op dezelfde locatie op het membraan ontstaan worden opgeteld.

Integratieve functie van een neuron: optelling van allen EPSPs en IPSPs. Een neuron heeft duizenden synapsen dus uiteindelijk is het een hele binaire beslissing, want het gaat wel of niet over de drempel.

How sensory stimuli produce action potentials

Je hebt verschillende receptoren: chemoreceptors (reuk), mechanoreceptors (vibratie/geluid), photoreceptors (licht), thermoreceptors (temperatuur), nocireceptors (pijn).

Voorbeeld: Als een haar op je huid buigt dan rekt de dendrietboom op, dus de stretch gevoelige kanalen (natriumkanaal) gaan open en natrium kan naar binnen. Een actiepotentiaal ontstaat. Zo wordt druk, tast omgezet in een signaal.

Wat gebeurt er dan met het eindplaatje en de motorische neuron (een actie uitvoeren)?

Een actiepotentiaal komt op een eindplaatje en een neurotransmitter komt dan vrij (bijv. acetylcholine). Ach kanalen staan Na+ toe om naar binnen te gaan en K+ om naar buiten te gaan. Een depolarisatie op de spiervezel ontstaat dan. Dat activeert een voltage-gevoelig kanaal dat een actiepotentiaal op de spier veroorzaakt. Dus er ontstaat ook een actiepotentiaal om spieren dan te sturen.

Bijvoorbeeld je wandelt blootsvoeds op het strand en je stapt met je voet op een gebroken schelp. Wat is de keten van gebeurtenissen van het moment dat je op de schelp stapte totdat je de pijn voelde?

→ Sensorische receptoren worden geactiveerd, meganoreceptor → strechgevoelige kanalen, die worden opgerekt. Als die dendriet wordt opgerekt dan gaan de kanalen open dus natrium kan naar binnen lopen zodat een actiepotentiaal ontstaat.

The brain's electrical activity

Belangrijke technieken om de activiteit in het brein te bestuderen:

Direct recording of neural activity (direct afbeelden):

1. Single Neuron recording

Bijvoorbeeld 'head-direction' cellen helpen de rat om zich te lokaliseren in de ruimte. Deze cellen vuren als de rat een bepaalde kant op staat. Ze vuren harder als de rat de gewenste kant op staat.

→ Actiepotentialen opnemen met een electrode.

→ Oriëntatie gevoelig.

2. Eletroencephalographic recording (EEG)

Verandert als het gedrag verandert. Als je wakker bent heb je een lage amplitude en snelle frequentie. Als je relaxed bent heb je een alfa ritme (grote amplitude en snelle frequentie). In een coma of diepe slaap heb je een lage frequentie maar grote amplitude.

EEG meet spanningsverschil op de schedel ten gevolge van EPSPs & IPSPs (dus de input van neuronen).

Uitleg: EPSP's en IPSPs wisselen ionen uit met dendrieten. Deze extracellulaire stroom is verantwoordelijk voor het EEG voltage. Buiten de dendriet wil namelijk ook een ladingsverplaatsing plaatsvinden om dat binnen de dendriet te compenseren. Dat pik je op met EEG. Je meet dus de compensatie.

Het is niet mogelijk om de activiteit van 1 dendriet te meten (daarvoor zijn ze te kort). EEG meet duizende IPSPs en EPSPs.

Elke electrode neemt een bepaalde locatie van de schedel voor zijn rekening. Er wordt dan een topografische plot gemaakt (+ en – krijgen een andere kleur). Dit zorgt voor hints waar de bronnen van activiteit zitten. De + en – gebieden veranderen echter over tijd. Door topografie te volgen over tijd geeft informatie over hoe de hersenactiviteit zich verplaatst.

→ Event-related potential recording (ERPs)

Meet een korte verandering in de hersenactiviteit ten gevolge van een stimulus.

Bij een EEG heb je veel verstoring en ga je heel vaak dezelfde stimulus aanbieden (het signaal varieert behoorlijk). Na de eerste stimulus krijg je een respons, na de 2e weer, na de 3e weer enz. Alle responsen per stimulus pak je en leg je over elkaar heen en daar neem je het gemiddelde van. Ze worden dus samengevat in een duidelijke golf → ERP (bijv. - en + wordt ong. 0). De storende elektrische activiteit is dan weg.

Bijvoorbeeld je zegt dat geluid van rechts komt, maar het geluid komt eigenlijk van links. Zie je dat dan in het ERP? Ja je ziet een verschil. De amplitude wordt namelijk minder groot (tijdstip van amplitude blijft hetzelfde). De attentie op de stimulus verandert dus de sterkte van de activatie (amplitude).

→ De elektroden meten het spanningsverschil.

3. Magnetoencephalography (MEG)

Meet de magnetische velden. Daar waar een elektrisch stroompje loopt is namelijk een magnetisch veld (tussen + en - ion). Ze gebruiken hiervoor magnometers. Het weefsel is minder verstorend bij MEG dan bij EEG. Er is dus geen tussenliggend materiaal (hersenweefsel) dat het beeld verstoord, dus kun je beter bepalen waar de activiteit vandaan komt.

→ Duurder & nauwkeuriger dan EEG. Gebruikt dezelfde analyse als EEG.

→ Zie plaatje; in de buisjes zitten magnometers en die zitten in vloeibaar helium.

4. Transcranial magnetic stimulation (TMS)

Een spoel wordt op de schedel geplaatst en er wordt stroom door gestuurd. Stroom gaat het weefsel binnen en er is dan een sterke verandering in het magnetische veld. Het hersenweefsel is verstoord (je kunt hersenweefsel dus tijdelijk uitschakelen).

Als het met PET of fMRI gecombineerd wordt dan kunnen ze een afbeelding laten zien met de plaats van de activiteit, maar ook de tijd wanneer dat gebied aan de taak bijdraagt.

Indirect, via metabolische filter:

5. Functional Neuroimaging

→ Positron Emission Tomography (PET) (zie onder)

→ Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI)

→ MRI = NMR (je gaat in plakjes door de hersenen en kijkt waar de activatie zit).

Veranderingen in MRI ontstaan door de bloedstroom.

Verschil MRI & fMRI:

MRI bestudeert de anatomie van het brein en fMRI de neurale activatie (functie).

MEG vs EEG

Voordelen:

• Bij MEG hoef je geen contact met de schedel te hebben.
• Bij MEG heb je geen preparatie tijd nodig (geen elektrodes plakken)
• Bij MEG geen storingen van de schedel, dus weet je beter waar activitiet vandaan komt.
• EEG hoeft niet in een afgeschermde ruimte, is goedkoper.

Nadelen:

• MEG moet in afgeschermde ruimte (geen andere magnetische velden).
• MEG complexe apparaten, duur (in onderhoud).
• Sommige neurale bronnen zie je niet met MEG.
• EEG heeft storingen van schedel.

Voorbeelden om de kleine ERPs ui het (grote) EEG te halen:

Bijvoorbeeld taalonderzoek, componenten van p100 of n400. 'Jan laadde hooi op de wagen' of 'Jan laadde hooi op het huis'. Schept verrassing en dan zie je componenten. Je kunt dit terugvinden in het EEG.

ERP → vereist een stimulus dus bij slaaponderzoek kan het niet.

Hoe communiceren neuronen en hoe reageren ze op input?

Een chemische boodschap

Otto Loewi:

Isoleerde het hart van een kikker. Ging de nervus vagus elektrisch stimuleren → hartslag frequentie (in stand gehouden in een fysiologisch milieu) ging omlaag. Ook die in het andere hart (terwijl die niet gestimuleerd werd). Het ene hart geeft een bepaalde vloeistof aan het andere hart (chemische boodschap) → Ach.

• Adrenaline (epinephrine, EP)

→ vertraging hartslag

→ Is een chemische boodschapper die zich gedraagt als een hormoon voor het flight or fight van het lichaam tijdens stress en als neurotransmitter in het centrale zenuwstelsel.

• Noradrenaline (norepinephrine, NA)

→ verhoging hartslag

→ Een neurotransmitter die in het brein en het parasympatische deel van het autonomische zenuwstelsel is gelokaliseerd.

• Neurotransmitter

→ Chemisch bevrijdt door een neuron op een doel met een excitatoir of inhibitoir effect.

→ Buiten het centrale zenuwstelsel circuleren veel van deze chemicaliën in de bloedstroom als hormonen. Ze werken dan als communicatie middel.

→ hypothalamus pituitary gland (hypofyse) Hormonen doelorganen en klieren.

Doelorgaan is meestal de post-synaptische receptor. Bijv. FSH&LH worden afgegeven door de hypofyse en hebben de ovaria als doelorgaan.

Er is een verschil tussen het voorste en achterste deel van de hypofyse.

→ Productie door secetoire cellen.

→ Afgifte wordt gestimuleerd door releasing hormonen. Die worden geproduceerd in de hypothalamus. Releasing hormonen worden getransporteerd naar het voorste gedeelte van de hypofyse (door het bloed).

Achterste gedeelte hypofyse:

→ Oxitocyne en vassopresine worden hier geproduceerd. Ze worden door zenuwbanen getransporteerd (neuronaal transport van 2 kernen in de hypothalamus naar het achterste deel van de hypofyse).

→ pvn (kern) in hypothalamus

→ Oxitocyne speelt een rol tussen moeder (vader) en pasgeboren baby.

• Zorgt dat de binding tot stand komt.

• Bij een orgasme komt ook oxytocine vrij en zorgt voor een binding tussen jou en je partner.

  • Monogame mollen → hoog niveau oxitocyne

  • Monogame apen (hebben met iedereen seks) → laag niveau oxitocyne.

Hormonen

• Anterior pituitary hormones:

– Adrenocorticotropic hormoon (ACTH), doelorgaan = adrenal cortex (cortex van bijnierschors; verantwoordelijk voor de afgifte van cortisol).

– Thyroid-stimulating hormoon (TSH) , doelorgaan = thyroid

– Luteinizing hormoon (LH), doelorgaan = testikels+ovaria

– Follicle stimulating hormoon (FSH), doelorgaan = testikels + ovaria. (zetten ovaria aan tot productie van geslachtshormonen)

– Groeihormonen (GH) zorgen dat botten (doelorgaan) groeien.

– Prolactine, doelorgaan = meklklieren (borsten) van de vrouw.

• ISH, doelorgaan = schildklier

Alle 6 de hormonen zijn releasing factors.

Tentamenvraag: Cortisol afgegeven bijnierschors oiv ACTH oiv releasingfactors uit de hypothalamus.

Je moet ze alle 6 kennen + functie.

Structuur van synapsen

Dopamine (DA): Een neurotransmitter die een rol speelt bij het coördineren van beweging, bij aandacht en leren en gedrag dat bekrachtigd moet worden.

Synaptic vesicle: Een organel (rondje)die bestaat uit een membraan structuur die neurotransmitters insluit/ in zich heeft.

Synaptic cleft: Een kleine ruimte die de presynaptische terminal en de postsynaptische dendritic spine van elkaar scheidt.

Chemical synapse: Een verbinding waar boodschapper moleculen vrijgelaten worden als ze gestimuleerd worden door een actiepotentiaal.

→ veel meer flexibiliteit in informatie doorgeven dan de elektrische synaps.

Presynaptic membrane:Die sluit moleculen die chemische boodschappen bevatten in.

→ output

Postsynaptic membrane: Bevat de receptor moleculen die de chemische boodschappen ontvangen.

→ input

Storage granule: Een grote 'blaas' die synaptische vesicles (blaasjes) vasthoudt.

Electrical synapse: Gesmolten presynaptisch en postsynaptisch membraan die een actiepotentiaal toe laat om direct van het ene neuron naar het neuron ernaast te gaan.

→ 1 op 1 doorgeven.

→ Gassen kunnen ook dienen als communicatie (viagra).

Transporter: Proteïne molecuul die substanties in het membraan pompt.

Microtubule: Pakketjes met eiwitten (gaan naar axon terminal).

De chemische communicatie vind in de ruimte tussen de pre-synaptische en post-synaptische spleet (fysieke scheiding) plaats.

Neurotransmissie in 4 stappen

1. Synthese van neurotransmitter en opslag in de axon terminal.

– Neurotransmitters worden gevormd uit bepaalde bouwstenen (uit voedsel).

– Instructies liggen vast in het DNA. Door ervaringen krijgen neurotransmitters de opdracht om meer te produceren.

– Ze worden opgeslagen in vesicles.

2. Transporteren naar de presynaptische membraan en vrijgeven in respons op een actiepotentiaal (vrijgeven is in de synapsspleet).

– Het actiepotentiaal (door spanningsverandering) opent de voltage-gevoelige calcium kanalen (pre-syn.)

– Calcium gaat de celterminal binnen.

– Er is een chemische reactie: Calcium + eiwit (calmodulin). Die vormen een nieuwe verbinding (complex).

– Onder invloed van dat complex gaan de vesicles (blaasjes) reageren. Die legen zich dan en geven neurotransmitters af in de synaptische spleet.

3. Activatie van de receptoren gelokaliseerd op het membraan van het doelorgaan op het postsynaptische membraan.

– Receptoren (transmitter-activated receptors) worden geactiveerd door een binding van de neurotransmitter.

– Proteïne ligt in het celmembraan en heeft een 'binding site' voor een specifieke neurotransmitter.

– Bij een bepaalde neurotransmitter hoort dus een bepaalde receptor.

→ De neurotransmitter kan het postsynaptische membraan depolariseren (door een EPSP).

→ Het kan het postsynaptische membraan ook hyperpolariseren (IPSP).

→ second messenger systeem: initieren van andere chemische reacties die een excitatoir of inhibitoir effect veroorzaken.

– Autoreceptoren: 'Zelfreceptor', beantwoord de transmitter die het neuron vrijlaat (feedback).

4. Deactivatie van de neurotransmitter. Ze worden door een enzym afgebroken.

1. Verdunning en weglekken van de synaptische spleet.

2. Degradatie van/door enzymen in synaptische spleet.

3. Neurotransmitters weer opnemen in de presynaptische cel (worden opnieuw opgeslagen in blaasjes, vesicles) voor hergebruik.

→ antidepressiva beïnvloedt de heropname

1. 4. Gliacellen nemen de neurotransmitters op.

Belangrijkste neurotransmitters

• Acetylcholine

→ actief in somatische, centrale en autonome zenuwstelsel

→ zorgt voor wakkere toestand (centraal, want het houdt zenuwcellen actief)

→ stuurt spieren aan (somatische)

→ opslag nieuwe informatie (centraal)

→ autonoom (parasympatisch en sympatisch)

→ stoornis bij alzheimer (heeft met leren te maken)

• Dopamine (centrale zenuwstelsel heeft te maken met motoriek, beloning, verslaving of positieve symptomen van schizofrenie, tekort aan dopamine heeft te maken met parkinson).

• Serotonine (centrale zenuwstelsel, heeft te maken met depressie)

• Norepinefrine (centrale & autonome zenuwstelsel,

• Glutamaat (centrale zenuwstelsel, er zijn heel veel glutamaat receptoren. Functie: excitatie, gedragsfunctie: leren. Glutamaat antagonisten zorgen voor dat ratten dingen niet meer kunnen vinden).

• GABA (centrale zenuwstelsel, is de belangrijkste inhibitoire neurotransmitter. Gedragsfunctie: slaap, narcose, bij heel veel kun je in coma raken. Stoornissen: (bij te weinig inhibitie) angststoornis.

Excitatoire en inhibitoire boodschappen

Type 1 Synaps Type 2 synaps

• Excitatoir – Inhibitoir

• Localisatie: dendrieten – Localisatie: cellichaam

• Grote actieve zone – Kleine actieve zone

• Grote synaptische spleet – Kleine synaptische spleet

• Ronde vesicles (blaasjes) – Platte vesicles

• Dicht materiaal op de membranen – Dun materiaal op de membranen

Acetylcholine (ACh) en de Renshaw Loop: ACh is dé NT voor alle motorneuronen axonen die het ruggemerg verlaten. Dus de collateral in het ruggemerg gebruikt ACh.

(A) Locatie op de motorneuronen in het ruggemerg die naar de spieren van de rats 'fore limb' projecteren.

(B) Het is een soort circulair rondje van het motorneuron. Ze belangrijkste axon gaat naar de spier en de axon collateral blijft in het ruggenmerg om een synaps met het interneuron te veroorzaken. De terminal van de belangrijkste axon en de collateral bevatten ACh.

Varieties of neurotransmitters

• Er zijn ongeveer 50 verschillende soorten identificeert.

• Sommige zijn op de ene locatie inhibitoir en op de andere locatie excitatoir.

• Er kunnen meer dan 1 neurotransmitter actief zijn in 1 synapse.

• Er is geen 1op1 relatie tussen een neurotransmitter en gedrag.

Vier criteria voor een neurotransmitter:

1. Hij moet gesynthetiseerd zijn of aanwezig zijn in een neuron.
2. Als hij vrijgelaten wordt dan moet de chemische stof een respons produceren in het doelorgaan.
3. Dezelfde respons moet verkregen worden als de chemische stof experimenteel op het doel geplaatst wordt.
4. Er moet een mechanisme zijn om de stof te verwijderen nadat zijn werk klaar is.

Classificeren van neurotransmitters

Er zijn 3 groepen:

1. Small-molecule transmitters

• Snel werkende neurotransmitters

• Zijn gesynthetiseerd in de axon terminal van producten die uit je eten komen.

• Bijvoorbeeld:

  • Acetylcholine (ACh) (in synapsspleet)

Synthese van ACh: Plaatje blz 161.

→ Choline & acetaat. ChAT enzym zorgt dat acetaat zich verbindt met choline. (Choline zit in eten (visolie). Het gaat dus onder invloed van enzymen!

Het wordt afgebroken door het enzym Acetylcholinesterace (AChE). Wordt gesplitst in Choline en acetaat en die worden weer opgenomen in de presynaptische cel.

• Amines: Dopamine (DA), Norepinephrine (NE), Serotonine (5-HT).

Synthese van amines:

Amines komen tot stand door voedselbestanddelen (vlees,vis,eieren).

tyrosine

L-Dopa

Dopamine

Norepinephrine

Epinephrine

Enzym 1 Enzym 2 Enzym 3 Enzym 4

L-dopa

• Aminozuren: Glutamaat (Glu; excitatoir), Gamma-aminobutyric acid (GABA; inhibitoir), Glycine (Gly), Histamine.

• Rate-limiting factor (LEREN): Is in beperkte mate aanwezig, dus als er weinig van het enzym is dan kan er weinig omgezet worden.

→ bijvoorbeeld: Tyrosine hydroxylase

2. Peptide transmitters

• Neuropeptiden

– Een multifunctionele keten van aminozuren die zich als een neurotransmitter gedragen.

– Gesynthetiseerd van mRNA op instructies van DNAcellen.

– Worden afgegeven door de hypofyse.

– Binden niet aan ionkanalen en hebben geen direct effect op het voltage van het postsynaptische membraan.

Bijvoorbeeld: je krijgt een bal tegen je knie. Dan heb je er tijdens de wedstrijd geen last van, je wordt er juist fitter van. Je lichaamseigen pijnstillers zijn dan actief. Na de wedstrijd is dit uitgewerkt en heb je dus wel pijn.

• Bijvoorbeeld:

– Opioids (delen van een aminozuur keten van sommige neuropeptiden lijken op de structuur van drugs zoals opium en morfine. Die de functies nabootsen.

– Neurohypophyseals (vassopressin, oxytocin)

– Secretins (groeihormoon releasing peptide)

– Insulins (insuline, insuline groeifactoren)

– Gastrins (Gastrin, cholecystokinin)

– Somatostatins (pancreatic polypeptides)

3. Transmitter gases

• Gesynthetiseerd in de cel, als ze nodig zijn.

• Gaan makkelijk door het celmembraan.

• Bijvoorbeeld:

– Nitric Oxide (NO) (activeert cellulaire metabolisme), viagra

– Carbon monoxide (CO) (activeert cellulaire metabolisme)

Receptoren voor directe en indirecte effecten

Twee soorten post-synaptische receptoren:

• Ionotropic receptors: Proteïne liggend in het membraan met 2 delen:

• Een bind gedeelte voor de neurotransmitter

• Een porie die de ionen stroom reguleert om een direct en snelle verandering in het membraanvoltage te krijgen.

Uitleg plaatje:

In de receptor zitten bindingsplaatsen. Binding van een neurotransmitter op een bindingsplaats → poort gaat open en ionen kunnen naar binnen stromen.

• Metabotropic receptors: Liggen in het celmembraan en hebben niet zo'n opening (porie)

– In de cel is een G-proteïne aanwezig.

– Als het aan een G-proteïne gelinkt wordt dan kan dit andere receptoren beïnvloeden of met second messengers reageren en andere cellulaire processen beïnvloeden. Een ander ionkanaal gaat bijvoorbeeld wel open.

→ zie onderstaand plaatje

→ indirect, complexer

• G-proteïne: Familie van guanyl nucleotide-binding proteïnes die gekoppeld worden aan metabotropische receptoren. Als ze geactiveerd zijn binden ze ook aan andere proteïnes.

• Second messenger: Een cel kan andere eigenschappen krijgen.

– Wordt geactiveerd door een neurotransmitter.

– Draagt een boodschap om een biochemisch proces te initiëren.

Bijvoorbeeld: – Veranderen bloedstroom in membraan kanaal

– Formatie van nieuwe ionkanalen (platisch), productie van nieuwe proteïnes.

Wat gebeurt er met de signaal-overdracht als je Ca2+ kanaal blocker toedient aan een organisme?

Mogelijkheden voor afgifte van neurotransmitter worden minder dus minder actiepotentialen. Calciumkanalen zijn presynaptisch. Normaal gesproken als er een actiepotentiaal komt dan stroomt er in de presynaptische cel calcium naar binnen, omdat het actiepotentiaal eraan komt, verandert de membraanspanning en daar zijn de calciumkanalen gevoelig voor. Calciums stroomt naar binnen. Functie: ze gaan een binding aan met een eiwit. Dat wat ontstaat zorgt ervoor dat de blaasjes waar de neurotransmitter in opgeslagen zit, getransporteerd wordt naar de synaptische spleet en klaar zijn om neurotransmitter in de spleet af te geven.

