Gedragsneurowetenschappen deel 2. Dit deel gaat over systems neuroscience; gedrag en werking zenuwstelsel. figuren goed kennen met functie!

Transcriptie

1 Gedragsneurowetenschappen deel 2 1. Inleiding Dit deel gaat over systems neuroscience; gedrag en werking zenuwstelsel. figuren goed kennen met functie! 1.1 macroscopische structuur/anatomie van het zenuwstelsel 1.2 Centrale zenuwstelsel Verwerkt continue stroom van informatie, die zowel van externe als interne oorsprong kan zijn. Bestaat uit hersenen en ruggenmerg dat beschermd zijn door hersenvliezen en benige structuren van de schedel en wervelkolom. Cerebrospinale vocht: heldere vloeistof dat hersenentrikels, schedelholtes en wervelkanaal opvult. Het heeft een fysische (schokdempend) en fysiologische functie. Houdt de druk onder de hersenen op peil, zorgt voor de uitwisseling van voedingsbestanddelen en afvalstoffen met de hersenen. Hersenventrikels: ontstaan bij groei van de hersenen en zijn inwendige holtes die onderling met elkaar in verbinding staan. Laterale ventrikels staan in verbinding met het derde ventrikel, dit staat in verbinding met het vierde ventrikel via een smal kanaal (aquaduct van Sylvius) dat doorheen het mesencephalon loopt. Laterale ventrikel: in grote hemisferen Derde ventrikel: in de tussenhersenen Vierde ventrikel: in de hersenstam 1

2 Hersenen (rostraal naar caudaal) Telencephalon (voorhersenen diencephalon (tussenhersenen) hersenstam mesencephalon pons medulla oblongata cerebellum (kleine hersenen) ruggenmerg + autonome zenuwstelsel 2

3 1.2.1 Doorsneden (anatomische posities) Hersenanatomie Snijvlakken/doorsneden: - Coronaal: verticaal, evenwijdig met aangezicht - Horizontaal vlak: evenwijdig met schouders - Sagittaal vlak: verticaal vlak dat de hersenen van voren naar achteren doorsnijdt Verschillende assen: - Rostraal vs caudaal - Rostraal: richting van neus (naar voorhoofd) - Caudaal: richting van voeten - Ventraal vs dorsaal: lijn diagonaal door hersenen (kind naar bovenhoofd) - Ventraal inferieur: aan gezichtzijde ter hoogte van kin - Ventraal anterieur: ter hoogte van keel - Dorsaal superieur: aan bovenhoofd - Dorsaal posterieur: aan de nek Ipsilateraal : aan dezelfde kant ligt t.o.v. een gezamenlijk referentiepunt Voorbeeld: De rechterduim en rechtermiddenvinger. Contralateraal: aan de andere kant ligt ten opzichte van een gezamenlijk referentiepunt Voorbeeld: De rechterarm en linkerarm. 3

4 Menselijke anatomie = saggitale doorsnede Je ziet ook corpus callosum; verbindt de twee hemisferen met elkaar Je ziet ook hersenstam die doorloopt in het ruggenmerg Je ziet ook de kleine hersenen Je ziet ook telencephalon: middelste deel tussen herstenstam 4

5 1.2.2 Telencephalon / grote hersenen = voorste deel van de hersenen Frontale kwabben bij dieren zijn vaak proportioneel kleiner dan bij mensen. Telencephalon onderscheiden vier grote hersenkwabben / lobben: Frontaal kwab: o Meest anterieur o Gescheiden van cortex door de sulcus centralis (= fissuur van rolando) o Spraak, redeneren, emotie en controle van bewegingen, executieve functies o Meest anterieure deel: prefrontale cortex heeft utigebreide verbindingen met de thalamus en het limbische systeem en speelt een rol in hogere geheugen en denkprocessen, emotioneel gedrag, motivatie en de keuze en planning van gedragingen in functie van de omgevingscontext Occipitaal: o Achter partiële kwab en meest posterieure deel van de cortex o Ontvangen en verwerken van visuele input Temporaal: (slaapkwab) o Inferieur tov de frontale en pariëtale kwab en is ervan gescheiden door de fissuur van Sylvius (sulcus lateralis) o Begrijpen van gesproken taal, gehoor en geheugen Pariëtaal: o Posterieur aan de frontale kwab en achter de fissuur van rolando o Anterieure deel: somatosensorische cortex ontvangt en interpreteert gewaarwordingen als tast, temperatuur en pijn o Posterieure deel: sensorische input van de somatische en sensorische regio s integreert (voornamelijk de controle van bewegingen) 5

6 Ventrikels holtes in binnenste van hersenen: gevuld met cerebrospinaal vocht; maken het mogelijk om zenuwcellen te laten leven. Ook buitenkant hersenen voor bescherming. Wordt soms lumbaal geprikt, gebruikt om infecties van zenuwstelsel vast te stellen. laterale ventrikels op foto, derde holte die verbonden met smaller kanaal aquaductus, gaat over naar vierde ventrikel die uitloopt in centraal kanaal dat helemaal doorloopt naar ruggenmerg. Bij enkele ontwikkelingsstoornissen nauwere of geen doorgang tussen ventrikels; cerebrospinaal vocht kan niet goed doorlopen (druk op hersenen, waterhoofd), ook bij volwassenen. Grijze stof: cellichamen van hersencellen met lange uitlopers(bundels = axonen); verbinden hersendelen. Verschillende vezels zijn grijze stof 6

7 Witte stof: Bestaat uit uitlopers van neuronen die informatie van en naar de cortex transporteren en die georganiseerd zijn in vezelbanen: o Associatievezels: verbinden verschillende delen van de cortex binnen dezelfde hemisfeer o Commusissurale vezels: verbinden twee verschillende hersenhemisferen grootste is die van de corpus callosum o Projectievezels: verzorgen de verbindingen tussen de hersenstam en de cortex Corpus callosum Corpus callosum: verbindt de twee hemisferen Fissuur longitudinalis cerebri: onderscheidt de twee hemisferen Cerebrale cortex: o Hersenschors o Geplooid oppervlak dat de buitenkant van de hemisferen vormt en dat een dikke laag van grijze stof is o Bevat veel bloedvaten en cellichamen van cerebrale zenuwcellen o Onder cerebrale cortex is er een witte stof van zenuwvezels o Gyrus cinguli is een grote winding rondom het corpus callosum Laterale groef Temporale kwab Windingen= giri = plooien in hersenen Striatum: deel van basale ganglia 7

8 Basale ganglia Gevormd door aantal diepgelegen kernen van grijze stof (o.a. nucleus caudatus, putamen en globus pallidus) Die kernen maken deel uit van het extrapiramidale systeem en staan in voor de initiatie en controle van bewegingen, lichaamshouding en bepaalde cognitieve functies Extrapiramidaal systeem: alle hersendelen buiten de piramidebaan. De piramidebaan is de grote uitvalsweg die vanuit de motorische hersenschors bewegingsopdrachten doorgeeft om de spieren te activeren, zodat een geplande beweging daadwerkelijk wordt uitgevoerd. Toen men ontdekte dat prikkeling van andere hersendelen dan de piramidebaan ook tot beweging kon leiden, noemde men die gebieden het extrapiramidale systeem. Die term is niet anatomisch gedefinieerd. In de praktijk bedoelt men met het extrapiramidale systeem de basale ganglia Functioneel maken ze deel uit van een controlesysteem in samenwerking met structuren in de hersenstam (o.a. substantia nigra) en de motorische cortex, de frontale lobben en het cerebellum Hippocampus en amygdala Behoren tot het limbische systeem Het limbisch systeem is een groep structuren in de hersenen die betrokken zijn bij emotie, motivatie, genot en het emotioneel geheugen. Bestaat uit een ring van corticaal weefsel (archicortex) op de grens tussen neocortex en het diencephalon Speelt rol bij het geheugen en emotionele expressies Hippocampus: inprenting van nieuwe informatie en het vormen van nieuwe herinneringen Amygdala: sociaal gedrag en controle, uitdrukking en interpretatie van emotionele reacties 8

9 1.2.3 Diencephalon Rostraal van de hersenstam Thalamus: o zorgt voor de verdeling van de projectievezels naar de verschillende delen. o Ontvang zenuwbanen van de somatosensorische en motorische systemen in hersenen en ruggenmerg o Bevat verschillende zenuwkernen o Overdracht en verwerking van sensorische informatie naar de respectieve hersengebieden en speelt een rol in de bewuste gewaarwording van deze sensorische informatie en het richten van de aandacht Hypothalamus: o Ventraal tov thalamus o Structuur heeft afferente en efferente verbindingen met verschillende onderelen van het CZS o Gedragingen en autonome functies geregeld die verband houden met homeostase (innerlijk welbevinden) en voortplanting o Ook belangrijke rol als motivationeel systeem, waarbij gedragingen die als belonend worden ervaren geïnitieerd en bestendigd worden o bevat verschillende kernen (grijze stof) die functioneel verschillend zijn en onderling verbonden. Spelen een rol bij autonome functies (bv aansturing honger, eten, drinken, seksueel gedrag) Bewust hongergevoel kan pas door prefrontale en frontale Ook bloeddruk enz, fysiologische zaken die aansturen op gedrag, autonome zenuwstelsel begint in de hypothalamus 9

10 1.2.4 Hersenstam Boven hersenstam zit cerebellum en daar langs zitten de banen voor de motoriek aan te sturen. Witte stof en grijze stof (bv evenwichtskernen). Mesencephalon Kleinste onderdeel hersenstam Bevat o.m. gepigmenteerde hersenkern (substantia nigra) Neuronen van mesencephalon vormen belangrijke verbindingen met verschillende motorische hersensystemen (cerebellum en basale ganglia) en maken deel uit van het extrapiramidale systeem dat samen met het corticospinale systeem instaat voor motorische bewegingen Ventraal: twee grote vezelbundels; sensorische informatie naar de hersenen toe en motorische informatie van de hersenen weg leiden Ook delen aanwezig van het auditieve en visuele systeem mesencephalon motoriek gekoppeld aan visuele en auditieve informatie (bv hoofd naar geluid toe bewegen) 10

11 Pons Bestaat uit witte stof en is gescheiden van medull bolongata door groeve Ventrale deel: stuurt waarnemingsinformatie (onder meer over beweging) van de cerebrale cortex naar cerebellum Dorsale deel: betrokken bij regulatie van ademhaling, smaak en slaap Medulla bolongata Meest caudale deel Gelijkt qua opbouw sterk op het ruggenmerg, waar het in overgaat Het bevat stijgende en dalende banen die ruggenmerg en hersenen verbinden en de verticale uitwisseling van informatie verzorgen Bevat ook kernen die instaan voor de regulatie van bepaalde vitale functies (bloeddruk, ademhaling, spijsvertering en hartritme) Cerebellum Dorsaal aan de pons en bevat grootste aantal neuronen van alle hersendelen Bestaat uit een dikke laag grijze stof (cellichamen) rondenom een centrale massa wistte stof (zenuwvezels of axonen) Omgekeerd aan het telecephalon Betrokken bij cognitie en motoriek: o Krijgt somatosensotrische input (zintuigelijke waarneming) vanuit ruggenmerg o Motorische informatie vanuit de cortex o Informatie over het lichaamsevenwicht uit het evenwichtsorgaan in het binnenoor o Instandhouden van ons lichaamsevenwicht en cotractie van spiergroepen coödridneren bij houdingsverandering Adequaat uitvoeren van aangeleerde bewegingen zodat alle bewegingen gecontrolleerd en gecoördineerd verlopen Integratiecentrum voor informatie van motoriek, evewciht en tast- en diepe gevoeligheid (aangevoerd vanuit het ruggenmerg) 11

12 1.2.6 Ruggenmerg Grijze stof nu centraal, witte stof perifeer Grijze stof Witte stof Cellichamen van zenuwcellen Uitlopers van neuronen die een opwaartse Bestaat uit tee dorsale en twee ventrale hoornen (sensorisch naar hersenen) of neerwaartse baan (motorische commando s en modulerende info Dorsale: bestaat uit sensoriële neuronen die prikkels vanuit zintuigen ontvangen vanuit de hersenen naar de rest van het lichaam) doorheen het ruggenmerg volgen Ventrale: bestaat uit cellichamen van motorneuronen die de spieren in het lichaam bezenuwen Witte ruggenmerg: Beschermen van het delicate ruggenmerg tegen impact. Ruggenmerg is verdeeld in segmenten die elk de bezenuwing van een specifiek deel van het lichaam bevatten Ontvangt sensoriele input van heel wat inwendige organen waarvan het de functie controleert en bevat daarnaast ook motorneuronene die verantwoordelijk zijn voor vrijwillige bewegingen en reflexen Dorsolateraal en ventrolateraal van elk ruggenmergsegment ontspringen aan beide zijden zenuwbundels, de dorsale en ventrale wortels, die samen komen in de psinale zenuw o Dorsale wortels bundelen afferente vezels die sensorische info vanuit de periferie aanvoeren o Ventrale wortels bevatten axonen van motorneuronen en vervullen een efferente functie Roze in afbeelding = verschillende lagen hersenvliezen Worteltjes (vezels) treden uit de lagen hersenvliezen tussen ruggenwervels zitten ruggenschijven, bij vele belastingen puilen deze uit (gevaarlijk voor de worteltjes): pijn, deel van lichaam verlamd, gevoelloosheid 12

13 1.3 Perifere zenuwstelsel Verbindt de zintuigcellen in de verschillende organen en weefsels met het centrale zenuwstelsel zodanig dat het informatie kan doorgeven aan het centrale zenuwstelsel. Het ontlokken van motorische reacties aan het lichaam ten gevolge van impulsen uit het centrale zenuwstelsel. Het bestaat uit alle neuronen die gelegen zijn buiten de hersenen of het ruggenmerg. Somatisch zenuwstelsel Omvat efferente en afferente zenuwen die ervoor zorgen dat sensorische en motorische prikkels van en naar het centrale zenuwstelsel worden geleid Perifeer zenuwstelsel Autonome zenuwstelsel (vegatief) Staat in voor de neurale connecties naar exocriene klieren en gladde spieren van de inwendige organen Zelfcontrolerend en reacties gebeuren Omvat sensoriële neuronen die de huid, de dwarsgestreepte spieren en de gewrichten bezenuwen onwillekeurig, zonder bewuste controle Gericht op bewaren van homeostase Craniale zenuwen: zenuwen die ontspringen in de hersenen en zijn ofwel gemengd ofwel sensorisch of motorisch Spinale zenuwen: zenuwen in verbinding met ruggenmerg en zijn steeds gemengd sensorisch en motorisch Afhankelijk van hun functie en de structuren die ze bezenuwen maken deel uit van het somatisch of autonoom zenuwstelsel Efferente zenuwvezels (weg van het centrale zenuwstelsel): motorisch en transporteren impulsen van het centrale zenuwstelsel naar spieren Afferente zenuwvezels (naar het centrale zenuwstelsel): sensorisch en vervoeren informatie vanuit de zintuigreceptoren in het lichaam naar het centrale zenuwstelsel zenuwbanen, sensorisch doorgeven naar ruggenmerg of motorische signalen doorgeven naar het ruggenmerg, de spieren van het lichaam centraal zenuwstelsel krijgt zo info over de stand van spieren en ledematen, over perceptie van temperatuur en pijn en over druk en aanraking aan het lichaamsoppervlak ontlokt willekeurige reacties aan de dwarsgestreepte skeletspieren en staat zo in voor de lichaamsbeweging Sympathische zenuwstelsel: reguleert stressreacties van het lichaam en bereidt het voor op actie (fight or flight, BAS): verhoogde hartslag, ademfrequentie, spijsverteringssysteem onderdrukken Parasympathische zenuwstelsel: gaat het lichaam tot rust en opbouw aanzetten en het inwendige evenwicht bewaren of herstellen (rest and digest): bv blozen, onbewust reactie op iets bewust, hartritme en ademfrequentie vertraging, spijsverteringsfuncties bevorderd Enterische zenuwstelsel : neuronaal netwerk in de wanden van de ignewanden waardoor er onafhankelijk van het centrale zenuwstelsel spiercontracties tot stand komen: vooral darmen, buik, maag 13

14 Somatische zenuwstelsel bezenuwt huid, dwarsgestreepte skelet-spieren en gewrichten ontlokt vrijwillige reacties (vb. arm wegtrekken) op bewust waargenomen sensoriële signalen (vb. pijn door verbranding) uit de externe omgeving Autonoom zenuwstelsel Parasympathisch Vertrekken lumbaal Rust BIS (verminderde arousal) Ortho sympathisch Meer dorocaal en sacraal, lumbaal Fight or flight BAS 2. Hoofdstuk 8: Controle van beweging 2.1 Spieren Spiercontractie : valt weg in deel Skeletspieren Verantwoordelijk voor onze acties, bewegen ons voort Meeste zijn bevestigd aan botten aan elk uiteinde en bewegen de botten door spiercontractie (behalve oogspieren en sommige buikspieren die slechts aan één uiteinde bevestigd zijn) Spieren zijn bevestigd aan botten via pezen (tendons): sterke banden van bindwfeesel 14

15 Dus de dwarsgestreepte spieren bevestigd aan de botten zorgen voor verschillende soorten beweging, maar in het bijzonder zijn er twee soorten: o Buiging/flexie (flexion): flexor spier trekt samen waardoor de ledematen samentrekt door de buiging van gewrichten Flexor muscle any of the muscles that decrease the angle between bones on two sides of a joint, as in bending the elbow or knee. o Strekking : (extension): contractie van extensor muscles (antigravity muscles) waardoor de ledematen strekken door het rechttrekken van de gewrichten Extensor muscle any of the muscles that increase the angle between members of a limb, as by straightening the elbow or knee or bending the wrist or spine backward. The movement is usually directed backward, with the notable exception of the knee joint. Spieren trekken samen (contract), ledematen buigen (flex) Figure 8.1 Anatomy of Skeletal Muscle Op de afbeelding zien we:! Extrafusal spiervezels : verantwoordelijk voor de kracht die wordt uitgeoefend door de samentrekking van de skeletspieren. Alpha Motor Neuron : een neuron wiens axon synapsen met extrafusal spiervezels vormt Een enkele gemyeliseerde axon van een alpha motor neuron dient voor verschillende extrafusal spiervezels activering alpha motor neuronen trekt de spiervezels samen Motor Unit : een motor neuron dat geassocieerd is met spiervezels. Een alpha motor neuron, zijn axon en geassocieerde extrafusal spiervezels vormen motor unit. 15

16 Intrafusal spiervezels : gespecialiseerde zintuiglijke organen, bediend door twee axonen. Spierspoeltjes: uiteinden van zenuwen voor reflexen Functioneert als een stretch receptor, parallel aan de extrafusal spiervezels, waardoor het veranderingen in spierlengte kan detecteren Gamma Motor Neuron: een neuron waarvan de axonen synapsen vormen met intrafusal spiervezels. Een enkele spiervezels bestaat uit een bundel van myofibrillen (contractiele elementen): bestaat elk uit overlappende strengen van actine en myosine o Actine en myosine: proteïnen die zorgen voor de fysische basis van spiersamentrekking (vezels) o Gebieden waar actine en myosine overlappen zorgen voor donkere strepen, genaamd striations (strepen) vandaar benaming dwarsgestreepte spieren (striated muscles) Intrafusal spiervezels in de spoeltjes, extrafusal spiervezels buiten de spoeltjes. Functie gamma motor neuronen: contractie om de gevoeligheid van de afferente eindes van de vezels aan te passen, resulterend in een stretch Opmerking: de kleine uitsteeksels aan de myosine filamenten (= myosine cross bridges) zorgen voor de interactie met de actine filamenten. Filament: eiwitdraad in dwarsgestreepte spiervezels, bij contractie schuiven filamenten in elkaar Alfa, gamma neuronen voor contractie van de spieren Figure 8.3 Mechanism by Which Muscles Contract: action potentials and contractions of a muscle fiber Neuromusculair knooppunt: synaps tussen terminale knoppen van axonen en spiervezels Motor eindplaat: postsynaptische membraan van een neuromusculair knooppunt. Eindplaat potentieel: postsynaptisch potentieel in de motor eindplaat wanneer acetylcholine wordt vrijgelaten door de terminale knoop. 16

17 2.1.2 Zintuiglijke feedback van spieren Zoals eerder vermeld rekken de intrafusal spiervezels als de spier langer wordt en ontspannen ze als de spier korter wordt. Dus ook al spreken we hier van afferente neuronen (stretch receptoren), dienen ze ook als spierlengte detectoren. Stretch receptoren vind je ook in de pezen, meer specifiek in het golgi apparaat (receptor orgaan op het knooppunt van de pezen en de spieren dat gevoelig is voor rekking). De stretch receptoren van het golgi apparaat coderen de mate waarin men rekt door de snelheid waarop de neuronen vuren. Ze reageren dus niet op de spierlengte maar op hoe hard de spier trekt. Extra uit boek (p259) a) Passief verlengen van de spieren MS1 vuurt meer Golgi apparaat blijft onveranderd b) MS2 vuurt snel, signaleert plotse veranderingen in spierlengte c) MS1 en MS2 vuren kort, golgi apparaat reageert in verhouding tot de kracht van de contractie (stress op de spier) Gladde spieren Hartspier Niet dwarsgestreepte spier gestimuleerd tot actie door autonoom zenuwstelsel Multi-unit gladde spieren in grote aderen, haarfollikels en ogen Single Unit gladde spieren in gastro-intestinaal systeem, uterus en kleine bloedvaatjes Spier verantwoordelijk voor hartcontractie (kloppen van het hart). 17

18 2.2 Reflexieve controle van beweging Bijvoorbeeld rechtstaan: eigenlijk wiebelen we altijd, samenwerking met evenwicht enz om te blijven rechtstaan. Snel, tegenwerkingen controleren. Correcties die het lichaam automatisch uitvoert The Monosynaptische Stretch Reflex Spieren trekken samen in reactive op snel gestrekt te worden. Primaire componenten zijn: o Een zintuiglijke neuron o Een motorische neuron o Een synaps tussen deze twee Klop door hamer bij dokter om reflex te testen o 50 miliseconden verschil tussen klop en strekking been te kort interval voor invloed hersenen o = patella/knieschijf reflex (evolutionair geen nut bij klopje been strekken) o Monosynaptische stretch reflex heeft wel nut Figure 8.5 The Monosynaptische Stretch Reflex bedoeld om continue toestand behouden van contractie spieren (tonus), conservatie van houding. Belangrijk bij aansturing beweging. Spierspoeltjes nemen de stretch /rek waar. Contact stuurt informatie terug naar spieren (samentrekken). 18

19 1) Begin bij spierspoeltjes: afferente impulsen worden uitgevoerd naar terminale knopen in de grijze stoffen van het ruggenmerg 2) Deze terminale knopen maken synapsen op een alpha motor neuron die de extrafusal spiervezels van dezelfde spier activeren Slechts één synaps tegengekomen op deze weg van receptor naar effector = monosynaptisch Door het vuren van de alpha motor neuronen meer contractie en de arm trekt het gewicht omhoog. Figure 8.6 De rol van de Monosynaptische Stretch Reflex in Posturale Controle Controle van postuur Om te staan moeten we ons centrum van zwaartekracht boven onze voeten houden, of we vallen, we schommelen naar voor en achter en van links naar rechts. Bijdrage visueel systeem en vestibulaire zakken (twee receptororganen, in elk binnenoor die veranderingen in kanteling van het hoofd detecteren, evenwichtsorgaan) Gamma Motorisch Systeem Gamma motor neuronen kunnen de gevoeligheid voor stretch veranderen, De mate waarin deze neuronen vuren bepalen het niveau van de contractie ontspannen gamma motor neuronen produceren intrafusal spiervezels die ongevoelig zijn voor stretch Actieve gamma motor neuronen produceren intrafusal spiervezels die meer gevoelig zijn voor stretch. Des te meer controle er kan zijn in het ruggenmerg, des te minder informatie er verzonden moet worden van en naar de hersenen. Afferente axonen van de spierspoeltjes helpen om de positie van de ledematen te behouden zelfs als de ledematen meer of minder moeten dragen 19

