neurowetenschappen
Anatomie en methoden
Het zenuwstelsel:
• Verwerkt zintuigelijke informatie
• Maakt het lichaam klaar voor actie of rust
• Zet emotionele en cognitieve processen in gang
• Stuurt spieren en organen aan
• Ontvangt en stuurt signalen van en naar verschillende lichaamsdelen
Het zenuwstelsel bestaat uit ons brein (centrale verwerkingseenheid), het ruggenmerg en de
zenuwen in ons lichaam.
Een belangrijk onderscheid dat neurowetenschappers maken, is dat tussen ‘structuur’ en
‘functie’. Structuur slaat hier op anatomische structuren. Dit houdt in dat een bepaald
hersengebied zich onderscheid van andere hersengebieden op basis van bijvoorbeeld het soort
neuronen dat zich daarin bevindt. Maar deze gebieden doen ook iets, en dan gaat het om
functie.
Neurowetenschappers zoeken naar neurale correlaten. Neuraal verwijst naar hersencellen en
zenuwen. Correlaat naar onderling gerelateerd. Welke neuronen/circuits/processen in de
hersenen zijn verantwoordelijk voor welke ervaringen en gedragingen?
Met andere woorden: welke hersenactiviteit komt overeen met en is nodig om een bepaalde
ervaring te produceren?
Vorm en functie van het neuron
De basisbouwstenen van ons zenuwstelsel zijn neuronen (zenuwcellen). Het kenmerkende
aspect van een neuron is de boomachtige structuur. Aan de ene zijde van het cellichaam
bevinden zich vele dendrieten en aan de andere zijde een lange vezel, het axon. Elk neuron heeft
maar één axon en deze kan variëren van een paar centimeter tot meer dan een meter.
Een neuron (zenuwcel) verwerkt informatie en geeft die door aan andere cellen. Dit is de
belangrijkste taak.
, Als de prikkeling niet boven een bepaalde
drempel komt, dan vindt er geen
actiepotentiaal plaats. Als de drempel
overschreden wordt, dan vindt er altijd een
actiepotentieel plaats van ongeveer dezelfde
grootte, ongeacht hoever de drempel
overschreden is. Om weer terug naar de
rustpotentiaal te gaan, stromen (positief
geladen) kaliumionen uit het neuron.
1. Celmembraan
2. Cellichaam
3. Celkern
4. Dendrieten
5. Axonheuvel
6. Axon
7. Gliacel
8. Myeline schede
9. Knopen van Ranvier
10. Axonuiteinden
Axon:
• Bedekt met een isolerende, witgekleurde laag van vetmoleculen, de myelinelaag.
Hierdoor kan het actiepotentiaal sneller door het axon verplaatsen.
• In de niet geïsoleerde delen (knopen van Ranvier) stromen er nieuwe positief geladen
natriumdeeltjes naar binnen voor een extra impuls.
Een neuron wordt in zijn geheel omhuld door het celmembraan dat het
neuron afscheidt van zijn omgeving. Als we inzoomen, zien we dat in
de vloeistof (binnen en buiten het neuron) ionen zich bevinden. De
ionen hebben een positieve of negatieve lading. Er kan ook
spanningsverschil zijn tussen het membraan aan de buitenkant en aan
de binnenkant van het neuron.
In het celmembraan bevinden zich ionenpoorten, deze kunnen zowel
open als dicht staan.
Door een actiepotentiaal geven de presynaptische eindknoppen een chemische stof
(neurotransmitter) af in de synaptische kloof. Dit is de kleine ruimte tussen de presynaptische
eindknop en de postsynaptische receptoren van het naastliggende neuron.
De postsynaptische receptoren (die vaak in de dendrieten liggen) kunnen de neurotransmitters
binden. Wanneer er genoeg neurotransmitters zijn gebonden, kan in het naastliggende neuron
een nieuw actiepotentiaal ontstaan.
,Elke neurotransmitter heeft een eigen type receptor. En een neurotransmitter zet een ionenpoort
open dat ofwel negatief geladen ionen doorlaat, ofwel positief geladen ionen doorlaat. Dit kan
geen combinatie zijn.
Belangrijke neurotransmitters in ons brein zijn dopamine, serotonine, adrenaline, noradrenaline,
GABA, glutamaat en acetylcholine.
GABA is een veelvoorkomende neurotransmitter die zorgt voor de instroom van negatief geladen
ionen waardoor deze neurotransmitter een inhiberende uitwerking heeft.
Glutamaat is een veel voorkomende neurotransmitter die zorgt voor de instroom van positief
geladen ionen waardoor deze neurotransmitter een exciterende uitwerking heeft.