Blocker: De calcium kanalen gaan niet meer open als een actiepotentiaal komt. Het proces van calcium gaat dus niet door. Resultaat: minder neurotransmitterstof, dus postsynaptisch leidt tot minder IPSPs en EPSPs.

→ Ionkanalen blokkeren kan leiden tot vermindering in neurotransmissie.

Een alfa-subunit reageert met een nabijgelegen ion

kanaal. Zorgt ervoor dat de klep opengaat zodat ionen er in en uit gaan.

Neutrotransmitter systemen en gedrag

• Somatisch zenuwstelsel

- Cholinergic Neurons:

Gebruikt acetylcholine als belangrijkste neurotransmitter (zorgt ervoor dat skeletspieren kunnen samentrekken (exciteert).

– Nicotinic ACh Receptor:

Zorgen ervoor dat de ionstroming wordt verhoogd.

→ Ionotropische receptor

• Autonomisch zenuwstelsel

– Cholinergic neuronen (Ach) controleren beide delen:

→ sympatisch (fight-or-flight response; activatie; norepinephrine)

→ parasympatiscdh (rest-and-digest response; rust; acetylcholine)

– Noradrenaline is ook bij het fight-or-flight respons betrokken

Neurotransmissie in het Centrale zenuwstelsel

• Activating system:

Systeem in hersenstam dat zorgt voor slaap en waken.

– Neurale paden die brein activiteit coordineren door 1 neurotransmitter.

– Cellichamen zijn gelokaliseerd in de kern van de hersenstam en zijn verdeelt over een wijd gedeelte van de hersenen.

– Er zijn 4 systemen (elementen; oorsprong in hersenstam):

• Cholinergic system

  • Actief in handhaven van waak EEG patroon van de cortex.

  • Denken dat het een rol speelt in het geheugen door de neuron prikkelbaarheid te handhaven.

  • Dood van cholinergic neuronen en verlaging van ACh in de neocortex is gerelateerd aan Alzheimer's disease/ dementie.

• Dopaminergic system

- Nigrostriatial paden (oranje)

• Actief in handhaven van normaal motorisch gedrag.

  • Verlies van DA is gerelateerd aan spierstarheid en dyskinesia in parkinson's disease.

– Mesolimbic paden (paars)

• • Dopamine vrijlating is betrokken bij gevoelens van beloning en plezier.

  • Neurotransmitter systeem dat beïnvloedt wordt door verslavende drugs.

  • Verhoogde DA activiteit gerelateerd aan schizofrenie.

• Noradrenergic system

  • Actief in het handhaven van een emotionele toon.

  •  

  • Verlaagt in NE activiteit gerelateerd aan depressie.

  • Verhoogt NE gerelateerd aan mania (overenthousiast gedrag).

• Serotonergic system

  • Actief in handhaven van waken EEG patroon

  • Veranderingen in activiteit van serotonine gerelateerd aan obsessief-compulsieve stoornis, tics, en schizofrenie.

  • Verlaging in activiteit van serotonine gerelateerd aan depressie.

Kennen welke stoornissen bij welk systeem horen! (tentamen).

Termen kennen: Locus coeruleus, raphé nuclei.

Rol van synapsen bij leren en geheugen

Leren: Relatief permanente verandering in gedrag dat voortkomt uit ervaring.

Neuroplasticiteit: Het zenuwstelsel kan veranderen die komen door het aanpassen aan veranderingen in het milieu en de mogelijkheid om wonden te compenseren.

• Habituation response

Habituatie: Het leren van gedrag waarvan een respons op een stimulus verzwakt doordat de stimulus herhaaldelijk aangeboden wordt.

• Neurale basis van habituatie

Zie plaatje.

– De sensorische neuron stimuleert het motor neuron om 'gill' te produceren voor de habituatie.

– Ca2+ stroomt naar binnen en neemt af als de respons verdwijnt. (Minder neurotransmitters maar het actiepotentiaal blijft wel gelijk).

• Calcium kanalen habitueren

• Sensitization response

Sensitisatie: het leren van gedrag waarvan de response op een stimulus versterkt als de stimulus herhaaldelijk aangeboden wordt want de stimulus is nieuwer en sterker dan normaal. Amplitude wordt bij herhaalde respons groter.

Bijvoorbeeld: Door een rotopmerking wordt je opgefokt. Bij een onverwachte stimulus en je bent opgefokt dan schrik je harder. De respons wordt dus versterkt.

• Neurale basis van sensitisatie

– Een interneuron ontvangt input van een 'geschokte' sensorische neuron in de staart en laat serotonine (neurotransmitter) vrij op het axon van het sensorische neuron. Niet alleen het sensorische neuron wordt dus geactiveerd maar ook een interneuron. Door die neurotransmitter verandert de uitstroom van Ca2+ ionen.

– Het actiepotentiaal duurt langer (minder kalium ionen naar buiten, meer calcium naar binnen).

– Er zijn meer neurotransmitters (grotere depolarisatie).

– De respons wordt vergroot.

• Potassium kanalen sensitizeren

• Long-Term potentiation and associative learning

Associatief leren (klassiek conditioneren): Het linken van 2 of meer ongerelateerde stimuli die gedrag als respons opwekken.

Long-term Potentiation (LTP): In respons op een stimulatie aan een synaps, verandert de amplitude van een excitatoire postsynaptisch potentiaal dat uren, dagen of langer kan duren.

→ speelt een rol bij klassiek conditioneren.

• Neurale basis van associatief leren.

Een sterke stroom van elektrische stimulatie van toepassing op de presynaptische neuron produceert een verhoging in de amplitude van het EPSP in de postsynaptische neuron.

• Neurochemistry of LTP

Glutamaat reageert op 2 verschillende types receptoren op het postsynaptische membraan:

• AMPA (reageert normaal op glutamaat)

• NMDA (N-methyl-D-aspartate)

→ Kanalen met dubbele gaten.

→ Wordt normaal door magnesium ionen geblokkeert.

→ Associatief (klassiek conditioneren). Twee gebeurtenissen moeten dicht na elkaar (tijd) ontstaan om de NMDA receptoren te openen.

• Activatie door glutamaat van het presynaptische neuron (zwakke elektrische stimulus).

• Depolarisatie van postsynaptisch membraan, wat magnesium van de porie verplaatst (sterke elektrische stimulus).

• Sterke en zwakke stimuli worden in paren gerangschikt.

→ Als de NMDA receptoren open zijn dan gaat calcium in de postsynaptische neuron en verandert de postsynaptische neuron:

• Verhoogde reactie van AMPA receptoren op glutamaat.

• Formatie van nieuwe AMPA receptoren.

• Retrograde boodschappers die meer glutamaat vrijmaken van het presynaptische neuron.

Long-Term Depression:

• Een andere vorm van synaptische plasticiteit.
• Het neuron wordt minder actief in respons op de herhaaldelijk aangeboden stimulus.
• NMDA receptoren doen hier iets.
• Vereist binnenkomst van Ca2+ (verlaagde respons van AMPA receptoren en verlaagd aantal AMPA receptoren).

Verschil tussen hormoon en een neurotransmitter:

Hormonen zijn chemische boodschappers die via de bloedbaan worden vervoerd door het lichaam. Hormonen eerder buiten centrale zenuwstelsel. Communicatie via verschillende organen. Hypofyse communiceert via andere doelorganen.

Doen er langer over voordat hun werking begint (minuten/uren/dagen). Zijn wel langer actief.

Neurotransmitters: Vervullen een essentiële functie in het zenuwstelsel. Wordt binnen paar milliseconden afgegeven.

Welke invloed hebben medicijnen en hormonen op hersenen en gedrag

Principles of psychopharmacology

Psychoactive drugs: Substanties die stemming, gedachten of gedrag beïnvloeden en gebruikt worden om met neuropsychologische ziekte om te gaan.

• Bloed-brein barrière (BBB): systeem dat ervoor zorgt dat de hersenen voor heel veel stof niet bereikbaar zijn.

De bloed-brein barrière bestaat uit endotheel cellen (endothelium; binnen in bloedcellen) die samen met astrocyten (buiten bloedcellen; in brein zitten ze dichter bij elkaar dan in rest van het lichaam, dus in het brein is het wel een barrière) een (moeilijk te nemen) barrière vormen voor grote moleculen en geladen moleculen. Aminozuren,glucose en in vet oplosbare stoffen kunnen wel passeren en het brein beïnvloeden.

→ kleine, ongeladen moleculen (zuurstof en co2) zijn in vet oplosbaar en kunnen vrij door BBB.

→ grote, geladen moleculen (glucose, aminozuren en vetten) moeten actief door BBB getransporteerd worden.

→ Het is dus moeilijk om medicijnen te vinden die ziektes in de hersenen bestrijden, omdat ze grote moleculen hebben en dus niet door de BBB kunnen.

Drug routes in het zenuwstelsel

• Oraal (meest complex want je hebt meer barrières)

• Andere methoden zijn inhalatie, injectie. Hierbij heb je minder barrières dus heb je sneller een effect.

• De meest directe manier → drugs in de hersenen injecteren (maar dan wel specifiek op de plek waar je het wil hebben, want anders komen ze overal).

• Eliminatie van drugs:

  • Drugs worden afgebroken in de nieren, lever en darmen.

  • Dan worden ze afgescheiden in urine, zweet, borstmelk en ingeademde lucht.

  • Sommige substanties kunnen niet verwijderd worden en worden in het lichaam als gif opgeslagen.

Individual differences in Drug Response

• Leeftijd: Oudere mensen zijn gevoeliger, de barrieres zijn minder goed en ze kunnen drugs minder goed afscheiden.

• Lichaamsgrootte: Kleinere mensen zijn gevoeliger voor drugs, want ze hebben minder vloeistoffen om de drugs op te laten lossen, dus de concentratie van de opgeloste stof is hoger.

• Geslacht: Vrouwen zijn gevoeliger voor drugs, want ze zijn gemiddeld kleiner dan mannen.

Agonist: substantie die de werking van een synaps verbetert. (Ze stimuleren de werking van een andere stof die op dezelfde receptor ligt. Ze lijken veel op de natuurlijke neurotransmitter.

→ zie benzodiazepines, de neurotransmitter kan beter z'n werk doen).

Antagonist: substantie die de functie van een synaps blokkeert. Zijn zelf geen neurotransmitter (hebben geen intrinsieke werking). (kan exciterende maar ook inhiberende functie hebben).

Er zijn zeven manieren waarop een stof de neurotransmissie kan beïnvloeden. Geef bij elk van de manieren een korte toelichting hoe dat zou kunnen gebeuren? BELANGRIJK!!

1. Synthese

   1. Ze worden aangemaakt door externe bouwstenen (voedsel) of de genen geven een commando dat ze bepaalde stoffen moeten maken.

2. Opslag

   1. In blaasjes (vesicles), het wordt daar opgeslagen, omdat je dan een voorraad aan neurotransmitter hebt.

   2. Als hij niet opgeslagen is (in blaasje zit) dan zouden ze afgebroken worden.

3. Afgifte

   1. Het wordt afgegeven in de synaptische spleet. Dit gebeurt onder invloed van een actiepotentiaal.

   2. Een cel geeft een neurotransmitter af als er een actiepotentiaal is. Hiervoor: calcium komt naar binnen (calmudoline complex) en blaasjes gaan dan in richting van het celmembraan.

4. Receptor interactie/binding

   1. De receptor is geactiveerd en/of geinactiveerd afhankelijk of het een agonist of antagonist is.

5. (In)activatie in synaps

   1. De neurotransmitter die in de spleet zit wordt door een enzym afgebroken. → intracellulair MAO en extracellulair COMT (zorgen dat neurotransmitter in de spleet geinactiveerd wordt).

6. Reuptake mechanisme

   1. Ook wel transporter genoemd. Je mist een transporter.

7. Degradatie/afbraak

   1. Wordt weer opgeslagen in blaasjes en zo niet dan wordt hij afgebroken.

Een acetylcholine synaps: voorbeeld van drug actie:

• Drugs beïnvloedt Acetylcholine transmissie door z'n synthese te beïnvloeden, vrij te laten of aan de postsynaptische receptor te binden en z'n afbraak of inactivatie te beïnvloeden.

Classificatie van psychoactieve drugs

Drugs geclassificeerd naar hun werking:

1. Sedatieve hyponotics en antianxiety agents (pil)
2. Antipsychotic agents (tegen psychose)
3. Antidepressants
4. Mood stabilizers
5. Narcotic analgesics (narcose; pijnstillers)
6. Psychomotor stimulants
7. Psychedelics and hallucinogens

1) Sedatieve hyponotics en antianxiety agents

Werken over het algemeen door de werking van de inhibitoire neurotransmitter GABA te versterken.

• Barbiturates

  • Produceren kalmte en slaap.

  • Kunnen ook anesthesie, coma en dood veroorzaken.

  • Effectieve dosis (→ slaap), maar de dosis waarmee het misgaat verschilt maar weinig van de gewone dosis, dus je hebt snel een overdosis.

• Benzodiazepines

  • Meest gebruikte middel (slaapmiddel of anti-angstmiddel).

  • Kan rijvaardigheid beïnvloeden.

  • Versterken de effecten van GABA. Het effect is afhankelijk van de hoeveelheid GABA dus het maakt niet uit hoeveel benzodiazepines je slikt (overdosis dus minder snel).

Ze beïnvloeden direct de Cl instroom (sedative-hypnotic site). GABA zorgt voor chloride instroom (is negatief, want je wil grotere negativiteit hebben) → hyperpolarisatie.

• Benzodiazepines als:

- Angstremmers: omdat ze de werking van GABA versterken, doen ze in amygdala, er treedt hyperpolarisatie op.

GABA receptoren zitten niet allen in amygdala maar ook op andere plekken.

- Slaapmiddelen: zorgen dat je gaat slapen. (GABA receptoren in hypothalamus en hersenstam).

- Epilepsie: remmen epilepsie.

- Spierverslappers: werken dus ook centraal en niet alleen perifeer.

- Anesthesie middelen.

Nadelen: Je hebt er steeds meer van nodig om hetzelfde effect te krijgen (tolerantie). Cross- tolerantie? (de lever gaat na verloop van tijd anders functioneren. Door de hoge aanwezigheid van die stof, een hele tijd, gaat postsynaptisch receptoren weg of komen er bij → plasticiteit (kan dus bijdragen tot ontstaan van tolerantie). Als je het tegen epilepsie gebruikt dan zou je er ook van in slaap kunnen vallen terwijl je dat helemaal niet wil.

• Tolerantie

  • Steeds meer nodig van de drug om hetzelfde effect te krijgen.

• Cross-tolerantie

  • Respons op een nieuwe drug is verlaagd, omdat je tolerantie hebt ontwikkelt voor een drug die er op lijkt.

  • Suggereert dat 2 drugs een gemeenschappelijk aangrijpunt in het zenuwstelsel hebben.

Bijvoorbeeld barbiturates en benzodiazepines beïnvloeden beide de inhiberende neurotransmitter GABA.

• GABA receptor

Excitatie produceert een instroom van Cl- ionen, die hyperpolariseren de neuron (dus wordt negatiever). Door de uitstroom van K+ wordt het in de neuron negatiever.

De GABA receptor heeft 2 bindingen (sites):

• Sedative-hypnotic site

Alcohol en barbiturates beïnvloeden direct de instroom van Cl-.

• Antianxiety site

Versterkt effecten van GABA. Het effect is echter afhankelijk van de hoeveelheid GABA dus het maakt niet uit hoeveel benzodiazepines je slikt (overdosis is dus minder erg).

• Hyperpolarisatie: komt door een uitstroom van K+ die de extracellulaire kant positiever maken.

Depolarisatie: komt door een instroom van Na+ door de natriumkanalen.

• Barbituraten en benzodiazepines hebben dus verschillende bindingsplaatsen op het GABA-receptor-ion kanaal.

2) Antipsychotic Agents

Gebruik van antipsychotische drugs heet ook wel: major tranquilizers of neuroleptics.

→ Drugs blokkeren de D2 dopamine receptor, dus voornamelijk DA agonisten.

→ Wordt als meeste gebruikt om schizofrenie (te veel aan neurotransmitter dopamine) te behandelen.

→ Ze geven door hun werking op het nigra-striatale systeem bij jarenlang gebruik tardieve dyskinesie.

→ Het mechanisme van therapeutische actie is nog steeds niet helemaal begrepen.

• Onmiddellijk effect van verlagen van motoractiviteit.

• Na een korte periode van gebruik is er een redutie van de symptomen van schizofrenie.

• Negatieve bijwerking: Dyskinesia (geen goede controle over bewegingen die je maakt).

• DA agonisten zoals cocaine, amfetamine en L-Dopa verergeren de symptomen van schizofrenie.

Positieve symptomen: Kenmerken die wij niet hebben en zij wel (bijv. hallucineren).

Negatieve symptomen: Kenmerken die wij wel hebben en zijn niet (gevoel, sociaal zijn).

Dopamine hypothese van schizofrenie: De d2 receptor blokkeren voor dopamine. Die actie leidt tot de hypothese die inhoudt dat sommige vormen in verband kunnen zijn met excessieve DA activiteit, die antipsychotische drugs controleren.

Dopamine kan zelf z'n werk niet meer doen.

neurotransmitter DA wordt in verband gebracht met verslaving. Niet alle mensen raken verslaafd. Welke relevante factoren die bijdragen aan de interindividuele verschillen ken je?

• Testosteron (verslaving is groter in jonge jongens met een hoger testosterongehalte. Hebben meer testosteron dan oude mannen en dan vrouwen).

• Persoonlijke trekken (mensen die risico's willen nemen is een gemeenschappelijk trek onder drugsverslaafden). Genen → mensen die hoog scoren voor sensation seeking.

• Leerervaringen: je leert met een drug omgaan, cues herkennen. Klassiek conditioneren draagt ook bij tot het ontstaan van de verslaving (de omgeving ook).

3) Antidepressants

• Depressie

Bij dysthymia, unipolaire en bipolaire depressie. Depressie wordt veroorzaakt door een tekort aan neurotransmitter.

Stemmingsstoornis bij ongeveer 6% van de volwassene (vaker vrouwen dan mannen).

Kenmerken zijn:

• Gevoelens van waardeloosheid en schuld.
• Onderbreking van normale eetgewoonten
• Slaaponderbrekingen
• Niet in beweging te krijgen
• Vaak gedachten over zelfmoord.

Drie klassen van antidepressiva:

• Monoamine Oxidase (MAO) inhibitors

  • Er is een presynaptisch enzym dat er voor zorgt dat dopamine in blaasjes opgeslagen wordt. MAO remmers inactiveren dat afbrekende enzym. Hierdoor is er meer neurotransmitter in de spleet.

• Tricyclic Antidepressants

  • Ze remmen de terugopname van serotonine en noradrenaline. Er is dan meer neurotransmitter in de spleet, dus postsynaptisch kan meer binding plaatsvinden.

  • Karakteristiek: bestaan uit 3 ringen en blokkeren serotonine en noradrenaline opname transporter proteïnen.

• Second-Generation Antidepressants → Selective Serotonin Reuptake Inhibitors (SSRIs).

  • Zijn selectiever in blokkeren van de terugopname dan de tricyclische antidepressiva. Ze remmen namelijk vooral de opname van serotonine.

  • SSRIs worden het meest geslikt

→ prozac (noodmiddel met veel negatieve effecten).

Nadeel: lastig om constant de concentraties in je bloed te hebben.

Gemeenschappelijk effect: Dat er meer neurotransmitter beschikbaar is. Vooral monoamines (bijv. serotonine).

!!Depressie gekoppeld aan serotonine (1,2) noradrenaline en dopamine.

Plaatje: SSRI neemt alle plaatsen in de auto bezet, dus andere neurotransmitters kunnen niet meer mee (opgenomen worden).

4) Mood stabilizers

Lithium voor de bestrijding en profylaxe van bipolaire stoornissen.

Lithium:

• Kan manische periodes remmen (bipolaire depressie: manisch & depressief).

• Kan voorkomen dat manische periodes optreden.

• Gevaarlijk: lijkt op natrium + chloor = zout. Dus als je hebt lithium + chloor krijg je zout en kun je uitdrogen.

5) Narcotic Analgesics

Voornamelijk opiaten, ze hebben een bewustzijn verlagende en pijnstillende werking via beïnvloeding van opiaatreceptoren.

Opiaten bijvoorbeeld: codeïne, morfine en heroïne (passeert snel de BBB, sneller dan morfine).

Endorfine is een lichaamseigen pijnstiller. Fitness kan verslavend zijn, omdat endorfine dan vrij komt.

Wat is een potentieel gevaar van het gebruik van cocaïne en amfetamine?

Ze zijn verslavend (je krijgt geen lichamelijke afkickverschijnselen, maar geestlijk). Het kan psychoses opwekken (als je de genen hebt..)

Mensen die schizofreen zijn hebben vaak broers/zussen die schizotypie hebben (die hebben wat trekjes van schizofrenie).

6) Stimulants

Centraal werkende DA agonisten en algeheel werkende zoals cafeïne, dat werkt via een enzym cAMP (dat zorgt voor extra aanmaak van glucose).

• Amfetamine

  • Dopamine agonist: laat dopamine los in de synaps én blokkeert de heropname van dopamine.

  • Wordt gebruikt tegen astma.

  • Drukt je vermoeidheid weg en kan helpen om gewicht te verliezen.

• Ritalin

• Ritalin verhoogt dopamine meteen en inhibeert de heropname. Daardoor kun je psychoses krijgen.

• Middel tegen ADHD.

• Paradox: drukke mensen worden er rustig van en rustige mensen druk.

• General stimulants

Drugs die de metabolische activiteit van cellen verhoogt.