20 Efferente controle van de spierspoeltjes laten de detectoren van spierlengte toe om bij te staan in de veranderingen van de positie van de ledematen Dus spierspoeltjes: Efferent axon stil: spoel is ontspannen en langgerekt efferent axon neemt toe: de spel wordt korter en korter als de rest van de hele spier ook korter wordt, zal er geen stretch zijn in de centrale regio die de zintuiglijke eindes bevat, en de afferente axon zal niet reageren MAAR als het spierspoeltje sneller samentrekt dan de gehele spier, zal er een grotere hoeveelheid afferente activiteit zijn. Motorisch systeem maakt gebruik van dit fenomeen op volgende manier: Wanneer commando s van het brein zeggen om een ledemaat te bewegen, zowel de alpha motor neuronen en de gamma motor neuronen worden geactiveerd De alpha motor neuronen starten de spierenscontractie Als er een beetje weerstand is: zowel extrafusal en intrafusal spiervezels zullen contracteren op ongeveer dezelfde mate/snelheid, en je zal weinig activiteit zien van de afferente axonen van de spierspoeltjes Als ledematen veel weerstand tonen: intrafusal spiervezels zullen korter worden dan de extrafusal spiervezels en dus zullen zintuigelijke axonenen beginnen te vuren en ervoor zorgen dat de monosynaptische stretch reflex de contractie versterkt Dus het brein maakt gebruik van gamma motor systeem in het bewegen van ledematen Door een mate van vuren in het gamma motor systeem te verwezenlijken, de hersenen controleren de lengte van de spierspoeltjes en indirect, de lengte van de gehele spier Polysynaptic Reflexes Spinale reflexen met meer dan een synaps. Meeste andere reflexen (anders dan mono synaptische stretch reflex) Van simpel (terugtrekking van ledematen) of complex (ejaculatie) Spinale reflexen bestaan niet in isolatie: gecontrolleerd door het brein Elke axon maakt normaal synapsen met vele neuronen, elke neuron ontvangt ook synapsen van verschillende axonen Er zijn twee populaties van afferente axonen van het golgi apperaat met verschillende gevoeligheid voor het rekken. Heel gevoelige afferente axonen: zeggen het brein hoe hard de spieren trekken Minder gevoelige : terminale knoppen maken synapsen op interneuronen van het ruggenmerg (neuronen die zich compleet in de grijze materie van het ruggenmerg bevinden en dienen om andere spinale neuronen te verbinden) De terminale knopen maken glycine vrij en dus produceren inhiberende post synaptische mogelijkheden voor de motor neuronen (fig 8.7) De functie van inhiberende golgi apparaat reflex: kracht van spiercontractie verminderen als er gevaar is om de pezen of bottenwaar de spieren aan vasthangen te beschadigen 20

21 o o Kat waarbij hersenstam doorgesneden werd: decerebrate rigiditeit = gelijktijdige contractie van agonistische en antogonistische spieren, veroorzaakt door het doorsnijden van de hersenstam of beschadiging van de reticulaire formatie = kromme rug, gestrekte stijve benen Resulteert van excitatie van oorsprong uit de caudale reticulaire formatie (hersenstam regio, stretch reflexen, extensor spieren, verhoogt activiteit gamma motor systemen The reticular formation is a region in the brainstem that is involved in multiple tasks such as regulating the sleep-wake cycle and filtering incoming stimuli to discriminate irrelevant background stimuli. It is essential for governing some of the basic functions of higher organisms, and is one of the phylogenetically oldest portions of the brain. o o Agonist spieren bij welke de contractie een specifieke beweging bewerkstelligd of promoveert Antagonist spieren bij welke de contractie een specifieke beweging tegenwerkt of omkeert Clasp-Knife Reflex komt voor wanneer men kracht gebruikt om een ledemaat van een dier met decebrate rigiditeit te buigen of te strekken. Bv bij kat met decebrate rigiditeit met gestrekte ledematen zal het eerst tegenwerken en dan plots terug soepel (zoals bij een zakmes). Het plots soepel worden wordt bewerkstelligd door het golgi apparaat Figure 8.7 Polysynaptic Inhibitory Reflex Registratie van spierspoeltjes en peeslichaampjes, maken meerdere synapsen in grijze stof. Exitatie (synapsboog) en inhibitie. Inhibitie zorgt dat exitatie (reflex) niet te overdadig is 21

22 Figure 8.8 Secondary Reflexes Meeste reflexen vragen samenwerking van spieren die samengaat met ontspanning van antagonistische spieren. (tegengestelde manier beïnvloeden) Gaat altijd om een reflexboog. Binnenkomende informatie zorgt dat reflexiespier contraheert en tegelijkertijd inhibitie van tweede tak (antagonistische spieren). Complexere bewegingen: aantal interneuronen groter 2.3 Control of Movement by the Brain Hersenen moeten tussenbeide komen vanwege complexiteit van gedrag en emotionele en cognitieve elementen die aan de pas komen. Eerste gyrus voor groeve van Rolando, maakt bewegingen mogelijk. Commando komt van meer frontaal gelegen regio s (ook geheugen, prefrontale conrtex) maar het is de motorische cortex die de beweging start en van daaruit via banen die afdelen in de hersenen, doorheen ruggenmerg naar de spieren Organisatie van de motorische cortex Primaire motorische cortex ligt aan de precentrale gyrus, rostraal van de sulcus centralis (= fissuur van Rolando) Een sulcus is een gleuf of groeve in de sterk gevouwen hersenschors. Zij worden afgewisseld met gyri, of windingen. Grotere groeven worden fissuren genoemd (zoals de fissura longitudinalis en de fissura lateralis) 22

23 Somatotopische Organisatie o Topografische organisatie/ in kaart brengen van delen van het lichaam gerepresenteerd door verschillende regio s in het brein. Bv: Lateraal meer aangezicht, mediaal meer ledematen. o Motorische Homunculus figuur dat op mens lijkt, ontwerp gebaseerd op de somatopische organisatie in de motorische cortex. Bv: veel cortex nodig voor fijne handbewegingen en spraak, romp heeft weinig cortex oppervlakte nodig. Er zijn complexe neurale circuits tussen de individuele neuronen in de primaire motorische cortex en de motor neuronen in het ruggenmerg die ervoor zorgt dat motorische eenheden samentrekken. De commando s foor beweging in de primaire motorische cortex worden geassisteerd en aangepast, vooral door de basale ganglia en het cerebellum. Bij apen zien we dat als bepaalde regio s in de hersenen gestimuleerd werden er wel een specifiek motorisch gedrag voorkwam, maar als we dat gebied langer stimuleerden kwam er complexer gedrag tevoorschijn Voornaamste corticale input voor de primaire motorische cortex is de frontale associatie cortex, rostraal gelegen van de primaire motorische cortex, twee regio s liggen er vlak tegen: o Supplementaire motorisch gebied: mediaal oppervlakte van het brein, rostraal van de primaire motorische cortex o Premotorische cortex: voornamelijk op het lateraal oppervlak, ook rostraal van de primaire motorische cortex ontvangen zintuiglijke informatie van de pariëtale en temporale kwabben, en zenden efferente axonen naar de primaire motorische cortex 23

24 Figure 8.9 Motor Cortex and the Motor Homunculus(Penfield and Rasmussen) 24

25 2.3.2 Corticale Controle van beweging: descenderende (dalende) motorische wegen Banen die spieren van het lichaam aansturen. Neuronen in de primaire motorische cortex controleren beweging door twee groepen van descenderende wegen (op basis van waar ze zich bevinden): Laterale Groep the corticospinale baan(= tractus corticospinalus), de corticobulbar darmkanaal, and de rubrospinale darmkanaal. o Van primaire motorische cortex naar ruggenmerg o Meeste axonen oorsprong in primaire motorische cortex en supplementaire motorisch gebied (verre leematen), ze vormen synapsen (direct of indirect via interneuronen) met motorische neuronen in de grijze matterie van het ruggenmerg (in het laterale gedeelte van de ventrale hoorn) o Betrokken bij onafhankelijke bewegingen van de ledematen, vooral van de handen en vingers. gecontroleerde beweging van ledematen, bv locomotie (voortbewegen) Tractus: bundel axonen, neuronen die zich in cortex of andere delen hersenstam bevinden Ventromediale Groep the vestibulospinale baan (= tractus vestibunus spinalus), de tectospinale baan, de reticulospinale baan en de ventrale corticospinale baan. o (buikzijde, midden) evenwicht naar ruggenmerg o Neuronen in ventromediaal gedeelte van de grijze materie in ruggenmerg o Alle tractussen krijgen informatie van primaire motorische cortex o Axonen oorsprong in het bovenbeen en romp (regio s) van de primaire motorische cortex, ze dalen af naar de gepaste regio van het ruggenmerg en splitsen op, ze verzenden terminale knopen naar beide kanten van de grijze materie o Ze controleren motorische neuronen die de spieren van de bovenbenen en romp bewegen o betrokken bij automatische bewegingen, groffe bewegingen van de spieren en de romp en coördinatie van de romp en de ledematen (bv postuur en locomotie) 25

26 Tractus corticospinalis Tractus pyramidalis Tractus lateralis corticospinalis Tractus corticospinalis ventralis Tractus corticobulbaris Tractus rubrospinalis Tractus vestibulospinalis Tractus tectospinalis Tractus reticulospinalis Laterale groep Axonen van controicale neuronen die in de grijze matterie van het ruggenmerg zitten. Grootste concentratie zit in de primaire motorische cortex, maar er zitten ook neuronen in de pariëtale en temporale kwab die axonen versturen naar de coticospinale weg Axonen verlaten de cortex en reizen doorheen subcorticale witte materie naar de ventrale middenhersenen, waar ze de Pedunculus cerebri (hersensteel, het omhulsel van het mesencephalon dat naar beneden gaat rondom de hersenstam ) binnenkomen. Wanneer axonen de pedunculus in de medulla (middenstuk tussen hersenstam en ruggenmerg) verlaten vormen ze de tractus pyramidalis. Bij de caudale medulla steken de meeste vezels over en dalzen ze af doorheen het contralaterale ruggenmerg. Dan vormen ze de tractus lateralis cortispinalus. Lichtblauw in figuur 8.11 De rest van de vezels dalen af doorheen het ipsilateraal ruggenmerg en vormen tractus ventral corticospinalus. Donkerblauw in figuur 8.11 = eigenlijk deel van de ventromediale groep Projecteerd naar de medulla, lijkt op corticospinalus maar het eindigt in de motorische kernen van de vijfde, zevende, negende, tiende, elfde en twaalfde hersenzenuwen (trigeminus, gezicht, glossopharyngeus, vagus, spinale accessoire, hypoglossus zenuwen), deze zenuwen controleren het gezicht, de nek, de tong en delen van extraoculair oogbewegingen (groene lijnen in 8.11) Oorsprong in de nucleus ruber (rood) van het middenbrein (bij substantia nigeria). Het ontvangt belangrijkste informatie van de motorische cortex via de corticorubrale tractus en het cerebellum. Axonen eindigen op motorische neuronen in het ruggenmerg die onafhankelijke bewegingen van de voorarmen en handen controleren (maar niet vingers) Ventromediale groep Cellichamen gelokaliseerd in vestibulaire kernen, Rol bij het controleren van postuur Evenwichtskenmerken in hersenstam Groen in figuur 8.12 Cellichamen in superieure colliculus Controleren coördinatie van hoofd en romp bewegingen met oogbewegingen Eerste deel van de hersenstam Donkerblauw in figuur 8.12 Krijgt ook informatie van premotorische cortex en verschillende subcorticale regio s (bv amygdale, hypothalamus en basale ganglia) Cellichamen in vele kernen in de hersenstam en middenbrein reticulaire formatie 26

27 + tractus corticospinalis ventralis Neuronen controleren verschillende automatische functies (bv spiertonus, respiratie, hoesten en niezen) maar ook in gedrag dat onder direct neocorticale controle staat (bv wandelen) donkerpaars (lateralis) en oranje (medialis) Figure 8.11 Lateral Group of Descending Motor Tracts!!! Figure 8.12 Ventromedial Group of Descending Motor Tracts!!! hersenstam 27

28 28

29 29

30 2.3.3 Planning en begin van beweging: rol van morotische associatie cortex Supplementair motorische regio: kritische rol in gedragssequenties Plannen eerst moet deze beweging, dan de andere beweging Pre-SMA : rol bij controle van spontane beweging Premotorische Cortex rol bij leren van complexe bewegingen uit te voeren, in functie van zintuiglijke informatie. (bv hoe ledematen staan, visie, auditief, ) + onderdeel spiegelneuronen systeem Zorgen voor planning van beweging, door de connectie met primaire motorische cortex wordt deze planning uitgevoerd + motorische associatie cortex: imitatie van beweging van anderen, belangrijk bij het aanleren van nieuw gedrag en het begrijpen van de functies van gedrag van anderen Ontvangen informatie van associatie gebieden van de pariëtale en temporale cortex o Visuele associatie cortex: Ventrale stroom: het wat, perceptie en herkennen van objecten -> eindigt in inferieure temporale cortex Dorsale stroom; het waar, perceptie van locatie -> eindigt in posterieure peraiëtale kwab o Pariëtale kwabben: organiseren van visueel geleide beweging die interageren met objecten van de omgeving ( hoe van visuele perceptie) + krijgt informatie over spatiale locatie van het somatosensorische, vesitbulaire en auditieve systemen en integreert dit met visuele informatie dus geeft informatie over wat er waar gebeurt o Weg van pariëtale kwabben tot frontale kwabben: locomotie en arm en hand bewegingen Figure 8.13 Cortical Control of Movement!!! samenwerking tussen verschillende corticale gebieden: 30

31 Prefrontale cortex: executieve functies (initiatief om te beginnen bewegen) Plan om te bewegen doorgeven aan meer caudaal gelegen regio s: SMA, premotorische cortex en primaire motorische cortex organiseren de beweging Prefrontale cortex haalt informatie voor plan om te bewegen uit: Pariëtale cortex: perceptie van ruimte en locatie van ledematen Gehoor en geheugen om geluiden te kunnen plaatsen Visuele informatie en herkennen (geheugen) SMA: supplementair motorisch gebied Schade aan dit gebied bij apen; konden niet meer een simpele sequentie van twee respons uitvoeren (hendel indrukken en naar links draaien) Bij apen gaat het om een aangeleerd patroon van gedragingen; als ze een volgorde moeten leren om knoppen in te drukken zal SMA oplichten, echter lichten de knoppen op waar de aap op moet drukken dan is er veel minder neurale activiteit SMA staat in voor de elementen van de sequentie die nog moeten komen, het effectieve uitvoeren van de beweging gebeurt in primaire motorische cortex. Bv mensen deuntje laten spelen op piano, als je SMA verstoort dan zal de persoon nog een seconde goed doorspelen en dan niet meer weten welke toets hij moet indrukken Als we een sequentie hebben geleerd met één hand, kunnen we het makkelijk ook uitvoeren met de andere hand, linker en rechter SMA hebben sterke interconnecties; vorige respons wordt doorgegeven van links naar rechts Pre-SMA; anterieur van SMA Controle spontante bewegingen, of op zijn minst in de perceptie van controle Electrische stimulatie van de motorische cortex stimuleert wel beweging maar niet de wens om te bewegen (automatisch, niet vrijwillig) elektrische stimulatie van de frontale kwabben (met SMA en pre-sma) ontlokt de drang om te beweging of op zijn minst de anticipatie dat een beweging gaat plaatsvinden Pre-SMA zou belangrijk zijn bij vrijwillig gedrag; activiteit vlak voor spontane bewegingen De beslissing om te bewegen begint al in het pre-sma voor een persoon er bewust van is Neurale activiteit in het posterieure pariëtale cortex genereert een voorspellende intern model van te gebeuren bewegingen Mensen met letsel in prefrontaal gebied reageren wel maar initiëren niet Frontopolar cortex; gelegen aan rostrale tip van cerebrale hemisferen Prefrontale cortex van belang bij beslissen (bv rechter of linker knop drukken), posterieure pariëtale cortex stockeert de informatie over de beslissing en stuurt deze informatie naar het SMA waar het proces van uitvoering begint. 31

32 Premotorische cortex Gebruik van arbitraire stimuli voor te weten welke beweging te maken. Bv reiken naar een object: non-arbitraire spatiale informatie (visuele informatie van de locatie) Bv wijzen naar een object als iemand de naam van het object zegt of bewegen op de maat dat de choreograaf zegt : arbitraire informatie, taal en jargon moet geleerd worden Experiment met apen: licht links en rechts en stoplicht in het midden, groen staat voor links en rood voor rechts. Bij inhibitie premotorische cortex konden de apen wel bewegen naar het licht links of rechts, maar konden ze niets meer doen met het stoplicht (arbitrair) Schade premotorische cortex: kunnen niet leren om een set van visuele, auditieve en tactiele cues te gebruiken voor een specifieke bewegingµ Bv experiment: licht blauwe dot = voorwerp in hand is lichter, donkerblauwe dot = zwaarder bij inhibitie premotorische cortex konden ze het onderscheid niet meer maken en deden ze altijd meer moeite om het voorwerp op te heffen, onafhankelijk van kleur Figure 8.16 Important Motor Regions of the Human Brain Pariëtale region: reiken naar iets Ventral in premotorische cortex: mirrorneuronen licht op als je anderen een beweging ziet maken, nabootsen Imiteren en begrijpen van beweging: de rol van spiergelneuronen systeem Spiegelneuronen: een neuron in rostraal gedeelte van de ventrale premotorische cortex en inferieure pariëtale lobulus (kwabje) die reageert wanneer een specifieke wordt gemaakt of wanneer we iemand anders de beweging zien maken. Connectie met neuronen in posterieure pariëtale cortex (bevat ook spiegelneuronen) Spiegelneuronen zijn het actiefst bij het bekijken van gedrag waar men al competent in is 32

33 Ook activatie bij geluid die een actie indiceert (bv geluid van blikje dat opent) en visuele zonder geluid alsof zowel visuele en auditief geactiveerd werden Audiovisuele neuronen vuren bij het zien of horen van bekende acties Spiegelneuronen helpen bij het begrijpen van de acties van anderen. Feedback van de activatie van deze circuits zorgen voor herkenning van de actie Spiegelneuronen in het gezicht zorgen voor kopiëren van gezichtsuitdrukkingen van emoties waardoor we vaak ook de emoties kopiëren Spiegelneuronen kopiëren niet enkel de actie maar ook de bedoeling van actie (bv kuisen) Controle van reiken en grijpen Parietale grijp region: region in mediale posterieure pariëtale cortex die belangrijk is bij het controleren of aanwijzingen of grijpen met de handen. Reiken: visie (dorsaal: locatie en snelheid en richting van beweging; pariëtale kwab) Pariëtale reik regio activatie bij reiken en wijzen Grijpen: intrapariëtale sulcus, hand en vinger beweging (input visueel dorsaal) Aandoeningen van getrainde bewegingen: Apraxias Perifere problemen: spieratrofie, problemen met spieren Stoornissen geassocieerd met moeilijkheid in uitvoeren (bv. op bevel of imitatie) van gerichte bewegingen met afwezigheid van paralyse of spierzwakte. Linkerkant van de hersenen, frontale of pariëtale cortex (corticale problemen bij beweging). Linkerkant staat in voor eigen lichaam, rechterkant voor gebied buiten het lichaam Posterieure regio van rechter hemisfeer: volgt bewegingen van een model in de ruimte Linker pariëtale lob: organiseert de bewegingen die gemaakt zouden worden in respons. Frontale cortex rol bij het herkennen van de bedoeling achter de beweging. Schade bij inferieure frontale gyrus maar niet pariëtale cortex tonen deficits in begrijpen van de beweging. Orale apraxia: problemen bij de bewegingen bij het spreken Apraxis agrafie :moeilijkheden bij het schrijven 33

34 Ledematen Apraxia beweging van het verkeerde deel van het ledemaat, onjuiste beweging van het juiste gedeelte of juiste beweging maar in de verkeerde volgorde Armen, handen, vingers Vooral moeilijk bij pantomimiek: een gedraging zonder het voorwerp vast te houden (bv doen alsof je haar kamt, tanden poetst, ). Vaak gaat simpel imiteren van beweging van de experimentator wel beter, het beste gaat het als ze effectief het voorwerp mogen vastpakken. Constructionele Apraxia moeilijkheid in tekenen van afbeeldingen of diagrammen of maken van geometrische constructies complexe ruimtelijke bewegingen (bv tekenen van een kubus) Alles wat ruimtelijk inzicht vraagt dus ook volgen van een kaart De Basale Ganglia Letsel rechter pariëtale kwab Geen problemen met maken van meeste bewegingen, wel problemen bij de perceptie en inbeelden van geometrische relaties Groot deel van telencephalon Input vanuit alle regio s van de cerebrale cortex (vooral primair motorisch en primair somatosensorische cortex) en substantia nigra Twee voorname outputs: primaire motorische cortex, supplementaire motorisch gebied en premotorische cortex (via thalamus) en motorische nuclei van de hersenstam die bijdragen tot ventromediale wegen Anatomie en functie Nucleus caudatus vrijwillige beweging. Putamen vrijwillige beweging. deze twee samen = striatum Globus Pallidus vrijwillige beweging. Nucleus Anterior Ventralis thalamische nucleus dat als relais functioneert voor informatie van de basale ganglia tot de motorische cortex. (schakelstation voor motorische cortex) Nucleus Ventrolateralis thalamische nucleus dat als relais functioneert voor informatie van de basale ganglia tot de motorische cortex (schakeling motorische cortex en basale ganglia) Substantia nigra: in hersenstam, ventrale deel van mecenphalon Subthalamus 34

35 Figure 8.24 Basale Ganglia!!! Rode banen= inhiberende neuronen Directe en indirecte pathway hebben tegengesteld effect op beweging (bewegen, inhibitie) 1) Loep tussen cortex en basale ganglia frontale, pariëtale en temporale cortex zenden axonen naar de nucleus caudatus en putamen, die connectie maken met globus pallidus 2) Globus pallidus zend informatie terug naar de motorische cortex via ventrale anterieure en ventrolaterale nuclei van de thalamus 3) Zwarte dikke lijnen = direct pathway (interne globus pallidus); neuronen in GPi zenden inhibitie axonen naar ventrale anterieure en ventrolaterale thalamus, die excitatorische projecties naar de motorische cortex zenden 4) Onderbroken lijnen: indirect pathway Neuronen in externe globus pallidus zenden inhibitie input naar subthalamus nucleus, welke excitatory input naar interne globus pallidus zend. Netto effect is inhibitie 5) Hyperdirect pathway : neuronen in pre-sma zenden excitatorische input naar interne GP. De GPi heeft een inhiberende effect op de motorische cortex inhibitie van beweging Omzeilt nucleus caudatus en putamen (minder tijd dan indirect pathway) 35

36 Basale ganglia kan somatosensorische informatie monitoreren en worden geïnformeerd over (uitgevoerde en geplande) bewegingen door de motorische cortex Informatie wordt somatotypisch gepresenteerd: projecties van neuronen in de motorische cortex die bewegingen veroorzaken projecteren op specifieke delen van de putamen, en deze segregatie wordt behouden totdat het terug aan de motorische cortex is. Substantia nigra: dopamine (receptoren) sturen (remmen of exciteren), enerveert striatum o Aftakeling van de nigrostria bundel (dopamine weg van substantia nigra tot nucleus cadatus en putamen, = neustratium) veroorzaakt parkinson De linken in de loep (corticale-basale ganglia) worden gemaakt door zowel excitatorische (glutamaat) neuronen en inhibitie (GABA) neuronen. Nucleus caudatus en putmen ontvangen excitatorische input van cerebrale cortex en zenden inhibitie axonen naar externe en interne divisies van de globus pallidus (bleke kern), ook subthalamus nucleus krijgt excitatorische input van de cerebrale cortex en zend excitatorische input naar globus pallidus Netto effect van de loep is excitatorisch omdat het twee inhibitie linken bevat Excitatorische input naar nucleus caudatus en putamen zorgt ervoor dat de structuren neuronen in het GPi inhiberen. Deze inhibitie verwijderd het inhibitie effect van de contties tussen GPi en ventrale anterieure en ventrolaterale thalamus; dus neuronen in VA VL thalamus worden meer geënerveerd doorgegeven naar motorische cortex = beweging Globale palladus zend axonen naar verschillende motorische nuclei in de hersenstam die bijdragen tot het ventromediale systeem effect = inhibitie motorische cortex Voorbeeld van direct, indirect en hyperdirect pathway. Direct Indirect Hyperdirect Stoppen met joggen bij rood Terug gaan joggen bij groen Meteen stoppen bij het licht licht geluid van een racende auto Parkinson s Disease veroorzaakt door afbraak van de dopaminerge neuronen in de substantia nigra. Veroorzaakt spierstijfheid, traag bewegen, rust tremor en posturale instabiliteit (bv val niet corrigeren). Probleem met stappen: moeite met in gang te zetten, initiatie is moeilijk en eenmaal aan het stappen is het moeilijk om te stoppen Ook schuifelende gang, fijne motoriek voor gezichtsexpressie Deficiëntie van automatische, habituele responsen (Basale ganglia), ze moeten nadenken voor ze handelen; handelingen worden trager en vergen meer energie van de hersenen Substantia nigra zend twee soorten dopamine; een excitatorische (naar GPi) en een inhiberende (naar GPe). Fig 8.24: Zwarte pijl vanuit substantia nigra, gaat door twee inhiberende synapsen (rode pijlen) en bereikt dan VA/VL thalamus excitatorisch effect 36