Elektrisch deelproces:
Stromen er relatief meer positief geladen ionen naar binnen én bereikt de lading bij de
axonheuvel een bepaalde drempelwaarde, dan geeft het ontvangend neuron een signaal door.
Positief geladen ionen werken dus als een gaspedaal op het ontvangende neuron: ze hebben
een exciterende (stimulerende) uitwerking. Negatief geladen ionen werken als een rempedaal:
ze hebben een inhiberende (remmende) werking.
Rustpotentiaal: neuron wordt niet geprikkeld en zit in rusttoestand
Actiepotentiaal: als een neuron door naburige zenuwcellen via de dendrieten voldoende
gestimuleerd wordt. Een elektrische golf gaat door het axon. Dit gebeurt doordat positief
geladen deeltjes (natriumionen) naar binnen stromen. Deze golf eindigt bij een aantal
vertakkingen aan het uiteinde van het axon → de presynaptische eindkoppen.
Pompen in het celmembraan verplaatsen ionen weer van binnen naar buiten, en andersom.
Door verschillen in concentratie (van het soort ionen) en spanning binnen en buiten het axon
‘willen’ sommige ionen naar buiten en andere naar binnen. De ionen kunnen door poorten in het
celmembraan die opengaan als gevolg van de bereikte drempelwaarde.
Als de myelineschede wordt afgebroken, zoals bij MS of het syndroom van Korsakov: dan is er
geen signaal meer mogelijk. Neuronen die geen signaal meer ontvangen, sterven af. Dit kan
overal in het brein gebeuren.
Effecten van drugs en medicijnen
De signaaloverdracht wordt beïnvloed door veranderingen in de werking van neurotransmitters.
Mogelijkheden:
* Stimuleren/remmen van de producties van neurotransmitters
* Stimuleren/remmen van de afgifte van neurotransmitters
* Verandering werking neurotransmitters bij receptor
> Zelfde werking bij binding aan receptor of
> Blokkeren van receptor zodat neurotransmitter zijn werk niet kan doen of
> Langer hechten aan receptor waardoor de ionenpoort langer openblijft en zo de
uitwerking van de neurotransmitters wordt versterkt
* Verhinderen heropname neurotransmitters
* Verhinderen afbraak neurotransmitters in synaptische spleet
,De verschillende hersengebieden hebben ieder een eigen samenstelling van typen neuronen en
neurotransmitters. De effecten hangen af van:
* De neurotransmitters die ze beïnvloeden
* De manier waarop ze de neurotransmitters beïnvloeden
* De gebieden en circuits in de hersenen waar deze neurotransmitters voorkomen
* De functies die deze hersengebieden/circuits vervullen
Enkele voorbeelden:
Alcohol: inhiberend
o Waarnemings- en reactievermogen worden minder
o Remt sensorische en motorische impulsgeleiding
Morfine, heroïne (pijnstillers): inhiberend
o Blokkeert impulsen voor pijngewaarwording
Nicotine: exciterend
o Activeert gebieden die aanzetten tot actie, geeft energie
o Activeert gebieden geassocieerd met leren en geheugen
o Activeert het beloningscentrum van de hersenen
Herhaaldelijk gebruik:
Tussen het aantal neurotransmitters en hun receptoren bestaat een evenwicht. Herhaaldelijk
middelen gebruik kan dit evenwicht verstoren. Met als gevolg: aanpassing van het zenuwstelsel.
Bij over-stimulatie van een neuron (te veel signaalafgifte):
> Afname receptoren voor neurotransmitters met een exciterende uitwerking (=down-regulatie)
en/of
> Toename receptoren voor neurotransmitters met een inhiberende uitwerking (=up-regulatie)
Bij onder-stimulatie van een neuron (te weinig signaalafgifte):
> Afname van receptoren voor neurotransmitters met een inhiberende uitwerking (=down-
regulatie) en/of
> Toename receptoren voor neurotransmitters voor neurotransmitters met een exciterende
uitwerking (=up-regulatie).
Voorbeeld: alcohol
Alcohol versterkt de werking van GABA (=neurotransmitter met inhiberende uitwerking).
Gevolg: * Onder-stimulatie van opvangend neuron
* Afname van GABA-receptoren (=down-regulatie)
Alcohol blokkeert de werking van glutamaat (= neurotransmitter met exciterende uitwerking).
Gevolg: * Onder-stimulatie van ontvangend neuron
* Toename van glutamaat-receptoren (=up-regulatie)
Alcohol zorgt dus op 2 manieren voor onder-stimulatie van neuronen.