• Cafeïne: leidt tot een verhoging in verbranding.

• Verhoging van cAMP leidt tot een verhoging in glucose productie in de cellen, daardoor krijg je meer energie.

7) Psychedelische drugs

• Veranderen sensorische perceptie en cognitieve processen.

• Bestaat uit 4 types: acetylcholine psychedelics, noradrenaline psychedelics, tetrahydrocannabinol (uit marihuana), serotonine psychedelics (niet precies kennen).

Drugs, Experience, Context en genen

• Hoe ontwikkelen we tolerantie voor drugs zoals alcohol?

  • Metabolische tolerantie

Het aantal enzymen dat je nodig hebt om alcohol af te breken kan verhogen.

• Cellulaire tolerantie

De activiteiten van hersencellen kan zich aanpassen en het effect van alcohol minimaliseren.

• Geleerde tolerantie

Mensen kunnen leren om met effecten van alcohol om te gaan en daardoor lijkt het dat ze niet dronken zijn.

De neurotransmitter DA wordt in verband gebracht met verslaving. Niet alle mensen raken verslaafd. Welke relevante factoren die bijdragen aan de interindividuele verschillen ken je?

• Testosteron (verslaving is groter in jonge jongens met een hoger testosterongehalte. Hebben meer testosteron dan oude mannen en dan vrouwen).

• Persoonlijke trekken (mensen die risico's willen nemen is een gemeenschappelijk trek onder drugsverslaafden). Genen → mensen die hoog scoren voor sensation seeking.

• Leerervaringen: je leert met een drug omgaan, cues herkennen. Klassiek conditioneren draagt ook bij tot het ontstaan van de verslaving (de omgeving ook).

• Verslaving en afhankelijkheid

  • Bij alle verslavingen speelt dopamine een rol.

  • Pleziercentrum: blokkeren met dopamine agonisten (→ verhogen afgifte van dopamine).

Verschillende stadia van verslaving:

1. Pleasure (genot) activatie

De gebruiker houdt van de ervaring.

1. 2. Associatief leren

Genot wordt gelinkt met cues die geassocieerd zijn met drugs ervaring.

1. 3. Incentive (aansporings) 'salience'

Ze gaan verlangen naar de drug.

Incentive-sensitization theory: Als drugs met bepaalde cues wordt geassocieerd dan onthullen de cues zelf al het verlangen voor de drug.

Je hebt wanting (mesolimbische DA systeem) & liking (opioid neuronen) en die worden door verschillende delen van het brein geproduceerd.

• Mesolimbische dopamine pad:

Van VTA naar veel gebieden inclusief de nucleus accumbens (deel van de basale ganglia).

• Gedrag door drugs

  • Dronken van alcohol vrij bier

→ Je omgeving draagt dus bij aan hoe je je voelt.

• Diamant verstopt toen hij dronken was, nuchter kon hij hem niet vinden, maar toen hij weer dronken was wel.

→ state-dependent learning.

• Drugs die geassocieerd worden met hersenschade

  • Amfetaminen (serotonine en dopamine neuronen)

  • Cocaïne (blokkeren de cerebrale bloedstroom)

  • Penicilline (blokkeert NMDA receptoren).

Drugs zijn niet geassocieerd met hersenschade op lange termijn (LSD, marihuana, opiaten).

Hormonen

– Classificatie op basis van de structuur:

• Steroïde hormonen

  • Grote, oplosbare chemische boodschapper gesynthetiseerd van cholesterol.

• Peptide hormonen

  • Chemische boodschapper gesynthetiseerd door DNA die de fysiologie van de doelcellen beïnvloedt.

– Classificatie op bassis van functie:

• Hormonen die homeostase handhaven

• Gonodal (seks hormonen)

• Stress hormonen

– Hiërarchische controle:

Je hebt 4 levels:

1. Hypothalamus

2. pijnappelklier

3. Target endocrine klier

4. doelorganen en weefsel.

Hormonen → neuronen → genen → proteines.

– Homeostatische hormonen

Hormonen van intracellulair en extracellulair milieu zijn essentieel om te leven.

Diabetus mellitus:

• Veroorzaakt door mislukking van de alvleesklier om genoeg insuline af te scheiden. Insuline verlaagt de glucose concentratie in het bloed.

• Hyperglycemia: veel glucose in je bloed; glucose in urine

• Hypoglycemia: weinig glucose in je bloed; hoge productie van insuline

– Gonodale hormonen

Geslachtshormonen beïnvloeden ons voordat we zijn geboren.

Hoe interpreteert u deze Figuur aangaande verschillen in cognities bij mannen en vrouwen? Wat heeft dit te maken met de organiserende werking van de hormonen?

Je hormonen hebben invloed op je gedrag.

Mannen beter in ruimtelijke inzicht en vrouwen beter in talen. Homoseksuele mannen hebben minder testosteron dan heteroseksuele mannen.

Onder invloed van testosteron ze de hersenen van mannen en vrouwen verschillen.

Organiserende werking hormonen: vindt plaats in de buik van de moeder. Er wordt dan bepaald of je jongen/meisje bent en of je hetero of homo bent. En je geslachtskenmerken ontwikkelen zich dan.

Het brein van een homo is iets anders aangelegd dan het brein van een hetero en dat heeft een effect op cognitie.

– Stress hormonen

Stressor: een stimulus die de homeostase van het lichaam uitdaagt en stress veroorzaakt.

Hoe nemen de wereld om ons heen waar?

Sensation: wat je ziet

Perception: interpretatie

Visuele perceptie: Ook al beslis je misschien bewust om een pen te pakken, je handen vormen automatisch goed zodat je het object kunt pakken (zonder dat je je daar bewust van bent).

Anatomie van het visuele systeem

Retina: Oppervlakte gevoelig voor licht. Gelokaliseerd aan de achterkant van het oog en bestaat uit neuronen en fotoreceptor cellen.

Lens: buigt om objecten dichtbij en ver te accommoderen.

Pupil: het gat in de iris.

– weinig licht → pupil groter.

Fovea: gebied achter het centrum van de retina.

→ hiermee zie je het scherpste (want hier zitten de kegeltjes en die liggen dicht bij elkaar en zien dus scherper).

Blinde vlek: gebied van de retina waar axonen (vormen samen de optische zenuw) het oog verlaten en waar bloedvezels naar binnen en buiten gaan.

→ hiermee zie je niks.

Optische zenuw: Brengt retinale signalen naar het brein.

Netvlies: centraal (bij fovea) en perifeer (buiten fovea).

Cornea: hoornvlies

Als een object dichtbij is dan bolt de lens. De spieren trekken dan aan de lens. Als een object ver weg is dan is de lens plat.

Fovea: kegeltjes (kleur) (rood > groen > blauw)

Perifeer: Staafjes (staafjes > kegeltjes).

Bevatten fotopigment. Ze zetten licht om in elektrische signalen.

Retinale ganglion cellen → output cellen van retina (sturen actiepotentialen via de optische zenuw naar de hersenen).

Cones: kegeltjes (kleur) & rods: staafjes (zwart/wit)

Ganglion cellen ontvangen input van staafjes en kegeltjes.

De horizontale cellen verbinden de kegels met de staafjes (zie plaatje). De bipolaire cellen zijn verbonden door amacrine cellen. Een ganglion is met meerdere staafjes en kegeltjes verbonden en is de enige output van het oog. Plaatje blz 274.

Alleen bij ganglion is een actiepotentiaal.

→ zetten visuele informatie om in een discrete code.

Met de fovea zie je scherper, want de kegels liggen daar minder ver uit elkaar. In de periferi zijn de staafjes meer verdeeld (liggen verder uit elkaar) dus zie je minder scherp.

Coderen visuele informatie: licht komt binnen op retina, bij ganglion cellen wordt informatie gecodeerd in reeksen van actiepotentialen. Die gaan via axonen naar thalamus (corpus geniculatum laterala; info is nog gescheiden). Dan naar V1 (laag 4 info is nog steeds gescheiden), dan v2 en v3. Vanaf daar wordt het verwerkt in 2 gescheiden paden (ventraal en dorsaal).

Receptief veld

On-center cel (centrum = actief)

Vuurfrequentie van actiepotentiaal gaat omhoog, dus excitatie.

→ Centrum activerend.

Inhibitie (→ surround is deactiverend).

Off-center cel

Licht in centrum → cel deactiverend

Licht op de surround → cel geactiveerd.

Elke visuele cel heeft een receptief veld.

→ in onze huid ook (neuronen zijn gevoelig voor verschillende gebieden op je huid).

→ voor alle sensorische neuronen.

Als in het centrum dezelfde combinatie als in de surround van kegeltypes zijn (bijv. in centrum rood2x/groen en in surround ook rood2x/groen) dan noem je dit 'geen-opponent proces'.

Non-opponent → Geen kleuropponenten.

→ centrum alleen rood actief, surround inhibeert rood (of groen/blauw).

Opponent → In het centrum is rood en in de surround is groen (bijvoorbeeld).

→ Het centrum is actief door rood en surround wordt door groen geinhibeerd.

→ rood licht zorgt voor activatie in het centrum.

Zie plaatje: Daar waar de activiteit verandert (meer spikes) is het receptieve veld.

De ganglion cel detecteert de overgang van licht naar donker (en andersom).

→ Ze nemen randen waar. Ze nemen het waar zoals je op dit plaatje ziet →

→ hebben dus een center-surround organisatie

De cel staat meer aan dan uit → verhoging actiepotentiaal.

Zie plaatje blz 289 in boek (on/off center cellen).

Geen licht op Offcenter → deactivatie → actiepotentiaal gaat omlaag (meer uit).

RF → baseline (toestand van de cel waar die niet vuurt, geen actiepotentiaal).

Hoe we kleuren dien hangt af van hoe kegels gestimuleerd worden. Wit licht activeert al de 3 typen kegeltjes. Als rood en groene kegeltjes gestimuleerd worden zien we geel. Als je 1 soort kegel niet hebt dan ben je kleurenblind. Als je blind bent voor groen dan ben je dat ook voor rood (opponent kleuren; geel wordt blauw en rood wordt groen).

Trichomatische theorie: De activiteit van de drie kleuren bepaald de kleur die we zien.

Opponent-process theory: Rood en groen zijn tegenovergestelde kleuren van elkaar. Als je lang naar een rode cirkel kijkt dan zie je als die weg is een groene kleur (push-pull pairs). Bij blauw en geel is dit hetzelfde.

→ verklaart kleurenblindheid.

Retinale neuron types

Retinal ganglion cells: Neurale cellen van de retina die naar de optische zenuw gaan.

Magnocellular cells: Grote-cel-visuele-systeem neuron die gevoelig is voor bewegende stimuli.

→ zitten in perifeer (onscherpe informatie).

Parvocelllar cells: Kleine-cel-visuele-systeem neuron die gevoelig is voor vorm en kleurverschillen.

→ object herkenning en zien details.

Visual thalamus: De optische zenuw is verbonden met de laterale geniculate nucleus (LGN) van de thalamus. De LGN heeft 6 lagen: 2 magnocellulaire lagen die input krijgen van vooral de staafjes en 4 parvocelllaire lagen die input van vooral de kegeltjes krijgen.

Visual pathways

Optische chiasma: De verbindingen van de optische zenuwen van beide ogen waar de axonen van de nasale helften (neuskant) van de retina's zich kruisen naar de tegenovergestelde hemisfeer. (retina → optische zenuw → LGN).

Striate cortex: Primaire visuele cortex in de occipitaal kwab. 'Stripped appearance'.

Het linker visuele veld projecteert naar de rechterhemisfeer en het rechter visuele veld naar de linker hemisfeer.

Bij de LGN (gebied in thalamus) blijft de informatie van de ogen gescheiden.

Thalamus: Kern in de hersenstam die er voor zorgt dat de oogspieren zich aanspannen en dat je naar het object gaat kijken. (Parvo cellen worden daarbij geactiveerd en kunnen zo details van de objecten zien).

De LGN neuronen projecteren naar de primary visuele cortex (V2). Die is aan de achterkant van het hoofd (vooral aan de mediale zijde). Het rechter visuele veld (RVF) is dus in linker V1 gecodeerd en LVF in rechter V1. De openingen in het plaatje heet een sulcus. Hier omheen liggen de neuronen.

Informatie uit het bovenste visuele veld zit onder de sulcus.

RVF → laag → boven sulcus.

Grijze massa: bevat zenuwcellen en heeft 6 lagen. Laag 4 krijgt input van de LGN. (laag 4 bestaat dan weer uit 4 sublagen).

Witte massa: bevat axonen.

Primary visual cortex (V1)

Receptief veld ganglion cel: centersurround organisatie

Receptief veld van LGN: zelfde als voor ganglion cel.

Receptief veld V1 → laag 4: simpele cellen.

• complexe cellen, projecteren naar V2.
• Simpele cellen (LGN; projecteert naar laag 4)
• projecteert naar culliculus
• projecteert naar LGN

Cellen in V1

Je hebt 3 soorten cellen nodig om informatie uit de wereld te verwerken:

• Simpele cellen: De cel wordt geactiveerd als ze een streepje licht krijgen en ze ontvangen input van meerdere LGN cellen.

→ Ze reageren dus alleen op een recht streepje en niet als het streepje er schuin op valt.

• Complexe cellen: hebben een convergente input van een paar simpele cellen.

→ Reageert het best als de streep licht op een bepaalde orientatie is en/of beweegt in een specifieke richting.

• Hypercomplexe cellen: Hebben in hun receptieve veld inhibitoire gebieden. Ze kunnen lijnen van een zekere lengte detecteren. (blz 293 boek)

De cellen uit V1 tekenen de hoeken en lijnen in het beeld (denk aan plaatje auto).

Columns in V1

Input van de linker en rechter ogen gaan via de LGN naar laag 4 (4c). Cellen in deze laag hebben een 'circular surround' receptief veld. In het plaatje kun je zien dat informatie gescheiden blijft.

In de laagste en hoogste lagen is informatie van beide ogen gecombineerd en simpele en complexe cellen zijn daar gelokaliseerd (verticale informatie stroom; laag 2,3,5).

De cellen in de column hebben dezelfde oriëntatie voorkeur. Er is een column voor het linker en een voor het rechteroog.

Hyperkolom

Oriëntatie gevoeligheid van kolommen ligt rond andere kolommen.

In het midden van de kolom zie je een blob (daar zitten de kleurgevoelige cellen in).

Een hyperkolom bevat 2 blobs: 1 in het rechteroog en de ander in het linker oog. Alle cellen delen hetzelfde receptieve veld. Daar wordt dus de kleur, vorm en beweging verwerkt.

Binding problem: ze weten niet hoe al deze informatie gecombineerd wordt en dat je de externe wereld dan waarneemt.

V1 wordt de striate cortex genoemd, hierachter liggen nog V2 en V3 (extrastriate cortex). Informatie in de retina die eerst in V1 is wordt in V2 en V3 weer gerepresenteerd.

Bijvoorbeeld een fiets zie je in V1 op de kop en is gespiegeld bij V1/V2 en is weer gespiegeld bij de grens van V2 en V3.

Dorsal and Ventral Stream

• Dorsale pad:

→ waar pad

– Gelokaliseerd in posterieur partietaal cortex (PPC).

– Analyseert visuele informatie om beweging te controleren naar spatiele locaties.

– Belangrijk gebied is V5 (ook wel MT genoemd). Deze is gespecialiseerd in het analyseren van visuele beweging.

→ Patiënten met een lesie in MT kunnen beweging van objecten niet waarnemen. Ze zien alleen snapshots.

→ Patiënten met een lesie in PPC hebben moeite met het maken van oogbewegingen, reiken, grijpen. Ze herkennen objecten echter wel gewoon (optische ataxia).

– Input komt van de grote ganglion cellen (M-cells) uit de perifere retina.

• Ventrale pad:

→ wat pad

– Gelokaliseerd in inferieur temporale cortex (IT).

– Identificeert wat de stimulus is, neemt objecten waar en herkent ze.

– Input van kleine ganglion cellen (P-cells).

– Belangrijk gebied is LOC, die ziet dat iets een object is. Het brengt het bovenste en onderste visuele veld samen.

→ Patiënten met een lesie in LOC kunnen de vorm van objecten niet herkennen (visual form agnosia). Bijvoorbeeld ze zien niet dat iets een fiets is, maar kunnen wel beweging zien.

– Als LOC zegt dat iets een object is dan identificeert IT het object. In IT vormen de neuronen een code voor gelijke objecten die zijn georganiseerd in columns.

→ Patienten met een lesie in IT kunnen bepaalde objecten niet herkennen (prosopagnosia = geen gezichten herkennen, maar je ziet de mensen wel).

• Geniculostriate system: Projecteert van de retina naar de laterale geniculate nucleus naar de visuele cortex.

• Tectopulvinar system: Projecteert van de retina naar de superiore colliculus naar de thalamus naar de pariëtale en temporale visuele gebieden.

Hoe gaan de hersenen met geluid om?

Positron emission tomography (PET): detecteert veranderingen in de bloedstroom door de veranderingen in de 'uptake' van samenstellingen zoals zuurstof of glucose.

1. Er wordt radioactief materiaal (zuurstof) in de bloedvaten gespoten.

2. De kern vervalt (zodat hij stabiel wordt) en dan valt 1 potron in een neutron.

3. Een positron komt vrij (positief geladen deeltje).

4. De lading van een positron is tegengesteld aan die van een elektron. Die 2 deeltjes gaan samen en worden vernietigd (annihilatie).

5. Er ontstaat energie → 2 fotonen (lichtdeeltje ontstaan). Ze gaan dan in tegengestelde richting en tikken gelijktijdig de detectoren aan.

6. Die fotonen kun je detecteren met de PET-detectoren. Hoe meer zuurstof in de bloedstroom, hoe meer fotonen. Je meet de gelijktijdigheid.

Wat gebeurt er als de deelnemer naar geluiden luistert?

Simpele geluiden/spraak worden gedetecteerd in gebied A1 terwijl het luisteren naar complexe woorden/patronen gedetecteerd zou worden in het gebied van Wernicke (secondary auditory areas). Discrimineren van spraakgeluiden zou het gebied van Broca activeren.

Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI):

Werkt op basis van waterstofatomen (protonen) die om hun as draaien. Er ontstaat een klein magneetje (in verschillende richting). Normaal wijzen ze in een random richting. Als je ze in een magnetisch veld zet dan gaan de protonen in dezelfde richting of precies tegengesteld staan (bepaalde balans).

Je zendt een radiogolf uit op het weefsel. Dat wordt geabsorbeerd als energie door de protonen (excitatie) en daardoor worden ze uit het lood geslagen. Als je de golf weer uit zet draaien de protonen weer langzaam terug (ze zenden zelf ook radiogolven uit) → relaxation.

fMRI onstaat ten gevolge van zuurstofveranderingen aan de hersenen gelinkt aan bepaalde activatie.

→ Je kijkt naar veranderingen in het BOLD signaal.

BOLD signaal: Blood Oxigen Level Dependent. Bij verhoogde neurale activiteit is er ook een verhoogde bloedsomloop en dat leidt tot verhoogde waterstofatomen in dat hersengebied. Er is dan een verstoring van magneetvelden in de hersenen en dat kun je dan oppikken.

→ Indirecte methode gebaseerd op bloedstroom.

Het MRI plaatje is gebaseerd op waterstofatomen van dichtheid massa → dichtheid van waterstofatomen is verschillend in ander weefsel.

MRI (situatie bepaalde taken) – MRI (controle) = verschil (waar activatie in hersenen ontstaat).

Verschil met fMRI:

• fMRI vereist geen blootstelling aan radioactieve straling, dus dat kun je vaker doen.

• FMRI heeft spatiele (ruimtelijk) en temporele (tijds) resolutie (kan dus beter vertellen waar de activiteit vandaan komt).

→!! Bij PET gaat dit slechter omdat je lang moet tellen waar die fotonen vandaan komen. Duurt ongeveer een minuut voordat er voldoende fotonen zijn vrijgekomen, zodat je weet waar ze vandaan komen.

• MRI is algemeen, PET is speciaal.

• Je kunt andere banen zichtbaar maken in PET (behalve radioactief zuurstof kun je ook andere stoffen inspuiten, bijv. fluoride).

• MRI kan in dezelfde sessie anatomische en functionele plaatjes geven.

Verschil EEG, MEG, fMRI en PET:

• EEG kan nauwkeurig een respons in tijd vastleggen.

• FMRI kun je het beste gebruiken om te kijken waar activiteit vandaan komt.

• Als je alleen EEG en MEG hebt en je wilt weten waar de activiteit vandaan komt gebruik je MEG, want MEG wordt niet verstoord door weefsel.

Verschillen, voordelen, nadelen en overeenkomsten zijn allemaal belangrijk.

• Locked-in patiënten: Je begrijpt alles maar je kunt zelf niet communiceren (gedrag, ogen knipperen, praten, schrijven enz.).

Oplossing?: In fMRI → denken dat je tennist (is ja), denken dat je tekent (is nee). Zo zouden ze kunnen antwoorden op vragen. Verschillende gebieden in de hersenen lichtten op. Ze hebben dus wel een soort bewustzijn.

• Leugendetectie is onzin. Met fMRI neem je grote oksels van activiteiten (miljoenen) waar. Daarop kun je nooit bepalen of iemand liegt.

• Spatial & temporale verschillen.

Schema: synaps → dendriet → neuron → layer → column → map → brein (spatiële resolutie).

How do we hear, speak and make music?

Net achter het gehoorkanaal zit het sensorische kanaal (erwt). Het evenwichtssysteem en horen zijn gebaseerd op dezelfde principes.

Sound waves

Een geluidsgolf is een verstoring die door een medium reist. Als de golf door de lucht gaat dan gaan de luchtmoleculen heen en weer. De verstoring reist dus en niet de individuele delen van het medium.

In een vacuüm ruimte is geen geluid, want er zijn te weinig moleculen om een golf te verspreiden.