37 Inhibitie input naar nucleus caudatus en putamen, gaat door vier inhiberende synapsen (substantia nigra -> caudate/putamen -> GPe -> subthalamische nucleus -> GPi -> VA/VL thalamus) excitatorisch effect dopaminerge input naar de nucleus caudatus en putamen zorgen voor beweging GPi zend ook axonen naar het ventromediale systeem Afname in inhibitie output is waarschijnlijk verantwoordelijk voor de spierrigiditeit en slechte controle van postuur L dopa geven: stimulatie productie dopamine, voor beginnend stadium parkinson terug lopen wanneer de neuronen er niet meer zijn heeft L dopa geen nut meer, kan er geen dopamine meer aangemaakt worden (vooral bij mensen die al heel vroeg parkinson hebben) Oplossen met stamcelonderzoek of striatum stimuleren met elektronen(+stereotaxic sugery)? Produceert dyskinesias en dystonias Huntington s Disease veroorzaakt door degeneratie van de nucleus caudatus en putamen. Produceert oncontroleerbare schokkerige bewegingen van de ledematen.. Problemen met bredere bewegingen, weide ongecontrontolleerde bewegingen (corea, dans van huntington) Begint vaak in jaren dertig/veertig of soms al in de vroege twintig, het is een progressieve ziekte en veroorzaakt de dood neurodegeratieve aandoening: neuronen in striatum sterven af vooral degeneratie in de spiny inhiberende neuronen van medium grootte, welke hun axonen naar de externe divisie van de GP reizen (GPe) het verlies van inhibitie (door GABA-afscheidende neuronen ) verhoogt de activiteit van GPe, die dan de subthalamische nucleus inhibeerd. Hierbij neemt de activiteit van GPi af en krijg je buitensporige bewegingen uiteindelijk zijn al de neuronen van de nucleus caudatus en putamen afgetakeld en de patiënt zal sterven doro immobiliteit. Er is nog geen geschikte behandeling voorzien. Het is een erfelijke ziekte, door het dominant gen op chromosoom 4 (glutamine defect) 37

38 2.3.8 The Cerebellum Bevat disproportioneel aantal neuronen (in vergelijking met grote hersenen) belangrijke regio Defect: schokkige, onregelmatige en ongecoördineerde bewegingen Anatomie Twee hemisferen Mediaal gedeelte is ouder dan laterale gedeelte en zorgt voor controle van het ventromedial systeem Lateraal gedeelte is betrokken bij de controle (berekenen in de tijd van) van onafhankelijke bewegingen van de ledematen, vooral snelle aangeleerde bewegingen; geïnitieerd door neuronen in de frontale associatie cortex, die neuronen in de primaire motorische cortex controleren. Krijgt info via pontine nucleus en van het somatosensorisch systeem (informatie over huidige positie en snelheid van beweging van de ledematen) Diepe cerebraire kernen in diepte van cerebellum (grijze stof) en cortex Flocculonodular Lob (caudal einde) ontvang input van vesibulair system en projecteerd axonen naar vesibulair nucleus: controleren postural reflexen. (groene lijnen) Vermis (middellijn) krijgt auditieve en visuele informatie van de tectum (4 uitstulpingen bovenkant hersenstam) en informatie over beweging en de huid van het ruggenmerg, het zend de informatie output naar fasigial nucleus helpt vestibulospinale en reticulospinale tract (weg) te controleren. Fastigial Nucleus zenden axonen naar vestibulaire nucleus en motor nuclei in de reticulaire formatie involved movement control via vestibulospinale en reticulospinale tract. Rest van cerebellumcortex krijgt informatie van cerebrale cortex de input wordt doorgegeven naar het cerebellumcortex door de pontine tegmental reticular nucleus Interposed Nuclei betrokken bij de controle van het rubrospinaal systeem (armen en benen), projecteert naar de rode nucleus, zend ook output naar het ventrolaterale thalamische nucleus, die projecteert naar motorische cortex Pontine Nucleus; krijgt informatie van frontale associatie cortex en primaire motorische cortex over intentie van beweging (input) en geeft deze door naar de laterale zone van het cerebellum. 38

39 Dentate Nucleus betrokken bij de controle van snelle, vaardige bewegingen door corticospinale en rubrospinale systemen. Wanneer het cerebellum informatie ontvangt dat de motorische cortex begonnen is met een beweging berekent het de bijdrage van de verschillende spieren. Het resultaat van de berekening wordt naar de dentate nucleus gestuurd, deze zenden de informatie naar de ventrolaterale thalamus die het weer zend naar de primaire motorische cortex (zo kan het cerebellum de beweging van de frontale cortex nog wijzigen). De laterale zone zend ook efferenten naar de rode nucleus (via dentate nucleus); zo controleert het de beweging van ledematen Figure 8.26 Inputs and Outputs of the Cerebellum Lobus flocculondularis: evenwicht, postuur, Vermis: centrale deel cerebellum: interactie evenwichtsorgaan Gecontrolleerde automatische bewegingen (fietsen): cerebellum cortale cortex speelt minder mee, meer lagere hersenregio s Bewust automatische beweging (na oefenen): ook basale ganglia 39

40 Tekening 1: Pons : reticularis, stuurt impulsen naar cortex cerebellum naar tractus reticulus spinalis Van cortex naar hersenstam impulsen, verwerkt in cerebellum, cerebellum gaat mee besturen in descenderende motorische banen (cerebellum als aftakking descenderende motorische banen) Vestibulaire systeem (evenwichtsorgaan): nucleus vestibularis, tractus vestibulospinalis, informatie stijgt op naar cerebellum, schakelingen naar diepe kern cerebellum, baan keert terug tractus vestibulospinalis Cerebellum als rekenstation waarbij impulsen die nodig zijn gecentraliseerd en verwerkt worden, mee in rekening gebracht om te bewegen Donkerblauwe: tractus spirocerebelaris Tekening 2: Anatomische bouw cerebellum langs boven (zonder grote hersenen) Centraal: vermis (gegroefd zoals regenworm) Twee hemisferen (lateraal, mediaal, flocculomodulaire kwab) Letsels aan cerebellum: Flocculomodulaire kwab of vermis : postuur en evenwicht Intermediate zone: beweging gecontrolleerd door rubrospinaal systeem (ledematen rigiditeit) Laterale zone: zwakheid en decompositie van beweging (geen vlotte bewegingen),timing van snelle ballistische bewegingen (bij snel gerichte bewegingen hebben we geen boodschap aan feedback om een beweging te stoppen als we het doel hebben bereikt); hier ook leren belangrijk Cerebellum stat in voor timing van beweging en het succesvol integreren van de sequensen van de bewegingen 40

41 Figure 8.27 Inputs and Outputs of the Cerebellar Cortex Pons nucleus: banen komen binnen vanuit hersenstam (en cortex) Donkerblauwe pijltjes: terug via nucleus ruber (rode nucleus) via thalamus terug naar cortex Berekening, coördinatie, automatisch Schade aan cerebellum: cerebellaire gang (niet meer vloeiend, dronkemansgang, brede benen) De reticulaire formatie Mesencephalihesc Locomotorische Regio regio van de reticulaire formatie van de middenhersenen wiens stimulatie alternerende bewegingen van de ledematen veroorzaakt wat we zien bij locomotie. Bestaat uit groot aantal nuclei in de kern van de medulla, pons en middenhersenen Controleert activiteit van het gamma motor systeem en reguleert dus spiertonus Spiertonus: De spiertonus is de natuurlijke spierspanning van de spier in rusttoestand. In de medula zitten ook kernen voor het controleren van automatische of semiautomatische responsen (ademen, overgeven, ) 41

42 De ventromediale pathway heeft zijn oorsprong in de superieure colliculi, vestibulaire nuclei en reticulaire formatie controle van postuur Ook belangrijk bij locomotie: stimulatie van mesencefale locomotorische regio, ventraal bij het inferior colliculus gelocaliseert (laat een kat ijsberen); controleert de activiteit van reticulospinale tract neurons Reticulaire formatie heeft ook controle over specifiek gedrag, van bv het hoofd, tong, gezicht, oren, schouder, 3. Chapter 9 slaap en biologisch ritme 3.1 Een fysische en gedragsmatige beschrijving van slaap Nut van slaap: Geheugen Herstellen Cognitieve functies Echt helder is waarom van slapen niet. Slaap is levensnoodzakelijk, maar waarom? Niet zomaar toestand van bewusteloosheid / gestopte hersenactiviteit Stadiums (gebaseerd op gedragsniveau gepaard met hersenactiviteit) Gaat soms gepaard met heel intense hersenactiviteit Elektroencephalografie: optekenen activiteit hersenen. Elektrodes op de schedel (soms op de hersenen, corticale EEG), verschil tussen verschillend geplaatste elektrodes: verschil in potentiaal schommeld (= EEG signaal) Stadia van slaap Slaaplab EEG: electroencephalogram (scalpel) EMG: electromyogram (kin): activiteit spieren EOG : electro-oculagram (rond ogen): oogbewegingen Anderen voor hartslag, ademhaling, huidgeleiding Als je wakker bent twee soorten activiteit: Alpha activiteit: bestaat uit regelmatige, medium frequentie golven (8-12Hz), wanneer men in rust is, vooral bij gesloten ogen Beta activiteit: onregelmatige, meestal lage amplitude golven (13-30Hz), deze golven vertonen dyssynchroniciteit (verschillende processen in de hersenen verwerken informatie), wanneer men alert is en aandacht geeft aan de omgeving of actief aan het nadenken is 42

43 Slaap bij vrouwen: Fase 1: met theta activiteit ( Hz), het vuren van neuronen in de neocortex synchroniseert meer Fase 2 (10 min later): onregelmatige EEG met perioden van theta activiteit, sleep spindle (slaapspoel) en K complexen. Als je hier wakker wordt weet je niet altijd dat je hebt geslapen. Slaapspoelen : korte uitbarsten van golven van 12-14Hz dat twee tot vijf keer in een minuut voorkomen gedurende stadia 1 tot en met vier. Ze spelen een rol bij consolidatie van herinneringen en een groter aantal slaapspoelen worden gecorreleerd met een hogere score op intelligentietesten K-complexen: plotse scherpe golven, enkel tijdens fase 2 van slaap. Ze verschijnen spontaan (ongeveer 1 per minuut) maar kunnen uitgelokt worden door (onverwachte) geluiden. K complexen bestaan uit geïsoleerde periodes van neurale inhibitie. Ze blijken de voorbode te zijn van delta golven (diepste slaap) Fase 3 (weer 15 min later): hoge amplitude delta activiteit (<3.5Hz), onderscheid met fase 4 moeilijk. Fase 3 heeft 20-50% delta-activiteit en fase 4 meer dan 50%. Samen vormen ze slow-wave sleep. Belangrijkste kenmerk slow wave sleep: kleine schommelingen van minder dan 1Hz Eerste deel; down state: periode van inhibitie waarbij neuronen in de neocortex stil zijn (rustperiode voor neuronen) Tweede deel; up state: activiteit waarbij de neuronen kort op hoge snelheid vuren Fase 4: Enkel luide geluiden zullen de persoon wakker maken (die verward zal zijn) REM slaap (Rapid eye movement): 90 minuten na begin van slaap (45min na begin fase 4): verandering in fysische maten EEG wordt gedesynchroniseerd met een verspreiding (sprinkling) van theta golven, gelijkaardig aan fase 1. Ogen bewegen snel heen en weer Verlies van spiertonus; paralyse met af en toe een zenuwtrekje Kan makkelijk wakker gemaakt worden door bv het zeggen van zijn naam en zal dan alert en aandachtig zijn Herinnering van een droom als je iemand wakker maakt in REM slaap 43

44 Tijdens slaap afwisseling van REM-slaap en niet-rem slaap; elke cyclus duurt ongeveer 90 minuten met ongeveer minuten REM slaap, als je dus 8 uur slaap zal je ongeveer 4 of vijf keer de REM slaap hebben meegemaakt Amplitude (grootte) golf Frequentie golf Amplitude niet zo groot bij mensen die wakker zijn (kleine groepjes neuronen actief) Weinig synchrone activiteit (hoge frequentie) Wakker Alpha Activity smooth 8-12 Hz (relaxed) Beta Activity irregular Hz (arousal) Stage 1 Theta Activity Hz activity Stage 2 Sleep Spindle short bursts of Hz K Complex sudden sharp waveforms Stage 3 Delta Activity activity less than 4 Hz (20-50%) Stage 4 Delta Activity more than 50% REM Theta Activity Beta Activity 44

45 Figure 9.4 Sleep Stages During a Single Night Verticale as: EEG (REM en fase 1 op zelfde lijn vanwege gelijkaardige activiteit) Meeste slow-wave sleep (3 en 4) tijdens de eerste helft van de nacht, subsequente non-rem slaap is vooral fase 2 REM slaap + fase 2 worden steeds langduriger (horizontaal) Tijdens REM slaap paralyse maar ook meer bloed en zuurstof in hersenen en opgewondenheid met soms orgasme Beta golven tijdens wakker, bij ontspanning vertragen de golven. Grote groep van cellen die samen actief worden bij ontspanning (alpha golf, synchroniciteit) Principiele karakteristieken van REM en slow-wave sleep Rem slaap Slow wave sleep EEG desynchroniciteit (snel, onregelmatig) EEG synchroniciteit (slow waves) Gebrek spiertonus Gematigde spiertonus Snelle oogbewegingen Trage of afwezige oog bewegingen Erectie of vaginale secretie Geen genitale activiteit Dromen Mentale activiteit tijdens slaap Slaap is geen toestand van bewusteloosheid, is niet hetzelfde als coma, anesthesie Mentale activiteit (opmeten met EEG) kan voorkomen bij zowel REM (rapid eye movement) als slow-wave slaap (in fase 4 soms nachtmerries). Visuele associatie cortex hoge bloeddoorstroming (visuele hallucinaties) Geen hoge bloeddoorstroming bij primaire visuele cortex (geen visuele input) en prefrontale cortex (plannen maken en illusie van werkelijkheid onderscheiden) Dromen: goede visuele beelden maar slecht georganiseerd ivm tijd (verleden, heden en toekomst); geen lange termijn doelen, go with the flow, onvoorspelbaar Gebieden in verband met de droom (bv motoriek, spreken) zijn actiever 45

46 3.2 Slaapstoornissen Voor gezond te zijn hebben we slaap nodig Slaapstoornis, slaapproblemen door stress, coping, depressie, Insomnia Narcolepsie 25% van de bevolking rapporteert slaapproblemen te hebben, 9% regelmatig Moeite met inslapen (bij in bed kruipen of wakker worden tijdens de nacht) Zelf-rapportage is redelijk onbetrouwbaar (onderschatting van aantal uren slaap) Chronische slaapdeprivatie leidt tot gezondheidsproblemen, bv obesitas, diabetis, cardiovasculaire ziektes, Sleep Apneu stoppen met ademen tijdens de slaap (vooral mannen); snurken, obstructie in de keel. Worden wakker door zuurstof tekort en vallen dan terug in slaap. Voelen zich vaak slaperig en slap gedurende de dag. Vooral bij slow wave slaap wordt motoriek onderdrukt, ook bij REM slaap ook spiertjes strottenhoofd Als mensen ouder worden verandert het slaappatroon Bij volwassen persoon: REM 3-4 episodes per nacht bij kleine kinderen: bijna heel de nacht REM verkeerde verwachtingen van slaappatroon op bepaald punt in het leven Onbedwingbare oncontroleerbare perioden van slaap (~5min slap aanval). Monotone, saaie activiteiten condities (bv auto rijden) Voelt zich verfrist als hij wakker wordt Cataplexie (symptoom) volledige/gedeeltelijke verlamming (typisch voor slaap) als je wakker bent. Inhibitie van motorische neuronen in de ruggenwervels, geen paralyse van ademhaling of oogbewegingen. Sterke emotionele reactive of plotse fysieke inspanning Slaap paralyse paralyse net voor of na de slaap, vaak kan je eruit gehaald worden door aanraking of aangesproken te worden. Hypnagogic Hallucinations levendige dromen juist voor het slapen, je bent dan wakker en geparaliseerd Zeldzaam (1:2000); 1 op de 2000 mensen, erfelijke ziekte (chromosoom 6) maar beïnvloed door omgeving Verstoring van normale neuronale mechanisme 46

47 Wakker blijven, REM intrusie, afname in slow wave sleep, slaap fragmentatie In verband met hypocretin = orexin : in verband met laterale hypothalamus en metabolisme, verslaving aan drugs (Dysfunction of orexin signaling ) Behandelingen met psychostimulanten (ritalin, modafinil) of anti-depressiva REM Slaap gedragsstoornissen Rem slaap = droomfase, Rem fase s ochtends: meer kans op het herinneren Individuen heeft geen paralyse tijdens de REM fase en handelen naar hun dromen Neurodegeneratieve stoornis, vaak erfelijk, ook associatie met parkinson Behandeld met clonazepam (benzodiazepine verdover) Problemen geassocieerd met Slow-Wave Sleep Vooral tijdens diepste fase (fase 4) en vooral bij kinderen Naam Wat Oplossing Nocturnal Enuresis bedwateren. (fysiologisch of Moeilijk behandelbaar, training psychologische oorzaak) Somnambulisme Slaapwandelen (zonder herinnering), Meestal vanzelf niet REM, vaak erfelijk Pavor Nocturnus nachtelijke angsten; schreeuwen, trillen Meestal vanzelf snelle polsslag, geen herinnering over oorzaak Slaap-gerelateerdestoornis eten tijdens het slaapwandelen, vaak zonder het te herinneren. erfelijkheid Eten achter slot en grendel of alarm. Doaminerge agonistsen of topiramate (anti-epilepsie) 3.3 Waarom slapen we? Essentieel om te overleven (enkel vogels en warmbloedige zoogdieren REM slaap) Niet voor recuperatie van het lichaam Cognitief wel effect: perceptuele distorsies, hallucinaties, concentratieproblemen Na slaap missen slapen de meeste mensen langer de volgende nacht, al halen mensen vaak niet het totaal aantal uur in dat ze zijn wakker gebleven, vooral fase 4 en de REM slaap wordt ingehaald Functies van Slow-Wave Sleep rust van de hersenen/consolidatie periode (hoogste activatie overdag = hoogste delta golven), leren; opslaan van informatie in geheugen (REM ook). Verstoring slaap; verstoring geheugenprocessen 47

48 Afname vrije radicalen (chemische stoffen met op zijn minst één ongepaarde elektron bevat); bijproducten stofwisseling ; oxidatie, binden met andere moleculen (kunnen weefselschade veroorzaken = oxidatieve stress) herstelfunctie van slaap Fatale Familiale Insomnia dodelijke erfelijke ziekte, gerakteriseerd steeds minder slapen.(self-management of Fatal Familial Insomnia. Part 2: Case Report; J. Schenkein, P. Montagna MedGenMed. 2006; 8(3): 66.) Gelinkt met gekke koeien ziekte (Creuzfeldt Jacob) Deficits in aandacht en geheugen, gevolgd met een toestand alsof je in een droom verkeerd, verlies van controle in autonome zenuwstelsel en endocrine systeem, verhoogde lichaamstemperatuur en insomnia Verlies in slaapspoeltjes en K complexen Bij progressie; slow-wave slaap verdwijnt volledig en slechte korte REM slapen (zonder paralyse) Hoeveelheid slaap staat niet rechtstreeks in relatie met de wear and tear van overdag Veel cerebrale activiteit leidt wel tot meer glucose, vooral in de frontale lobben Functies van REM slaap Tijdens REM slaap: ogen bewegen, hartslag versneld en vertraagd, ademhaling wordt onregelmatig, hersenen worden actiever Als mensen vaker wakker gemaakt worden tijdens de REM slaap, is er meer druk om de REM slaap in te treden, en als je enkele dagen geen REM slaap hebt gehad -> REM rebound fenomeen REM rebound fenomeen; wanneer je door de nacht mensen wakker maakt tijdens REM slaap REM wordt nacht erop ingehaald Promoten hersenontwikkeling? Faciliteren van leren (ook slow-wave sleep) Hoeveelheid REM slaap in verband met hoeveelheid informatie men door de dag krijgt aangeboden Slaap en leren Sleep helpt bij de consolidatie van lange termijn herinneringen. REM slaap faciliteert de consolidatie van non-decleratief / impliciet geheugen. 48

49 Slow-wave sleep faciliteert de consolidatie van decleratief geheugen : kunnen we over praten Het declaratieve geheugen of het expliciete geheugen is een vorm van het langetermijngeheugen waarbij men opgeslagen kennis bewust kan beleven of oproepen. Het wordt doorgaans weer onderscheiden in twee deelvormen, namelijk het episodische geheugen (gebeurtenissen in ons persoonlijk leven) en het semantische geheugen (kennis van de wereld). Het niet-declaratieve geheugen of het impliciete geheugen is een vorm van het langetermijngeheugen waarbij er niet direct sprake is van bewuste beleving van of toegang tot opgeslagen kennis. Deze vorm van geheugen komt vooral tot uiting in beter presteren in bepaalde taken na herhaalde oefening (zoals leren fietsen of tennissen) of na eerdere kennismaking met bepaald stimulusmateriaal. Het niet-declaratieve geheugen bestaat uit meerdere deelvormen, zoals het procedurele geheugen, priming en conditionering. 3.4 Fysiologische Mechanismen van slaap en wakker zijn/worden Chemische Controle van Slaap Adenosine neuromodulator komen vrij van neuronen die een hoge metabolische activiteit hebben. Grote rol bij initiatie van slaap. Accumulaties als je wakker bent, inhibeert neurale activiteit (Figure 9.16) Lang wakker zijn zorgt voor een afname in glycogeen in de hersenen en dit zorgt voor een toename van extracellulaire adenosine Accumulatie zorgt ervoor dat we ons moe voelen Sommige mensen hebben (erfelijk) enzymes die adenosine trager afbreken, hierdoor spenderen ze gemiddeld 30 minuten langer aan hun slow-wave sleep Gaat niet om hoeveelheid stof in bloed maar om de link tussen verhoogde hersenen metabolisme en de noodzaak van slapen Neurale controle van opwinding (arousal) Inslapen: slow-wave sleep 49

50 Fysiologische regulatie: weinig tussenstadiums, of wakker of slapen Grotendeels in hersenstam nucli (uitlopers naar verschillende plaatsen in hersenen) Histamine: waakzaamheid en emotionele waakzaamheid (arrousal) nucleus tuberomammilarus in hypothalamus Serotonine: activerende rol als ze wordt vrijgesteld in hersenschors van grote hersenen Raphe nucli in hersenstam (medulla en pons) Norapenarine : neurotransmitter in locus coeruleus sturen uitlopers naar hersenen voor activatie, vigilantie Acetylcholine: pons, onderste deel Telencephalon, uitlopers over hersenen Orexine systeem: centrale regulatie systeem van de slaap, laterale hypothalamus, boven hersenstam, telencephalon Neural Control of Arousal Wakefulness NREM REM Acetylcholine Norepinephrine Histamine Serotonin Orexin 50

51 Naam Info Projectie naar Acetylcholine in pons en basale voorhersenen Norepinefrine in locus coeruleus Serotonine in raphe nuclei Histamine in tuberomammillary nucleus Orexine in laterale hypothalamus Twee groepen (1 in de pons en 1 in basale voorbrein) produceren activatie en corticale dyssynchroniciteit als ze gestimuleerd worden. Een derde groep in de mediale septum controleert de activiteit van de hippocampus. De agonisten zorgen voor toename in corticale activiteit, de antagonisten voor afname. Laag niveau in bloed tijdens slow-wave sleep, voor de rest hoog. Mediatie van arousal en slapeloosheid (bv amfetamine) door noradrenerge systeem van de locus coeruleus in dorsale pons. Vooral hoog niveau als je wakker bent, bij stimulatie wordt je ook meteen wakker. Verhoogd ook vigilantie. Bijna allemaal in raphe nuclei (medullaire en pontine regio s van reticulaire formatie). Bij stimulatie is er locomotie en corticale arousal, facilitatie van continue automatische bewegingen, maar niet bij nieuwe gebeurtenissen. Onderdrukken ook sensorische verwerking die storen bij de activiteit. Gelocaliseert in tuberomammillary nucleus in de hypothalamus. Zorgt voor meer activiteit, hoog als je wakker bent. Bij blokkage slaperigheid. Denk aan narcolepsie. In laterale hypothalamus, excitatorisch effect. Vuren fel bij actief wakker zijn (alert zijn). Inscannen p308 Cerebrale cortex, hippocampus corticale activatie Neocortex, hippocampus, thalamus, cerebellum cortex, pons, medulla vigilantie Verschillende delen, o.a. thalamus, hypothalamus, basale ganglia, hippocampus, neocortex automatisch gedrag (locomotie) Vooral cerebrale cortex, thalamus, basale ganglia, basale voorhersenen, andere regio s van hypothalamus wakker blijven Bijna overal in de hersenen, o.a. cerebrale cortex en alle regio s van arousal (locus coeruleus, raphe nuclei, tuberomammillary nucleus, ) wakker blijven 51

52 3.4.3 Neural Control of Slow-Wave Sleep (NREM) Ventrolateral Preoptic Area (vlpoa) GABAergic neuronen die alertheid en gedrags arousal onderdrukken en slaap promoten. Slaap wordt gecontroleerd door drie factoren: Homeostase: slaap inhalen als je te weinig slaap hebt gehad (adenosine) Allostase: wakker blijven bij belangrijke situaties (bv dreigend gevaar) (hormonaal en neuraal en neuropeptiden zoals orexin) Circadiaan: restrictie van slaap aan een specifieke portie van dag/nacht cyclus Als we wakker zijn, zijn de meeste neuronen in ons brein actief (vooral vooraan), het niveau van activiteit wordt bepaald door de vijf voorgaande neurotransmitters. Vanwaar komen deze stoffen: Preoptic area: anterieure hypothalamus Bevat neuronen waarvan de axonen inhibitie synaptische connecties vormen met de arousal neuronen. Het grootste deel zit in de ventrolaterale preoptisch gebied (vlpoa) en sommigen in de mediane preoptic nucleus (MnPN) Deze slaapneuronen scheiden de inhalerende neurotransmitter GABA af Slaapneuronen in preoptisch gebied krijgen inhibitie input van dezelfde gebieden die ze inhiberen, waaronder tuberomammillary nucleus, raphe nuclei en locus coeruleus (dus histamine, serotonine, norepinephrine). wederzijdse inhibitie = flip flop o Slaapneuronen zijn actief: inhibitie wakker zijn neuronen o Wakker zijn neuronen zijn actief : inhibitie slaapneuronen beide regio s kunnen niet tegelijk actief zijn, schakelt snel over Probleem van de flip flop: kan onstabiel zijn, bv narcolepsie en stoornissen met orexinergisch systeem (die de flip flop kunnen stabiliseren) 52