,Anatomie van het zenuwstelsel
Ruggenmerg + brein = centrale zenuwstelsel (czs)
Perifere zenuwstelsel: alle zenuwen buiten de hersenen en het ruggenmerg. Het bestaat uit:
• Somatische zenuwstelsel: bestaat uit neuronen die informatie van de zintuigen naar
het centrale zenuwstelsel sturen en van daaruit naar de spieren en klieren. Zo kun je
bewust bewegen (bijvoorbeeld lopen, schrijven, praten) en reageren op prikkels van
zintuigen.
• Autonome zenuwstelsel: regelt automatisch functies van organen (zoals hartslag,
ademhaling, spijsvertering) zonder dat je erover na hoeft te denken.
Het autonome zenuwstelsel bestaat uit:
1. Sympathische zenuwstelsel: bereidt het lichaam voor op flink actieve situaties zoals
vechten of vluchten, of voor de moderne mens: stressvolle vergaderingen of een
deadline halen.
o Dit zorgt voor een snellere hartslag, grotere pupillen, verwijding van
bloedvaten, diepere ademhaling en een lagere spijsverteringsactiviteit
o Het lichaam kan hierdoor snel reageren, maar langdurige activiteit kan
organen wel iets belasten
Evolutionair gezien is dit vermogen tot snelle actie zeer adaptief geweest. In normale situaties
duren deze heftige periodes van stress maar kort: van een paar seconden tot een paar minuten.
Dan keert het lichaam terug naar een toestand van rust en herstel.
2. Parasympatische zenuwstelsel: helpt het lichaam rusten en herstellen na activiteit.
o Het zorgt voor meer speeksel, betere spijsvertering en een lagere hartslag
o Zo kunnen bouwstoffen uit voedsel (bijv. eiwitten) gebruikt worden om
schade in het lichaam te herstellen
De twee systemen zijn elkaars fysiologische tegendeel, maar ze zijn altijd beide actief. De mate
waarin verschilt echter per situatie.
Anatomie van het brein: hemisferen en verbindingsroutes
Verschillende termen om de plaatsen in het brein aan te duiden:
Mediaal gelegen gebieden
bevinden zich in het midden.
Lateraal gelegen gebieden
bevinden zich aan de buitenkant.
Ventraal gelegen gebieden
bevinden zich aan de onderzijde.
Anterieur gelegen gebieden
bevinden zich aan de voorzijde.
Posterieur gelegen gebieden
bevinden zich aan de achterzijde.
, Het brein kun je verdelen in twee cerebrale hemisferen (hersenhelften). De longitudinale
fissuur scheidt de beide hemisferen. De twee hemisferen werken samen en wisselen informatie
uit. De drie belangrijke verbindingsroutes zijn:
(1) Corpus callosum (hersenbalk)
(2) Cingulum
(3) Commisura anterior (voorste commissuur)
Deze drie verbindingen bestaan uit zogenaamde
witte vezels. Deze vezels zijn de axonen van
hersencellen. Ze zien er bij de autopsie wit uit
door de vettige myelinelaag. De witte vezels
zorgen voor het verbinden van neuronen. De
cellichamen van neuronen noemen we wel de
grijze stof. Deze verwerken de informatie.
Er is in de hersenen sprake van lateralisatie van functie. Dat wil zeggen dat de hemisferen
verschillende taken uitvoeren. Belangrijke gebieden voor taal zitten bijvoorbeeld (bijna altijd) in
de linkerhemisfeer.
Bovendien worden veel functies contralateraal ten opzichte van het lichaam uitgevoerd. De
rechterhersenhelft verwerkt informatie uit het linker visuele veld en andersom ontvangt de
linkerhersenhelft informatie uit het rechter visuele veld.
Anatomie van het brein: drie delen van de hersenen
De hersenen bestaan uit drie grote onderdelen:
1. De achterhersenen
2. De middenhersenen
3. De voorhersenen
De achterhersenen bevinden zich
onderaan, de voorhersenen
bovenaan. Bij de mens en vele
zoogdieren zijn de voorhersenen zo
groot dat zij de gehele
middenhersenen en een deel van
de achterhersenen bedeklem. De
verdeling van de onderdelen sluit
aan bij de evolutionaire
ontwikkeling van het brein, waarbij de onderste delen van het brein het oudste zijn en de
bovenste delen het meest recent.
De achterhersenen bestaan uit:
• Medulla (verlengde merg): een verdikking van het ruggenmerg, maar ligt in de schedel.
Het is evolutionair oud, maar essentieel voor het controleren van basisfuncties zoals
ademhaling, hartslag, speekselvorming, hoesten en overgeven. Schade (als gevolg van
bijv. een bloeding) in dit gebied kan fataal zijn.