Een golf zorgt ervoor dat het trommelvlies gaat trillen en dit wordt omgezet in een elektrisch signaal dat de hersenen binnengaat. De hersenen maken er dan perceptie van geluid van.

→ zonder een brein bestaat geluid niet.

Druk gaat weer omlaag.

Drukt tegen Ruimte komt vrij. Druk bouwt zich op deeltjes.

Harde geluiden → hebben een grote amplitude (praat op gewone snelheid).

Zachte geluiden → hebben een kleine amplitude (praat op gewone snelheid).

Ampitude (dB) bepaald hoe hard het geluid is.

Langzaam praten → de cyclus, periode van de golf wordt groter (normale toon).

→ low-frequency

Snel praten → de periode is kleiner (normale toon, high frequency).

Geluiden met 1 frequentie zijn pure tonen, maar de meeste tonen zijn complex en bestaan uit meerdere pure tonen.

→ Trillingen met verschillende amplitudes hebben een eigen frequentie.

Als je bijvoorbeeld in dat gebied waar de microfoon staat niks hoort (het is uitgevallen), dan hoor je muziek heel anders.

Anatomie van het auditorische systeem

• Het oor:

Pina = gehoorschelp/ ossicles = gehoorbeentjes / chochlea = slakkenhuis.

Buitenoor = gehoorschelp + gehoorkanaal.

Belangrijke elementen: gehoorschelp, gehoorbeentjes, slakkenhuis, trommelvlies, auditieve zenuw.

In het 'inner ear' worden geluiden versterkt, frequentie analyse en dan omgezet in een neuraal verhaal.

In de cochlea zit blauwe vloeistof.

Geluid zet het trommelvlies in beweging. Gehoorbeentjes (stijgbeugel drukt op ovale venster en ovale venster drukt op vloeistof) zetten de beweging om naar de blauwe vloeistof.

Gehoorbeentjes: Hamer, aambeeld, stijgbeugel.

→ Lever function: Hefboomfunctie, zetten zwakke trillingen om in sterke trillingen (kunnen het ook verzwakken).

→ Met een hefboom breng je een zware bal in beweging (idee van gehoorbeentjes).

• Cochlea (middenoor)

→ Is gevuld met vloeistof (endolymph).

Druk golven van het ovale venster worden via het basilair membraan naar het ronde raam gestuurd, die druk uitoefent.

--> het ovale raam wordt ingedrukt en het ronde raam naar buiten gedrukt, want de vloeistof moet ergens naartoe. Het basilair membraan verandert ook en drukt de vloeistof naar de ronde cortex.

Orgaan van corti: Gelegen in de cochlea, pikt vibraties van het basilair membraan door de haarcellen op.

--> Bestaat uit haarcellen en die drukken op tectoriale membraan (de haarcellen (cilia) vervormen/buigen zich).

--> depolarisatie en dan heb je een neuraal signaal.

Er zitten dakjes op de cilia. Als ze buigen gaan de dakjes een beetje omhoog en kunnen de kalium ionen naar binnen en die depolariseren de cel (wordt minder negatief).

Tentamen: weten hoe geluid door je oor gaat (achtereenvolgens kunnen benoemen).

De oorschelp ontvang geluidsgolven en stuurt ze naar de oorkanalenen dan naar het trommelvlies. Geluid zet het trommelvlies in beweging. Gehoorbeentjes (stijgbeugel drukt op ovale venster en ovale venster drukt op vloeistof) zetten de beweging om naar de blauwe vloeistof. De zwakke vibraties die over het grote oppervlakte van het trommelvlies gaan, worden getransformeerd naar sterkere vibraties over een kleiner gebied, het ovale venster. Om de vloeistof in beweging te zetten. (blz 26 aant).

Vibratie op het ovale venster leidt tot druk golven in de cochlea en die genereren neurale activiteit in de haarcellen.

Trommelvlies --> gehoorbeentjes --> ovaal venster --> vloeistof cochlea --> drukt op basilair membraan --> haarcellen --> dakjes cilia --> kalium.

Bijvoorbeeld: Linker oor --> Chochlea (LH & RH) --> olijfkern (informatie uit links en rechts binoraal) --> inferieur colliculus (RH) --> MGN (LH&RH) --> A1 (LH&RH).

Blz 318 Duidelijke schematische weergave!

Tonotopie

Tonotopisch representatie: Het basilair membraan zorgt voor tonotopische informatie van geluid. Het basilair membraan wijkt uit aan de hand van een frequentie (zo ontstaat tonotopische informatie).

Karakteristiek van frequentie: een golf bereikt z'n maximum op het basilair membraan op een bepaalde afstand van het ovale raam.

Het membraan beweegt als het ware als een piano. Alleen zijn de hoge tonen links en de lage tonen rechts op het membraan.

Loudness

Hoge tonen zijn dicht bij het ovale venster en lage tonen ver van het ovale venster. De toon bepaald welk neuron geactiveerd wordt. De frequentie (het aantal actiepotentialen bepaald dus hoe luid het geluid is. Veel actiepotentialen is een hard geluid en weinig is een zacht geluid.

Basilair membraan is tonotopisch georganiseerd.

Dus haarcellen op het basilair membraan encoderen de luidte van een bepaalde frequentie in geluid.

Wat gebeurt er met het gehoor als er water in het middenoor komt?

1. Het trommelvlies kan minder goed ingedrukt worden/bewegen (want er zit water). Normaal gaat het trommelvlies naar binnen, maar nu is het bijna een soort muur (het geluid wordt teruggekaatst).

2. Het ronde venster kan ook niet meer naar buiten toe.

Hieronder staat de activiteit van een enkelvoudige auditieve haarcel geplot. Over welke geluidseigenschap kun je zeker zijn gegeven deze karakteristiek. (5 msec is vijfduizendste van een seconde)

| || ||| |||| ||||| (dit duurt 5 msec)

Amplitude van de trilling wordt groter. De frequentie is idealiter constant en de sterkte van de trilling neemt toe. (De sterkte van het geluid neemt toe.) Je kijkt naar 1 haarcel en 1 haarcel is gevoelig voor een specifieke frequentie.

Iedere haarcel is specifiek gevoelig voor een bepaalde frequentie, maar voor frequenties een klein beetje er naast is hij ook gevoelig (tuning curve).

Auditory space

Hoe weten we waar geluid vandaan komt? Het auditief systeem lokaliseert geluid.

- Lokalisatie van geluid

• Tijdsverschil (horizontaal; localisatie mediale deel van olijfkern)

Omdat we 2 oren hebben is er een tijdsverschil waarop geluid bij de oren aankomt, dus weet je waar het geluid vandaan komt.

• Intensiteits verschil (horizontaal; localisatie laterale deel van olijfkern)

Het hoofd kan ook als schaduw werken. Hierdoor is er een verschil in intensiteit van het geluid.

• Reflectie in de oorschelp (verticaal)

De vorm van onze oorschelp onderscheidt geluid dat van boven en beneden komt.

--> Bij vervorming van de oorschelp (bijv. door een mal) heb je eerst geen localisatie vermogen meer, maar na een tijdje leer je dit weer.

Cocktail party effect: Je staat in een drukke ruimte maar kunt toch een stem van iemand uit het geroezemoes herkennen.

Auditory Pathways

De cochlear nucleus is het eerst station waar auditieve dingen binnen komen.

Rechts --> rechter cochlear (en links naar linker).

Kernen in de hersenstam: (zie blz 27 voor rijtje)

• Cochlear nucleus

• Superior olive: eerste plaats waar de signalen van beide oren samen komen en gekoppeld worden.

Dan gaat de geluidsinformatie naar:

• Inferieur colliculus: betrokken bij oriënteren van bewegingen naar geluid.

& via de mediale geniculate nucleus (MGN) van de thalamus naar A1 waar het gaat om geluidsperceptie (dus 'wat hoor ik?').

Een unilaterale beschadiging van de inferieure colliculus of de MGN leidt niet tot doofheid in het oor, omdat het signaal in beide hemisferen aan komt.

De cochlear nucleus luistert maar naar 1 oor. Dus als je daar een lesie zou hebben dan ben je doof. Het andere pad luistert naar beide oren, dus als daarvan eentje uitgeschakeld wordt dan kun je altijd nog horen. Je hebt dan wel problemen met de localisatie van het geluid.

Typen van 'hearing loss'

1. Conductief: Problemen met oorgeleiding door middenoor (mechanisch defect).

Door bijvoorbeeld oorsmeer, extreem harde geluiden en een infectie die het middenoor met vloeistof vult.

2. Sensorineural: Schade aan de structuur in het binnenoor, die haarcellen beschadigd of de auditorisch zenuw (transductive of perifeer defect).

Door bijvoorbeeld extreem harde geluiden die Orgaan van Corti beschadigen, (ototoxic) drugs, ouder worden, tumor.

3. Centraal: Schade aan auditorische paden 'upstream' van de cochlea (centraal zenuwstelsel defect).

Alle sensorische informatie gaat eerst via de thalamus.

A1 --> eerste corticale station voor auditieve verwerking.

Centrum --> meer mediaal (zie plaatje)

Links/rechts --> meer buitenzijde

Tonotopische representatie: Geluiden naast elkaar met dezelfde frequentie liggen in A1 ook naast elkaar.

Zie 2e plaatje: elke kolom presenteert een bepaalde toonhoogte. A1 --> A2 (representatie van fonemen 'pa', 'ma') en A2 --> A3 (wernicke gebied) deze produceert geluiden van echte woorden.

Insula: Gelokaliseerd in de laterale fissure. Heeft multifunctioneel weefsel dat in verband staat met taal, perceptie van smaak en neurale structuren voor sociale cognitie.

Wernicke maakt van bijvoorbeeld het woord 'appel' een beeld. Het zorgt dus voor verbale associatie --> visueel begrip auditief begrip. De somatosensorische gebieden (bijvoorbeeld voelen van een appel) projecteren ook naar Wernicke (voelen).

Welke symptomen zou u verwachten in een persoon bij wie recentelijk een laesie is ontstaan in de primaire auditieve schors (unilateraal)?

Iemand hoort minder goed aan 1 oor.

Lesie in A1 (of V1) welke symptomen zijn er?: Lesie in V1 is je rechter visuele veld blind (je mist dus een half visueel veld). Ernstiger dan lesie A1. Bij A1 ben je niet doof. Wel problemen met localisatie van geluiden.

Hoe verhoudt de ernst van deze symptomen zich tot de effecten ten gevolge van een laesie in de primaire visuele schors (unilateraal)?

V1 (visuele schors) is erger dan een lesie bij A1, want bij A1 ben je niet doof en bij V1 ben je wel een beetje blind.

Taal

• Gebied van Wernicke is betrokken bij verbaal begrijpen taal.

• Gebied van Broca is betrokken bij verbale expressie (het praten/ de productie van geluid).

--> Zend signalen naar het gezichtsgebied van de motor cortex. Daar zit de tong gerepresenteerd en het gezichtsgebied stuurt de kaakspieren aan.

--> Meest frustrerend.

• Afasie

Lesies in wernicke of broca veroorzaken afasie (problemen met praten of begrijpen van taal).

- LH Broca --> verward spreken, wel taalbegrip.

- LH Wernicke --> geen taalbegrip, praat onzin, maar kunnen de woorden wel gewoon uitspreken.

• 1) passief luisteren naar geluidsuitbarstingen activeert A1.

2) Luisteren naar woorden activeert het posterieure spraakgebied, inclusief gebied van Wernicke.

3) Het maken van een fonetisch onderscheid activeert het frontale gebied inclusief het gebied van Broca.

• 1)Passief luisteren naar geluidsuitbarstingen activeert Heschl's gyrus.

2)Luisteren naar melodieën activeert A2.

3)Het oordelen van de hoogte van 2 noten van een melodie activeert de rechter frontaalkwab.

• Volgorde van gebieden die gebruikt worden wanneer een persoon gevraagd wordt de naam van een vriend te noemen wiens gezicht hij herkent.

Netvlies (retina) → optisch chiasma → LGN (thalamus (niet corticaal gebied)) → V1 → V2 → V3 → V4 → (inferieure temporale cortex; it) ventrale pad (hier is de gezichtsherkenning) → Wernicke (gezicht met iets associëren) → Broca → motorische cortex

Herkenning gezicht → wernicke

Uitspreken naam → Broca

Spreken zelf → motorische cortex

prosopagnosia: moeite met gezichtsherkenning

Hippocampus speelt ook een rol, want je hebt vast wel ergens opgeslagen dat je die persoon kent.

Balans

Het evenwichtsorgaan zit naast het gehoororgaan (cochlea).

Het vestibulair systeem regelt de positie en beweging van het hoofd. Het geeft ons een gevoel van balans en helpt ons om bewegingen te coördineren en een goede houding aan te nemen.

Het vestibulair systeem bevat:

• Half cirkelvormige kanalen

Detecteren rotatie/draaien.

De kanalen werken op dezelfde manier als het auditief systeem.

Als het hoofd draait dan drukt de vloeistof (endolymph) in de kanalen tegen de deur (cupula). In de cupula liggen de haarcellen (en dus ook de cilia). Als de deur gaat buigen dan buigt de haarcel ook --> kapjes gaan daardoor open en K+ kan naar binnen.

De richting waarin de cilia buigen bepaald welke kant je hoofd op draait. Op de cilia liggen steentjes.

--> Als je blijft ronddraaien neemt de druk af, want de vloeistof komt ook in beweging en draait op een gegeven moment zo hard als de kanalen zelf en drukt dus niet meer zo hard op dat deurtje. Als je dan ineens weer stil staat wil de vloeistof door gaan en gaat het deurtje de andere kant op, dus krijg je weer een gevoel van rotatie maar dan in de andere richting.

• Otoliet organen

Detecteren verplaatsing en richting van de zwaartekracht.

Ze zijn nodig om 2 verschillende typen bewegingen te coördineren. Als deze verstoord zijn dan heb je een evenwichtsprobleem.

--> Bevat haarcellen die in een gelatine-actige substantie liggen die bepaalde steentjes bevat (otoconia). Als je je hoofd optilt dan drukt de gelatine en otoconia tegen de haarcellen. Er komt dan een depolarisatie als de haren buigen.

Bijvoorbeeld: je beweegt je hoofd en probeert tekst te lezen, dan kun je het wel lezen (je houdt het beeld scherp. Als je echter het blaadje beweegt en dan probeert te lezen lukt dat niet. Je hebt namelijk geen scherp beeld meer.

--> Wat gebeurt er als je hier gaat versnellen?

De steentjes zijn zwaarder dan de haren. Als je (naar voren) wil versnellen, willen de stenen op hun plek blijven en gaan de haartjes, cilia buigen. Deze staan horizontaal.

--> Als ze verticaal staan dan detecteren ze zwaartekracht. De zwaartekracht trekt aan de steentjes, dus de haartjes zijn altijd gebogen.

--> In de ruimte is de zwaartekracht anders. De zwaartekracht trekt niet meer aan de steentjes dus de haartjes buigen niet meer. Daardoor wordt een astronaut in het begin misselijk.

Supplementary speech area: spraakproductie gebied in het dorsale oppervlakte van de linker frontaal kwab.

PET: Imaging techniek die veranderingen in het bloed detecteert door veranderingen in de opname van zuurstof (oxygen) en glucose te meten.

Hoe zet het zenuwstelsel stimuli om in beweging?

Hiërarchische controle van beweging

Spieren worden aangestuurd door middel van een actiepotentiaal. Neurale commando's (van AP) gaan naar de spieren --> gewrichten draaien --> hand verplaatst zich en het doel wordt bereikt.

Beweging maken:

1. Visuele informatie ziet het doel.
2. De parietale cortex ontvangt informatie van de visuele cortex (dorsale pad) en vertelt waar de hand is ten opzichte van het lichaam.
3. De motorische gebieden in de frontaalkwab plannen het reiken en commanderen van de beweging.
4. Motorneuronen in het ruggemerg brengen informatie naar de spieren.
5. Herstenstam verzekert een stabiele houding tijdens het reiken naar het object.
6. Sensorische receptoren op de vingers signaleren dat je het object hebt gepakt.
7. De parietale cortex ontvangt een boodschap van de sensorische receptoren op de vinger dat het object gepakt is.

Mensen met schade aan M1 hebben moeite met hun vingers in de goede vorm te zetten zodat ze het object kunnen pakken.

Frontaal cortex zorgt voor plannen, coördineren, precieze bewegingen uitvoeren. De premotor cortex voert het plan van de frontaal cortex dan uit. De bewegingen zelf worden uitgevoerd door M1.

Autisme: Cognitieve stoornis met een paar symptomen, inclusief een slechte sociale interactie, weinig interesse in dingen, abnormaal in taal en communicatie en vaste, herhaalde bewegingen.

Stoornissen als je ruggenmerg niet meer werkt:

• Paraplegia: Verlamming en verlies van sensatie in benen en onderkant van je lichaam (lower cut).
• Quadriplegia: Verlamming en verlies van sensatie in armen en benen (higher cut).

Scratch reflex: Automatische respons waardoor het achterste lidmaat (poot van hond) rijkt naar het hoofd om de stimulus van het lichaam te verwijderen.

Organisatie van het motorische systeem

Primaire motorische cortex (M1)

M1 zorgt voor een actiepotentiaal vanuit andere gebieden naar het ruggenmerg.

--> somatotopisch (lichaamsschema gerepresenteerd in de primaire motorische cortex --> homunculus).

--> contralaterale topografische organisatie.

De grootte van de map zegt hoe fijn de motoriek is en is plastisch. Als je nieuwe dingen leert past hij zich aan.

Mediaal --> aansturen benen/schouder/schouder/heup

Lateraal --> hoofd/tong /vinger/hand/knie/tenen

Corticospinale banen:

• Laterale baan

- Moeten ontwikkelt worden na de geboorte, want een baby kan niet ineens lopen.

- Gaat met vezels in de richting van de hersenstam, maar activeert ook neuronen aan de andere kant van het ruggemerg.

- Kruisen bij de 'pyramidal decussation' in de medulla en projecteren naar laterale neuronen in de ventrale 'horn'.

• Ventrale baan

Blijft ongekruist tot aan ruggenmerg (dus kruist daar pas). In het ruggenmerg maakt het contact met mediale neuronen van beide kanten. Hierdoor kunnen ze proximale (dichtbij) spieren en de houding besturen. Zoals schouders/rug.

Achter --> dorsaal

Voorkant --> ventraal

Wat zou er gebeuren als u met een elektrode de ventrale hoorn van een ruggenmerg segment (op het niveau van de arm en hand) stimuleerde. Je stuurt dus een stroompje naar binnen.

Je voelt dan je arm en hand. Die gaan bewegen. Je brengt die motorneuronen daardoor op een drempel en dan krijg je een activatie van die spieren waar die motorneuronen zitten.

Wat zou er gebeuren als u de elektrode langs de mediale-lateral as zou bewegen (van motorpoel naar motorpoel).

Motorneuronen liggen in laterale hoorn. Motorneuronen gaan van mediaal naar lateraal. Spieren van romp naar armen gaan bewegen. → Somatotopische organisatie. (zie getekende verduidelijking bij vragen)

Verzin een experiment dat vaststelt of een motorisch neuron in de cortex codeert voor schouderrotatie of handtranslatie.

Alleen je hand van onder naar boven bewegen en je schouder stil houden (fixeren). En kijken of het neuron dan gevoel is als je hand transleert (van boven naar beneden beweegt). Als het voor rotatie gevoelig is moet je kijken wat er gebeurt als je je schouder laat roteren en verder je arm stil houdt.

Bedenk ook een experiment om vast te stellen of een neuron codeert voor snelheid of kracht.

• Kracht: Een gewicht met de rechterhand naar links schuiven. Het gewicht is in de ene conditie 1kg en in de andere 0.1 kg. Je kijkt dan naar hoeveel actiepotentialen er bij welk gewicht zijn (of er verschil is en wat voor verschil).
• Snelheid: Dezelfde beweging met 1 kg en de ene keer de beweging snel doen en de andere keer langzaam. En dan kijk je waar de neurale activiteit het meest mee in overeenkomst is.

Motor neuronen

De corticospinale baan stuurt synapsen via interneuronen op motorneuronen. Die zitten in het ventrale gebied van de grijze massa van het ruggenmerg.

Motor neuron pool: Alle motorneuronen die invloed hebben op dezelfde spier liggen samen in groepen 'rodshaped clusters' die parallel lopen.

--> somatotopische organisatie

De axon terminal laat op het eindplaatje een chemische transmitter (acetylcholine) vrij (zie plaatje). Die maakt zich vast aan transmitter-gevoelige kanalen op het eindplaatje en opent ze.

ACh-gevoelige kanalen laten Na+ naar binnen en K+ naar buiten.

--> depolarisatie op het eindplaatje.

Dit activeert de voltage-gevoelige Na+ kanalen die een actiepotentiaal op de spier veroorzaken.

--> De spiervezels contracteren.

De neurale code van M1

Wat kan een neuron coderen in M1?

Veronderstellingen: (weten nog niet wat het is).

• Ze zouden kracht kunnen coderen die je nodig hebt om iets te verplaatsen (en niet de richting van de beweging maar de kracht).(bijv. gewicht verschuiven 1tje zwaarder dan andere).

• Ze zouden richting kunnen coderen, dus ze coderen als je de richting varieert. (bijv. gewicht van dezelfde kracht in andere richting schuiven).

M1 beslist of je de beweging gaat uitvoeren.

Beweging initiëren (basale ganglia)

Basale ganglia bestaan uit:

• Nucleus cadatus
• Putamen
• Globus pallidus (Bleke kern/GPe= externus; GPi = internus)
• Substantia nigra (zwarte substantie)
• Nucleus subthalamicus (ligt onder thalamus sub=onder)

De basale ganglia zorgen voor het uitvoeren van de beweging (begint en stopt het) --> caudate nucleus)

Directe pad

Normale situatie: inhibitie thalamus (door GPi/ rode pijl).