53 Figure 9.14 The Sleep/Waking Flip-Flop Sleep Arousal In hersenstam en voorhersenen met verschillende nucli (zoals vermeld) die neurotransmitters uitsturen over cerebrale cortex. Slaap inducerend systeem (vlpoa); ondrdrukt wanneer arrousal systeem actief is. Wanneer slaap inducerend systeem is wordt arrousal onderdrukt. Voorname slaap-protende regio (vlpoa) en voorname wakker zijn regio (basale voorbrein en pontine regio s met acetylcholinergische neuronen; locus coeruleus met noradrenergische neuronen; raphne nucleu met serotonergische neuronen en tuberomammilary nucleus van hypothalmaus met histaminische neuronen) zijn wederzijds verbonden door inhiberende GABA neuronen Wakker: arousal geactiveerd en vlpoa geïnhibeerd Slapen: vlpoa actief en arousal systemen geïnhibeerd Figure 9.15 Role of Orexinergic Neurons in Sleep Motivatie om wakker te blijven; gewenst en ongewenst Omgevingsprikkel of piekeren kan waakzaamheid hersenen verhogen; Hersenactiviteit activeert hypothalamus, inhibitie slaap inducerende systeem Schaapjes tellen kan voor afleiding zorgen waar slaap inducerende systeem wel in gang kan schieten. Orexine kan ook door fysiologische systemen aangewakkerd worden (overleving): honger, veiligheid, biologische klok arousal 53

54 Adenosine, time of day and hunger Orexinergische neuronen ontvangen een excitatorisch signal van de biologische klok (wat slaap-wakker ritme controleert). De neuronen krijgen ook signalen van mechanisme die voeding onder controle houden. Hongergerelateerde signalen activeren orexinergische neuronen en veiligheid-gerelateerde signalen inhiberen ze. Ze krijgen ook inhibitie input van het vlpoa; slaapsignalen die er zijn door de accumulatie van adenosine kunnen belangrijker worden excitatorische input Neurale controle van de REM slaap Cerebraal metabolisme is even hoog tijdens REM slaap als wanner je wakker bent, en zonder de paralyse tijdens de REM slaap zou ook fysieke activiteit even hoog zijn REM flip-flop controleert de cyclus van REM slaap en slow-wave sleep. Acetylcholinergische neuronen spelen een belangrijke rol in cerebrale activatie bij actief wakker zijn, ze zijn ook betrokken bij neocorticale activatie bij de REM slaap. REM-ON cel (Ach): vuurt enkel tijdens REM slaap, ongeveer 80 seconden voor de REM slaap begint het met vuren Een regio van de dorsale pons (ventraal van locus coeruleus) bevat REM-ON neuronen, deze regio noemt sublaterodorsale nucleus (SLD). Een regio van het dorsale middenbrein, de ventrolaterale periaqueductale grijze materie (vlpag) bevat REM-OFF neuronen. 54

55 Fig 9.20 The REM sleep flip flop REM ON en REM-off regio s zijn verbonden door middel van inhiberende GABA neuronen. Stimulatie van het REM-ON gebied met infusies van glutamaat-agonisten ontlokken de meeste van de elementen van de REM slaap, inhibitie van dit gebied met GABA agonisten verstoord de REM slaap. Stimulatie van het REM OFF gebied onderdrukt REM slaap, schade aan dit gebied of infusies van GABA agonisten verhogen de REM slaap. Neurale Controle van REM Slaap Ventrolaterale Periaqueductale (rond kanaal met cerebrospinaal vocht tussen derde en vierde ventrikel) grijze stof (vlpag) region of the dorsal midbrain containing REM-OFF cells. = roze Sublaterodorsal Nucleus (SLD) region of the dorsal pons containing REM-ON cells. = groene De flip flop: Wakker: REM-OFF region ontvangt excitatorische input van orexinergic neurons van de laterale hypothalamus + noradrenergic neurons (locus coeruleus) en serotonergic neuronen (raphe nuclei) -> flip flop staat op uit Slapen: slow wave sleep begint. Voorgaande invloeden nemen af. Uiteindelijk zal de flip flop op aan staan 55

56 Two flip-flops, control of REM sleep Slaap inducerende syteem actief o Remt arousal system o Remt system dat rem-slaap afzet o Remt orexine systeem Slaapziektes Emotionele episodes (boosheid, lachen) activeren de amygdale, verlies orexinergische neuronen, REM flip-flop staat op aan (slapen) + minder activiteit hypothalamus Neuronen verantwoordelijk voor paralyse: ventraal van een deel van de REM on gebied Sommige van deze axonen gaan naar de ruggenwervel waar ze inhiberende interneuronen stimuleren wiens axonen synapsen vormen met motorische neuronen 56

57 Neuronen in REM ON regio zenden ook axonen naar de gebieden van de thalamus die instaan voor controle van corticale arousal en ook axonen naar glutamaat neuronen in de mediale pontine reticulaire formatie, die axonen weer naar de acetylcholinerge neuronen van de basale voorhersenen sturen. Activatie van de neuronen an de voorhersenen produceert arousal en corticale desynchronie. De snelle oogbewegingen ontstaan door projecties van acetylcholinergic neurons in de dorsale pons van de tactum. Voor de genitale activiteit staat (misschien) het lateraal preoptic gebied in. Sublaterodorsal Nucleus (SLD; REM-ON cells) Inhibitie motorische neuronen -> niet bewegen Activatie acetylcholinergic forebrain neuronen -> corticale opwinding, REM Biologische klok Circadiaan rtime en Zeitgebers Biologische klok Circadiaan Ritme dagelijks ritmische verandering in gedrag of fysisch process. Zeitgebers stimulus die de biologische klok, dat verantwoordelijk is voor circadian ritme, reset/synchroniseerd The Suprachiasmatic Nucleus (SCN) Hypothalamic nucleus containing the biological clock for many of the body s circadian rhythms. Melanopsin photopigment in retinal ganglion cells that project to the SCN. Connects to subparaventricular zone (SPZ) and dorsomedial nucleus of hypothalamus (DMH) Ticking caused by rhythmic production/inhibition of clock gene expression (period, cryptochrome) 57

58 Control of Seasonal Rhythms: The Pineal Gland and Melatonin Pineal Gland attached to the dorsal tectum; produces melatonin and plays a role in circadian and seasonal rhythms. Melatonin hormone secreted during the night by the pineal gland, plays a role in circadian and seasonal rhythms. Changes in Circadian Rhythms: Shift Work and Jet Lag Abrupt changes in daily rhythms desynchronizes internal circadian rhythms controlled by the SCN. E.g., Shift Work and Jet Lag This desynchronization produces sleep disturbances and mood changes and disrupts functioning during normal waking hours. 58

59 4. Hormones and sexual behavior Humans have sexually dimorphic behavior (different for men than woman) 4.1 Homeostase, controle en regulatie van lichaamsfuncties Regulatie van het intern milieu in functie van actuele noden en ritmische fluctuaties Hersenen = controle centrum (bv insulineniveau) Hormoon= molecuul afgescheiden in de bloedstroom (door endocriene klieren), circuleert door het lichaam en beïnvloed functie van organen en / of weefsels Lichaamstemperatuur, bloedsuiker, Zenuwstelsel, bloedvatensysteem zijn verspreid over het ganse lichaam Verschil slaap wakker Hormonale fluctuaties (menstruatiecyclus), Voor dieren: seizoenen Homeostase: Behoudt psychologische en fysische stabiliteit Bekwaamheid van een organisme om interne condities te reguleren (circulatie, lichaamstemperatuur, water/ph evenwicht, etc) Hypothalamus (in diëncephalon)= regulerend centrum voor hormonale regulatie Hogere hersenregio s beïnvloeden hypothalamus (interpretatie aangenaam of niet) -> hypothalamus koppelt interpretatie met autonome zenuwstelsel Hormonen: chemische boodschapper met langere duur en afstand beïnvloed functies van organen en andere biologische functies Autonome zenuwstelsel: Sneller dan hormonale systeem (korte termijn; fight or flight), samenwerking met hormonaal om het organisme in aangepaste conditie te behouden en homeostase te stabiliseren Hormonaal beter geschikt voor chronisch parasympathetisch (PSNS) and sympathetisch zenuwstelsel(sns) zintuiglijk (afferent) en motorische (efferent) subsystemen 59

60 Hormonale controle en lichaamsritmes s nachts lagere lichaamstemperatuur dan overdag (afkoeling nodig om te kunnen slapen) Hormonen die circadiaan ritme regelen Melatonine: ritmisch vrijgesteld, in verband met jetlag (pillen tegen jetlag) Groeihormoon: hypofise 4.2 Hypothalamus, hypofyse en bijnier Hypothalamus: hersenstructuur dat communiceert met andere centrale gebieden, beïnvloed door: Exteroceptieve input Licht (circadiaan en seizoens ritmes) Olfactorische stimuli (feromonen) Interoceptieve inputs (signalen van binnenuit waar hypothalamus op reageert): Steroïden (gonadale steroïden en corticosteroïden) Neural overgebrachte informative, afkomstig van hart, buik, en voortplantingsorganen Via het bloed overgedragen stimuli: (leptine, ghreline, angiotensine, insuline, hypofyse hormonen, cytokinen, plasmaconcentraties van glucose en osmolariteit etc.) Autonome input (hersenstam) Stress Pituitary gland = hypofyse: kleine klier, twee delen Anterior pituitary = hypofysevoorkwab (adenohypofyse) Posterior pituitary = posterieure hypofyse (neurohypofyse) 60

61 Altijd onder controle van hypothalamus Adrenal glands = bijnieren (bovenop de nieren, maar strikt genomen niets met nieren te maken) 2 structuren cortex medulla Hypothalamus-hypofyse as 61

62 Stoffen via axonen Licht geel: hypothalamus cellen met poort adersysteem die van hypothalamus loopt naar hypofyse Kaki: hypofyse achterkwab (andere hormonen, andere functies) Hypothalamus hypofyse voorkwab Hypophysiotropic hormonen stimuleren of remmen hormonen afgescheiden door de hypothalamus en het bereiken van de hypofyse via hypohyseal portal systeem -> vrijstellingshormonen die de hypothalamus vrijstellen naar de hypofyse toe: GnRH: GnRH: gonadotrofine-releasing hormoon (gonadoliberin) GHRH: groeihormoon-releasing hormoon (somatoliberin) SS: groeihormoon-remmende hormoon (somatostatine) TRH: thyrotropine-releasing hormoon (thyroliberin) DA: prolactostatine, prolactine-ih (dopamine) CRH: corticotropin-releasing hormoon = ACBH 62

63 Anterior pituitary gland (hypofyse) hormone TABEL Steeds onder besturing hypothalamus Gonadotropins: luteïniserend hormoon (LH), follikelstimulerend hormoon (FSH) regulatie van voortplantingsorganen, menstruele cyclus, zwangerschap, borstvoeding Thyroid (schildklier) stimulerend hormoon: Reguleert endocriene functie van de schildklier (thyroxine and tri iodo thyronine) Verhoging stofwisseling, groei en ontwikkeling Groeihormoon (somatotropin): Regulatie van groein, cell reproductive, regeneratie Adrenocorticotroop hormoon (ACTH): Reguleerd cortisol, vrijgekomen van de bijnier 63

64 Fsh : follikel stimulerend hormoon LH: luteliserend hormoon follikel zelf stelt estradiol vrij Hormonen beïnvloeden ouderlijk gedrag maar controleren het niet. Progesteron: nestje bouwen Vasopresin en oxytocin: partnerband en band met kinderen 64

65 Hormonen van de posterieure hypofyse Hormonen van de posterieure hypofyse 4.3 Bijnieren Afscheiding van 2 hormonen door de hypothalamus neuronen en worden via de infundibulaire bloedvaten vrijgegeven in de circulatie Oxytocine: induceert samentrekken van de baarmoeder tijdens de bevalling, stimuleert borstvoeding (weeën maar ook ontvankelijkheid van de moeder voor het jong), komt ook vrij bij aanwezigheid andere persoon die je vertrouwt Arginine-vasopressine (AVP) of antidiuretisch hormoon (ADH): regelt de nierfunctie (water en zout) en bloeddruk Adrenal cortices= schors bijnieren: corticosteroïden (cortisol, etc), androgene hormonen Beïnvloed metabolism, circulatie (BP), sexueel systeem, immuun systeem Circadiaan rtime van lichaamsfuncties Reactie op stress; gevoeliger aan ziektes Lange termijn actiebereidheid; onderdrukt immuun systeem 65

66 Adrenal medulla = merg bijnieren: Adrenaline, noradrenaline orthosympathetisch zenuwstelsel reactie op stress snel = orthosympathicus middellang: orthosympathicus + adrenaline lange termijn: schors, hypothalamus 4.4 Sexuele ontwikkeling chromosomale sexe wordt bepaald bij de bevruchting, maar dit is slechts de eerste stap in de ontwikkeling van het geslacht productie van gameten en bevruchting alle cellen van het lichaam (behalve sperma en eitjes) bevatten 23 paren chromosomen Gamete (volwassen sperma-of eicel = voortplantingscel) : bevat 1 lid van elk van de 23 paar = mature sperma of ei cel, reproductie cel 22 van de 23 paar chromosomen bepalen fysische ontwikkeling of het geslacht 66

67 Sex chromosoom: laatste paar chromosomen (meisje of jongen) De X-en Y-chromosomen, bepaald geslacht een organisme. XX = vrouw, XY = man X-chromosoom: ~ 1000 genen (eitje enkel X) Y-chromosoom: <50 genen (sperma half X en half Y) Gonads = testikels of eierstokken Ontwikkeling van de geslachtsorganen Seksuele hormonen zijn verantwoordelijk voor seksueel dimorfisme Y-chromosoom controleert ontwikkeling van de klieren die mannelijke seksuele hormonen produceren 67

68 Drie voorname categorieën van geslachtsorganen: 1) Gonaden: eierstok of testis Produceren eitjes en sperma en scheiden hormonen af Sry = gen op Y-chromosoom dat ongedifferentieerde foetale gonaden (na 6 weken)instrueert om testes worden. Bij afwezigheid worden de gonaden eierstokken Wanneer sry gen getransporteerd wordt van Y naar X chromosoom: XX mannen Sry + 2 andere hormonen zorgen voor gonadale differentiatie Organisatorische effect (van hormoon) = permanent effect van hormonen op weefsel differentiatie en ontwikkeling geslachtsorganen en hersenen activerende effect (van hormoon) = effect van hormoon dat voorkomt in volledig ontwikkelde organisme (bv productie sperma activeren) 2) Interne geslachtsorganen Embryo heeft biseksuele geslachtsorganen, derde maand geslacht bepaald Müllerian systeem: embryonale voorlopers van de vrouwelijke inwendige geslachtsorganen (fimbriae = uiteinden eileider, eileider, baarmoeder en twee van de drie innerlijke lagen van de vagina). Heeft geen hormonale stimulus nodig van de gonaden (zie Turner s syndroom) Wolffian systeem: embryonale voorlopers van de mannelijke inwendige geslachtsorganen (bijbal, zaadleiders en zaadblaasjes). Ontwikkeld pas bij stimulatie hormoon anti-müllerian hormoon: peptide uitgescheiden door foetale testes dat de ontwikkeling van het Müllerian systeem remt (zou anders vrouwelijke geslachtsorganen worden). Androgenen (steroïde hormonen): stimuleert Wolffian systeem. Testosteron en dihydrotestosteron Blauw kan man worden Roos kan vrouw worden 68

69 Androgeen insensitiviteit syndroom = aandoening die wordt veroorzaakt door een aangeboren gebrek aan functionerende androgene receptoren - de ontwikkeling van een vrouw met testes (SRY), maar geen inwendige geslachtsorganen bij een persoon met XY geslachtschromosomen. Geen baarmoeder, eierstokken maar wel vrouwelijk uitzicht (externe organen, spieren, ). Kan problemen geven bij sport. Persistent Müllerian duct syndroom = aandoening veroorzaakt door aangeboren gebrek aan anti-müller hormoon of receptoren voor dit hormoon - ontwikkeling in een man van zowel mannelijke als vrouwelijke inwendige geslachtsorganen Turner s syndrome aanwezigheid van slechts één geslachtschromosoom (een X-chromosoom, X0 ipv XX); gekenmerkt door een gebrek aan eierstokken maar verder normale vrouwelijke geslachtsorganen en genitaliën. Krijgen oestrogeen pillen om puberteit en seksuele maturatie te induceren 3) Externe geslachtsorganen Zichtbaar Man: penis en scrotum ontwikkeld door dihydrotestosteron Vrouwen: schaamlippen, clitoris en buitenste gedeelte van de vagina ontwikkeld natuurlijk Seksuele maturatie Primaire sekse karakteristieken: gonaden, interne geslachtsorganen en externe genitaliën Secundaire sekse karakteristieken: borsten, heupen / baard, diepe stem, Bij puberteit worden gonaden gestimuleerd om hormonen te produceren 69

70 In volgorde: Hypothalamus geeft gonadotropine vrijlatende hormonen af (GnRH): stimuleert productie en vrijlating van twee gonadotropine hormonen (anterieure hypofyse) Gonadotropine hormonen: hormonen van de hypofysevoorkwab die stimulerende effecten op de gonaden cellen hebben (FSH, LH) De twee gonadotropide hormonen zijn follikel stimulerende hormonen (FSH) en luteinizerende hormonen (LH) Zowel bij jongens als meisjes Secretie van GnRH onder controle van kisspeptine: geproduceerd door neuronen in arcuate nucleus van de hypothalamus. Belangrijk voor initiatie van puberteit en behouden van mannelijke of vrouwelijke voortplantingsmogelijkheden Leptine lokt pubertijd uit bij meisjes androgenen: mannelijke steroïde geslachtshormoon (testosteron, dihydrotestosteron, androsteendion) (gezichts-, oksel en schaamhaar, lagere stem, haarlijn wijziging, spier ontwikkeling en groei van de genitaliën) Oestrogenen, o.a. estradiol (borsten, slijmvlies baarmoeder, veranderingen lichaamsvet en maturatie vrouwelijke genitaliën) (androgenen zorgen voor oksel en schaamhaar) Ook sterkte botten Hypothalamus hormonen: gonadotropin vrijlatende hormonen stimuleren anterieure hypofyse om gonadotropic hormonen af te scheiden Anderen: prolactine, oxytocine, vasopressine 70

71 Inwendig = bruin uitwendig = oranje fout kan ook zitten in receptoren ipv afscheiding hormonen (dus man ook al XX)! 4.5 Hormonale controle van vrouwelijke reproductie cyclussen = menstruatie cyclus: vrouwelijke reproductie cyclus van meeste primaten. Gekarakteriseerd door groei van het slijmvlies in de baarmoeder, ovulatie, ontwikkeling van een corpus luteum (geel lichaam; progesteron) en indien er geen bevruchting plaatsvind: menstruatie oestrische cycli: reproductie cyclus van zoogdieren maar gene primaten, geen groei en verlies van baarmoederslijmvlies, seksueel gedrag gelinkt met ovulatie (primaten altijd) Bepaald door hypofyse en eierstokken. In volgorde: - Secretie van gonadotropine (anterieure hypofyse) 71

72 - Deze hormonen (vooral follikel FSH) stimuleert de groei van eierstok follikels = cluser epithele cellen rond oöcyt (=vrouwelijke gametocyt of oerkiemcel), dat naar een eicel ontwikkeld o Vrouwen produceren één eierstokfollikel per maand, indien ze er 2 produceren kunnen dizygotische tweelingen ontstaan (= niet identiek) - Bij maturatie van de eierstok follikels scheiden ze estradiol af: zorg voor groei van baarmoederslijmvlies (voorbereiding van inplanting eitje) - Feedback van het toenemende niveau van estradiol zorgt voor sterke stijging LH door anterieure hypofyse - Toename LH zorgt voor ovulatie, eierstok follikel scheurt en laat het eitje vrij - (onder invloed van LH) wordt dit eitje een corpus luteum (geellichaam, cluster cellen dat ontwikkeld van eierstok follikel na ovulatie, scheidt estradiol en progesteron af) - Progesteron bevorderd zwangerschap (dracht) : onderhoud slijmvlies en inhibitie van aanmaak nieuwe follikel door eierstokken - Het eitje gaat door eileider naar de baarmoeder - Indien het bevrucht wordt door sperma zal het beginnen te delen en enkele dagen later zich hechten aan de baarmoederwand - Indien het niet bevrucht of te laat bevrucht wordt zal het corpus luteum geen estradiol en progesteron meer produceren, baarmoederslijmvlies wordt afgeworpen en menstruatie begint 4.6 Menselijk seksueel gedrag niet meer te kennen Beïnvloed door gonadale hormonen en organisatie effecten Prenatale blootstelling aan androgenen heeft invloed op de ontwikkeling van de hersenen Activatie effecten van sekshormonen bij vrouwen: o Niet gecontroleerd door hormonen van de eierstok (estradiol en progesteron), maar deze hebben wel een invloed: bij lesbische koppels hebben ze meer seksuele interesse in het midden van hun maandstonden o Mannen initiëren evenveel seksuele activiteit doorheen de menstruele cyclus, de initiatie van vrouwen vertoont een piek rond de tijd van ovulatie (estradiol hoog) o Vrouwen initiëren eer seksuele activiteit en hebben meer seksuele activiteit tijdens de sterke stijging van het luteïniserend hormoon, veroorzaakt ovulatie o Vrouwen worden kieskeuriger in partnerkeuze tijdens vruchtbare periode Meer aangetrokken tot gezichts- en lichamelijke mannelijkheid, mannelijk gedrag, mannelijke stem, androgeen-gerelateerde geuren, lichaamssymmetrie (fitheid van de genen), 72

73 o Ook andere factoren hebben een invloed: vrouw kan seks vermijden tijdens de middenperiode van de maandstonden om niet zwanger te worden. Zij tonen wel auto seksuele activiteit. Vrouwen die wel zwanger willen worden initiëren wel meer seksueel gedrag o Stimulatie van seksuele interesse door androgenen? Bron androgenen: eierstokken (estradiol, progesteron,testosteron) en bijnieren(androstenodione en andere adrenocorticale steroïden) Androgenen versterken het effect van estradiol meer seks (2 tot 3x meer), meer orgasmes, hoger welzijn Activatie effecten van sekshormonen bij mannen: o Zonder testosteron geen productie sperma en vroeg of laat ook seksuele impotentie o Na castratie: sommigen worden meteen impotent, anderen zien een geleidelijke afname (eventueel afhankelijk van voorgaande ervaringen) o Testosteron beïnvloed seksuele activiteit en wordt beïnvloed door seksuele activiteit en de anticipatie van seksuele activiteit (ook bij vrouwen) 4.7 Seksuele oriëntatie Beste predictor voor homoseksualiteit is het rapporteren van homoseksuele gevoelens drie jaar voor homoseksuele activiteit Niveau seks steroïden gelijk bij homoseksuelen en heteroseksuelen, 30% van lesbische vrouwen hebben een verhoogd testosteron niveau Prenatale androgenisatie bij genetische vrouwen Adrenogenitaal syndroom: bijnieren geven abnormale hoeveelheid androgenen af De secretie van androgenen begint prenataal dus dit syndroom veroorzaakt prenatale masculatie. Dit heeft geen invloed op jongens maar meisjes krijgen een vergrootte clitoris en haar schaamlippen zijn misschien gedeeltelijk samengegroeid. Zij krijgen hormonen om de abnormale secretie van androgenen te onderdrukken. Zij hebben ook een verhoogd risico om zich aangetrokken te voelen tot vrouwen (1/3 is bi of homoseksueel) o Niet klassieke adrenogenitaal syndroom: normale vrouwelijke genitaliën en pas verhoogd androgeen niveau bij puberteit, maar toch meer risico op bi of homo seksualiteit. androgenen beïnvloeden hersenen Jongens kiezen vaker actief speelgoed, meisjes meer zorgend speelgoed. Omgeving heeft hierbij een invloed maar ook biologie. o Baby jongen: kijkt graag naar bewegend mobiel Baby meisje: kijkt graag naar vrouwelijk gezicht o Meisjes met adrenogenitaal syndroom houden het bij jongens speelgoed, ondanks stimulatie van meisjes speelgoed Falen van androgenisatie bij genetische mannen Androgen insensitivity syndrome : jongens ontwikkelen zich als meisjes met vrouwelijke externe genitaliën maar ook met testikels en zonder baarmoeder of eierstokken. Deze jongens ontwikkelen zich volledig als meisjes en hebben dan vaak ook heteroseksuele oriëntatie als meisjes Effecten van opvoeding bij seksuele identiteit en oriëntatie van prenataal geandrogeniseerde genetische mannen Cloacal exstrophy is a severe birth defect wherein much of the abdominal organs (the bladder and intestines) are exposed. o Vaak wel testikels maar geen penis, veel van deze jongens worden opgevoed als meisjes, 50% van deze jongens zijn later niet tevreden met hun geslacht en ondergaan soms zelfs geslachtsoperaties o Bijna altijd seksueel naar vrouwen georiënteerd 73

74 4.7.4 Seksuele oriëntatie en de hersenen Vrouwen hersenen: Mannen hersenen: Delen functies over de twee hemisferen Delen de functies minder over de twee hemisferen Grotere hersenen, ook groter lichaam Verschil in grootte telencephalon, diencephalon en vorm corpus callosum Centrale subdisvise van bed nucleus van de stria terminalis (voorhersenen) is groter bij mannen (maar niet transseksuele mannen) Uncinate nucleus (hypothalamus) 2x zo groot bij vrouwen (zenden axonen naar voorgaande) Invloed androgenen? Prenataal, postnataal, pubertijd? Invloed sociale omgeving? Terug naar heteroseksueel homoseksueel: Verschil in grootte: o Suprachiasmatische nucleus (SCN): hypothalamus en anterior commissuur? Er is wel een dymorfische nucleus maar lijkt geen verschil te maken in geaardheid o Dimorfische nucleus in mediale preoptische / anterieure hypothalamus groter bij heteroseksuele rammen Heteroseksuelen reageren verschillend op de geuren AND en EST (feromonen) Homoseksuele mannen reageren gelijkaardig op deze geuren als heteroseksuele vrouwen en andersom reageren homoseksuele vrouwen gelijkaardig als heteroseksuele mannen Mogelijke oorzaken van verschillen in hersenontwikkeling Homoseksualiteit bij vrouwen: adrenogenitaal syndroom, Homoseksuele mannen: meer oudere broers Erfelijkheid en seksuele oriëntatie Tweelingen, beide homoseksueel (condordant) of maar één persoon homoseksueel (discordant) groter aantal condordantie bij monozygote dan dizygote tweelingen Verhoogde incidentie van homoseksualiteit of biseksualiteit bij zussen, dochters, nichtjes en andere nichtjes (via nonkel aan vaders kant) Maar homoseksuelen hebben minder kinderen? Vruchtbaarheid van de vrouwen aan moederskant is hoger bij homoseksuele mannen iets op X chromosoom: homoseksualiteit bij mannen? Verhoogt ook vruchtbaarheid bij vrouwen Homoseksuelen die geloven dat ze zo geboren zijn (ipv keuze) voelen zicht daar beter bij 74

75 5. Anatomie en meten bij gedragsneurowetenschappen Onderzoeken hoe perceptie, cognitie, emotie en actie gerealiseerd worden in de menselijke hersenen 5.1 Geschiedenis van hersenen - Nog geen idee van vaste structuur van hersenen (gyri en sulci) - Welk deel van hersenen is belangrijk voor cognitieve functies (taal en aandacht)? In 1751: ventrikels zijn hiervoor de oorzaak - Hersenschors is slechts beschermende laag (zoals bij boom) - Eerste realistische weergave - Gall: frenologie : uit de structuur van hersenen persoonlijkheid aflezen -> corticale sulci verlopen volgens consistent patroon en hersengebieden hebben verschillende functies - Weergave gyri en sulci, kwabben - Sulci zijn belangrijk: ijkpunten, landmarks - Sulcus temporalus imperior en sulcus temporalus inferieur - Sulcus lateralis, sulcus sylvi = scheidt temporale en frontale kwab Karakterisering van cognitieve uitval bij patiënten met focale letsels Inferentie Anatomie van cognitieve functies Hersenen van patiënt wegnemen en kijken waar letsel ligt: Broca was de eerste (affasie). Hersenfuncties zijn niet evenredig verdeeld over hersenen, specifieke gebieden! Zwart gat in deze hersenen met patiënt met afasie staat in voor taal: gebied van Broca in gyrus 75

76 5.2 Beginselen van de neuroanatomie De hersenen Pariëtale: Laterale zijde door suclus intraparietalis (1) verdeeld in twee delen: - lobulus parietalis superior(2) : gyrus angularis (3) en gyrus supramarginalis (achsterste uiteinde sylvische fissuur, 4) - lobulus parietalis inferior(5)

77 Occipitale: mediale, ventrale en laterale zijde Mediaal: sulcus calcarinus (primaire visuele cortex, 1) en sulcus parietooccipitalis (2) 1 2 Ventrale zijde: gyrus lingualis (1) en meer anterieur de gyrus fusiformis (2) Over de ventrale zijde loopt de sulcus collateralis (3) en parallel en lateraal hiervan de sulcus occipitotemporalis (4) Temporale: gescheiden van frontale en pariëtale lob door de sylvische of laterale fissuur - Openplooien sylvische fissuur (1) : planum temporale - Achterste deel van het planum temporale liggen de gyri van Heschl (2) (primaire auditieve cortex) 1 77

78 2 - Laterale zijde: sulcus temporalis (1) superior verdeeld gyrus temporalis superior, medius en inferior(2) - Achterste uiteinde van sulcus temporalis superior loopt naar boven, daar rond liggen de gyrus angularis 1 2 Frontale: - Laterale zijde door sulcus frontalis inferior en sulcus frontalis superior (1) verdeeld in gyrus frontalis superior, medisu en inferior (2)

79 - Achterzijde: begrensd door sulcus centralis (fissuurvan rolando, primaire motorische cortex),hiervoor en parallel ermee ligt de sulcus precentralis (premotorische cortex) (1) 1 79

80 Hersenstam medial zicht: sulcus calcarinus voor primaire visuele cortex Groen = sulcus occipitotemporalis Rood = sulcus calcarinus 80

81 - Primaire cortex: waar als eerste de signalen binnen komen - Primaire auditieve cortex: gyrus van heschl, tekening is niet helemaal juist Je zou sulcus laterelis moeten uitrekken en in de sleuf kijken - Unimodale associatie cortex: zenuwcellen door één zintuiglijke modaliteit wordt opgewekt (rode gedeelte, elk voor een specifieke zintuig) - somatosensorische associatie cortex: tactiele informatie - geel: heteromodale (polimodale) associatie cortex, gestimuleerd door verschillende modaliteiten, Functie: integratie voor de input van de hersenen - rode tussen geel en paars: premotorische cortex - Rood = primaire motorische cortex, blauw: primair somatosensorisch - Somatotopy : elk deel van lichaam (skeletspierne) dat beweegt heeft plaats in motorische cortex - Homunculus van Penfield: belang bij uitval lichaamsdelen somatotopic maps in the cortex: somatosensory homunculus in poscentral gyrus of left hempisphere, and motor homunculus in precentral gyrus of right hemisphere 81

82 Laterale sulcus Met insula (eiland) Zwarte ruimtes: laterale ventrikels - anterior: respect to the central nervous system, located near or toward the head - posterior: near or toward the tail - rostral: toward the beak - caudal: toward the tail - dorsal: toward the back - ventral: toward the belly - lateral: toward the side of the body, away from the middle - medial: toward middle of the body, away from the side - ipsilateral: on the same side - contralateral: opposite side horizontaal = transversaal - cross section: slice taken at right angles to the neuraxis - - frontal section: slide through brain parallel to ground - horizontal section: slide through the brain parallel to the neuraxis and perpendicular to the ground - midsagittal plane: plane through neuraxis perpendicular to the ground, 2 symmetric halves Transversaal: snijden door laterale fissuur (sulcus), frontale kwab ligt voor sulcus, ookalligt hij er eigenlijk boven. Onder de sulcus temporale kwab, daarnaast occipitale kwab 82

83 5.3 Forebrain Telencephalon Grootste deel van de twee symmetrische cerebrale hemisferen Bedekt met de cerebrale cortex en bevat limbisch systeem en basale ganglia (subcorticaal) Cerebrale cortex Sulci: smalle groeven Fissuren: grote groeven Gyri: uitstulpingen tussen sulci of fissuren 2/3 van de oppervlakte zit verborgen in de groeven Grijze materie aan de buitenkant, witte materie aan de binnenkant Frontale, pariëtale, temporale en occipitale kwab Primaire visuele (vanachter bij clacarine fissuur), primaire auditieve (beneden laterale fissuur) en primaire somatosensorische cortex (caudaal centrale sulcus) ontvangen zintuigelijke informatie Primaire motorische cortex (voor primaire somatosensorische cortex) => contralateraal: linkerkant hersenen controleert rechterkant lichaam Elk primair gebied zend informatie naar sensorische associatie cortex, deze analyseren de informatie die ze krijgen integreren informatie alle zintuigen o Posterieur: waarnemen en herinneren o Frontale: plannen en executie van bewegingen Motorische associatie cortex Prefrontale cortex (plannen en organiseren) Linkerhemisfeer: analyse van informatie (goed in herkennen van seriële gebeurtenissen), verbaal, gedragssequenten Rechterhemisfeer: synthese, geïsoleerde elementen samenbrengen, Corpus callosum zorgt voor unie; verbinding 83

84 Neocortex: bedekt het grootste deel Limbic cortex: ongeveer mediaal met cingulate gyrus Limbisch systeem Limbische cortex, hippocampus en amygdala Emoties (cortex en amygdala) en motivatie, leren en geheugen Fornix: bundel van axonen die de hippocampus met andere regio s verbindingen Basale ganglia Collectie van subcorticale nuclei, onder de anterieur portie van e laterale ventrikels Caudatus nucleus Putamen Globus pallidus Controle van beweging (bv parkinson) Diencephalon Tussen telencefalon en mesencefalon, omringd derde ventrikel met thalamus en hypothalamus Thalamus: Dorsaal gedeelte Heeft twee lobben, verbonden door massa intermedia (niet altijd aanwezig) Projectie vezels zijn axonen tussen hersen regio s Sommige nuclei ontvangen sensorische informatie o Laterale geniculate nucleus: ogen naar primaire visuele cortex o Mediale geniculate nucleus: binnenoor naar primaire auditieve cortex Anderen zenden geen sensorische informatie o Ventrolaterale nucleus; van het cerebellum naar primaire motorische cortex Nog anderen van regio naar regio 5.4 Cognitieve modellen Experimentele psychologie: welke componenten (deel processen) voor gedrag Modulair model (ouder) Box and arrow : welke deelprocessen een functie vereist: serieel model Seriële schakeling van deelprocessen stukje per stukje afwerken, op het einde is het resultaat er input van volgende proces is output van het vorige proces Overzicht van het gehele proces is niet nodig 84

85 figuur benoeming 1) Kenmerken eruit halen 2) Voorstelling in de hersenen van een object ongeacht oriëntatie, perspectief, kleur, grootte, 3) Associaties oproepen 4) Term bedenken 5) Term benoemen 6) Processen om het woord uit te spreken 7) Spreek het woord uit Localisationisme : - Elke functie heeft een plaats (box) - 1 op 1 correspondentie tussen bepaalde functie en een bepaald hersengebied (bv Broca gebied voor spraakproductie) Maar vaak is het ingewikkelder dan dit gedistribueerd model - Coöperatie van een gedistribueerd netwerk van gebieden = hersencircuit - Op afstand van elkaar gelegen en onderling anatonomisch verbonden - Bepaald gebied kan deel uitmaken van verschillende netwerken Interactionistisch model (jaren 50, 60) Parallel en gedistribueerd Nog voor het ene proces beëindigd is en een output gegenereerd heeft, speelt zich reeds een ander proces of dat gebruik maakt van de output van het ene proces en tegelijkertijd de output van dat proces beïnvloedt Het overzicht beïnvloedt elkaar (bv identificatie van woorden beïnvloedt hoe we de letters identificeren en de zinsstructuur beïnvloedt de identificatie van de woorden en andersom) 85

86 Voorbeeld: - Stel je zit voor pc als proefpersoon - Reeks letters - Letter d moet je op knop drukken - Je bent sneller als letter d in een woord voorkomt Deelprocessen niet zomaar seriële opvolging: volgende proces heeft al invloed op het vorige - Pijlen in twee richtingen - Zonder duidelijke sequentie, onderling met elkaar verbonden - Elke box heeft een pijltje zonder dat die terugkomt Netwerken, systemen die samenwerken om een gedrag uit te voeren 5.5 Methodes Altijd vergelijking tussen twee condities, nooit absolute meting. Voor een goed experiment moet het verschil tussen de 2 condities zo goed mogelijk gedefinieerd zijn Informatieoverdracht in neuronen: actiepotentiaal elektriciteit neuronen magnetisch veld EEG : electrocenphalogram MEG : magneto encefalogram Verhoogde hersenactiviteit verhoogde doorbloeding (zuurstof nodig) Actieve en controle conditie PET fmri Electrofysiologische methodes EEG en MEG Activiteit neuronale populatie stijgt : veranderingen in elektrische potentiaal en magnetische dipool 86

87 Principe Piramidale neuronen: grote neuronen in hersenschors, liggen mooi parallel geallieerd ipv door elkaar (heffen elkaar op). Indien je deze sommeert kan je dipool meten. niet ventraal Sommige klassen van neuronen functioneren als electrische dipool. Als polarisatie verandert, verandert dipoolmoment. Als een groep van neuronen met dezelfde oriëntatie gepolariseerd of gedepolariseerd wordt, creëert de gesommeerde electrische dipool een electromagnetisch veld (open veld) Magnetisch veld loodrecht op dipool, dus MEG meet vooral neuronen in de sleuf De electrische component van dit veld wordt gemeten met EEG, de magnetische component met MEG Hoge tijdsresolutie: vermogen om te onderscheiden tussen twee tijdstippen die heel dicht bij elkaar liggen EEG: ruimtelijke resolutie slecht (twee dichtgelegen plaatsen van elkaar onderscheiden), die van MEG is beter Geëvokeerde potentialen Geëvokeerde potentiaal: activiteit opgewekt door specifieke test, gebeurtenis EEG: Meting van electrische activiteit in hersenen = globale activiteit Pyramidale neuronen zijn loodgericht gericht ten opzichte van het hersenoppervlak Meting van electrische activiteit t.o.v. een bepaald tijdstip. Tijdstip stemt overeen met optreden van een bepaalde experimentele gebeurtenis Experimentele gebeurtenis: Visueel (VEP), auditief(baep), somatosensorieel (SSEP), cognitief Goede tijdresolutie, slechte ruimtelijke resolutie 87

88 - Testsituatie: bv tonen van letters, sommigen met hoge frequentie (X) - Potentiaal die optreedt wanneer infrequente stimulus (O) optreedt = odd one out - Gemiddelde - P3: positieve deviatie op 300 miliseconden - Middelen: signalen zijn klein, heel veel andere signalen die gegenereerd worden in de hersenen, testbeurt is maar kleine fractie activiteit van alle activiteit. Verschil is tijdspunt; middelen tov tijdspunt Odd one out: de testbeurt die verschilt van alle andere testbeurten Bv X X X O X X X O is the odd one out Besproken bij ERP: je moet responsen kunnen meten met een hoge tijdsresolutie O wordt niet verwacht (mismatch verwachting en perceptie) : geëvokeerd potentieel Avarage over alle responsen om het deel te bekomen dat getime-locked is vanaf het ogenblik dat de X verschijnt Signaal vanaf tijdspunt, en vanaf daar avaragen (gemiddeld): deel isoleren dat te maken heeft met verschijnen van de X Beperkingen Meet neuronen die zelfde oriëntatie hebben en synchroon geactiveerd worden Pyramidale neuronen Electrisch veld vermindert met quadraat van de afstand Lage anatomische resolutie 88

89 Registratie van electrische activeit op corticale oppervlak: Enkel mogelijk tijdens een ingreep na schedeltrepanatie Electrocorticografie: rechtstreekse informatie, grafisch duidelijk, Ethisch verantwoord? Bijvoorbeeld voor epilepsie op te lossen deel hersenen wegnemen, op voorhand enkele weken testen en ook tijdens operatie functies meten kan het hersendeel veilig verwijderd worden Magnetoëncephalografie Meting van magnetisch veld gegenereerd door neuronen in de sleuven Neuronen in de wanden van de corticale sulci verlopen rakend met het hersenoppervlak Als neuronen elektrische activiteit vertonen creëren ze elektrische dipool wekt magnetische veld (dit wordt gemeten) Tijdsresolutie vergelijkbaar met geëvokeerde potentialen Registratie van electrische activiteit op corticale oppervlak Enkel mogelijk tijdens een ingreep na schedeltrepanatie. (bv epilepsie) Patiënten blijven meestal wakker tijdens operatie Word recognition in the human inferior temporal lobe 89

90 Transcraniële magnetische stimulatie Magnetisch veld op de schedel dat doordringt tot in een beperkt deel van de onderliggende hersenschors -> op die plaats hersenactiviteit beïnvloeden (inhibitie of stimulatie) Leidt tot omkeerbare inactivatie van onderliggende cortex Laat toe om transiënt letsel aan te brengen in normale hersenen Twee manieren om TMS toe te passen: Single pulse of Dual-pulse: gedurende enkele milliseconden een magnetische puls boven een bepaald deel van de schedel Repetitief: trein van pulsen gedurende een aantal minuten -> langdurig effect Problemen: moeilijk af te lijnen welk deel van de hersencortex beïnvloedt is -> repetitieve TMS combineren met fmri : welke delen van de hersenen veranderener 90

91 Single neuron electrode recording Proefdieren: één of enkele electroden om de neuronale activiteit van 1 neuron te meten Tijdsresolutie is goed, je onderzoekt wel maar slechts een beperkt aantal neuronen Multi-electrode arrays: verschillende electroden of gebieden Dierneurofysiologie Rechtstreeks meten van zenuwcel activiteit Registratie van neuronale activiteit van enkelvoudige neuronen Enkel mogelijk bij proefdieren, tenzij tijdens operaties Registratie met behulp van één of verschillende electrodes Brengt belangrijke principes van neuronale codering aan het licht Slechts beperkt venster op hersenactiviteit Moet altijd ethisch verantwoord: maximaal investeren in woonomstandigheden, zo diervriendelijk mogelijk met minimale pijn voor het dier, gevangenschap geboren 91

92 5.5.2 Haemodynamische methodes Meer actief: bevloeiing van dat gebied neemt toe ; vasodilatatie (vaatverwijding) -> meer metabool substraat (o.a. glucose en zuurstof) Principe Als de globale synaptische activiteit van een populatie van neuronen toeneemt, neemt ook de locale bloedtoevoer toe Beelden van elkaar aftrekken (subtractie) : verschil tussen twee beelden geeft weer waar proces gelegen is Positron emissietomografie(pet) Rechtstreekse meting van regionale bloedtoevoer door gebruik van radioïsotoop H 2 15 O Ingespoten in bloed, bloed en radioïsotoop gaat naar regio met activiteit Radioactief verval (positron) geeft beeld van verschillen in bevloeiing Beelden van de bloedtoevoer geïntegreerd over sec Positron botst met electron: anhigilatie (massa opgeheven, omzetting in golf = foton) - Fotonen 180 ten opzichte van elkaar georrienteerd, inval fotonen meet je met scanner - Meestal 6 à 12 opnamen over ongeveer 3 uur, proefpersoon moet heel de tijd stil liggen 92

93 - Tijsresolutie: 40sec best, ruimtelijke resolutie: 10-15mm transvers methode waarbij men beelden onderling vergelijk om te bepalen waar processen gelegen zijn in de hersenen Eerste pet scan (1986): 93

94 1) Welke gebieden van de hersenen komen tussen bij het herkennen van woorden? a. Experimentele/actieve conditie: Passief zien van geschreven woorden b. Baseline/controle conditie : Passief kijken naar een fixatiekruis Voldoende op elkaar gelijken (matchen) Enkel verschillen in wat je interesseert Dus hier niet geschreven woord en kijken naar niets (niet gelijkend) 2) Welke gebieden van de hersenen komen tussen bij het uitspreken van woorden? a. Experimentele conditie: hardop lezen van een woord b. Baseline : in stilte lezen van een woord Hardop lezen van woorden: auditieve input ; is niet bij in stilte lezen Geen goede operationalisering (match) Auditieve input : storende variabele 3) Welke gebieden van de hersenen komen tussen bij het verstrekken van betekenis? a. Experimentele conditie: werkwoord generen dat ivm het woord staat b. Baseline : geschreven woord hardop lezen In controleconditie zal men automatisch ook betekenis van het woord oproepen (verschillen komen niet naar voor bij subtractie) 1) Screening van mensen (geschikte proefpersonen zoeken) 2) Corrigeren van hoofdbeweging 3) Stereotactische normalisatie Hersenen verschillen van persoon tot persoon (bv grootte, hoe sulci lopen, ) hersenen op soort sjabloon leggen (lineaire en niet-lineaire transformaties) zodat alle gebieden ongeveer zelfde ruimte als sjabloon inneemt. Alle hersenen in zelfde ruimte op sjabloon op elkaar 4) Smoothing: filter toepassen op beelden zodanig dat het signaal wat wordt uitgesmeerd. Activatie is vaak lichtjes verschillend qua positie bij verschillende personen. Kleine verschillen komen zo min of meer op elkaar te liggen. Variatie compenseren. 94

95 5) Bij elke scan die men heeft (PET: 12 pp, MRI: 180 pp): hoe licht dat op tov taak? Toewijzen aan conditie, van welke proefpersoon (experimenteel design) 6) Statistiek Beperkingen PET Beperkte tijdsresolutie 40 SEC wachten op verval 40 sec - Beperkt aantal beelden mogelijk: Max. 12 Middelen over subjecten noodzakelijk Relatief beperkte anatomische resolutie Geen fijn onderscheid maken tussen anatomische structuren Magnetische resonantie (MRI) - Vertrekt van het feit dat de hersenen heel veel protonen (waterstof atoom) bevatten, heeft bepaalde dipool. Liggen kris kras door elkaar - Magnetisch veld (3 tesla = sterk) bij mri - Protonen zich oriënteren in magnetisch veld, gaan zich aliëneren, op lijn stellen - 90 verandert door korte impuls - Relaxatietijd: tijd die nodig is om terug naar oorspronkelijke positie te gaan - Functionele magnetische resonantie: mri scan van activiteit hersenen - Structurele mri: mri scan van structuur van de hersenen 95

96 Functionele magnetische resonantie Endogeen contrastmiddel: niets injecteren Hemoglobine transporteert zuurstof in bloed mri gebruikt oxy en deoxyhemoglobine Bloedtoevoer neemt meer toe dan vereist wordt op basis van de metabole nood. Daardoor daalt de verhouding deoxyhemoglobine(weinig zuurstof) t.o.v. oxyhemoglobine (veel zuurstof). Dit vormt de basis voor het Blood-Oxygenation Level Dependent signaal Meer activiteit: bloedvaten verwijden meer oxyhemoglobine dan deoxyhemoglobine (gebruik veel zuurstof maar brengen nog meer zuurstof aan) => piek rond 6-10 sec na toename neuronale activiteit, keert terug naar basislijn over verloop van 5tal seconden De stijging van de bloedtoevoer begint binnen de sec na het begin van een experimentele gebeurtenis maar bereikt slechts een piek na sec Zwarte lijn: oxyhemoglobine, blauwe: deoxyhemoglobine Hoog anatomisch detail (5-10mm), tijdsresultatie van enkele seconden Laat toe om een lange reeks van opeenvolgende kortdurende beelden op te nemen 2 modaliteiten (manieren van toepassen): Event-related : trial per trial (sec tot sec volgend op experimentele gebeurtenissen) Hier kan men events van verschillende types dooreen mengen 96

97 epoch-based : gedurende sec reeksen van trials van vergelijkbaar type proefpersoon voert gedurende 30 sec een taak uit, nadien weer 30 sec een andere taak => verschil twee condities Transversaal Zwarte conditie, groene conditie, rode conditie: alle trials van een type gegroepeerd = blocked mode door elkaar doen van condities = event-related (trials mengen en responsen meten) Bij blocked mode zijn er bepaalde verwachtingen dus event-related is beter Proefpersoon zegt zelf wanneer hij een switch ervaart Block design = odd ball (odd one out) 97

98 bv hallucinaties; proefpersoon moet aangeven wanneer het gebeurt Bistabiel percept: moment dat je switcht van het een naar het ander, moeilijk te voorspellen bold response: 4-5 seconden na respons wordt uitgelokt fmri hoge resolutie: goed voor anatomische posities Analyse van functionele beeldvormingsdata Gemeten waarden (bij vergelijking opnames) kan verklaard worden door: conditie afhankelijke component proefpersoon afhankelijk component ruisfactor 5.6 Neuropsychologie: letselstudies Patiënt van Broca : eerste gevalstudie, bevestigde het idee van Gall dat elke plaats zijn functie had (181) 98