Als Putamen en de caudate nucleus (CN) input krijgen van de cortex gaan ze GPi inhiberen. GPi gaat dan de thalamus inhiberen.

De thalamus moet een signaal naar M1 sturen. Putamen en substantia nigra/caudate nucleus (?) worden geactiveerd door M1 (die bepalen de inhibitie van GPi). Putamen en substantie nigra/caudate nucleus (?) worden dus actief en inhiberen GPi. Doordat de M1 en substantia nigra de putamen activeren, gaat de putamen de Gpi inhiberen. Als GPi geinhibeerd wordt dan wordt de thalamus niet meer geinhibeerd en kan die de motor cortex het bewegingsplan sturen. De motor cortex kan dan z'n signalen naar het ruggenmerg sturen.

Parkinson: Pad naar putamen en substantia nigra werkt niet goed. Dus geen inhibitie van Gpi en juist wel van de thalamus. Ze kunnen de bewegingen dan niet meer beginnen/stoppen (onder controle houden).

- Hyperkinetische symptomen: Symptoom van hersenbeschadiging waardoor je onvrijwillig bewegingen gaat maken (Tourette's syndroom).

- Hypokinetische symptomen: Symptoom van hersenbeschadiging waardoor je een gebrek aan beweging hebt (parkinson).

Indirect pad

Normaal inhibeert de GPe de subthalamic nucleus (STN). Dit wordt opgeheven door putamen. De actieve Putamen exciteert en hierdoor wordt GPe geinhibeert en (exciteert STN) de GPi wordt actief. Dit leidt tot meer inhibitie van de thalamus en stopt het doorgeven van motorinformatie naar de cortex of zegt dat er meer kracht nodig is om de beweging te starten.

Huntington: Er is te weinig inhibitie van de thalamus door Gpi waardoor er spontane bewegingen worden gemaakt, die kunnen ze niet tegenhouden. (chorea). Bijv. voet beweegt ineens.

Cerebellum

Cerebellum heeft 3 kwabben:

• Posterieur kwab
• anterieur kwab
• flocculus kwab.

Het heeft 4 belangrijke kernen. De groeven (folia) gaan parallel en zijn kleiner dan in de cerebrale cortex. --> Heeft een humoculaire ipsilaterale representatie (homunculus).

--> ipsiaal: links --> linker cerebellum en rechts --> rechter cerebellum.

Verticaal gezien wordt het cerebellum in 3 gebieden opgedeeld.

• V

  Medial cerebellum

  ermis (worm)

   

• Intermediate cerebellum

• Lateral cerebellum

Deze subgebieden zenden hun output naar verschillende diepe cerebellar nuclei.

Functie: helpt error te herstellen. Het verbetert de motorische vaardigheden door de bewegingen aan te passen.

Als je door een bril bijvoorbeeld niet in de roos kunt gooien bij darten. Je cerebellum corrigeert dit dan. Als je hier een lesie hebt dan wordt er niks meer gecorrigeerd.

Het cerebellum krijgt een kopie van het signaal naar het ruggenmerg. De kopie reflecteert de bedoelde beweging. Het cerebellum vergelijkt dit met de gemaakte beweging en stuurt dan een signaal via de thalamus naar M1. M1 weet dan hoe hij de volgende keer de beweging uit moet voeren.

Dus vergelijkt gemaakte beweging met bedoelde beweging.

Het neurale systeem voor motorische controle is hiërarchisch georganiseerd.

Corticale motorische gebieden kunnen het ruggenmerg direct en door systemen in de hersenstam beïnvloeden.

De basale ganglia en het cerebellum beïnvloeden de cortex via neuronen in de thalamus.

Als de dokter met een hamertje slaat op de pees die over de knie loopt schiet het onderbeen naar voren. Wat is de neurale basis van deze kniereflex?

Neurale basis: Sensorisch neuron dat meteen overschakelt op een motorneuron (monosynaptisch reflex).

Je slaat op de pees, dan worden de spierspoeltjes geactiveerd door dat er in het ruggenmerg er via 1 neuron de motorneuron wordt aangespannen. De neuronen die de verandering in spierlengtes voelen komt binnen bij het ruggenmerg, ze zitten in de dorsale hoorn. Zo'n neuron kan direct door projecteren naar een motorneuron.

Beschrijf de overeenkomsten in de organisatie van de somatosensorische en visuele systemen.

Overeenkomsten:

• Beide een contralaterale representatie (overkruising)
• Nemen allebei stimuli van externe milieu op
• Verschillende typen gespecialiseerde receptoren (visueel systeem → staafjes/kegeltjes)
• (gaan beide door thalamus), topografisch
• hiërarchische verwerkingsniveaus (V1, V2 enz. De verwerking wordt dus steeds complexer).
• De vingers zijn de fovea van het somatosensorisch systeem. Fovea heeft kleine receptieve velden, net als vingers. In retinale periferie zijn de receptieve velden groter net als op je rug.
• Center surround organisatie (bij motorisch) heb je ook in somatosensorisch systeem → drukverschillen. (minder belangrijk)
• Kolom organisatie. V1 werkt met hyper kolommen (minder belangrijk).

Hyper kolom (belangrijk!): analyseert informatie ergens in het visuele veld. Zie uitlegtekening bij vragen op blaadje. Je hebt heel veel hyperkolommen (per receptief veld 1). Alle hyperkolommen betrokken bij rechter visuele veld liggen in linker V1. Ze detecteren allen randen enzo (heet ook wel unit).

Leg uit waarom u zichzelf niet kunt kietelen.

De stimulatie zelf is niet hetgeen wat zo erg 'kietelt' maar het voorspelbare of onvoorspelbare speelt de grootste rol in de kietel perceptie.

Als je jezelf kietelt zend de cortex een commando om de beweging te produceren, maar tegelijkertijd zend het ook een signaal naar de cerebellum om de geassocieerde sensorische stimulatie (efferente kopie) , geproduceerd door de beweging, te negeren. De sensatie die geproduceerd wordt door de beweging is dus voorspelbaar en kietelt het niet zo erg.

Door efferente kopie weet je dat je jezelf gaat kietelen. Het systeem kan de consequenties van het kietelen (je motorische reactie) voorspellen. Dus dan kun je ook zeggen dat je de consequenties van het kietelen gaat afzwakken. Het cerebellum is hierbij betrokken (maar ook andere delen van de hersenen).

Je gebruikt efferente kopie signalen die de consequenties van de aanraking voorspellen.

Een laesie van de supplementaire motor cortex (SMA) verstoort het reiken om obstakels heen. Kunt u uitleggen waarom?

(Als SMA geactiveerd wordt dan maak je een complexe beweging. Het reiken om obstakels heen is ook een complexe beweging en als je dus een storing hebt in het SMA dan gaat dit minder goed.)

Als je ergens heen beweegt dan plan je dat als een serie van bewegingen (eerst hierheen dan daarheen). SMA is betrokken bij het plannen van sequenties van bewegingen.

Somatosensorische systeem

Het somatosensorische systeem geeft informatie over sensaties van het lichaam door gebruik te maken van:

• Nociceptors (perceptie van temperatuur en pijn)

→

Lange axonen + myeline

Langzame adaptatie

• Haptic receptors (druk en aanraking)

→ Langzame en snelle adaptatie

• Proprioceptors (lichaamsstand in de ruimte (arm gestrekt of gebogen?)).

→ snelle adaptatie

→ kleine axonen en geen myeline.

Somatosensorische receptoren vertellen ons twee dingen over een sensorische gebeurtenis:

1. Wanneer de gebeurtenis ontstaat,

→ rapidly adapting receptors

2. Of de gebeurtenis nog steeds voorkomt (bezig is).

→ slowly adapting receptors

Spinal reflex: Somatosensorische signalen bemiddelen reflexen in het ruggenmerg. Het signaal verbind een motor neuron door 1 synaps die reageert door het zenden van een signaal om de spier te contracteren (monosynaptisch reflex).

Somatosensorische paden naar het brein

Als de axonen van de somatosensorische neuronen het ruggenmerg binnenkomen dan splitsen ze zich op in 2 verschillende paden. De haptic-proprioceptive axonen stijgen naar het ruggenmerg ipsilateraal (zelfde kant van het lichaam waar ze binnenkomen) terwijl de nocioceptive vezels de controlaterale zijde van het ruggenmerg kruisen voordat ze naar het brein gaan.

Twee routes: (blz 374)

Haptic-proprioceptieve axonen

• Zijn gelokaliseerd in het dorsale gedeelte van het ruggenmerg en vormen de dorsal spinothalamic baan.
• De synapsen van deze axonen in de dorsale-column nuclei zijn gelokaliseerd aan de basis van het brein. Daarna kruisen ze over naar de andere kant van de hersenstam en gaan daar omhoog (medial lemniscus).
• De synapsen van die axonen zijn in de ventrolateral thalamus. Ze zenden hun axonen naar de somatosensorische cortex en sommige naar de motor cortex.

3 neuronen dragen haptic-proprioceptieve informatie naar het brein:

• Dorsal-root ganglia neuronen
• Dorsal-column nuclei neuronen
• Thalamic neuronen

Nocioceptieve axonen

• Andere route naar het brein dan haptic-proprioceptieve axonen.
• Ze 'synapsen' met neuronen in het dorsale deel van de grijze massa in het ruggenmerg.
• Die neuronen zenden hun axonen dan naar het ventrale deel van de andere kant van het ruggenmerg waar ze de ventral spinothalamic tract vormen.
• Die gaat ook langs de medial lemniscus in de hersenstam en daarna naar de ventrolaterale thalamus.

3 neuronen dragen nocioceptieve informatie naar het brein:

• Dorsal-root neuronen
• Spinal-cord gray-matter neuronen
• Ventrolateral thalamic neuronen

!Notitie: De haptic-proprioceptieve en nocioceptieve paden komen beide in het ruggenmerg binnen, dan scheiden ze in het ruggenmerg en in de hersenstam komen ze weer samen.

Dendrieten dragen sensorische informatie naar de neuronen net buiten het ruggenmerg in de 'dorsal root ganglia'. Neuronen in de dorsale 'horn' ontvangen sensorische informatie. (Motor)neuronen in de ventrale 'horn' stimuleren de spieren.

Sensorische informatie stijgt naar de somatosensorische cortex door het dorsal column-medial lemniscal pad.

→ Haptische-proprioceptieve informatie kruist bij de medulla.

→ Nociceptive informatie in de dorsale column.

Dus schade aan het ruggenmerg veroorzaakt een gescheiden verlies van sensoriek aan beide kanten van het lichaam.

Primaire Somatosensorische Cortex (S1)

S1 bestaat uit Brodmann's area 3-1-2. Het is gelokaliseerd in de postcentrale gyrus (rechts achter de centrale fisuur).

→ aangrenzend aan M1 gelokaliseerd.

→ bevat meerdere representaties van lichaamsdelen (contralaterale representatie; links → RH; rechts → LH).

→ Contralaterale homunculus 4x (zie plaatje).

Secundaire Somatosensorische Cortex (S2)

S2 speelt een belangrijke rol in het bevestigen welke bewegingen al plaats gevonden hebben en welke bewegingen je moet maken.

S1 projecteert op Brodmann's area 40, die een secondaire somatosensorische representatie bevat. Hiermee kun je de vorm en textuur van objecten herkennen door aanraking.

Brodmann's area's 5 en 7 (S2) zijn parietale associatie gebieden.

→ Integreren somatosensorische informatie met spatiële informatie van de dorsale stroom, dus integreren aanraking en zicht.

Gewrichtshoeken 'hoe staat m'n elleboog?'

Als je een mok wil pakken vergelijken de parietale associatie gebieden het visuele gevoel van waar het object is (dorsaal) met het proprioceptieve gevoel van waar de hand is. Ze zenden die informatie naar prefrontale gebieden die het reiken plannen. Die zenden hun informatie naar M1 om beweging commando's naar het ruggenmerg te zenden.

Schade aan S2: Het onderbreekt de plannen om een beweging te maken niet, maar hoe je de beweging moet maken weet je niet.

Apraxia: Niet in staat zijn om vrijwillige bewegingen (als je niet verlamd bent of een andere afwijking hebt) te maken. Vooral een onvermogen om een object goed te gebruiken.

Hoe kan een intact S2 bijdragen aan de organisatie van beweging?

Visuele informatie beinvloedt beweging door de dorsale en ventrale paden. De dorsale stroom (onbewust) geeft zicht zodat je actie kunt ondernemen (onze hand neemt automatisch die vorm aan zodat we een kopje op kunnen pakken). De ventrale stroom (bewust) zorgt dat je weet welk object je ziet.

Visuele informatie is geïntegreerd met somatosensorische informatie om bewegingen te produceren die goed gevormd zijn en weten waar het doel is.

Premotorische cortex

Is betrokken bij het voorbereiden van beweging. Bestaat uit 2 gebieden:

• Supplementary motor area (SMA)

Vinger voor vinger bewegen (sequentie beweging, bijv. piano spelen).

• Lateral premotor area

Bijvoorbeeld om de beurt met alle vingers de duim aanraken.

Vestibulair systeem en balans

Vestibulair systeem: Een reeks receptoren in het middenoor die 'zeggen' wat je positie en beweging van je hoofd is. Zie blz 30 van de samenvatting.

Welke neurologische processen veroorzaken emotie en motivatie?

Oorzaken van gedrag

Emoties en motivaties zijn toestanden die we aannemen dat ze bestaan.

• Neuronanatomie van emotie en motivatie

  • Hypothalamus

→ Betrokken bij de productie van 'lysing hormonen'

• Limbisch systeem

→ Betrokken bij emoties

• Frontale kwabben

→ Spelen een belangrijke rol bij emoties en motivatie.

• Emotie: Het is een cognitieve interpretatie van de subjectieve gevoelens (onvolledige definitie).

• Motivatie: Doelgericht gedrag en gedrag dat over het algemeen zinvol is.

Drives en gedrag

Drive: hypothetische toestand die aangeeft dat een organisme gemotiveerd is om een bepaald gedrag te vertonen.

→ Neiging dat als er een bepaalde stimulus is om bepaald gedrag te vertonen.

→ Gaat niet alleen over biologische behoeften maar gaat over het gedrag in het algemeen.

Bijvoorbeeld het gedrag van een kat:

1. De respons op een bepaalde stimulus is niet elke keer hetzelfde.

2. De sterkte van het gedrag verandert ook. Soms stimuleert speelgoed bijvoorbeeld wel het gedrag van de kat en soms niet.

3. De kat maakt niet alleen bewegingen die hem in biologische behoeften voorzien (eten, drinken, slapen), maar ook in gedrag dat niet zo nodig is (spelen, ontdekken).

Hoe ontstaan die verschillende vormen van gedrag?

Een energie van binnen zou dit moeten aansturen (drive & instinct). Dieren vertonen verschillende gedragingen dus blijkbaar hebben we veel verschillende drives.

'Flush model':

• Zegt dat als gedrag eenmaal gestart is dat het zo lang zal duren totdat de energie in het reservoir weg is.

• Het neemt ook aan dat er gescheiden opslag is van energie voor verschillend gedrag.

Bijvoorbeeld een kat heeft de drive om te doden maar ook om te spelen. Als hij gaat spelen verlaagd dit niet de energie om te doden.

Neurale circuits en gedrag

Onderzoekers zijn nooit in staat geweest om drives en brein activiteit te verbinden. Ze hebben wel gevonden dat een verandering in gedrag correleert met veranderingen in hormonen en celactiviteit.

Bijvoorbeeld: Je castreert een haan, het testosteron gehalte daalt, neiging/motivatie om seks te hebben hangt af van de hoeveelheid testosteron (dus niet van de drive).

Sensorische deprivatie: Experimentele setting waar deelnemers beperkte sensorische input krijgen. De deelnemers hebben over het algemeen een lage tolerantie voor deprivatie en zouden hallucinaties kunnen krijgen.

→ Het brein moet blijkbaar input (stimulatie) hebben anders worden we gek.

Een reden dat we gedrag vertonen is om ons brein te stimuleren. Als er geen stimulatie is dan gaat het brein die stimulatie zoeken.

Hebb & Heron gingen dus mensen depriveren. Door te depriveren wilden ze er achter komen wat de functie van een systeem is.

Bijvoorbeeld het depriveren van slaap (je slaapt dus niet) en je kunt de dag erna wel goed functioneren. De avond er na slaap je langer en dieper (dus ander gedrag). Er wordt dus iets ingehaald (rebound) en dat betekent dat slaap een bepaalde functie heeft.

De activiteit van neuronen is dus verantwoordelijk voor gedrag en niet een verstopt energie reservoir zoals de drive theoretici dachten. De voornaamste reden waarom een bepaalde gedachte, gevoel of actie ontstaat hangt af van wat er in de brein circuits gebeurt.

Nature of behavior (why cats kill birds)

Het is een natuurlijke neiging van de kat om achter een muis aan te gaan als hij die ziet.

→ Deze neiging is aangeboren.

→ Jonge katjes hebben er moeite mee, maar gedurende ze ouder worden leren ze hoe ze de muis aan moeten vallen en gaat het steeds beter.

Waarom wordt het prooi-doden circuit actief als een kat geen honger heeft?

De kat vertoont pleasure-producing gedrag wat helpt te garanderen dat het geen honger heeft, maar het dus gewoon voor z'n plezier doet.

Biology, evolution and environment

• Evolutionaire invloed op gedrag

Een aantal van onze gedragingen zijn genetisch bepaald.

→ Het idee is dat bepaalde gedragingen van onze overovergrootvader, die toen bijdroegen zodat hij kon overleven in barre tijden, doorgegeven zijn in de evolutie.

Innate releasing mechanism (IRM) in cats: Activatoren die ingeboren zijn en reageren op stimuli zodat een dier kan overleven.

→ Mensen hebben dit ook. Baby's kunnen al gedrag nadoen als een volwassene gekke bekken trekken.

Evolutionaire psychologie: Er heeft natuurlijke selectie plaatsgevonden (gaat over gedrag van de mensen en ook bijv. de vorm van je snavel).

→ Er zijn bepaalde neurale circuits die gedragingen produceren. Mensen waarbij de circuits goed ontwikkelt zijn kunnen dat gedrag vertonen en die hadden een voordeel ten opzichte van de mensen die dat niet konden.

→ Een bepaalde stimulus triggert een soort stereotype actiepatroon (fixed action pattern). Ze zijn genetisch bepaald, maar worden ook gevormd door de omgeving.

• Andere invloed op gedrag

  • Leren en nieuwe ervaringen (bijvoorbeeld smaak afkeer).

Doordat je iets leert kan je motivatie veranderen. Als je een keer heel ziek bent geweest van pannenkoeken kun je daarna al misselijk worden van de geur. Het ziek worden is gekoppeld aan de geur van pannenkoeken (klassiek conditioneren).

→ Leerervaringen shapen je gedrag.

• Ontwikkeling

Structurele veranderingen maken ander gedrag mogelijk.

Hormonen, erfelijke aanleg en ontwikkeling maken gedrag dus mogelijk (sturen het).

• The chemical senses

  • Olifaction

We hebben moeite met het vinden van woorden om te beschrijven wat we ruiken. Het is moeilijk om verschillende geuren te onderscheiden → zicht en gehoor kan het wel.

→ Bepaald welke informatie bekend voorkomt (bijv. voedsel of een vriend?) of om een signaal zoals een potentiële partner te identificeren.

• Receptors for Smell (olfactory receptor) plaatje blz 398

→ Leven ongeveer 60 dagen.

→ een chemische receptor (10-20 cilia naar mucous layer ookwel olfactory mucosa).

→ Chemicaliën uit de lucht mengen met cilia.

→ Receptoren voelen het chemosignaal.

→ Metabotropische activatie op een specifiek G-proteïne → sodium (natrium) kanalen gaan open.

→ Membraanpotentiaal verandert.

Hoe kan een beperkt aantal receptoren ervoor zorgen dat we zoveel verschillende geuren kunnen ruiken?

Elke geur stimuleert een uniek patroon van receptoren en de opgesomde activiteit (of het patroon van de activiteit) zorgt voor onze perceptie van een bepaalde geur.

Er zijn veel meer receptoren in het olfactory systeem dan in het visuele systeem.

• Olfactory pathways

De olfactory receptor cellen projecteren naar de olfactory bulb en eindigen dan in bal- vormige bosjes van dendrieten (glomeruli). Daar vormen ze synapsen met de dendrieten van mitral cellen. Die cellen zenden hun axonen van de olfactory bulb naar gebieden in de voorhersenen (bijv. amygdala en pyriform cortex). Hoewel veel van de olfactory doelen geen verbinding door de thalamus hebben (zoals andere sensorische systemen), hebben ze toch een verbinding met de thalamus die naar de orbitofrontale cortex projecteert.

→ De orbitofrontale cortex speelt dus een centrale rol in de variëteit van emotioneel en sociaal gedrag (en eten).

• Accessory Olfactory System

Pheromes: biochemische stoffen die bij het ene dier vrij komen kunnen het gedrag van een ander dier beïnvloeden.

Dus een chemosignaal blijkt de corticale processen te beinvloeden ook al wordt een signaal niet continu gedetecteert.

→ De orbitofrontal cortex speelt dus een sleutelrol in het analyseren van pheromes in urine.

• Gustation

Er zijn verschillen in smaak tussen mensen en over leeftijd. Kinderen zijn gevoeliger voor smaak dan volwassenen en kunnen vaak niet tegen scherp eten, omdat ze meer smaakreceptoren hebben dan volwassenen.

→ Vanaf 20 jaar ben je 50% van je smaak receptoren verloren.

• Receptors for taste

Je hebt 5 verschillende typen smaakreceptoren:

• • Zoet, zout, zuur, bitter, glutamine (umami receptor).

  • Ze zijn opgeslagen in groepen in smaakgroepen. Elke groep bevat een paar receptor typen.

• Gustatory Pathways

- De zenuwen van de schedel 7,9 en 10 vormen samen de belangrijkste gustatory zenuw (de solitary baan).