99 Dubbele dissociaties - Enkelvoudige dissociatie: één functie van de twee is gestoord, je kan dit hersenletsel ook localiseren. Deze dissociaties hebben niet veel gewicht, misschien is het een aspecifiek aspect van een taak (niet specifiek dat proces maar bv moeilijkheid taak) - Dubbele dissociatie: éne patiënt heeft een probleem, ander patiënt omgekeerd probleem verband met lokalisatie 2 cognitieve functies (A en B): - Enkel patiënten waarbij A aangetast en geen patiënten waarbij B aangetast = enkelvoudige dissociatie -> laat NIET toe om te zeggen dat A en B verschillen in lokalisatie (A bv moeilijker dan B) - 2 voorwaarden dubbele dissociatie: o Sommige letsels proces A beschadigd en proces B gespaard o Andere letsels proces B beschadigd en proces A intact Verschillende hersenlocalisatie Correlatie structurele letsels-cognitieve deficits Vroeger enkel via onderzoek post mortem Nu hoge-resolutie MRI beeldvorming van letsels groep van patiënten normalisatie naar een gemeenschappelijke template constructie van probability maps voor ontstaan van bepaalde cognitieve deficits, gemeten via klinisch of psychofysisch onderzoek 1) Overlay methode = overlap methode Scant verschillende mensen met een bepaalde stoornis (bv afasie) Legt de scans op elkaar, kijkt waar de uitval gesitueerd is MAAR probleem: geen controlegroep Bv afasie veroorzaakt door beroerte: misschien is het gebied van uitval gewoon een gebied dat meer aangetast is bij beroertes, ipv uitval Men zou mensen moeten vinden die zelfde tijd, zelfde mate, beroerte hebben gehad 99

100 2) Lesion subtraction method: alle patiënten met bepaalde stoornis en mensen met een andere vorm of geen stoornis Patiënten indelen in twee groepen (groep A en controlegroep, duidelijke scheiding): scheidingen zijn vaak artificieel in de praktijk; graduele overgangen (continuüm/spectrum) tussen groepen ipv binaire overgang. Opdeling ook vaak op basis van syndromen, wat op zich ook artificieel is Groen = pariëtaal Berekenen hoeveel patiënten met syndroom A elke voxel beschadigd is en bij hoeveel patiënten zonder syndroom A => vergelijkt aantallen en geeft subtractiebeeld 3) Voxel-based lesion-symptom mapping (VLSM) Continu verdeelde scores worden gebruikt als input Voor elke voxel (deeltje van de hersenen, 3d pixel) gaan we na of de groep met een letsel van die voxel een significant verschillende score hebben dan de groep waarbij die voxel gespaard is Het woord voxel is een mengwoord van de Engelse woorden volume en pixel en geeft een waarde aan die aan een volumecel in een driedimensionale ruimte gebonden is. Bij elke voxel nagaan of er patiënten zijn waarbij deze beschadigd is; t-test om algemene uitspraak over voxel te doen 100

101 Voordeel patiënten met hersenletsel onderzoeken: - Welk gebied essentieel, noodzakelijk is voor een bepaalde functie Beperkingen van localisatie van normale functie op basis van hersenletsels De anatomische ligging van letsels is niet bepaald door afgrenzingen tussen functionele gebieden maar door de oorzaak van het letsel (bv bevloeiingspatroon bij beroerte; door welk bloedvat wordt het gebied bevloeid) Functionele reorganisatie: deficit na een hersenletsel is niet enkel bepaald door het aangetaste gebied maar ook door de compensatie en reorganisatie van de intacte gebieden Zelden beperkt tot hersencortex: Aantasting van omliggende cortex en wittestofbanen die de hersengebieden met elkaar verbindinen Scores zijn niet gelijk aan normale hersenen stuk van letsel functionele reorganisatie = plasticiteit: andere gebieden nemen deel van functie over letsel heeft ook weerslag op gebieden die er mee in verband staan (effecten op afstand) vaak ook zenuwbanen onder dat hersenletsel beschadigd (witte stof, verbindingsbanen worden onderbroken) gebieden niet altijd gekoppeld aan functie uitval van een gebied in een netwerk kan gevolgen hebben voor het gehele netwerk fmri bij proefdieren Homologie tussen bepaalde gebieden bij de aap en bij de mens In vitro onderzoek Neuronale culturen: Veranderingen in synaptische transmissie Moleculaire biologie: Veranderingen in genexpressie en proteïnesynthese 101

102 Relatieve positie!! PET: moet eigenlijk lager staan Single unit! 102

103 6. Visuoperceptie Sommige modulair georganiseerd (perceptie van beweging of angst) en andere gedistribueerd georganiseerd (oproepen van kennis omtrent persoon) 6.1 Beginselen van de neuroanatomie van het visuele systeem Inval op netvlies (retina) van linker en rechter oog Via linker en rechter nervus opticus naar chiasma opticum: reorganisatie van de zenuwvezels Vanaf tractus opticus niet meer per oog maar per gezichtsveld (en alles ook gekruist) -> letsel linker tractus opticus dan is er een rechter gezichtsvelddefect Tractus opticus mondt uit in corpus geniculatum laterale Zenuwcellen vormen een synaps met daaropvolgende neruonen die van CGL naar primaire visuele cortex gaan Primaire visuele (of striaire) cortex is gelegen rond de s. calcarinus rechter s.calcarinus : linker gezichtsveld linker s.calcarinus : rechter gezichtsveld bovenste bank: onderste gezichtsveld onderste bank: bovenste gezichtsveld posterieure deel: foveale (centrale) anterieur: perifere elk neuron in de primaire visuele cortex heeft een receptief veld (deel van het gezichtsveld dat bij stimulatie het neuron activeert) -> van primaire visuele cortex relatief kleine en vuren het hardst voor lijnen en boorden corticale magnificatie: het centrale gezichtsveld (ong 4 ) relatief veel meer oppervlakte in de s.calcarinus dan het perifere gezichtsveld (focussen om scherp te kijken) Axonen van retinale ganglion cellen delen af door de optische zenuwen en bereiken het dorsale, laterale geniculate nucleus (LGN) van de Thalamus. Deze heeft zes lagen, de twee binnenste lagen zijn de magnocellular lageren en de vier buitenste zijn de parvocellular lagen met ook nog koniocellular sublagen ventraal bij beide lagen. De neuronen gaan dan verder door de verwerkingsstroom optische radiaties naar de primaire visuele cortex (regio rondom calcarine fissuur). De lens draait het beeld om (contralaterale info). Behalve de primaire retino-geniculo-corticale verwerkingsstroom zijn er ook nog andere manieren. Bv naar de hypothalamus voor circadiaan ritme, weer andere controleren meer oogbeweging (optic tectum en pretectal nuclei) 103

104 = transverse doorsnede Retina nervous opticus wordt informatie uit de respectievelijke ogen geleid Aan het chiasma opticum worden de zenuwbanen herschikt op een manier waarop in de tractus opticus van het ander oog (dus links rechter gezichtsveld) = contralateraal gezichtsveld (niet oog!) Als men binoculair kijkt (met beide ogen) hebt u een linker en rechter gezichtsveld van beide ogen Corpus geniculatum laterale: relay station, onderaan, achteraan de thalamus, in diepe grijze kernen, vanaf daar projecties naar primaire visuele cortex (achteraan occipitale hersenschors). Connectie van corpus g.n. naar primaire visuele cortex is een waaier die (area v1) die terug samenkomt in de primaire visuele cortex Primaire visuele cortex is retinotopisch georganiseerd: neuron in primaire visuele cortex komt het receptieve veld van dat neuron overeen met een bepaald punt van de retina (van het gezichtsveld). Retinotopie: elke neuron dat u zou moeten in primaire visuele cortex heeft een bepaald overeenkomstige plaats/veld in het gezichtsveld, als je op die plaats stimuleert zullen die neuronen vuren. Gezichtsvelden worden weergegeven in graden (bv fixeren, lichtje laten schijnen en je moet zeggen of dat brand of niet). 1 graad is als je je arm uitsteekt en je naar je opgestoken duim kijkt. Perimetrie : gezichtsvelden bepaling Centraal gedeelte van gezichtsveld = foveaal gedeelte (10 ); zwart en donkerblauw op afbeeldingen grootte bij hersenen is veel groter dan grootte bij perimetrie = corticale magnificatie; foveaal gezichtsveld heeft heel grote scherpte van gezichtsveld (bv lezen) Als we lezen saccade (snelle oogbewegingen) om het woord in foveaal gezichtsveld te krijgen voor de scherpte. Beeld gespiegeld: bovenste gezichtsveld onder de sulcus calcarinus, onderste gezichtsveld boven de sulcus calcarinus. Perifeer gedeelte van gezichtsveld 104

105 1) Moleculaire blindheid op het oog + 2 2) hemianopsie: helft gezichtsveld uitval Homoniem: ongeacht het oog dat je test, hetzelfde gezichtsveld dat uitvalt Testen door bv kijk naar mijn neus, één oog afdekken, vingers bewegen Belang van fixatie! Anders beweegt gezichtsveld mee 3) Letsel radiato optica (waaier): quandranta opsie; kwart valt wel Bovenste beschadigd: onderste valt weg, onderste beschadigd; bovenste valt weg 4) letsels hersenschors: helft gezichtsveld valt weg maar foveaal gedeelte blijft gespaard Maculaire sparing (foveaal deel = macula) Centrale deel heeft evolutionair bloedtoevoer van linker en rechterzijde, beroerte in één deel zal er dus niet voor zorgen dat dit uitvalt. Corpus geniculatum laterale: tussenstation Hoe visuele input in verschillende kanalen ontleed wordt (we zien een geheel maar er zijn verschillende aspecten). Wat wij bewust zien komt veel later tot stand in verwerkingsstroom. Corpus geniculatum laterale is eerste station waarbij dit duidelijk wordt. Doorsnede corpus geniculatum laterale (schillen): 1 en 2) kanaal gevoelig voor beweging = magnocellulaire pathway 3, 4, 5 en 6 ) kanaal gevoelig voor kleur en vorm = parvocellulaire laag segregatie: verschillende visuele kenmerken worden uiteen gehaald in aparte pathways Coneocellulaire laag uit boek niet kennen 105

106 Primaire visuele cortex: Receptief veld: deel van het gezichtsveld waar neuron in primair visuele cortex verantwoordelijk is Receptieve velden in primaire visuele cortex zijn relatief klein. Kenmerken waar primaire visuele neuronen gevoelig voor zijn: - Orriëntatie: elke neuron vuurt selectief voor een bepaalde oriëntatie (bv ) = orriëntatietuning - Verschillende soorten cellen in visuele cortex o Simpel cell: reageert/vuurt op bepaalde balk (orriëntatie), maar bij verplaatsing in gezichtsveld (afstand in receptieve veld) onderdrukt het de respons o Complex cell: als balkje beweeg in receptieve veld blijft deze cell vuren (beweging), niet gevoelig voor figuur achtergrond o Hypercomplex cells: cellen die geinhibiteerd worden wanneer bepaalde utieinden van balkje in het receptieve veld komen (detecteren boorden als ze in het veld komen) Meeste neuronen in de primaire visuele cortex zijn gevoelig voor orriëntatie: als een lijn of rand (grens tussen licht en donker) zo gepositioneerd is dat het in het receptieve veld van een cel komt, en roteerd rondom het centrum, zal de cell responderen als de lijn in een bepaalde hoek staat. Simple cell: neuronen die gevoelig zijn voor orriëntatie met receptieve velden die tegengesteld georganiseerd zijn (a: wanneer een donkere lijn in het midden staat van het receptief veld, maar niet als het vanonder staat) Complex cell: ook gevoelig voor orriëntatie maar zonder de inhibitie (b: maakt niet uit waar de lijn staat in het receptief veld of omdraaien contrast, blijft reageren) -> bewegingsdetectoren Hypercomplex cells: reageren ook op orriëntatie maar maar heeft een inhibitie regio op het einde (of eindes) -> detecteerd einde van de lijnen 106

107 6.2 Elementaire stimuluskenmerken Functionele segregatie: verschillende elementaire stimuluseigenschappen (bv oriëntatie, beweging of luminantie) worden in aparte neuronale subgroepen voorgesteld Kleur: area V4 (achromatopsie) Oriëntatie en beweging: area V5 (akinetopsie) 2 grote verwerkingsstromen (pathways) Occipitotemporale pathway : stimulusidentificatie (wat) Area V4, fusiforme cortex, inferotemporale cortex (ook TE en TEO genoemd) en parahippocampale cortex Occipitopariëtale pathway: stimuluslocalisatie (waar) Intrapariëtale sulcus en lobulus parietalis inferior en superior Verder in occipitotemporale verwerkingsstroom: neuronale codering en differentiatie in termen van stimuluscategorie en stimulusidentificatie Receptieve velden worden groter naarmate men verder komt in occipitotemporale verwerkingsstroom, in meer anterieur gelegen deel (bv inferotemporale cortex) zijn de receptieve velden bilateraal Elk neuron in de extrastriaire cortex heeft een receptief veld Beide verwerkingsstromen monden uit in de frontale cortex Occipitotemporale via projectie van de anterieur temporale pool naar de inferior frontale cortex (fasciculus uncinatus) Occipitopariëtale via frontal eye field; kruispunt s. precentralis en s. frontalis superior Spatiële frequentie Het beeld van een stimulus op de retina varieert in grote naargelang hoe dicht het beeld bij de ogen is, hierom gebruiken ze visuele hoek ipv fysische afstand. Spatiële frequentie van een sinus rooster is de variatie in helderheid gemeten in cyclussen per graad van de visuele hoek. Verschillende neuronen detecteren verschillende spatiële frequenties. Hoge spatiële frequentie belangrijk bij het herkennen van figuren of objecten, details, randen (identiteit) Lage spatiële frequentie belangrijk bij waarnemen beweging,contouren (niet herkenning) magnocellulaire pathway Frequentie van sinus (sine wave) van rechterkant heeft heeft hoge spatiele frequentie (meer cycli in één graad, ziet er waziger uit). V1: primaire visuele cortex Cytochroom oxidase blobs: gebieden in blobs gevoelig voor kleur, gebieden buiten de blobs gevoelig voor oriëntatie en vorm V2: na primaire visuele cortex Cytochroom oxidase stripes Cytochroom oxidase: verschillende kleuring van neuronen, kleur bewaart segregatie (opsplitsing in componenten) 107

108 Retinale dispariteit (tegenstrijd) Grootste deel van diepte gang kan je in 1 oog meten (perspectief, grootte, verlies van detaildoor omstandigheden, het idee dat beelden bewegen als we ons hoofd bewegen). We hebben beide ogen nodig voor een levendige perceptie van dieptegang doorheen het proces genaamd stereopsis (fijne bewegingen coördineren). Retinale dispariteit komt voor als beide ogen een net anders 3d beeld zien, dit indiceert verschil in afstand. Kleur wordt verwerkt door parvocellulaire en koniocellulaire lagen van het LGn, samen gegroepeerd in cytochrome oxidase (CO) blobs. De dikke en dunne strepen : hoge CO Parvocellulair systeem enkel van rode en groene kegelstjes, de blauwe kegeltjes via koniocellulair systeem De meeste neronen in de blobs zijn gevoelig voor kleur, ze zijn allemaal gevoelig voor lage spatiële frequentie en relatief ongevoelig voor andere visuele kenmerken. Bovendien zijn de receptieve velden monoculair (1 oog genoeg) Magnocelluaire laag Pavocellulaire laag Koniocellulaire laag Ja (rode en groene Ja (blauwe kegels) Kleur Nee kegels) Gevoeligheid voor Laag Hoog Laag contrast Spatiele resolutie Laag Hoog Laag Traag (sustained Traag (sustained Temporele resolutie Snel (transient response) response) response) 108

109 Colomnaire/ modulaire visuele organisatie De verschillende modules geven informatie door aan elkaar. 1 blokje komt overeen met informatie van 1 stukje visueel veld (oriëntatie, contrast, kleur, ); twee ogen dragen bij tot kolom georganiseerd tot gezichtsveld De modules bestaan uit twee segmenten, die elk een CO blob (centrale deel) omringen. Buiten blob: orriëntatie, beweging, spatiële frequentie en binoculaire dispariteit, meestal niet kleur. Beide helften krijgen info van 1 oog maar sturen die info naar elkaar door. Binnen een module zitten zowel simpel als complexe cellen, weliswaar van dezelfde orriëntatnie en oculaire dominantie. Staafjes lopen eigenlijk door (Hubel en Wiesel!!) 1,2,3,4,5,6 = lamina : lagen waaruit de hersenschors is opgebouwd 1 is meest oppervlakkige laag Als je een naald zou steken van boven naar beneden zou je neuronen tegenkomen voor zelfde plaats en oriëntatie, horizontaal veranderen de oriëntatie van de neuronen. 6.3 Analyse van visuele informatie Twee verwerkingsstromen van visuele analyse Verwerking gebeurt in de visuele associatie cortex Neuronen in de primaire visuele cortex zenden axonen naar de extrastriate cortex = regio van de visuele associatie cortex die de striate cortex (=primair visuele cortex) omringd Elke regio is gespecialiseerd en kan je hiërarchisch ordenen, met de striate cortex om te beginnen. Elke regio krijgt informatie van de regio onder hen op de hiërarchie. Heel af en toe wordt ook informatie doorgegeven in de tegenover gestelde richting. 109

110 Output striate cortex (v1) gaat naar gebied v2 (kleur bij dunne strepen en dikke en bleke strepen over orriëntatie, spatiële frequentie, beweging en retinale dispariteit) Vanaf hier komen twee verschillende verwerkingsstromen in beeld Ventrale en dorsale stroom: eerste beginsel informatieverwerking - Dorsale stroom: o naar pariëtale cortex (V2 -> posterior parietal cortex) magnocellulaire systeem gaat rechtstreeks naar gebied v5 (= MT, beweging) Begint bij dikke strepen van V2 Plaats, locatie, uitvoeren acties = Where stream of How stream - Ventraal stroom: o occipitaal naar temporaal; (V2 -> v4 -> inferior temporale cortex) begint bij bleke en dunne strepen van v2 herkenning van visuele objecten, identificatie = What stream Linkerschema: - Niet kunnen tekenen, wel weten hoe opgebouwd - Groene vakjes: dorsale verwerkingsstroom - Rode vakjes: ventrale verwerkingsstroom - V4, MT, MIP 110

111 Area MT = v5 (dorsaal) = motion, beweging functionele segregatie (verschillende zaken verwerkt in verschillende gebieden Akinetopsie: geen beweging kunnen zien Stop motion picture Area V4(ventraal) = weergave van kleur Fmri: stimuli met kleur, stimuli in zwart wit, vergelijken Achromatopsie: niet zien van kleur; felheid kleuren uitgewassen Achromatopsie V4: retinotopisch georganiseerd: helft van gezichtsveld vale kleur en andere helft niet Als één van de spontane klachten van de patiënt Meestal samen met bovenste kwadrantanopsie; onder sulcus calcarinus vaak beschadigd Meestal enkel contralaterale gezichtsveld Localisatie: tekening boekje Andere deficits ivm kleurverwerking Associatie van een object met een karakteristieke kleur Vnl linker hemisferische letsels Anomie specifiek voor kleur Vaak geassocieerd met alexie zonder agrafie 6.4 Visuele verwerking van gezichten Gezichten zijn zeer complexe visuele stimuli. Gezichten zijn heel verschillend maar gelijken toch op elkaar Relatief kleine perceptuele verschillen tussen gezichten zijn van grote betekenis, reeds van begin van de evolutie 111

112 Groot aantal van gezichten Specialisatie in hersenen voor gezichten; gezichten sociaal belangrijk Expertise nodig voor kleine verschillen in gezichten te kunnen plaatsen Impliciete expliciete verwerking invariante eigenschappen veranderlijke eigenschappen (beweging gelaat, ) Neuropsychologische tests Visuele discriminatie van gezichten: structural encoding in Bruce and Young s model Matching to sample taak met gezicht als sample stimulus en subject moet kiezen wele teststimuli overeenstemmen met dat gezicht (zelfde of verschillende hoek) Herkenning van gezichten: face recognition units, person identity nodes and name retrieval in Bruce and Young s model Gezich tlaten benoemen of biografische gegevens vertellen over de person Kiezen tussen 2 gezichten overeenstemd met vertrouwd persoon (familiarity judgement) Impliciete verwerking: galvanische huidconductantie of onbewuste effect op het gedrag (prosopagnosie; namen associëren met bekende gezichten) Herkenning van emotionele expressive (expressionanalysis) Herkenning van beweging van de mond en van de ogen (facial speech analysis en ruimer) Hersenletsel bij patiënten en stoornis van herkenning van gezichten Prosopagnosie : Onvermogen om gezicht te associëren met een bepaald persoon (herkennen gezichten) Moeite met matching to sample taak: probleem met identificatie stimulus structural descriptions (objectherkenning) => invariantie verwerking gezichten Wel matching to sample uitvoeren maar kunnen persoon niet meer herkennen Kunnen persoon wel herkennen aan manier van spreken, stappen, haarsnit, e.d. Kunnen ook allerlei details oproepen omtrent die persoon Gezichten wel herkennen maar kunnen de emotionele expressie niet discrimineren In sommige gevallen is de bewuste identificatie van expressie aangetast maar is de automatische respons wel nog bewaard (huidgeleidngsrespons) => bilaterale aantasting amygdala McGurk effect (niveau 1 of 2): verwerking van beweging in het gezicht op andere gebieden berust dan verwerking van identiteit 112

113 Prosopagnosie: Dissociatie impliciet - expliciet Verschil in performantie naargelang vertrouwd gezicht of niet B.v. patiënt met prosopagnosie leren associëren tussen gezicht en willekeurige naam Forced-choice recognition task: Identity matching of matching tussen gezicht en concrete gegevens Autonome respons O.a. galvanische huidrespons met als stimulus B.v. paren van gezicht met correcte of foutieve naam Prosopagnosie: Localisatie Kan optreden bij rechterhemisferische letsels of bij bilaterale letsels van de ventrale occipitotemporale cortex Fusiforme face area (module) Emotionele expressies: Dubbele dissociaties Kunnen wel bepaalde dingen identificeren van het gezicht maar niet identiteit Sommige patiënten kunnen gezichten niet identificeren maar wel emotionele expressies, andere patiënten vertonen omgekeerde patroon Welke processen kunnen dissociëren bij patiënten! 113

114 Functies die op verschillende gebieden berusten - Structural encoding: structurele descriptie, bv identificeren van stimulus als zelfde stimulus ondanks andere lichtinval, identiteit behouden Directed visual processing is gelijkend - Expression analysis: emotionele expressie (amygdala) - Facial speech analysis: beweging in het gezicht (zie hier onder), analyse lippen, blik richting - Rest of the cognitive system: bredere kennis koppelen aan oproepen informatie Bv identiteit koppelen met alles, emoties koppelen met ervaringen, 1) Face recognition units: identificeren van gezicht (zonder haar, bril, ): FFA Koppeling van identiteit aan persoon (kenmerken van persoon door verschillende nodi) 2) Gezicht dat je herkend wordt gekoppeld aan identiteit van persoon (naam opnoemen enz) 3) Parallelle stromen (niet FFA): a. Expressie in het gezicht b. Facial speech: beweging in gezicht en herkend wordt Achteraan sulcus temporalis superior Benton Perceptuele verwerking van gezicht: Structural encoding Invariantie : Identiteit van gezicht onafhankelijk van perspectief, belichting, expressie, leeftijd etc. 114

115 Face recognition units : herkennen van persoon Vertrouwd of niet ( familiarity judgement ); al eens gezien of niet Oproepen van individuele kenmerken van persoon (naam, etc.); identiteit van persoon - Meer activiteit voor gezichten (FFA) bij mri toont FFA 115

116 - Bewuste waarneming van gezicht FFA activeert of onafhankelijk van wat men bewust waarneemt? o Binoculaire rivaliteit: toont gezicht en bv huis, andere golflengte qua kleur door bril (1 e glas rood, de andere groen): bewuste waarneming switcht tussen de twee; kan niet beiden tegelijk waarnemen => je ziet ze afwisselend Je ziet dus hetzelfde als beide tegelijk worden getoond of de onderzoek ze opsplitst. FFA draagt bij tot bewuste waarneming van visuele stimuli o Parahypocampale area: huizen, gebouwen, landschappen - In het donker film laten kijken - Gezichten: FFA - Landschappen, scenes, gebieden: PPA Functionele beeldvorming bij normale vrijwilligers Haxby model 116

117 Fusiform face area - G. fusiformis rechts (en mindere mate links): vrij consistent geativeerd wanneer een gezicht ipv object aangeboden wordt - Niet geactiveerd wanneer andere lichaamsdelen getoond worden - Beïnvloed door top-down controle (aandacht of geheugen): bewust waarnemen is hogere activiteit ipv onbewust - Min of meer structural encoding Bruce and Young Amygdala - Geactiveerd bij zien van angstige gezichten in vergelijk met opgewekte of neutrale gezichten (zelfs bij korte presentatie stimuli = onbewust waarnemen) - Via klassieke conditionering kan ook toon amygdala activeren - Min of meer structural encoding Bruce and Young Sulcus temporalis superior - Achterste deel s. temporalis superior - Neuronen die reageren op de blikrichtingen en op bewegingen van de mond - Speech analysis Bruce and Young Discrimineren van emotionele expressies: niet kennen Voor herkennen van angstige expressies meest evidentie van localiseerbaarheid, met name amygdala Alternerende presentatie van gezichten met angstige versus gelukkige uitdrukking Zeer korte stimuluspresentatie (33 ms) gevolgd door mask 8/10 subjecten waren er niet van bewust dat ze gelaatsexpressie gezien hadden Signaaltoename in amygdala bij presentatie van angstige gezichten Discrimineren van beweging in gezichten Liplezen Patiënt met prosopagnosie vertoont normaal McGurk effect Oogbewegingsrichting Sulcus temporalis superior --- tot hier niet kennen, hierna terug wel 117