- Het gustatory gebied zorgt voor smaak terwijl S1 hier ook voor zorgt en waarschijnlijk ook voor het lokaliseren van smaak op de tong.

- De gustatory cortex zend een projectie naar de orbital cortex in een gebied dichtbij de input van de olfactory cortex.

- De mix van olfactory en gustatory input in de orbital cortex geeft ons onze perceptie van aroma (flavor).

• Invloed uit de omgeving op gedrag

Sommige gebeurtenissen zorgen voor een beloning en anderen als reinforcers (bekrachtiger; operant conditioneren, welke gebeurtenis dan ook die gedrag uitlokt).

→ Skinner-box.

→ Skinner zei dat vrije wil een illusie is, omdat gedrag niet door ons gecontroleerd wordt maar door de omgeving onder invloed van ervaring.

Neuroanatomie van gemotiveerd gedrag

• Homeostatisch mechanisme

Homeostase: proces dat ervoor zorgt dat bepaalde lichaamsfuncties binnen een bepaalde kleine waarde van uiterste waarden wordt gehouden (soort thermostaat).

• Hypothalamus: verantwoordelijk voor de hormoonhuishouding.

Bijvoorbeeld door de pil kun je teveel aan progesteron hebben. Daardoor kun je bijwerkingen krijgen. Door teveel testosteron kun je agressief zijn of vrouwen kunnen haargroei in het gezicht krijgen.

• Limbisch systeem

  Projecteren beide naar de hypothalamus.

   

• Frontale kwabben.

• Regulatory and Nonregulatory behavior

  • Regulatory behavior

    • Gedrag wat noodzakelijk is om te voldoen aan de basisbehoefte van een organisme.

    • Die gedragingen worden gecontroleerd via een homeostatisch principe (hypothalamus).

→ De hersenen zetten je aan tot eten.

→ Wast elimination = elimineren van afval producten.

• Bijvoorbeeld: regulatie van temperatuur, water drinken en eten, zout consumptie, slapen, hormonale processen enz.

• Eetgedrag: als je niet eet heb je honger, je gaat eten, je krijgt glucose in je bloed, de ventromediale hypothalamus wordt actief (kern in hypothalamus; ligt mediaal), hij geeft aan dat je kunt stoppen met eten (verzadigingssignaal), de glucose neemt weer af, verlaging glucose in het bloed, laterale hypothalamus wordt geactiveerd, honger (negatieve feedback loop).

• Set-point: Constant houden van condities in het lichaam en brein. Je blijft rond een bepaalde waarde (set-point).

→ Correcties door negatieve feedback loop.

Controle van de hypothalamus circuits regulatorische functie:

De hypothalamus bevat allerlei kernen en banen die hem verbindt met de voorhersenen (medial forebrain bundle).

→ Verbindt de structuren in de hersenstam met delen van het limbisch systeem, basale ganglia en frontale cortex.

→ Er is een verbinding die dopamine bevat en betrokken is bij beloning. Die circuits dragen bij aan motivatie.

In de hypothalamus zitten een aantal circuits die je experimenteel kunt benaderen. Je kunt een elektrode implanteren in de hypothalamus bij een rat. Als je de stimulator aan zet dan gaat de rat graven.

→ Door elektrisch stimuleren kun je dus bepaalde gedragingen opwekken.

• Nonregulatory behavior

  • Het gaat niet om de basisbehoeften van organismen.

  • Wordt niet gecontroleerd door homeostatische mechanismen.

  • Frontale kwabben hebben meer invloed dan de hypothalamus.

  • Wordt sterk beïnvloedt door externe stimuli (seksueel gedrag, ouderschap, bepaalde dingen lekkerder vinden dan andere dingen enz.).

Controle van nonregulatory gedrag:

• Ventromediale hypothalamus

→ Verantwoordelijk voor een bepaalde karakteristieke houding die vrouwelijke ratten aannemen tijdens seks (lordosis). Als vrouwen die houding aannemen lokt het bij de mannen een bepaald gedrag uit.

• Preoptisch gebied van de mediale hypothalamus

Verantwoordelijk voor seksueel gedrag bij de man.

• Amygdala

Motivatie speelt een rol. Zin hebben in seks.

Hoe beïnvloeden hormonen het gedrag?

Periode waar estradiol het hoogst is. De pil zorgt ervoor dat je niet vruchtbaar bent. Vergelijking gebruik van de pil en gebruik condoom: vrouwen die de pil gebruiken hebben minder neiging tot heteroseksueel gedrag.

In het plaatje zie je een dendriet van een pyramide cel. De hoeveelheid dendritic spines geeft aan hoe vruchtbaar een vrouw is. Veel dendrieten betekent veel oestrogeen. Een vrouwtjes rat heeft dus een ander functionerend brein → veel meer mogelijkheden met synaptische contacten.

Melkafgifte: stimulus (baby), dit bereikt de hypothalamus en dan de mammary glands (melkklieren). Zonder kindergerelateerde stimuli is er geen melk. Angst heeft een remmend effect op de melkafgifte.

Conclusie: Omgevingsfactoren hebben dus effect op hormoonafgifte.

Control of Regulatory behavior:

• Controlling Eating

  • Digestive system

Mond, maag, darm, galblaas, alvleesklier en anus.

→ Verantwoordelijk voor eten.

Bestaat uit 3 typen voedingsmiddelen:

• Lipiden (vetten)

• Aminozuren (bouwblokken van proteïnen)

• Glucose (suiker)

• Hypothalamus

Twee structuren in de hypothalamus zijn betrokken bij de regulatie van eetgedrag:

• laterale hypothalamus

Aphagia: Organismen willen niet meer eten/drinken.

→ Beschadiging van laterale hypothalamus leidt tot ernstige eetproblemen.

• Ventromediale hypothalamus & de paraventricular nucleus van de hypothalamus

Hyperphagia: organismen eten te veel.

• Dynamische fase en statische fase

Het setpoint (ingestelde waarde waarop de rat z'n lichaamsgewicht constant houdt) van de rat met de lesie is verhoogt/verschoven.

Bij de dynamische fase verhoogt het setpoint en bij de statische fase is het weer ongeveer stabiel (rond het setpoint).

• Eetstoornissen:

  • Obesitas: je bent te dik

  • Anorexia nervosa: Steeds bezig met hoeveel je mag eten en kan leiden tot ondergewicht en dood gaan.

• Welke aspecten van eetgedrag zijn niet homeostatisch gecontroleerd?

→ meer/minder eten bij emoties.

→ dat mensen een voorkeur hebben voor lekker eten (dus of je het ene eten lekkerder vind dan het andere). Bij lekkere dingen eet je door terwijl je al verzadigd bent (je neemt dit eerder te veel).

→ als je iemand ziet eten wil je zelf ook eten.

→ diëten (gedurende een bepaalde periode minder eten dan normaal).

→ mensen die leiden aan obesitas die letten veel minder op verzadigingssignalen (mensen aten soep en die werd van de onderkant steeds bijgevuld. Die mensen aten veel meer dan mensen die alleen hun kopje leeg moesten eten). Meer eten dan normaal als de visuele prikkels over voedsel ontbreken.

→ eetstoornissen (obesitas, boulimia nervosa, anorexia nervosa). Hier is iets mis met de homeostatische regeling.

→ cognitieve factoren kun je niet voorspellen op basis van een homeostatisch model.

• Controlling Drinking

Je hebt 2 soorten dorst:

• Osmotische dorst

Ontstaat doordat er een toegenomen concentratie van opgeloste stoffen in je lichaamsvloeistoffen is.

→ Als de hoeveelheid opgeloste stoffen extracellulair groter is dan intracellulair dan kom je in de problemen. Watermoleculen gaan dan namelijk naar buiten en daardoor krijg je een tekort aan intracellulaire vloeistof. De cel kan dan niet meer functioneren. Om dit te voorkomen gaat er een seintje naar je brein dat je moet drinken (dorst hebt).

→ regulatory proces

→ osmose: watermoleculen kunnen wel door de wand en de opgeloste stoffen niet.

→ zuiver water drinken

• Hypovolemische dorst (hypo = tekort; volemisch = volume)

Als je te weinig bloed hebt (bijv. veel verloren bij menstruatie) dan heb je een tekort aan transport.

→ Je krijgt dan dorst (thee, koffie, geen water).

→ Je raakt bloed kwijt met allerlei opgeloste stoffen, dus je kunt het beste vloeistof drinken met daarin opgeloste stoffen.

• Het circuit van de hypothalamus reguleert ons interne milieu.

Je hebt een circuit in de hypothalamus:

• Paraventriculaire streek in de hypothalamus (vasopressine en oxytocine worden hier getransporteerd).

→ Oxytocine is betrokken bij melkproducties, binding tussen moeder/kind, man/vrouw.

• Releasing hormones

→ Worden geproduceerd in de hypothalamus.

→ Zetten het voorste gedeelte van de hypofyse aan tot productie van hormonen.

• Hypofyse: anterior & posterior

Vasopressine is verantwoordelijk voor de waterbalans.

• Hypofyse hormonen + functie (kennen!!)

  • Adrenocorticotropic hormone (ACTH) → adrenal cortex

  • Thyroid-stimulating hormone (TSH) → thyroid

  • Luteinizing hormone (LH) → testicles + ovaries

  • Follicle stimulating hormone (FSH) → testicles + ovaries

  • Groei hormoon (GH) → botten

  • Prolactine → borsten (melkklieren)

Welke bewijzen ken je voor de betrokkenheid van de amandelkern bij gestoord/afwijkend gedrag?

Amandelkern = amygdala

Die wordt actief en geeft een seintje dat je kunt stoppen met eten → verzadigingssignaal.

→ Als aapjes hier een lesie hebben voelen ze geen angst meer (syndroom van kluver en Bucy). Bilaterale lesie van amandelkern. Mensen met tumoren in dat gebied vertonen enigszins vergelijkbare symptomen.

→ Apen konden geen onderscheid maken met eetbaar en niet-eetbaar.

→ Anatomisch bewijs: Amandelkern maakt deel uit van limbische systeem en limbisch systeem is betrokken bij emoties.

Amandelkern is betrokken bij regulatie van angst.

(J. ledoux). Basis dat iets je aan kan zetten tot gedrag zonder dat de cortex er bij betrokken hoeft te zijn. Zonder cortex kun je toch emoties vertonen (kunnen ze onbewust zijn).

Ongeconditioneerde stimulus + geconditioneerde stimulus – thalamus – cortex

hippocampus

Amygdala (kleine snelle verbinding)

Gedrag Hypothalamus

Je ziet een (plastic tuinslang) onduidelijk stimulus, bereikt thalamus, via snelle verbinding wordt amygdala bereikt en die zorgt voor een snelle verwerking. Je springt meteen weg, want het zou een gevaarlijke slang kunnen zijn.

Langere (cognitieve verwerking met geheugen element) verwerking: cortex analyseert het, hippocampus zegt 'er zijn geen giftige slangen'. Gedrag → doe maar rustig er is niks aan de hand.

Neuroanatomie van emotioneel gedrag

• Het limbisch circuit (limbus = ring)

Dit circuit is essentieel voor het hebben van emoties.

Het limbisch systeem heeft ook connecties met:

• Cingulate cyrus (cortex van limbisch systeem)

• Hippocampale formatie

  • Hippocampus

  • Parahippocampale cortex

Alles komt uiteindelijk terecht in de hypothalamus. De stukken van de cortex die eeen rol spelen: prefrontale cortex & sensorische associatie cortex.

→ Amygdala maakt deel uit van het limbisch systeem. Bij beschadigingen van de amygdala vertonen apen gek gedrag. Ze zijn niet meer bang voor normale stimuli. Ze hebben hun angst verloren.

• De frontaal kwabben

Ze hebben 3 belangrijke gebieden:

• Motor cortex (controleert de fijne bewegingen).
• Premotor cortex (selecteert de geschikte bewegingsfrequenties).
• Prefrontale cortex (betrokken bij doelen waarnaar de beweging gemaakt moet worden)

→ dorsolateraal en inferieure gebieden.

Emoties

Emoties heeft 3 componenten:

• Autonomische responsen (bijv. verhoogde hartslag) → Hypothalamus en geassocieerde structuren.
• Subjectieve gevoelens (angst) → Amygdala en delen van de frontaal kwabben.
• Cognities (gedachten over ervaringen) → cerebrale cortex.

Stimulating emotion

• James-Lange view of emotion

→ Fysiologische veranderingen van het autonomische zenuwstelsel komen eerst en dan interpreteert het brein die veranderingen als een emotie (eerst zweten, dan angst)

→ Bewijs: Intensiteit van emoties van mensen met schade aan het ruggenmerg hangt af van het niveau waar het ruggenmerg beschadigd is.

• Somatic Marker Hypothesis

→ 'Marker' signalen, die voort komen uit emoties en gevoelens, gedragen zich zo om gedrag te beïnvloeden en een besluit te maken (vaak onbewust).

→ 10 euro onder een stoel van iemand zien liggen en je weet dat het van diegene is die er op die stoel zit. Als je denkt dat je die 10 euro wil pakken dan voel je je ongemakkelijk. Je wordt gewaarschuwd door je lichaam, gaat naar prefrontale cortex. Mensen met een beschadiging in de prefrontale cortex worden niet gewaarschuwd.

Schade aan prefrontale cortex heeft een paar effecten op sociaal en emotioneel gedrag:

• Onvermogen om hun eigen emoties te ervaren en uit te drukken en om de emotionele expressie van anderen te herkennen.
• Verlies van initiatieven en drive.
• Onvermogen om te plannen en organiseren (verlies van executief functioneren).

De prefrontale cortex is dus belangrijk voor het hebben van emoties.

De amygdala en emotioneel gedrag

• Betrokken bij angst
• Beïnvloedt autonomische en hormonale reacties via connecties met de hypothalamus.
• Beïnvloedt bewustzijn van consequenties van gebeurtenissen en objecten via connecties met de prefrontale cortex.
• Betrokken bij het overleven.

Klüver-Bucy syndrome: Gedragssyndroom, karakteristiek door hyperseksualiteit, dat komt door een bilaterale verwonding in de temporaal kwab.

→ Komt bij mensen niet vaak voor, omdat bilaterale temporale lobektomies zeldzaam zijn.

Welke argumenten ken je m.b.t. de rol van de prefrontale cortex bij emoties?

Mensen met beschadiging aan prefrontale cortex vertonen afwijkend emotioneel gedrag. Bijv. bij mensen met lobektomie: geen expressie op gezicht, niet plannen organiseren, geen gevoelens/mening over mensen, gevoel van leegte en kon emoties van anderen niet herkennen en aflezen.

Bepaalde executieve functies functioneren dus niet meer goed (alles wat met plannen, van strategie wisselen te maken heeft).

Anatomische kenmerken: prefrontale cortex is verbonden met de amygdala, sommige delen van prefrontale cortex maken deel uit van het limbisch systeem.

Reward; ICSS

Reward kan een mechanisme zijn dat evolueerde om de geschiktheid om aan te passen te verhogen niet alleen van individuele leden van soorten maar ook de hele soort.

• Mesolymbische systeem is betrokken bij beloning.

  • Dopamine wordt vrijgelaten tijdens reward.

  • Drugs die dopamine verbeteren, verhogen reward, terwijl drugs die dopamine verlagen de zelf-stimulatie ook verlagen.

  • Hoeveelheid dopamine verhoogt als dieren gedrag vertonen zoals voeden en seksuele activiteit.

  • Erg verslavende drugs, zoals nicotine en cocaine, verhogen de hoeveelheid dopamine in n.Acc

  • Andere verslaving is geassocieerd met verhoging van dopamine in n.Acc.

Reward heeft 2 onafhankelijke processen:

• Wanting (aansporing)

  Ontstaan meestal samen maar dit hoeft niet altijd zo te zijn.

   

→ hierbij is dopamine betrokken.

• linking (evaluatie van genot)

→ hierbij is opioid en benzodiazepine-GABA systemen betrokken.

• Wat is de activerende werking van de geslachtshormonen?

De hormoonspiegel is bepalend voor het gedrag dat uitgevoerd wordt. Actuele hoeveelheid hormonen in je bloed en het gedrag dat je vertoont.

Bijvoorbeeld: testosteron en agressie. Testosteron en seksueel gedrag (mannen castreren dan zijn ze een stuk rustiger). Vrouwen nemen meer seksuele initiatieven tijdens ovulatie dan daarvoor of daarna (oiv estradiol). Door gebruik van de pil voel je je iets anders in een bepaalde periode van de cyclus. In de overgang voel je je anders. Oestrogeen verdwijnt dan (vrouwen in overgang voelen zich anders). Hormoonspiegel omhoog → gedrag neemt toe. Hormoonspiegel omlaag → gedrag neemt af.

• Wat is de organiserende werking van de geslachtshormonen? Geef aan wat er met de anatomie van het lichaam, het brein en het lichaam gebeurt.

Organiseerende werking = min of meer permanente verandering (in pubertijd ook nog), hoe je lichaam eruit ziet, verschil in breinen. Niet alleen in hypothalamus, maar ook nog in andere delen.

Breinen van mannen en vrouwen verschillen iets. Begint al in uterus (van jongs af aan). Wanneer ontstaat verschil tussen jongens en meisjes → eerste 6 weken zijn ze identiek, daarna krijg je differentiatie. Door hormonen waarbij jongens en meisjes verschillen in XX en XY. Daardoor worden jongens gedefeminiseerd (ontvrouwelijkt) en ze worden gemasculiniseerd (jongetje worden). Meisjes moeten onmannenlijkt worden en vrouwelijke geslachtsklieren moeten aangelegd worden. Gebeurt in baarmoeder en hoort dus tot organiserende werking van hormonen. Zorgen voor een permanente vorm van differentiatie.

--> Zorgen voor nakomelingen.

Verschil in brein: hypothalamische kern, corpus callosum (bij vrouwen groter, want ze kunnen beter multi tasken).

Seksvoorkeur: vrouwen hebben vaak een miskraam gehad. Kregen een hormoon toegedient (kunstmatig) dat ervoor zorgde dat ze normale kinderen kregen. Ten gevolge van het toedienen van dat hormoon zijn veel van die baby's homoseksueel. Worden nu niet meer voorgeschreven.

Lichaam: verschil jongens en meisjes (penis, vagina, baard, borsten enz.)

• Zijn er ook effecten van hormonen op cognitie? Welke? Welke verschillen zijn er tussen prepuberale jongens en meisjes m.b.t. cognitie? En tussen volwassen mannen en vrouwen?

Jongens: Beter in ruimtelijk inzicht.

Meisjes: Beter in taal.

Mannen: kunnen beter kaartlezen (cognitieve activiteit waarbij ruimtelijke aspecten een rol spelen). Beter in ruimtelijk inzicht.

Meer oestrogenen, zorgt bij hippocampus voor meer synapsen, dus meer cognitief gedrag. Dus vrouwen zouden tijdens hun ovulatie meer dingen moeten kunnen. Hippocampus heeft te maken met leren, dus zou je misschien beter kunnen leren (gaat over ratten).

Herhaaldelijk toedienen van testosteron aan vrouwen → voordeel dat ze beter in taal zijn wordt minder. Hun prestaties op ruimtelijk in zicht stijgen. (Mannen die oestradiol krijgen hebben dit juist omgekeerd).

Hormonen en cognitie hebben dus met elkaar te maken.

Waarom slapen en dromen mensen?

Origings of Biological Rhythms

Mensen zijn rechtop als het licht is en gaan liggen als het donker is.

• Biological Rhythm

  • Dagcyclus (ritme)

→ 24uurs ritmiek; eten (iedere ochtend), geeuwen (rond 22.00 uur iedere dag).

• Jaarritme

→ Dieren bij de noord/zuidpool worden het meest beïnvloedt door het jaarritme (soms is het de hele dag donker.

Seasonal Affective Disorder (SAD)

→ Mensen met een winterdepressie

→ Hoe noordelijker, hoe meer van die mensen

→ Hebben last van het jaarritme.

Planten hebben ook een 24 uurs ritme. De biologische klok bij baby's is nog niet rijp genoeg. (De baby maakt eerst dagen van meer dan 24 uur). Na 3 maanden is de baby aangepast aan een normale dag (licht/donker cyclus).

→ Op bepaalde tijdstippen van de dag wordt bepaald gedrag vertoont.

→ Verschillende ritmes over de tijd heen hebben allemaal een minimum en maximum.

U hebt tijdens het practicum een hypnogram van de slapende rat gemaakt. Waarin verschilt de slaap van de rat van die van de mens?

Typerend voor slaap van de mens: 1 lange periode van slaap (monofasisch).

De kat slaapt polyfasisch, hij slaapt wanneer het hem uit komt. Wordt vaker wakker en gaat weer slapen. Heeft net als wij ongeveer 8 tot 10 REM-slapen.

Biologische klok

• Ritmes komen van binnenuit (endogeen), omdat als je tijdcues (zon) weg haalt dan hebben mensen nog steeds regelmaat.

• Alle gedragingen hebben een 24 uur ritmiek.

• Biologische klok ≠ bioritme

• Zie plaatje:

  • Time cues present: regelmatig bestaan.

  • Time cues absent: weet niet wat voor tijd het is, geen 24 uurs ritme meer, maar ongeveer 25 uur. (nog wel regelmaat)

  • Free-run: Dag van meer dan 30 uur zonder daar bewust van te zijn.

• Je hebt een klok voor alle seizonen (4 verschillende ritmes):

Periode (1 sinus = 1 periode)

• Circannual Rhythm

→ jaarlijks (migratie cyclus van vogels)

• Infradian Rhythm

→ minder dan een jaar (menstruatie cyclus)

• Circadian Rhythm

→ Dagelijks (slaapcyclus van mensen)

→ suprachiasmatische nucleus = biologische klok

• Ultradian Rhytm

→ Minder dan 1 dag (eetcyclus).

Wat gebeurt er met de circadiane ritmes indien een dier in een constante omgeving gezet wordt?

Circadiane ritme: dagritme (slaapcyclus).

Constante omgeving → zeitgebers weg (geen zon). Je kijkt hoe lang iemand slaapt en wakker is. Ze zijn een uur langer wakker. Het ritme gaat van 24 uur naar een 24,5 of 25 uurs ritme (genetisch bepaald die 25 uur, dat is onze biologische klok).

Periode worden groter. Amplitude slaapgolven verandert niet. Andere amplitude verandert wel.

Slaap is homeostatisch gereguleerd. Als je weinig slaapt dan slaap je daarna weer langer (haal je het weer in). Als je lang hebt geslapen, slaap je daarna korter).

Melatonine spiegel hoog → je krijgt slaap. ('smorgens zakt dat weer).

Als je het tijdstip dat melatonine om hoog gaat vervroegt dan krijg je eerder slaap (vervroeg je je ritme).

• Free-Running ritme

Lichaamseigen ritme in afwezigheid van externe tijdprikkels (langere periode dan 24 uur).

→ Als je in het weekend uitslaapt en maandag vroeg op moet dan is dit moeilijk. Het is makkelijker om een dag te maken die langer is dan 24 uur dan een dag die korter is. Als de dag namelijk langer is, is dit makkelijker, omdat het je lichaamseigen ritme is. Als je maandag vroeg op moet is je dat een stuk korter, dus is het opstaan moeilijk.

→ Licht maakt de dagen (periode duur) korter.

• Zeitgebers

  • Zeitgeber: Een prikkel uit de omgeving die je een biologisch ritme geeft.

→ Bijvoorbeeld licht.

• Entrainment: Dat je je biologische ritme aan nieuwe omstandigheden aanpast.

• Jet lag: wordt veroorzaakt door een onderbreking van je biologische klok.

Hoe kan experimenteel vastgesteld worden dat licht een Zeitgeber is? Welke anatomische eigenschap maken het waarschijnlijk dat licht een Zeitgeber functie heeft?

Licht een Zeitgeber, omdat als je mensen niet meer blootsteld aan licht of een andere indicatie van tijd hun ritme verandert. Als je ze blootsteld aan licht weten ze wanneer ze gaan slapen (als het donker is) en wanneer ze wakker moeten worden (als het licht is).

- Experiment doen waarbij je activiteit van retina naar SCN meet. 1 groep veel licht en andere weinig. Is er verschil in neurale activiteit? En je kijkt of er verschillen zijn.

- Iemand meten in slaapritme in het licht of donker en wat gebeurt er als je licht toevoegt.

Constante omgeving: hele week om 7 uur licht in je kamer. Biologen doen dan licht om 5 uur in je kamer. Je moet wel in je bed blijven liggen. Ze kunnen zien of de lichaamstemperatuur eerder gaat stijgen en of je ritme naar voren geschoven is. Ze onderzoeken of het op andere tijden aanbieden van een zeitgeber (licht) of dat leidt tot een fase verschuiving van je ritme.

Free running ritme herstellen met licht. Dus dieren die een free running ritme hebben ga je weer licht en donker aanbieden. Dieren passen zich dan aan. Hieruit kun je concluderen dat licht een zeitgeber is.

Anatomische eigenschap: Verbinding van retina naar hypothalamus.

• Neurale basis van de biologische klok

  • De biologische klok ligt in de hypothalamus.

  • Suprachiasmatic nucleus (belangrijkste klok voor 24uurs ritme).

→ Houdt z'n ritmiek als alle verbindingen van en naar SCN losgesneden zijn (is geïsoleerd). Zonder input van hormonen/vloeistoffen is er nog steeds ritmiek in SCN.

• Retinohypothalamic pathway

→ Neurale route van receptoren in de retina naar suprachiasmatic nucleus (SCN) van de hypothalamus.

→ Sta toe dat er licht bij de biologische klok komt.

• Pacemaker: genereert ritme zonder zelf gevoed hoeven te worden door externe stimuli.

• Evidence for dual clocks

Hoe wordt dat ritme gegenereerd?

• Individuele cellen hebben een eigen ritme.

• Er zijn 2 oscillators in het SCN.

De ene ontvangt directe projecties van de retina en de ander niet.

• Zou kunnen verklaren waarom alle lichaamseigen ritmes niet samen veranderen in respons op temporele veranderingen in zeitgebers.

• Endogenous ritme is niet geleerd.

→ Na een lesie in het SCN sliepen of aten die dieren niet minder dan ervoor, maar het ritmische gedrag is weg.

→ Als SCN cellen van foetus dieren bij dieren met een lesie getransplanteerd worden dan krijgen die dieren hun circadian ritme weer terug.

• Klok genen zijn ontdekt.

Wat gebeurt er indien dit dier vervolgens een bilaterale lesie krijgt in de suprachiasmatische kern (SCN?) en die zit in een constante omgeving?

Het dier eet en slaapt nog wel gewoon, maar het ritme is weg. De hoeveelheid slaap verandert niet, maar de tijdstippen die je slaapt is random over de dag heen. En waarschijnlijk geen aaneengesloten blok.

Eetgedrag: Je regelmatige eetpatroon is er niet meer. Ritme is weg. Je eet evenveel, maar niet meer regelmatig.

Lichaamstemperatuur: Is regelmatig. 's nachts is je lichaamstemperatuur het laagst. Als je geen ritme meer hebt dan verandert je lichaamstemperatuur steeds.

Nieuwe omgeving: 16 uur licht en 18 uur donker, je lichaam gaat zich hierop aanpassen, want licht is een zeitgeber. (Figuur 12.8) Omdat de SCN kapot is zou licht geen zeitgeber kunnen zijn, maar er zijn ook nog 'subklokken' die ervoor zouden kunnen zorgen.

• Pacemaking circadian Rhythms

  • De SCN is de 'hoofdklok' en die stuurt weer andere klokken aan.

  • Melatonine

→ Hormoon dat afgescheiden wordt door de pijnappelklier (pineal gland) tijdens de donkere fase van de dag-nacht cyclus. Beïnvloedt de dagelijkse en seizoens ritmes.

Bijvoorbeeld een hamster: in de winter heeft ie minder seksueel gedrag en kleinere ballen. In de zomer heeft ie meer melatonine en meer testosteron en ook grotere ballen.

• Als het licht is dan is het makkelijker om wakker te worden en door kunstlicht kun je minder depressief worden.

Sleep stages and dreaming

• Measuring sleep in the laboratory

Voor tentamen moet je weten waar je EEG en EMG voor nodig hebt.

Met een 'polygraph' kun je de elektrische activiteit in het brein en lichaam meten:

• Electroencephalogram (EEG)

→ meet de hersenactiviteit

• Electromyogram (EMG)

→ meet de spieractiviteit

• Electrooculogram (EOG)

→ meet verschillen tussen 2 punten (bijv. oog en oor).

• Polysomnography = gebruik van EEG & EMG

Waarom hebben we andere psychofysiologische variabelen nodig dan een EEG om een hypnogram te kunnen maken?

Hypnogram: tijd (horizontaal) tegenover slaapfase (verticaal). Blz 456 (figuur 12.12).

REM slaap is qua EEG niet te onderscheiden van wakker zijn. Dus heb je een andere indicator nodig om REM slaap aan te geven en daar heb je EMG voor en die meet spierspanning (je spieren verslappen dan).

Verschillende ritmes:

• Beta ritme (waken)

→ snelle activiteit (veel golven 15-30 Hz) en kleine amplitude (laag voltage).

• Alfa ritme (relaxed/drowsy)

→ Grote, regelmatige breingolven (7-11 Hz).

• Delta ritme (diepe slaap)

→ Langzame activiteit (1-4 Hz).

• REM slaap

→ snelle activiteit (net als waken)

→ Mensen dromen tijdens de remslaap. (het brein heeft een actieve

toestand (in ieder geval het visuele systeem).

Bij de lichte slaap heb je slaapspoelen. Je bent dan in slaapstadium 2.

• A typical night's sleep

  • Non-REM slaap (gewone slaap)

→ lichte en diepe slaap, waking thresholds

• Slow-wave slaap = on-REM slaap

  Lichte slaap: Je wordt bij een bepaald geluid wakker

  • Stadium 1 Slaperig

  • Stadium 2 Slaapspoelen

    Diepe slaap: Bij een bepaald geluid wordt je niet wakker (hogere waakdrempel)

  • Stadium 3 20-50% deltagolven

  • Stadium 4 meer dan 50% deltagolven

• Non-Rem slaap

  • Er gebeurt veel (bijvoorbeeld je lichaamstemperatuur verlaagt en de afgifte van het groeihormoon verhoogt).

  • Je droomt, maar de dromen zijn niet zo levendig als in de REM slaap.

  • Slaapwandelen, slaappraten, nachtmerries (emotionele periodes).

→ komen niet voor tijdens de REM slaap, maar tijdens stadia 1&2.

• Dromen en REM slaap

  • Snelle oogbewegingen. Tijdens de oogbewegingen is de waakdrempel anders dan wanneer ze er niet zijn.

  • Atonia: spierverslapping (geen spierspanning, EMG).

→ Als je in de staart van een kat knijpt komt de spierspanning terug.

• Gekke dromen.

• Waar dromen we over?

  • Psychoanalytische theorieën:

- Sigmund Freud: Zegt dat dromen een vervulling zijn van onbewuste wensen (is moeilijk te toetsen).

→ manifest content: bizarre afbeeldingen en acties, losse shots na elkaar.

→ latent content: echte mening van de droom.

- Carl Jung: Dromen zijn een expressie van ons 'collectieve onbewustzijn'.

• Contemporary theorieën:

- Allan Hobson: Activation-Synthesis hypothese

Dromen zijn persoonlijke, maar hebben geen betekenis. De cortex genereert random plaatjes van het geheugen. (iedereen droomt dus in beelden)

- Annttio Revonsuo: Evolutionaire hypothese

Dromen zijn biologisch belangrijk, omdat ze leiden tot een verbeterde prestatie op bedreigende levensgebeurtenissen (adaptieve functie).

Wat zijn de kenmerken van REM slaap qua electrofysiologische kenmerken, gedrag, tijdstip van optreden?

Electrofysiologische kenmerken: Je hebt een hoog frequent golven patroon en kleine amplitude (EEG). De spieren verslappen (antonia). Snelle oogbewegingen. Spierverstijving en verhoogde doorbloeding van penis en vagina (erectie).

Gedrag: Je droomt en je ogen bewegen heel snel. Tijdens de oogbewegingen is de waakdrempel anders dan wanneer ze er niet zijn. (Dus afwisselend lichte en diepe slaap?). Je hebt gekke dromen.

Tijdstip: Na de diepe slaap val je in de REM-slaap.

Wat zijn de kenmerken van diepe slaap qua electrofysiologische kenmerken, gedrag, tijdstip van optreden?

Electrofysiologische kenmerken: Slaapspoelen. Langzame activiteit (delta activiteit 1 tot 4 Hz) op EEG en hoge amplitude. Normale of iets verlaagde spierspanning.

Gedrag: Je hebt normale (minder gekke) dromen. Je wordt bij een bepaald geluid niet wakker (diepe slaap, stadia 3&4). Je wordt bij een bepaald geluid wakker (lichte slaap, stadia 1&2, dus lage waakdrempel).

Tijdstip: Nadat je drowsy (slaperig) bent kom je in een diepe slaap.

• Functie van slaap

  • Slaap is een passief proces.

  • Slaap zorgt voor biologische aanpassing.

    • Slaap is energie besparende strategie.

    • Dieren die predators zijn slapen langer dan prooien.

    • Ratten slapen het langst en ezels het minst lang.

    • Dieren hebben dezelfde remslaap en andere kenmerken als de mens.

  • Slaap als actieve inhibitie (neuronen inhiberen actieve cellen; bij diepe slaap en slaapspoelen).

Je wordt wakker als iemand hard je naam roept. De thalamus blokkeert inkomende informatie (actieve inhibitie).

→ Zorgt voor herstelprocessen bij/aan de synaps.

• Slaap als restauratief proces

Twee hypotheses:

• Chemische gebeurtenissen die energie verstrekken aan cellen zijn verlaagd tijdens de waken en worden bijgevuld tijdens slaap.

• Moe zijn en alertheid zijn de aspecten van het circadian ritme en hebben niks te maken met slijtage van het lichaam.

Locked-in syndrome: mensen die bewustzijn hebben, maar niet kunnen bewegen of op een andere manier kunnen communiceren met de buitenwereld.

• Slaap en geheugenopslag

  • Slaap speelt een rol in het verwerken van gebeurtenissen in het geheugen.

  • Hippocampale plaats cellen vuren als een rat op een bepaalde locatie in een omgeving is.

  • Tijdens een slaapperiode is hetzelfde neutrale patroon te zien als tijden een leerproces.

→ beter onthouden de volgende dag (tijdens je slaap wordt het verwerkt).

Neurale basis van slaap

• Ascending Reticular Activating system (ARAS)

  • Groot reticulum (mix van celkernen en zenuwvezels) dat door het centrum van de hersenstam gaat.

  • Stimulatie van ARAS produceert een waak EEG; schade produceert een slow-wave EEG.

  • Coma: langere staat van onbewustzijn in slaap.

• EEG changes associated with waking

  • Basale voorbrein

→ Bevat cholinergic cellen die ACh afscheiden naar neocorticale neuronen die een waak EEG stimuleren als een dier alert is en stil staat.

• Median Raphe Nucleus (middenbrein)

→ Bevat serotonine neuronen die door de hele neocortex projecteren. Als ze gestimuleerd worden dan produceren ze een waak EEG als het dier beweegt.

• Neurale basis van REM slaap (zie blz 19 van samenvatting)

  • Peribrachial gebied

Colinergic nucleus in de dorsale hersenstam heeft een rol in het gedrag van de REM slaap. Het projecteert naar de mediale pontine reticulum.

• Medial pontine reticular formatie (MPRF)

De nucleus (kern) in de pons neemt ook deel aan REM slaap. Projecteert naar meerdere brein gebieden die gedrag produceren die met REM slaap samenhangen, PGO-spikes.

→ Betrokken bij het produceren van PGO (pons, geniculate, occipital) golven en oogbewegingen.

• Basale voorbrein

Betrokken bij produceren van het actieve corticale EEG.

• Subcoerulear nucleus en magnocellular nucleus of the medulla

Inhiberen de motorneuronen in het ruggenmerg, leiden tot de verlamming (paralysis) van de REM slaap.

Slaapstoornissen

• Stoornissen van Non-REM slaap

  • Insomnia

Stoornis van slow-wave slaap wat uitkomt in een lang onvermogen om te slapen.

→ Heeft veel oorzaken

→ Slaap therapie en benzodiazepines.

• Drug-Dependency Insomnia

Conditie door herhaaldelijk gebruik van 'slaap pillen'.

→ Drug tolerantie gaat over in deprivatie van of de REM of NREM slaap. Dit leidt tot een verhoogde dosering van de drugs.

• Narcolepsy

Slow-wave slaapstoornis waarin iemand oncontroleerbaar in slaap valt op ongeschikte tijden.

→ Kan veroorzaakt worden door mutaties in de genen die hypocretin/orexin peptides produceren.

• Sleep Apnea

Onvermogen om de ademen tijdens het slapen. Hij moet wakker worden om adem te kunnen krijgen.

• Stoornissen van de REM slaap

  • Sleep paralysis

Onvermogen om te bewegen tijdens slaap, dit komt door de inhibitie van het brein van de motorneuronen.

• Cataplexy

Vorm van narcolepsy die gelinkt is aan een sterke emotionele stimulatie waarin een dier alle spier activiteit verliest. In de REMslaap maar ook als ze wakker zijn gebeurt het.

• Hypnogogic hallucination

Droomachtige gebeurtenis aan het begin van slaap of terwijl de persoon in een staat van 'cataplexy' is.

Welke slaappillen kent u? Hoe werken deze?

Uppers: maken je actiever, Downers: maken je passiever

Melatonine pillen: hierdoor krijg je meer slaap (meer melatonine wordt aangemaakt). → inslaapmiddel

Oxasopan en diazepan, midazolan, temazepam (alle benzodiazepines)

Werking benzodiazepines: het zijn GABA agonisten en werken centraal. Ze stimuleren het remmend systeem. Verslappen spieren. Zijn ook angstremmers.

Amygdala zit vol met GABA receptoren. Door een angstremmer te nemen stimuleer je de regulatie van inhibitie in de amygdala (amandelkern). Kalmeringsmiddel.

→ verslavend

(Zolpidem)

→ epilepsie (hier is teveel excitatie en de benzodiazepines maken dat minder).

Hoe denken hersenen?

The Nature of thought

Neurocognitie: verzamelterm voor alles wat met intelligent gedrag te maken heeft.

- Cell assembly: Assemblages van cellen → groepen cellen worden interactief, omdat ze dezelfde sensorische input ontvangen.

→ Volgens Hebb de basis van perceptie, geheugen, en gedachten.

- Psychological construct: Opgebouwd door middel van cel assemblages (dus niet maar 1 enkele cel).

- Cognitie: Een proces van weten en te weten komen.

• Karakteristieken

- Syntax: Regels over hoe woorden gebruikt worden om betekenisvolle zinnen te creëren.

- Mensen met schade aan de frontaalkwab hebben moeite met het oplossen van problemen en hebben weinig fantasie.

- Verschil tussen menselijk en dierlijk brein is de grote van de frontaal kwabben.

• Neurale unit

Neuron gevoelig voor verticale beweging. Als meer stippen in dezelfde richting bewegen dan heb je een actiepotentiaal.

→ Neuronen zijn de fundering van perceptie, gedachten en andere cognitieve processen. Meerdere cellen vormen samen een cell assemblage om complexe gedachten mogelijk te maken. De activiteit van een neuron is dus direct gekoppeld aan het perceptuele proces.

De 5 belangrijkste subdelen van de cerebrale cortex:

Primaire sensorische gebieden (V1 & A1), hier komt de sensorische informatie als eerste binnen.

Primary sensory → higher-order sensory → associatie → premotor → primary motor.

Hogere orde verwerking. Bijv. V1 → V2 → V3. Hier wordt de sensorische informatie verder verwerkt.

Associatie cortex: neocortex buiten de primaire sensorische en motor gebieden die cogntie produceren. Is het grootste deel van de hersenen.

Informatie uit verschillende gebieden wordt hier gecombineerd. De drie associatie gebieden zijn waar:

• modaliteiten combineren
• attentie verschoven wordt
• het plannen ontstaan
• Dingen herinnerd worden
• Andere complexe cognitieve verwerking ontstaat

Parietal-Occipital_Temporal (PTO) associatie gebieden zijn betrokken bij het integreren van informatie (zien, horen, voelen). Ze sturen je aandacht, bijvoorbeeld dat je in een drukke ruimte toch een bekende stem kunt horen.

Temporaal kwab: Kennis over objecten

Parietaal kwab: Kennis over verschillende vormen en spatiële cognitie

Frontaal kwab: bewegingen maken, plannen en gedrag organiseren

Dorsaal & ventraal pad

• Dorsaal pad: het waar pad. Gelegen in posterieur parietaal cortex. Analyseert visuele informatie om bewegingen naar spatiële locaties te controleren.

• Ventraal pad: het wat pad. Gelegen in inferieur temporaal cortex. Identificeert wat de stimulus is (bijv. gezichten waarnemen).

Spatial cognition (Herkenning van objecten in de ruimte.)

Mensen met een lesie aan de parietale associatie cortex verliezen aspecten van spatiele cognitie. Ze kunnen visuele stimuli niet lokaliseren in de ruimte, maar ze kunnen objecten wel herkennen.

Visuele agnosia: Komt voor als de temporale associatie cortex vernietigd is. Ze verliezen dan de visuele kennis van objecten (bijvoorbeeld waar je een object voor kunt gebruiken), maar ze kunnen ze nog wel lokaliseren en de locaties beschrijven vanuit hun geheugen (ze zien geen details).

Attention

Aandacht: concentreren op een object in de omgeving.

• Aandacht is selectief

Je neemt alleen die dingen bewust waar, waar je je aandacht op richt. Je hebt dus aandacht nodig om dingen waar te kunnen nemen.

Je kijkt maar selectief naar aspecten van een beeld. Associatiegebieden zorgen ervoor dat die gebieden verwerkt worden. De gebieden waar je geen aandacht op richt worden niet verwerkt.

→ Aandacht werkt als een filter, zodat je niet alle informatie binnen krijgt. Wat niet door die filter gaat zien we dus niet.

Je moet kijken naar de rode streep. Het maakt niet uit waar de rode streep in het receptieve veld verschijnt. Alle rode verticale staafjes in het receptieve veld zorgen voor een actiepotentiaal, daarbuiten niet (ook niet een andere kleur).

Daarna moesten ze kijken naar gebied A en de rest van het receptieve veld moest genegeerd worden. Toen vuurde het neuron alleen voor de rode verticale streep in gebied A. Het receptieve veld wordt dus kleiner, want je hebt alleen in dat gebied rechtsboven een actiepotentiaal en daarbuiten (bijna) niet. Dus aandacht zorgt ervoor dat het receptieve veld van een V4 neuron kleiner wordt.

→ Neuronen kunnen dus leren om selectief op informatie de reageren in hun receptieve veld. Enkelvoudig neuron laat dus aandacht-effecten zien.

In welk opzicht verschilt een systeem dat attentie richt op objectkenmerken met een systeem dat attentie richt op ruimtelijke locaties?

Bij attentie op objectkenmerken is de parietale cortex betrokken (aandacht op een deel van het object) en bij attentie op ruimtelijke locaties is MT betrokken (aandacht op locatie).

• Tekorten van aandacht

- Contralateral neglect: Een deel van het lichaam/de wereld negeren (verwaarlozing van een deel van het visuele veld). In tegenovergestelde richting van waar de lesie is in het brein.