118 belangrijke processen!!!!! waar bevinden de - Lateral fusiform: identiteit (benson) (FFA) - Superior temporal: gezicht, beweging, expressie, (gekoppeld met amygdala) - Anterior temporal: persoonlijke identiteit - Extended system ~ cognitive processing Probeer samen te brengen met het model van Bruce and Young Besluit 7. Aandacht Parallelle verwerking Combinatie van modulaire organisatie (perceptuele verwerking, verwerking van emotionele expressies) en van gedistribueerde voorstelling (associatie met individuele eigenschappen) 7.1 Selectieve aandacht Constant aanwezig tijdens waakzame toestand, de constante stroom van stimuli kunnen we niet bewust waarnemen, we selecteren wat we bewust waarnemen (om te verwerken, onthouden, verwoorden, ) Filter waardoor bepaalde stimuli (van bv gezichtsveld) in meer detail worden verwerkt en in bewustzijn doordringen In foveaal gezichtsveld kan men in detail waarnemen, selectieve aandacht is hiervoor nodig om saccade (blikveld) te sturen 118

119 Selectiecriterium kan endogeen of exogeen bepaald zijn: Exogeen (bottom up): stimulus gedreven op grond van sensoriële kenmerken die automatisch de aandacht trekken, aandacht automatisch getrokken door externe stimuli Evolutionair nut: bij concentratie op taak aandacht richten op eventueel gevaar buitenwereld Endogeen (top down): door subject gedreven op basis van relevantie van de stimulus voor het subject ( mnemonic attentional template ; intern beeld van iets wat je wilt zoeken, vinden en dus ga je dat zoeken, attentional set ), wat je verwacht, belangrijk vindt, motivatie, endogeen kies je stimuli uit omgeving of intern Selectieve aandacht voor een ruimtelijke positie (plaats) Electro oculo grafie Oogbewegingen meten Richting vooral op levende wezens Periodes waarbij aandacht gefixeerd is en momenten waarbij de aandacht zich verplaatst (=attentional shifting; saccade) Als je met ogen beweegt verandert hetgeen dat op de retina valt Aandacht eigenlijk bedoeling dat visuele stimuli constant is Covert orienting (Posner): aandacht stuurt terwijl de persoon fixeert (kijken naar één ding) Aandacht richten = foveale veld (grote gevoeligheid), elke oogbeweging verandert de retinale input en dus de signalen die in de visuele cortex toekomen Spatial cueing: Exogeen Soms moeilijk om aandacht effecten en sensoriële effecten te onderscheiden Overte aandacht: door observatie zien waar ppn aandacht aan geeft Coverte aandacht: naar centrale punt kijken zelfs als de aandacht naar een perifere stimulus gericht wordt posner paradigma voor het aantonen 119

120 Posner paradigma: covert orienting (ruimtelijke visuele) Exogeen 3 fasen: 1) Sample (blokje 2) Sample stimulus = cue stimulus leeg vierkantje 2) Delay (blokje 3) 3) Test (blokje 4) Target stimulus = test stimulus vol vierkantje Verandering in luminantie: op knop drukken Invalid cue: sample stimulus geeft verkeerde informatie reactietijden trager Ppn richt zich op 1 cue, buiten dat veld komt er licht, dan is er een interval van 150ms en dan komt er een lichtje op dezelfde positie of aan de andere kant. Door het oplichten van de positie in de cue fase wordt da aandacht automatisch getrokken naar de perifere positie Verschil exogene cuing en endogene cuiing Exogene cuing: - 50% cue stimulus valide 50% cue stimulus invalide geen voorspellende waarde - Interval (stimulus onset asynchronie) tussen cue en target stimulus is korter meestal miliseconden Automatische aandacht is snel proces (evolutionair) Endogeen - Stimulus onset asynchronie (SOA) : miliseconden - Valide cue heft voorspellende waarde bv 80% valide, 20% invalide verwachtingspatroon - Cue is symbolische cue, cue verschijnt centraal ipv op de plaats van de target proefpersoon moet intepreteren = endogeen De cue is een symbolische cue (bv pijl wijst naar richting). Het interval dat nodig is om de aandacht op de endogene basis toe te wijzen is wat langer nodig dan voor exogene toewijzing (+-300 ms) Invality effect: wanneer d ecue de positie van de teststimulus correct voorspelt : valide cue - Posner paradigma onderzocht bij patiënten Neglect, een stoornis van de aandacht voor de contralesionele hemiruimte - Meestal rechterhemisferisch letsel (40% met letsel); rechter lobulus parietalis inferior (G. angularis) o Voortdurend naar rechterhemi ruimte kijken, hoofd draaien enz alles wat links gebeurt verwaarlozen - Neglect is aandachtstoornis: schenken veel minder aandacht aan alles wat er aan de contralesionele zijde gebeurt dan wat er ipsilesioneel gebeurt o Posner paradigma: veel moeite om aandacht verplaatsen in contralesionele richting nadat een invalide cue de plaats van target fout voorspelt. 120

121 o Posner paradigma presteren patiënten met pariëtale letsels bij valide en invalide (richting letsel) trials normaal. Performantie is wel fel gestoord wanneer ze bij invalide trials de aandacht moeten verplaatsen in de richting tegengesteld aan het letsel. Pariëtale lob belangrijk bij verplaatsen van aandacht in contralaterale richting - Neglect tast ook eigen lichaamsschema aan: intentioneel component - Men onderscheidt ook verschillende referentiekaders voorn neglect - Verschil hemianopsie = defect visuele veld; wat gebeurt in slechte gezichtsveld kan niet waargenomen worden (probleem toevoer visuele signalen naar cortex) = onafhankelijk context neglect = aandacht stoornis (proefpersoon gaat voortdurend aandacht ipsilaesioneel richten, aandachts bias kan tijdelijk worden overwonnen = afhankelijk van context (motivatie, ) Posner paradigma toegepast bij patiënten met neglect en normale (onderste lijn) - Ipsilesioneel: target - Controlesioneel: target - Ipsi en contra maakt niet uit voor cue - Patiënten met neglect hebben veel meer moeite met invalide cue dan valide cue - contralesioneel shifting deficit: verplaatsen aandacht van ipsi naar contra moeilijk - aandacht verplaatsen naar ipsi richting gaat makkelijk - shiften van aandacht is een ander proces dan vasthouden aandacht! (shifting gestoord) Neglect: Spontaan gedrag Blik- en hoofddeviatie naar rechts Verwaarlozen van personen of objecten aan de contralesionele zijde Oriënteren naar ipsilesionele zijde als aangesproken van contralesionele kant of van voor Verwaarlozen van eigen lichaamshelft (intern en extern verwaarlozen linker kant) Shifting probleem (prosner) 121

122 Neglect & Extinctie: Klinische tests Letter cancellation taak Lijnbisectie Opdracht: alle letters a doorstrepen - Begint aan rechterkant (ipsolesionele kant) en schuift op naar contralesionele kant en stopt na een tijdje (die kant wordt verwaarloost) - Bias (voorkeur, gradiënt) voor betere waarneming ipsolesionele kant - Hemianopsie: saccade richten naar contralesionele zijde zodat hij compenseert voor het gezichtsvelddefect; alle a doorstrepen Lijntjes Opdracht: - Verdeel het lijnstuk in twee Spontaan tekenen Kloktest 122

123 Enkelvoudige versus bilaterale simultane stimulatie: aandacht bij normale hersenen = visuele extinctie test Steekt twee handen op, patiënt moet naar neus kijken en moet zeggen welke hand beweegt. Uitdoving contralesionele stimulus bij simultane bi stimuli (detecteert enkel rechterzijde stimuli bij neglect) Competitie tussen stimuli! = biased competition: 1 in het goede en 1 in het slechte veld Neglect: verdeling resources biased Shifting en competitie verschillende processen Neglect & Extinctie : Aandachts- versus sensorieel deficit Bij neglect varieert de performantie naargelang van de context Neglect is context afhankelijk (hemianopsie niet) aanwezigheid en type van stimuli elders in het visuele veld stimulatie van andere modaliteiten B.v. proprioceptief (stimulus via bot geleid, bv vibratievork op nek); op nekwervel invloed op aandachtsgradiënt of kort water spuiten in oor (= vertigo (draaierig)) voorzichtig doen stimuleert vestibulair en heeft invloed op aandachtsgradiënt Neglect is meer dan visuele systeem, voorstelling van ons lichaam tov de ruimte; visueel, evenwicht, proprioceptief, neglect is stoornis van opbouw schema hoe lichaam gepositioneerd is in de ruimte voorafgaande taakinstructie en stimulatie 123

124 Fmri experiment bij een patiënt met extinctie - y as: signaalveranderingen - x as: seconden na verschijning bepaalde stimulus - lijnen: profiel van persoon met extinctie bij de verschillende visuele verwerkingsstromen - striate = V1 - BSS: bilaterale simultane stimulatie - Primaire visuele cortex: geactiveerd; geen verschil of proefpersoon het waarneemt of niet Bij inf.temporale wel verschil: wel waargenomen stimulus veel groter effect, dit effect is nog groter bij fusiforme face area - L (contralesioneel) en R (ipsilesioneel) shape - Bewuste waarneming contra komt goed overeen met FFA G. angularis Inferior pariëtaal Gyrus angularis = Transversale doorsnede coronale doorsnede 124

125 Effecten van ruimtelijke aandacht op neuronale activiteit - Bij single neuron studies geen consistente aandacht effecten in primaire visuele cortex maar wel in meer anterieur extrastriaire gebieden, bv V4 - Delayed matching to sample: aandacht richten naar bepaalde plaats binnen receptieve veld en onderzochten hoe de respons op stimuli die op die plaats verschenen veranderde o Wanneer teststimulus verschijnt op de plaats van de samplestimulus identiek is aan de samplestimulus moet het proefdier antwoorden (aandacht voor oriëntatie en kleur) o Neuronale activiteit tijdens samplefase wordt enkel bepaald door welke stimulus getoond werd (voorkeur of niet), in de testfase wordt de neuronale activiteit in belangrijke mate bepaald door het feit of de voorkeursstimulus verschijnt op dezelfde plaats als de sample stimulus Fase Posner DMS Eerste fase paradigma de cue een plaats aanduidt een stimulus (sample stimulus) verschijnt waarvan het object een kenmerk moet onderscheiden -> voorkeur en nietvoorkeursstimulus Na een interval (delay) Stimulus detecteren Vergelijking maken tussen twee teststimuli en de sample stimulus Neuronale delay activiteit: DMS (delayed matching to sample) voor plaats of voor object Meting in frontal eye fields (saccaden) LIP: lateral - Experiment 2: proefdier enkel belonen wanneer stimulus verschijnt op plaats X o Valt binnen receptieve veld van het neuron: neuronale respons op stimulus binnen receptieve veld veel sterker dan aandachtbuiten receptieve veld o Aandacht beïnvloedt ook de basislijnactiviteit van het neuron (zonder sensoriële stimulatie) Deze twee experimenten zijn geregistreerd in de wat verwerkingsstroom (ventraal, occipitotemporaal) Er zijn ook effecten bij waar verwerkingsstroom (dorsaal, occipitopariëtaal) Ventrale aandachtseffecten gestuurd door dorsale gebieden (site of attentional modulation), dorsale gebieden zijn source of attentional modulation 125

126 Activiteiten registreert in ventrale verwerkingsstroom Fix= fixactie RF = receptieve veld, B overlapt en A niet - Locatie B krijgt beloning, locatie B - Zowel in rust als actief meer activiteit voor veld B (versterking respons) - Geen stimulus is maar verwacht wel belangrijke stimulus: toename reactie tijdens delay - Als stimulus verschijnt respons hoger bij belangrijk (versterking in neuronen die stimuli verwerken) = attentional enhancement : versterken van respons op stimulus als stimulus relevant is - Voor training - Respons = neuronale respons op stimuli - Tijdens training: rewarded location - Supressie van irrelevante stimuli - Posttraining kan eventueel ook versterkte respons LIP neurons! = Lateral Intra Parietal area Attentional enhancement : Sterkere antwoorden op stimulus in receptief veld wanneer de stimulus relevant is voor de taak RF niet gedefinieerd zuiver in functie van retinotopie maar ook functie van richting van blik en hoofd (reference frames: eye centred, gaze centred, head centred) LIP : in het middenste derde van intrapariëtale sulcus, heeft grote receptieve velden die soms zelfs bilateraal zijn Receptieve veld beweegt niet mee Beeld van ruimte niet puur op basis van informatie retina; ook richting houden met blik en hoofdrichting 126

127 fmri studies van ruimtelijke aandacht bij cognitief intacte vrijwilligers - posner paradigma gebruikt - intraparietale sulcus geactiveerd - ventrale verwerkingsstroom geactiveerd (attentional enhancement) - frontal eyefield (saccaden en ) - middelste groene = area tpj Verplaatsen van de aandacht (shift) - Wat geactiveerd bij spatiele shift? - Vierkantje = fixatie punt - Om de 250 miliseconden andere combinatie letters = rapid serial visual presentation (RSVP) - Flankers = drie omliggende stimuli waar men niet op met letten - Streepje naast vierkantje: aan deze kant moet je beginnen - 3 verschijnt: veranderen van kant (van linker naar rechterstroom) - Shift vergelijken met basislijn vasthouden aandacht op punt - Shiften processen volgehouden aandacht 127

128 condities = resultaat - Transverse doorsnede (relatief laag niveau, ventrale occipitale cortex) - Extrastriere cortex - Hl = hold left, hr = hold right sr-l : shift rechts naar links sl-r : shift links naar rechts - Bovenste gebied= rechter extrasiere cortex (aandacht naar rechts daalt activiteit) - Meanbeta weight: amplitude - Lobulus pariëtalus superior; boven intraparietale sulcus, staat in voor shifting Toename activiteit als aandacht zich verplaatst - Grafiek d doorstrepen Verder helpt ook premotorische cortex en prefrontale cortex bij taken over selectieve aandacht Gedistribueerde verwerking: betrokkenheid verschillende gebieden Selectieve aandacht voor een perceptueel kenmerk - Bv zoeken naar iemand met een gele trui - Vervlochten met selectieve aandacht voor plaats - Geen klinische syndromen voor selectieve aandacht van een kenmerk 128

129 Visual search bij neglect Visual search: Parallel versus serieel Stimuluskenmerk of conjunctie van kenmerken identificeren Simple feature search: soms pop-out Conjunctie search: serieel, plaats na plaats Cancellation tasks om te onderzoeken bij neglect Visual search = paradigm - Taak waarbij ppn moeten kijken of een specifieke target aanwezig is = feature search - Search array: set van stimuli, zoek naar target Parallel search: target verschilt van distractors in één kenmerk dat makkelijk te differentiëren valt onafhankelijk van het aantal elementen in array (daarom parallel) feature map: in 1 oogopslag zien waar de target is Serial search = conjunction search - Relatie met set size: plaats na plaats aflopen om te zoeken - Combinatie van kenmerken (conjunctie van kenmerken) Illusoire conjuncties - bipariëtale letsels of - kort genoeg stimuli presenteren en aandacht verdelen over talrijke stimuli + niet kunnen aangeven of stimulus links, rechts, boven of odner stond - Target = afwezigheid van kenmerk - = tussenin geval Effect van pariëtale letsels op visual search Meer aantasting bij conjunctie-search dan bij simple feature search 129

130 Dorsale where pathway Pariëtale letsels: moeite met serial search (plaats naar plaats) Illusory conjunctions Proefpersoon maakt combinatie van twee kenmerken waarbij elk kenmerk aanwezig was in dezelfde array, maar niet in 1 object Bv 4 letters in verschillende kleuren tonen, daarna nog eens tonen; veel illusoire conjuncties opbouw feature map Binding probleem: verschillende features samenbinden tot één object Bij pariëtale letsels: dit treedt ook op indien men voldoende tijd geeft om de combinaties te bekijken Om twee kenmerken samen te binden is het belangrijk dat ze op dezelfde locatie voorkomen (dorsaal, where pathway) target cancellation task serieel: veel verscheidenheid van targets Neuronale activiteit en selectieve aandacht voor een perceptueel kenmerk Single neuron in area V4: - Bepaalde range van oriëntaties stimuleert neuron optimal tijdens passief kijken - Delayed matching to sample: neuronale respons verandert naargelang het verschil tussen de oriëntaties die het proefdier moest onderscheiden: - Groot verschil: vergelijkbaar met passief kijken - Klein verschil: amplitude 20% groter en responscurve smaller (meer selectieve timing vd responsfunctie) 130

131 tuningcurve Rasterpatronen met passieve viewing Respons wordt meer specifiek, nauwkeuriger en amplitude respons neemt toe (vernauwing tuningcurve en amplitude neemt toe) Ventrale: kleur fmri en selectieve aandacht voor een perceptueel kenmerk - Area V4: kleur - Area V5: beweging - Gebieden meer actief voor belangrijk kenmerk - Pariëtale en frontale cortex: gebieden overlappen die betrokken zijn bij selectieve aandacht voor kenmerk en plaats (intrapariëtale sulcus, g. frontalis medius, premotorische cortex) - Lobulus parietalis superior: verplaatsen aandacht (kenmerk en plaats, verschilt licht) Besluit Als we het hebben over aandacht hebben we het niet over specifiek extra aandacht geven maar wel over de selectie die we constant maken in waaktoestand = exogene aandacht Endogene aandacht is als we actief zoeken naar belangrijke, relevante dingen Ruimtelijke aandacht: specifieke gebieden belangrijk, voornamelijk in locus pariëtalus superior Eerder inferior pariëtale lobus bij stoornissen, superior heeft een rol bij shifting Serial (dorsaal) en pop out search Dorsale route (plaats) beweging (V5) diepte (mm V3) Stereogram ventrale route (wat) kleuren vormen - objecten - gezichten 131

132 7.1.3 Kortetermijn- (versus langetermijn) geheugen Dingen die in de laatste minuut gebeuren <30sec interval, daarna lange termijn geheugen Geen tussenliggende stimuli (geen afleiding tussen sample en test fase), wel: werkgeheugen Maximale capaciteit 7 (in sample fase), afhankelijk van individu, daarover: Lange termijn G Aandacht richten vergt KTG Attentional mnemonic template: aandacht beïnvloed door dingen die je uit geheugen haalt Bv spatial cubing ook KTG, posner paradigma (geheugen nodig voor delay te overbruggen) Endogene sturing aandacht bepaald door interne representatie van wat men op dat mometn belangrijk vindt: mnemonic attentional template (wat relevant en belangrijk is) Neuropsychologische tests van het kortetermijngeheugen Kortetermijngeheugen: Effect van inhoud Baddeley 1958 Verbaal: Phonological scratch pad Ruimtelijk: Visuospatial scratch pad - Zelfde blokken in volgorde aanraken Digid span voorwaarts Cijfers nazeggen in volgorde, als het niet lukt dan is de patiënt verward (= aandachtsstoornis) KTG plaats (dorsale, pariëtale) en KTG letters, perceptueel (ventrale verwerkingsstroom) Hersenletsels en kortetermijngeheugen Verwantschap met volgehouden aandacht Dubbele dissociatie tussen kortetermijn- en langetermijngeheugen Binnen kortetermijngeheugendeficits dissociatie naargelang van modaliteit Auditief of visueel gepresenteerd 132

133 Neuronale activiteit - DMS; activiteit tijdens interval (tussen sample en test) weerspiegelt het geheugenspoor dat door het neuron gecodeerd wordt o Inferior temporaal en prefrontaal tonen volgehouden activiteit tijdens interval - Geheugensaccadeparadigma: tijdens sample fase stimulus op bepaalde excentrische (niet middelpunt) plaats, et proefdier moet het centrale fixatiepunt fixeren. Stimulus verdwijnt weer (interval) en tijdens de testfase verschijnt een signaal dat aangeeft dat het proefdier op dat ogenblik een saccade (snelle beweging ogen) moet uitvoeren naar de locatie waar de sample stimulus verscheen => proces: prospectief geheugen, geheugen voor de toekomst - Prefrontale, premotorische en pariëtale cortex belangrijk (bij proefdieren) Neuronale delay activiteit: DMS (delayed matching to sample) voor plaats of voor object Meting in frontal eye fields (saccaden) LIP: lateral Selectie van een object 133

134 Infrotemporale cortex geregistreerd KTG objecten: - Hoe coderen neuronen over interval, hoe ze overbruggen, iets vasthouden in KTG Uiting in neuronale activiteit? - Welke teststimuli komt overeen met cue? - In ventrale verwerkingsstroom hebben bepaalde neuronen voorkeur voor bepaalde stimuli (vandaar good en poor) Slechte stimulus kan goede stimulus naar beneden halen Spikes per seconde = activiteit. Bij c zie je het delay (0 = onset array, ervoor is delay); ookal is cue weg maar toch good stimulus actiever dan poor stimulus. Alleen als ppn weet dat hij moet onthouden. Daarna array fase (selectieve aandacht) Panel D: zonder voorafgaande cue, zonder specifiek aandacht of geheugen (slechte stimuli onderdrukt respons goede een beetje), Bij zowel eerste als tweede grafiek moesten ze stimulus onthouden receptief veld valt. delay activiteit enkel als het onthouden binnen het 134

135 - Single neuron electrical recorded stimuli - Delayed matching to sample taak; in ventrale stroom identiteit objecten (aapafbeelding) Dorsaal: positie onthouden (infratemporale sulcus verder naar frontal eye fields) Niet één gebied, circuit van gebieden - Delayed saccade paradigma - Mnemonisch scotoom: blinde vlek voor geheugensaccade, proefdier kan saccade uitvoeren als stimulus verschijnt maar kan niet meer onthouden om die saccade uit te voeren bij delayed machting to sample paradigma fmri studies van het kortetermijngeheugen - Lijkt hard op netwerk bij ruimtelijke aandacht - Omvat o.a.: intrapariëtale sulcus, frontal eye fields, G. frontalis inferior - Verbal of niet verbal bepaald links of rechts gelateraliseerd Cue fase delay fase probe/sample fase (aanduiden of probe op plaats staat die tijdens cue bezet was) spatiaal of verbaal verbaal: fond veranderen om sensoriele buiten te sluiten klassiek Doorkijkbrein Gebieden KTG verspreid over hersenen, maar niet over ALLE gebieden (pariëtaal, prefrontaal en temporaal) 135

136 7.2 Het werkingsgeheugen = werkgeheugen Tussenliggende items (die ppn moeten verwaarlozen) Noodzaak om on-line informatie intern te manipuleren Bewerking met opgeslagen informative (meer dan onthouden) Continu updaten (geheugenspoor aanpassen) aan nieuwe informatie B.v. responsomkering (delayed nonmatching to sample) Etc. Digid span achterwaars n-back taak: Reeks letters: drukken als letter overeenkomt met letter die twee trials voordien voorkwam (resistentie tussenliggende stimuli) - Meer stippen: vooral prefrontaal (en parietaal) cortex, meer dan bij KTG 7.3 Executieve functies: Definitie Organiseren van doelgerichte gedragingen Niet automatisch, routine 136

137 Executieve functies verwijst naar de coördinatie van processen Volhouden van één proces Verplaatsen naar volgende intern proces (set shifting) Onderdrukken van irrelevante processen (respons-suppressie) Cognitieve instantie die executieve functies uitvoert: central executive van bedrijf ; doet zelf niets maar coördineert(baddeley) supervisory attentional control system (Shallice) Testen: woordvloeiendheidstests (semantische woordvloeiendheid en letterwoordvloeiendheid; zoveel mogelijk dieren opsommen, woorden die beginnen met j -> prefrontale cortex), stroop test en Trail making test Stroop effect: Procedure en normen Namen van kleuren die gedrukt zijn in neutrale, congruente of incongruente kleur Drie kaarten: Lezen van de naam of benoemen van een kleur Verschillende versies: oa items. 1) Vakjes met kleuren benoemen 2) Lezen van woorden (zwart lettertype) 3) Kleuren benoemen (niet woorden lezen) Congruente vergen minder executieve functies dan incongruente Stroop effect Cognitieve componenten Input: Kleur- en woordherkenning Cognitief process: Benoeming van de kleur Onderdrukking van routinerespons Mentale snelheid Output: Spraakproductie 137

138 Stroop effect Anatomisch substraat Woord per woord (congruent en niet congruent); taak om woord te lezen enkleur te benoemen Rood = woord lezen, zwart = kleur benoemen Kleur pijl wijst naar effect incongruent enkel wanneer kleur te benoemen, eerder dan woord lezen Stimuli 1 voor één voor geen oogeffect - Acc: cynglum(riem) anterius, boven corpus calosum, mediaal binnenzijde hersenen, lost responsconflicten op = bovenste grafieken geen verschil bij taak Verhoogde bij incongruente trials (moment op moment monitoren van responsconflict) 138