→!! Als je een lesie in de linker parietaal associatie cortex hebt dan is er geen verwaarlozing van dingen aan de rechterkant. In de rechter parietaal kwab zitten namelijk de representaties van het linker én rechter visuele veld. In de linker parietaal kwab alleen van het rechter visuele veld.

→Dus als je links een lesie hebt dan heb je vaak geen neglect.

Bijvoorbeeld: Een vrouw zei dat ze haar keuken niet meer kon gebruiken, omdat ze de locatie van dingen aan haar linkerkant niet kon herinneren. Ze moest zich inbeelden dat ze in haar keuken stond en de voorwerpen die aan haar rechterkant waren beschrijven (links kon ze niks herinneren). Daarna moest ze zich inbeelden dat ze zich draaide (zodat links rechts werd en rechts links). Toen kon ze alles herinneren wat aan de rechterkant was (wat daarvoor links was). Ze wist het dus wel.

- Extinction: Verwaarlozing van informatie aan 1 kant van het lichaam als het herhaaldelijk met overeenkomstige informatie aan de andere kant van het lichaam aangeboden wordt.

Twee typen aandacht:

• Spatiële aandacht (ruimtelijk)

Je kunt vrijwillig je aandacht richten op een bepaalde plek in de ruimte.

→ Parietal cortex: betrokken bij een verschuiving van aandacht van links naar rechts.

• Feature-based aandacht

Je kunt vrijwillig je aandacht richten op een bepaald attribuut, zoals vorm, oriëntatie, kleur, beweging enz.

→ MT: wordt hierdoor beïnvloedt.

De amygdala speelt een rol in het sturen van aandacht naar de ogen om gezichtsuitdrukkingen te herkennen.

V4 → analyseren kleur en oriëntatie.

Representatie van contralaterale neglect (in tentamen!!)

Een patiënt heeft een doorgesneden corpus callosum (split brain). Hij ziet links een appel, maar kan deze niet benoemen omdat het niet gezien wordt door het taalcentrum in de linkerhemisfeer. Hij kan het wel oppakken met z'n linkerhand (die wordt namelijk door de rechter hemisfeer bestuurd).

Als er wordt gevraagd of de patient het object dat hij gezien heeft met 2 handen op wil pakken, dan pakt elke hand een ander object op. Hebben ze nu dan 2 vormen van bewustzijn, omdat de hemisferen niet meer gekoppeld zijn?

Cerebrale assymetrie

Linker hemisfeer: Dominant

Seriële taken: Taal, lezen, schrijven, praten.

De inferieur parietaal gebied is groter dan rechts.

Rechter hemisfeer: Non-Dominant

Parallele verwerking: spatiële taken, intuïtieve taken, geometriek, muziek.

Het posterieure gedeelte van de rechter temporaal kwab is groter dan die van de linker hemisfeer.

Voordeel van lateralisatie: korte verbindingsbaan

Nadeel: Als er iets fout gaat in de ene hemisfeer, dan is het weg.

Wat is het verschil tussen de bewustheidstoestanden van een persoon met neglect en een gespleten brein persoon die alleen dingen in het rechter visuele veld kan benoemen?

Neglect is een attentiestoornis, de informatie is er wel maar je krijg je niet door. De informatie wordt wel door het visuele veld verwerkt, maar wordt verwaarloost. Het kan herstellen.

Bij V1 krijg je geen informatie.

Wat is het verschil tussen prosopagnosia en neglect?

Prosopagnosia: Ventrale stroom (wat). Je ziet de kenmerken van het gezicht wel, maar kunt er geen geheel van maken. Zit in temporaal schors. Je bent je er dus wel bewust van dat je iemand ziet.

Neglect: pariëtale associatie gebieden. Je bent je onbewust van de helft van jelichaam en de wereld. Je bent dus eigenlijk voor een deel blind.

Bewustzijn

Een tennisspeler is zich er niet zo snel van bewust hoe hij de bal terug slaat. Het bewustzijn komt pas als de bal geslagen is. Het gaat dus eerst via het dorsale pad (snelle motorische sturing) en daarna via het ventrale pad (bewust).

De deelnemer moet reageren op de lamp die oplicht. Lampje 3 ging aan en ze maakten een beweging om die te pakken, maar daarna ging snel lamp 1 aan. De deelnemer past meteen z'n beweging aan zonder zich daar bewust van te zijn.

Imitation and Understanding

Spiegelneuron: Een zenuwcel die vuurt als iemand een doelgerichte beweging maakt en die ook vuurt als jij dezelfde doelgerichte beweging maakt.

→ Bevinden zich in de prefrontaal kwab.

→ Dus bij het zien dat iemand een nootje pakt en het zelf pakken van een nootje is hetzelfde neuron actief.

→ Maken ons menselijk/sociaal. Hierdoor kunnen we andere mensen begrijpen.

→ Als ze niet goed werken dan heb je autisme.

Referentie frame: Nulpunt. Hoe je staat hangt af van wat je neemt als referentie punt. (Ik sta 1 meter van jou, ik sta bij de stoel).

• Egocentrische coördinatie

Ten opzichte van jezelf.

→ dorsaal pad (waar).

→ De herinnerde locaties in een visuele scene hangen af van je kijkpunt, met gesloten ogen naar de deur van je kamer wijzen, links van jezelf wijzen.

• Allocentrichse coördinatie

Ten opzichte van een ander ding (dingen buiten jezelf).

→ ventraal pad (wat).

→ als eekhoorn herinner je je waar je de nootjes begraven hebt tov. Van de bomen in de achtertuin, in noordelijke richting wijzen, relatieve posities van bekende plekken in de buurt herinneren.

Posterieur parietaal cortex bevat meerdere representaties van ruimte, die gebruikt worden om je bewegingen aan te sturen. Je gebruikt hiervoor verschillende referentiekaders.

→ Je kijkt naar een mes op tafel (oogvelden;PEF), je pakt een mes op (grijpvelden;PGF), snijvlak van een mes van dichtbij inspecteren (gezichtsvelden;PFF), wijzen naar een mes (armvelden;PAF).

Wat gebeurt er als hersenen niet functioneren zoals het hoort?

Neurologische stoornissen: er is iets kapot in het brein

Psychiatrische stoornissen: er is niks kapot, maar bepaalde gebieden functioneren niet (goed) meer.

Research on brain and behavioral disorders

• Oorzaken van abnormaal gedrag

Neurologisch:

• Genetische errors (huntington)

• Langzame celdood (alzheimer)

• Verlies van neurale connecties (hersenbloeding, leidt tot functie uitval).

Over de psychiatrische stoornissen is veel minder bekent.

1 receptor kan niet 1 bepaald gedrag verklaren.

Schizofrenie → het gaat vooral om dopamine (maar natuurlijk ook nog om andere neurotransmitters).

Nadeel: depressieve/schizofrene ratten bestaan niet (sommige hebben wel dezelfde symptomen als depressieve mensen).

Classifying and treating brain and behavioral disorders

• Behandelingen voor stoornissen

  • Pharmacological behandelingen

Sommige algemeen gebruikte drugs behandelen gedragsstoornissen:

• Neuroleptische drugs voor schizofrenie

• Anxiolytic drug pillen voor angst

• SSRI voor depressie

• L-Dopa voor parkinson

• Gedragsbehandelingen

  • Gedragstherapie: behandeling die van toepassing is op geleerde principes, zoals conditioneren en ongewenst gedrag elimineren.

  • Cognitieve therapie: Psychotherapie gebaseerd op het perspectief dat gedachten tussen gebeurtenissen en emotie staan. En dus behandeling van emotionele stoornissen verandering in de denkpatronen veroorzaakt.

  • Psychotherapie: Praat therapie. Leerervaringen zorgen voor plasticiteit dus ook psychotherapie.

→ schizofrenie en mensen die heel depressief zijn kun je niet behandelen met psychothearpie.

Understanding and treating neurological disorders

• Traumatic brain injury

Is het meest voorkomend bij mensen die jonger zijn dan 40 (piek bij 20 jaar). Er zijn 2 belangrijke factoren:

• Leeftijd

Kinderen krijgen eerder hersenschade (vallen sneller).

• Geslacht

Mannen tussen 15 en 30 doen meer gevaarlijke dingen en krijgen dus eerder hersenschade.

Wat hebben een hersenbloeding en een verstopping van een ader gemeen?

In beide gevallen is er zuurstof te kort in stukjes van het brein. Dus het gaat dan mis.

Een letsel aan het hoofd kan de bloed toevoer naar het brein onderbreken en een zwelling of infectie veroorzaken. Je houdt er een litteken aan over.

• Je stoot je hoofd (coup) en daarna bewegen je hersenen nog en die botsen dus aan de tegenovergestelde kant tegen je schedel (countercoup).

Waarom krijgen spechten geen traumatisch hersenletsel/hoofdpijn?

Ze hebben hele dikke nekspieren. Die vangen de klappen op. Ze hebben waarschijnlijk weinig vloeistof in schedel (dus weinig ruimte dat hersenen naar voren en achteren kunnen).

→ boksers krijgen niet alleen rechte stoten maar ook hoeken (op je wang of kin). De specht gaat echter alleen maar rechtdoor dus kan alle klappen opvangen met z'n nekspieren (boksers niet). Als je ze achterop hun hoofd slaat kunnen ze dus wel een hersenletsel krijgen. Het aantal jaren dat je op de training een klap ontvangt werkt mee aan cognitieve stoornissen.

• Whiplash: Als iemand bijvoorbeeld achter op je auto botst. De witte massa en bloedvaten verschuiven dan. BBB kan kapot gaan.

Retograad: informatie van voor de klap niet onthouden.

Anterograde amnesie: informatie van na de klap niet onthouden.

• Hersenbloeding

Een onderbreking van de bloedstroom door een blokkade van een bloedvezel of van bloed van een vezel.

Ischemia (zuurstoftekort):

• Je kunt aanleg hebben om een hersenbloeding te krijgen.

• Je bloedvaten kunnen springen.

Gebeurtenis bij gebrek aan zuurstofrijk bloed (zie plaatje):

ontsteking

Diaschisis: Je hebt ergens een hersenbloeding en op een andere plek heb je functie uitval. Dit gebeurt omdat de gebieden met elkaar verbonden zijn.

Neuroprotectant (famaca): Drug die gebruikt wordt om de 'cascade' van de poststroke neurale gebeurtenissen te blokkeren.

• Epilepsie

Welke twee manieren kent u om epilepsie in te delen?

1) Symptomatisch: Hier is de oorzaak aan te wijzen (bijv. hersenbloeding, tumor).

Idiopatisch: De oorzaak is niet aan te wijzen. Genetische aanleg ligt hier voor de hand.

2) vocaal (ontstaat op 1 bepaalde plek; het kan zich nog wel uitspreiden) en gegeneraliseerd (ontstaat niet op 1 bepaalde plek.

Er zijn algemene tekenen die aan een aanval vooraf gaan:

• Een waarschuwings sensatie of gevoel dat een aanval (aura) komt.

• Verlies van bewustzijn (vaak gevolgd door periode van amnesie).

Afhankelijk van welk gebied betrokken is bij de excessieve vuurpatronen.

→ Als het gebied waar de epilepsie zit bij de thalamus is dan heb je wel verlies van bewustzijn, maar op motorisch gebied niet.

• Motor component (kan variëren van schudden tot kauwen).

Twee typen epilepsie:

1. Vocaal

Epilepsie ontstaat op 1 bepaalde plek en kan zich daarna nog naar andere gebieden in de buurt uitspreiden (secundair).

Catatonisch: de persoon is 'bevroren', kan zich niet bewegen.

• Jacksonian

• Complex partial seizurs: het ligt aan de localisatie of het het bewustzijn aantast.

2. Gegeneraliseerd

• Grand mal (GTCS): verlies van bewustzijn en stereotyped motorische activiteit.

  • Wisselen elkaar af bij een aanval.

    Tonisch stadia: kramp in lichaam en ademhaling stopt.

  • Clonisch stadia: spiertrekkingen

  • Postictal depresie: Na afloop van een aanval comateus en daarna weer herstel.

• Petit mal: verlies van bewustzijn en geen motorische activiteit behalve knipperen met ogen, hoofd draaien en met de ogen rollen.

Piekgolven zijn karakteristiek voor absence epilepsie (A&B).

Gegeneraliseerde epilepsie (tonisch/clonisch) is golf C.

Behandeling: Drugs die waarschijnlijk de lossing van abnormale neuronen inhiberen en daardoor stabiliseren ze het neuronorale membraan.

Chirurgische verwijdering van abnormaal weefsel soms bij temporaal kwab epilepsie.

De GABA agonist versterkt de werking van GABA

→ anti-epileptica.

• Multiple Sclerosis (MS)

  • Verlies van myeline in de motorische gebieden en sensorische zenuwen.

  • Oorzaak is onbekend. Waarschijnlijk speelt het immuunsysteem een rol.

• Neurodegeneratieve stoornissen

  • Dementie

Geheugen en andere cognitieve tekorten & stoornis in sociale en beroepsfunctioneren.

• • Nondegeneratief (heterogene groep van stoornissen)

  • Degeneratief (waarschijnlijk een genetische transmissie; parkinson & alzheimer)

• Parkinson

  • Veroorzaakt door degeneratie van substantia nigra en verlies van neurotransmitter dopamine.

  • Veel symptomen komen door veranderingen in de motorische activiteit die plaatsvindt doordat je ouder wordt.

  • Wat doet L-Dopa bij de ziekte van Parkinson?

L-dopa is een agonist en die verhoogt de hoeveelheid dopamine. L-dopa is na een tijdje niet meer effectief want er gaan steeds meer cellen dood.

• → 2 belangrijke kenmerken in hersenstam die verantwoordelijk zijn voor dopamine VTA en substantia nigra (verantwoordelijk voor dopaminaire innervatie van limbisch systeem).

• Positieve symptomen:

  • Tremor at rest (trillingen)

  • Toegenomen spierspanning

  • Onvrijwillige bewegingen

→ Akathesia: kleine onvrijwillige bewegingen of veranderingen in houding.

• • Masker gezicht (geen emotionele gelaatsuitdrukking).

• Negatieve symptomen:

  • Stoornissen in houding

  • Stoornissen in rechtop staan.

  • Stoornissen in beweging

→ Festination: als ze lopen gaan ze steeds sneller lopen (als je ze niet tegenhoudt gaan ze rennen).

• • Onderbrekingen van de spraak

  • Akinesia: langzame bewegingen.

• Cognitieve symptomen:

  • Verarming van gevoel, libido, motief en aandacht.

• Behandeling:

  • Gedrag (bijv. fysieke therapie)

  • Pharmacological (verhoging van dopamine door bijv. dopamine agonisten zoals L-Dopa)

→ L-Dopa is na een tijdje niet meer effectief, want steeds meer cellen gaan dood.

• Surgical (hersenoperatie → Deep brain stimulation in basale ganglia (DBS)

→ Door stimulatie kunnen ze weer 'normaal' functioneren (ook bij epilepsie patienten).

• • Tranplantation

  • Stam cel therapie: stamcellen kunnen onder invloed van een geschikt chemisch milieu tot allerlei cellen uitgroeien.

• Alzheimer (degeneratief)

Oorzaak is onbekend maar denken dat genen en giffen uit het milieu een rol spelen.

• Anatomische correlaties

  • Neuritic (amyloid) plaques

→ gelokaliseerd in cerebrale cortex en hippocampus.

• Neurofibrillary tangles (verwarring)

→ gelokaliseerd in cerebrale cortex en hippocampus.

• Hebben grotere ventrikels en groeven en een kleiner brein.

• Corticale degeneratie:

→ Limbische cortex, inferieur temporaal cortex en posterieur parietaal cortex zijn het meest beschadigd.

→ entorhinal cortex is belangrijkste in en output voor de hippocampus.

→ verlies van neurotransmitters (ach, noradrenaline, dopamine, serotonine).

Understanding and treating Psychiatric disorders

Drie belangrijke groepen:

1. Psychotische stoornissen
2. Gemoedsstoornissen
3. Angststoornissen

1) Psychotische stoornissen

• Schizofrenie

  • Negatieve symptomen: afgevlakt gevoelsleven, sociaal teruggetrokken

  • Positieve symptomen: desillusies, hallucinaties, geen georganiseerde spraak/gedrag, catatonisch (bevroren) gedrag).

• Type 1 Schizofrenie

→ Positieve symptomen. Komt door dopaminergic disfuncties.

→ kunt een goede prognose maken en reageert goed op neuroleptic drugs (antipsychotics).

• Type 2 Schizofrenie

→ Negatieve symptomen.

→ chronische kwellig, geen goede prognose, reageren niet goed op neuroleptics, cognitieve verslechtering, grote ventrikels.

→ vooral in frontale cortex

• Neuroanatomische correlaties:

  • Abnormaliteiten in de auditorisch gebieden van de temporaal kwabben zou bij kunnen dragen aan de auditorische hallucinaties.

  • Abnormaliteiten in Wernicke kunnen bijdragen aan een stoornis in gedachten.

  • Grote ventrikels en dunne cortex in de mediaal temporale gebieden. Abnormale dendriet velden in het dorsale prefrontale gebied, hippocampus. Entorhinal cortex voor geheugen tekorten.

  • Abnormale bloedstroom in de dorsolateral prefrontale cortex zou bij kunnen dragen aan het slechte plannen/organiseren.

• Neurochemische correlaties:

  • Dopamine

    • Een van de eerste neurotransmitters betrokken bij schizofrenie.

    • Neuroleptics zijn dopamine antagonisten.

    • Dopamine agonisten kunnen psychotische symptomen veroorzaken (L-Dopa).

    • Genen spelen misschien ook een rol.

Waarom zou je geen L-Dopa geven aan schizofrene patiënten?

Dopamine agonisten produceren psychose symptomen. Dus als je L-dopa geeft dan krijgen ze juist meer psychose symptomen. Symptomen verergeren.

2) Gemoedsstoornissen

• Manie

Druk, uitgelaten, blij en na verloop van tijd wordt je te druk!

• Bipolaire stoornis

Periodes van manie en depressie wisselen elkaar af.

• Depressie

Gevoel van waardeloosheid en schuld. Onderbreking van eetpatroon, slaap. Worden steeds langzamer en krijgen gedachten van zelfmoord.

• Neurobiologie; monoamine theorie

  • Depressie wordt veroorzaakt door een tekort aan monoamines (serotonine (SSRIs), noradrenaline, dopamine).

  • Duman: suggereert dan depressie lage niveaus van neurotrofische factoren in kan houden.

    • Brain-derived neurotrophic (BDNF) → verlaagd als je depressief bent. Hierdoor kunnen cellen niet meer goed functioneren.

    • Antidepressiva: zorgt dat cellen weer gaan functioneren.

• Stress

  • HPA Axis: Hypothalamic-pituitary-adrenal circuit die de productie en bevrijding van hormonen ten opzichte van stress onder controle houdt.

  • Bij depressie is er vaak te veel cortisol (stress hormoon) van de bijnieren.

→ deze hoge niveaus zijn slecht voor de neuronen en kunnen tot de dood van neuronen in de hippocampus leiden.

• Neuroimaging studies

  • Depressie gaat samen met een verhoogde bloedstroom en glucose metabolisme in de orbifrontale cortex, anterior cingulate cortex en amygdala.

• Behandeling

  • Electroconvulsive therapy (ECT)

    • Elektrische stroom gebruiken om seizures (aanvallen?) te produceren als behandeling voor erge depressie.

    • Stimuleert verminderde (down)regulatie van noradrenaline receptoren en de productie van neurotrophic factoren.

    • Leidt tot geheugenverlies.

  • Electrofysiologische behandeling

    • Transcranial magnetic stimulation (TMS)

→ Alternatief voor het behandeling van depressie.

→ minder drastisch dan ECT.

→ minder bijwerkingen dan ECT.

Wat zou L-DOPA kunnen doen bij depressieven?

Bij depressie heb je een lage hoeveel heid van serotonine, noradrenaline en dopamine. Als je L-dopa toevoegd dan wordt hoeveelheid dopamine verhoogd. Dus dat is misschien wel positief (voelen ze zich misschien beter, maar is wel tijdelijk).

Amfetamine & cocaïne: zorgen dat je je beter gaat voelen, dus bij depressieven waarschijnlijk ook.

3) Angststoornissen

Je hebt 6 verschillende typen:

• Gegeneraliseerde angststoornis

• Paniek stoornis

• Post-traumatische stress stoornis (PTSS)

• Sociale fobie

• Specifieke fobie

• Obsessief-compulsieve stoornis.

• Brain imaging studies

  • Verhoogde activatie in de cingulate cortex en parahippocampale gyrus.

  • Verbeterde respons voor het veroorzaken van angst stimuli in de amygdala en prefrontale cortex.

  • Excessieve excitatoire neurotransmissie kan angst vergroten.

  • Anststoornissen kunnen door stress veroorzaakt worden.

• Pharmacological behandelingen

  • Benzodiazepines: waren eens de beste behandeling voor angststoornissen, maar nu worden SSRIs ook veel gebruikt.

• Cognitieve-gedrags therapie (CBT)

  • Behandeling voor obsessief compulsieve stoornis die de realiteit van de obsessies van de patienten uitdaagt.

Waar wijst de succesvolle behandeling met SSRI’s op in patiënten met een angststoornis?

Angststoornissen worden veroorzaakt door verhoogde activiteit in de hippocampus en anterieure gedeelte van de gyrus cingulatem. (en door verhoogde activiteit op angstige stimuli in het orbitale prefrontale cortex en amandelkern. )

Waar wijst de behandeling op?:

→ Tekort aan serotonine kan bij angststoornissen een rol spelen. Serotonine receptoren in amygdala (als allen amygdala verantwoordelijk is voor angst).

→ Klinisch perspectief: symptomen depressie en angst overlappen gedeeltelijk.

Voornaamste werking L-Dopa: dopamine niveau wordt hoger.

Antidepressiva verhogen monoamines.

Tricyclische : gemengde opname remmers