139 - Dlpfc: dorsolaterale prefrontale cortex volhouden van bepaalde aandachtsset = onderste twee grafieken taakgebonden effect (volhouden kleurset hoger dan woordset) Weinig verschil incongruentie of congruentie Role of AC in monitoring response conflict and error extended to role in adaptation of behavior on following trials: Eg accuracy-rt tradeoff. Interaction with GFm = synglum anterius - Pre respons conflict: situatie waarbij men uit twee tegenstrijdige responsen moet kiezen - Decision uncertainty: twijfel over keuze - Response error: foute keuze, realisatie (of zonder realisatie) - Negatieve feedback: je hebt fout gemaakt 8. Episodisch geheugen 8.1 H.M. Op 9-jarige leeftijd hoofdtrauma met posttraumatische epilepsie Therapieresistent en functioneel invaliderend (medicijnen helpen niet) Op 27 jarige leeftijd bilaterale hippocampectomie op 23 augustus 1953 (William Scoville) -> bilateraal stuk hippocampus verwijdert Uitgesproken anterograde amnesie (geen gegevens meer opslaan, alles buiten KTG verloren) Leeft van minuut tot minuut en beseft dat Retrograde amnesie: aanvankelijk geschat op 3 jaar maar eigenlijk kan hij zich slechts enkele zaken uit kinderjaren kon herinneren Taken voor niet-declaratief geheugen of voor semantisch geheugen waren gespaard 139

140 Every day is alone in itself, whatever enjoyment I ve had or whatever sorrow I ve had Right now, I m wondering. Have I done or said anything amiss. You see at this moment everything looks clear to me but what happened just before? That s what worries me. It s like waking from a dream; I just don t remember Vader overleden in 67; Werd onrustig: Verklaring: geweren waren weggenomen in kader van erfenis. Terug kalm wanneer opgehangen. Vaag bewust van overlijden van vader Kon niet vertellen wat hij deed in beschutte werkplaats Verhuisd omstreeks Kon zijn weg vinden in enkele blokken rond zijn huis. Toen weg moest tonen, kwam men uit bij vroegere huis Voorwaarste digit span intact: kon nog reeksen cijfers nazeggen (KTG) IQ onveranderd Taal of objectherkenning intact -> semantisch geheugen Kan nog nieuwe zaken aanleren Conditionering conditioned eye-blink response Perceptual learning priming Proceduraal geheugen Mirror drawing Rotor pursuit Amnesie: Antrogade: na letsel niet meer herinneren wat erna gebeurde Retrogade: na letsel niet meer herinneren wat ervoor gebeurde 140

141 Doorsnedes coronaal vlak van achter naar voor (occipitaal tot frontaal) De zwarte stukken aan weerszijden hersenstam zijn het lestsel Deel van amygdala en hippocamus is weg (de staart blijft) Entorinale cortex: mediaal van hippocampus (toegangspoort, letsel bij amnesie) Peropinale cortex: azheimer eerst aangetast (amnesie) Onderscheid in geheugenstelsels: - Decleratief geheugen o Episodisch geheugen: persoonlijk doorgemaakte gebeurtenissen in een specifieke tijds- en plaatscontext o Semantisch geheugen: kennis gedeeld door bepaalde gemeenschap, zonder dat men zich herinnert in welke omstandigheden men die die kennis verworven heeft. Ook kennis overbetekenis van woorden - Non-decleratief geheugen o Proceduraal geheugen: vaardigheden die men zich heeft eigen gemaakt (+habits) o Priming: onbewuste invloed van een voorafgaand contact op de verwerking van daaropvolgende contacten met vergelijkbare stimuli o Klassieke conditionering 8.2 Langetermijn- versus kortetermijn/werkingsgeheugen Interval > 30 sec Resistent aan tussenliggende stimuli tijdens interval Kortetermijngeheugen heeft een beperkte verwerkingscapaciteit (n<=7) 141

142 8.3 Episodisch geheugen Persoonlijk doorgemaakte gebeurtenissen in een bepaalde tijds- en plaats context = contextueel geheugen 95% episodisch geheugen continu, incidenteel, zonder extra inspanning opslaan. Slechts 5% door leren en dergelijke Eénmalig event ( single episode ) kan volstaan om een geheugenspoor na te laten Inprenting en oproeping bij episodisch geheugen is grotendeels incidenteel ( automatic capture ) - Hebb Recurring digits: cijfers nazeggen o Deels KTG maar meer dan 7 items! o Sommige reeksen herhaald : episodisch geheugen o Niet herhaal: geen leereffect - Corsi block: ook reeksen tonen 142

143 8.3.1 Klinisch Drie fasen!!! : 1) Inprenting 2) Retentie of consolidatie 3) Oproeping a. Vrije oproeping b. herkenning Spontaan vertellen van gebeurtenissen uit actualiteit Inprenten van een naam en een adres en na 5 minuten reproduceren Uitgestelde oproeping van 3 woordjes niet meteen ik ga 3 woorden zeggen, herhaal ze meteen MAAR wat waren ze? Na een tijd Neuropsychologisch Auditory Verbal Learning test Lijst A 5x, lijst B 1x, lijst A 6e x, lijst A na 20 min 15 woorden voorgelezen, zoveel mogelijk oproepen (>7 items, hippocampus nodig om tijd te overbruggen) Als laatste zoveel mogelijk woorden aan duiden binnen een lijst die tot lijst A behoorden Mogelijke fouten: onvoldoende inprenting bij opeenvolgende studiebeurten, proactieve interferentie (lijsten verwarren), versneld vergeten, oproepingsstoornis (nog wel herkenning), valse herkenning, stoornis in herinneren van temporele context (source memory; zeggen lijst A maar lijst B) leercurve 143

144 15 Figuren van Rey Inprenting, vrije oproeping, herkenning 1 vr 1 een lijst van 15 abstracte figuren, zoveel mogelijk reproduceren 5x de lijst opnieuw te zien, na elke presentatie oproepen Na 5 e keer ook aantonen welke figuren hij vooraf reeds gezien heeft (herkenning) Complexe figuur van Rey Osterrieth Natekenen Paired associates test Paren van woorden instuderen Na een interval krijgt men één lid van het paar aangeboden, 2 e oproepen Associatief/contextueel => hippocampus Retrograde amnesie: De temporele gradiënt Letsels van hippocampale formatie: gegevens interpreteren en onmiddellijk terug oproepen is geen probleem, maar niet meer na een retentie-interval (anterograde amnesie), meestal ook component retrograde amnesie (gegevens niet oproepen die ingeprent zijn voor letsel) Retrograde amnesie: Wet van Ribot : Hoe recenter, hoe meer verlies Temporele gradiënt: gegevens uit het recentere verleden zijn meer aangetast dan gegevens uit het verdere verleden (bv patiënt HM en Alzheimer) = langer geleden beter op te roepen Associaties die in het verre verleden opgeslagen zijn, zijn niet meer afhankelijk van de hippocampus als associatieve structuur Onderdelen van een episode uit het verre verleden kunnen ook in andere episoden die nadien zijn voorgevallen met elkaar geassocieerd zijn onderscheid partiële en volledige letsels hippocampus, is niet zo (bij HM nog temporele gradiënt) => verklaring is incorrect Consolidatieproces duurt minuten tot jaren 144

145 Hippocampus als associatieve structuur: episode die wordt ingeprent bestaat uit verschillende onderdelen die samen voorkomen; verschillende delen van de hersenen staan in voor de verwerking van verschillende onderdelen MAAR die associaties moeten in 1 episode worden ingeprent. Hippocampus staat aan de top van een hiërarchie van de verschillende connectie van primaire sensorische cortex naar de secundaire associatieve cortex naar de entorhinale cortex en van daar naar de hippocampus Hippocampus speelt rol in episodisch geheugen en topografische oriëntatie (vermogen om van punt A naar punt B te gaan) Naarmate tijd verstrijkt wordt associatief geheugen minder afhankelijk van hippocampus Of: Selectie van gebeurtenissen uit verre verleden op basis van significantie of repetitie Indextheorie: over functioneren hippocampus niet kennen B: via occipit. Temporale cortex naar hippocampus geleid C: je ziet londense dubbeldekker in België D: heractivatie Londen (B) in geheel terug activatie -> reactivatie van patroon getriggerd door C => pattern completion Encoding: activatie patronen neocortex (gebonden door hippocampus) 145

146 Index theorie en temporele gradiënt 1) Afb 1: na tijd meer patronen herhalen Oudere -> denser patroon Des te denser: minder kwetsbaar (later Alzheimer) 2) Afb2: oud geheugenspoor heeft hippocampus niet meer nodig (neocorticaal) Testing? Verwijdering hippocampus is enkel nog afbeelding 2 HM ondersteunt afbeelding 1 meer (retrograde amnesie) Alzheimer: hippocampus takelt af (afbeelding 1) MAAR nog niet beslist welke beter is Vanuit alle neocorticale gebied naar hippocampus!!!! 146

147 Hippocampus -> topografisch geheugen Object-plaats associaties Experiment: door visuele ruimte navigeren met joystick (erna PET scan) Ga zo snel mogelijk naar punt B Follow-up studie: taxichauffeurs- normale mens Taxichauffers groter volume hippocampus en meer plasticiteit Leg zelfde pad af als bij de bolletjes Thalamus: dorsomediale kern en anterieure kern kunnen amnestisch syndroom veroorzaken Bv Korsakoffsndroom (ook spontane confabulaties) Mediaal-temporaal-diëncephaal circuit! Letsels prefrontale cortex of frontaal netwerksyndroom kunnen ook geheugenstoornis vertonen: niet oproepen maar beter herkennen Prefrontale cortex voor strategieën om geheugendate efficiënt op te slaan en op te roepen Moeilijkheden bij onthouden van context waarin men gegevens heeft opgeslagen Hippocampus is associatieve structuur: patroon herkend zorgt voor activering van verschillende gebieden die er mee te pakken hebben (paired associate learning, contextuele geheugen) Onderscheid binnen episodisch geheugen op basis van inhoud Topografisch geheugen: Vnl. rechter mediaal temporaal Verbaal materiaal (woordenlijst, verhaal, woordparen, cijfers): Vnl. links mediaal temporaal 147

148 linker of rechter weggesneden => leercurve beschadigd Hippocampus belangrijk voor episodisch geheugen maar OOK Basale forebrain: achterste stuk blauw pijl op de afbeelding hierboven klopt niet Nucleus basalis v. Meinert vroeg bij Alzheimer aangetast Thalamus: korsakov syndroom (alcohol), kern thalamus beschadigd = confabulaties Amnestisch syndroom: Pathologie van de hippocampale formatie Ziekte van Alzheimer: Begint entorhinaal, vervolgens uitbreidend naar hippocampus A. cerebri posterior ischemie Cerebrovasculair accident: beroerte, defect bij bloedtoevoer Anoxie: meer als vijf minuten geen zuurstof, hippocample cellen zijn daar gevoel voor Topography of Alzheimer s Disease: Hierarchical distribution of neurofibrillary tangles and neuropil threads 148

149 Etiologie Korsakoff syndroom Prefrontale cortex daalt (controleert opgeroepen data op juistheid) Vaak geassocieerd met aantasting van de corpora mamillaria deafferentatie van de prefrontale cortex Ischemie van dorsomediale of anterieure thalamische nuclei Neuronale codering van associaties tussen stimuli Paired associates learning - Anterieur inferotemporale neuronen : correlatie tussen de respons op gepaarde stimuli Correlaties verdwijnen wanneer men de peri- en entorhinale cortex beschadigt associaties corticaal opgeslagen + feedback mediaal-temporale cortex Paired associate taak: proefdier moest oproepen welke stimulus gepaard was in de voorgaande leerfase met sample stimulus. Hierbij boden ze herhaaldelijk een 12tal vaste paren aan van abstracte vormen. Vervolgens vergeleken ze neuronale delay activiteit tijdens 2 paradigma s: - DMS: identieke stimulus kiezen na delay - Paired associates taak: sample fase identiek aan DMS, tijdens delay fase: signaal dat hij testfase zou moeten kiezen tussen stimulus die geassocieerd was met sample stimulus en andere stimulus inferotemporale cortex registreren: neuronen spontaan voorkeur voor specifieke vormen (ongeacht de taak) Oproepen van een associatie in afwezigheid van perceptuele stimulus heeft gelijkardig effect als het tonen van perceptuele stimulus 8.4 Het proceduraal geheugen Mirror drawing overtekenen van spiegelbeeld, bij oefenen begin je steeds op een beter niveau (striatum, basale ganglia) 149

150 - Verwijst naar over-aangeleerde vaardigheden; automatisch door frequente herhaling rotor pursuit test (hoe goed licht volgen met stylo) - HM kon nieuwe vaardigheden aanleren: mirror drawing of roto pursuit learning - Probabilistic classification task: verbetering bij herhaalde oefening - Parkinson of Huntington tast proceduraal geheugen aan maar laat episodisch geheugen intact => basale ganglia 8.5 Perceptual learning Priming: gunstige effect van voorafgaande contact met stimulus op de daaropvolgende verwerking Klassieke priming tests: figure completion test, fragmented letters, word stem completion Impliciet, niet-decleratief geheugen. Bv priming: facilitatie leren door eerste stimulus. Fragmented figure test: object herkennen 150

151 Fragmented letters Priming Word stem completion en study-test modality shift Amnestisch syndroom: evenveel priming bij word stem completion task als normaal Wanneer de geprimede woorden in een expliciete herkenningstaak worden aangeboden is hun performantie random Priming meestal gepaard met vermindering van activiteit in neuronen die betrokken zijn bij de verwerking van de stimulus (bv perceptuele priming -> minder activiteit visuele gebieden) Beïnvloed door de vormgelijkenis tussen oorspronkelijke stimulus en teststimulus Beide hoofdletters of beide kleine letters Als afzonderlijk gepresenteerd aan linker of rechter hemisfeer: Vormgelijkenis heeft een belangrijker effect bij priming en presentatie aan rechter hemisfeer dan bij priming en presentatie aan linker hemisfeer (conceptuele priming) Enkele factoren die performantie op episodisch geheugentests beïnvloeden Depth of encoding B.v. perceptuele discriminatie versus semantische categorisatie Relatief weinig effect van study-test modality shift Emotionele associaties Ook na de inprenting: oa benzodiazepines of noradrenerge modulatie REM slaap Electroconvulsieve therapie of epilepsie 151

152 Blauw vakje: niet voor cue, maar geassocieerde stimulus neuronaal niveau - vaste paren, niet gemixt - dms: kiezen voor vakje van cuefase - pacs: lid van paar: welke stimulus geassocieerd was met groene stimulus, dus kiezen voor gepaarde stimulus (niet in hippocampus, infertemporale cortex) - leerfase = 10 vaste paren associatieve oproeping (gestuurd vanuit hippocampus) - g7 = green seven, b = blue seven d = delay - G = groen = voorkeurstimulus - korte termijn geheugen bij d1 nodig; onthouden g7 D2: blauwe scherm verschijnt, krijgt instructie om te kiezen voor gepaarde stimulus Activiteit gaat naar beneden (b7 nodig) - D1 = grone kader -> delay KTG D2: blauwe kader: niet meer groen houden maar blauw oproepen => associatief geheugen - B7: neuron activeert niet bij uitschakeling hippocampus 9. Primaire emoties Gelijkaardige uitdrukkingen binnen zelfde soort, ongeacht de cultuur (Ekman) Gelaatsexpressie Fysiologische respons Overal op zelfde manier geïnterpreteerd 152

153 Vaak over soorten heen (angstige, blije, boze hond herken je) Alle emoties hebben emotiecircuit, best gekende zijn die van angst en walging Automatische evaluatie van de uitlokkende factor Vrijwel onmiddellijk begin Damasio: ook achtergrondemoties (chronische toestand) en sociale emoties (sympathie, verlegen) Twee aspecten: Input (perceptie van situatie die met bepaalde emotie overeenkomt of tot emotie aanleiding kan geven) en Output (reactie op dergelijke situatie, expressie van emotie) Veel experimenten met ratten Diermodel voor emoties Klassieke conditionering met auditieve conditionele stimulus (CS) na herhaalde paring met nietconditionele stimulus (US); vaak elektrische schok 2 à 3 trials is genoeg CS roept complex gedragspatroon op Registratie van neuronale activiteit in ratten Niveaus Emotie is een complex gedragspatroon met verschillende componenten: Autonoom (ortho- of parasympathisch) en endocriene respons Gedrag/motorisch: Flee and fight, Communicatie van emoties (affect) Gelaatsexpressie, intonatie en prosodie en lichaamshouding Cognitief: Gevoelens ( feeling ): Persoonlijke ervaring, deels rapporteerbaar (subjectief) -> mentale representatie en interpretatie van de lichamelijke activatiepatronen - Geen specifieke onderdelen van de hersenen maar wel specifieke circuits! o Weerzin: insula (smaakcentrum) o Positieve emoties is niet zo duidelijk - Binnen emotionele respons onderscheid: o Respondents: automatische, niet aangeleerd (gepreprogrammeerd), gedetermineerd door gepresenteerde stimuli ook conditionering o Operants: responsen die een bepaald doel beogen (instrumenteel), komen na de respondents, bv vermijdingsgedrag na oorspronkelijk fear conditioning Somatic reflex potentiation : heviger reageren als je angstig bent Pituitary adrenal exis activation: hypofyse en bijnier geven hormonen af 153

154 9.2 Het angstcircuit Gebruik van fear conditioning: Nieuwe associatie CS (neutraal) en complex responspatroon voor verdediging dat vervolmaakt is doorheen de evolutie Dit responspatroon wordt van nature uitgelokt door US Complex patroon omvat: o Defensief gedrag (freeze) o Autonome arousal o Hypoalgesie (verminderde pijngewaarding) o Potentiëring van somatische reflexen (eyeblink, startle) o Activatie van de endocriene as bestaande uit hypofyse en bijnier Uitdoving: meerdere keren tonen van CS zonder gevolg => CR verdwijnt Stimulus -> mgv (corpus geniculatum mediale) -> indirecte weg auditive cortex / directe weg amygdala (nucleus lateralis belangrijkste input, nucleus centralis voor output) => 5 niveaus - Central gray: PAG!!! en mediale hypothalamus - Laterale hypothalamus (ortho en parasympathisch)!!! - Parabrachiaal (niet zo belangrijk) - BNST: bed nucleus van de stria terminalis (niet zo belangrijk) - RPC= nucleus *** pontis *** (niet zo belangrijk)!!! 154

155 Via auditieve cortex nauw verband met episodisch geheugen; emotional enhancement van episodisch geheugen adrenal medulla: bijnier merg - Noradrenaline en adrenaline sympathisch zenuwstelsel (van D hooge kennen) 155

156 9.2.1 Amygdala Verwerving auditieve gegevens belangrijk bij experimenten waarbij ratten worden geconditioneerd door middel van tonen Amygdala zit in de temporale lobben en bestaat uit verschillende groepen nuclei (12 regio s) Krijgt info van Stuurt info naar Laterale nucleus (LA) hele neocortex Basale nucleusen andere (ventrale striatum en dorsale mediale nucleus= prefrontale cortex) Basale nucleus (B) Laterale nucleus Ventromediale prefrontale cortex en centrale nucleus Centrale nucleus (CE) Laterale en basale nuclei Hypothalamus, middenhersenen, pons, medulla, belangrijkste voor averse stimuli Lange termijn stimulatie van CE => stress ziektes (autonoom en endocrien) Sommige zaken (zoals harde geluiden) lokken automatisch reactie uit van CE aanleren via klassieke conditionering Fysische veranderingen bij klassieke conditionering van CS in laterale nucleus Extinctie = inhibitie van CR => ventromediale prefrontale cortex (vmpfc) Amygdala zorgt voor het gevoel angstig te zijn, andere hersendelen zorgen voor andere effecten CR kan ook aangeleerd worden door instructie of door anderen angstig te zien 156

157 Anatomische connecties tussen auditieve cortex en amygdala zijn beter gekend dan deze tussen visuele cortex en amygdala Auditieve verwerking: Signaal via hersenstam naar corpus geniculatum mediale (= nucleus van thalamus Vanuit corpus geniculatum mediale wordt signaal naar primaire auditieve cortex gebracht (1e relaystation) Letsels bij primaire auditieve cortex beïnvloeden conditionering met 1 auditieve stimulus niet. Letsels van thalamus wel! Tracer studies voor verder verloop: Nucleus lateralis van de amygdala = poort voor input in amygdala Op welk niveau gaat het angstcircuit deze weg voor auditieve signalen beïnvloeden? Al ter hoogte van de thalamus kernen, voor het in de cortex terecht komt ontsnappen aan bewuste controle = belangrijk 157

158 Sensoriële input naar amygdala Uitput van amygdala verloopt vanuit nucleus centralis via verschillende wegen Letsel nc centralis doet angstrespons verdwijnen Projecteerd naar - Hypothalamus is 1 vd belangrijkste gebieden - PAG: periaqueductale grijs (ander gebied waar naar geprojecteerd wordt): zenuwkernen rond aqueduct (derde ventrikel en vierde ventrikel) eerste pagina s carlson - Stria terminalis (activatie endocriene as) - Terug naar gebieden die met de eerste stadia van sensoriële verwerking betrokken zijn (perceptie beïnvloeden) - Rechtstreekse weg van corpus geniculatum mediale heeft minder trials nodig (sneller) Invloed van conditionering op neuronale activiteit In verschillende componenten van het circuit verandert de neuronale respons t.g.v. conditionering B.v. een verhoging van de amplitude wanneer een CS toon in het verleden gepaard werd met een foot-shock US Parallelle pathways naar de amygdala in fear conditioning 1) Thalamo-amygdalair: via corpus geniculatum mediale naar nucleus lateralis van de amygdala. Deze pathway dient voornamelijk snelle emotionele reactie op enkelvoudige stimuluskenmerken 2) Thalamo-cortico-amygdalair: via corpus geniculatum mediale naar auditieve cortex, de perirhinale, enthorhinale en hippocampus en dan naar de amygdala. Deze pathway is noodzakelijk wanneer conditionering differentiatie vergt tussen verschillende auditieve stimuli of wanneer de stimulusobjecten perceptueel complex zijn. De latentie van de conditioneringsafhankelijke plasticiteit is ms in de nucleus lateralis (in amygdala) en ms in de auditieve associatecortex sneller dan voor de conditionering. Het vereiste aantal trials is 1-3 CS-US paren voor amygdala en 6-9 paren voor auditieve cortex intensiteit gebeurtenis Bij letsels van de amygdala blijft conditioneringsafhankelijke plasticiteit in auditieve cortex bestaan Rol nucleus lateralis blijkt uit letselstudies en single neuron recording studies. o Letsel rechter amygdala: emotionele gelaatsexpressie minder discrimineren 158

159 o Beschadigde amygdala = geen gecondtioneerde angstrespons Beschadiging hippocampus: wel respons maar geen expliciet geheugen voor associatie (dubbele associatie) fmri by amygdala: snelle habituatie op angstige gezichten, ook respons als je onbewust angstig gezicht waarneemt. Amygdala belangrijk bij angstcircuit, Ligt dicht bij hippocampus Verder: hippothalamus (combinatie van verschillende kernen) Hypothalamus Speelt een rol bij associatie context en angstrespons (mediatie via projectie vd hippocampus op nc lateralis van de amygdala) Bewuste herinnering aan gebeurtenis die tot een angstrespons kan leiden Bij de kat lokt stimulatie van mediale deel van de hypothalamus complexe motorische patronen uit B.v. overeenkomend met gedrag bij aanvallen van andere kat of bij aanvallen van een prooi Stimulatie van de achterste nuclei van de hypothalamus lokken sterke orthosympathische reactie uit, stimulatie van anterieure nuclei lokt parasympathische reactie uit Bij de kat leidt verwijderen van cortex tot toename van de emotionele reacties en agressie uitgelokt door stimuli. Verwijderen van de hypothalamus heft die reacties op. subcorticale kernen ipv hersenschors Algemener schema - Stimulus (elementaire) kenmerken; heeft niet veel nodig - Perceptueel object; verwerking dieper dan subcorticaal niveau - Polymodale representators: verschillende modaliteiten die samen een gebeurtenis uitmaken - Context en expliciet gheugen: omgeving, scene komt terug in context (hippocampus nodig) Soms meer verwerking nodig 159

160 Wisselwerking tussen hippocampus en amygdala Gebeurtenissen met emotionele inhoud worden levendiger en langer herinnerd dan neutrale gebeurtenissen Patiënten met bilaterale letsels van amygdala vertonen dit effect van emotionele inhoud niet. Ze vertonen echter wel normale emotionele reactie op die inhoud. Amnestische patiënten met intacte amygdala vertonen dat effect wel Invloed van amygdala op perceptie en aandacht Perceptueel: Feedback connecties van amygdala naar corticale gebieden die vroegtijdig in de stimulusverwerking betrokken zijn Selectieve aandacht Arousal: Diffuus projecterende neurotransmitter-systemen Acetylcholine, noradrenaline Bilaterale letsels van de amygdala en emotie (zeldzaam) Verstoren fear conditioning Verminderen angstreactie op bedreigende stimuli Verminderen discriminatie van emotionele angstige gelaatsexpressie Verminderen discriminatie van betrouwbaarheid en approachability op basis van gelaat Verminderen discriminatie van angst en woede in de stem. Dissociatie tussen geconditioneerde reactie en expliciete herinnering!!! Een patiënt met bilaterale letsels van amygdala vertoonde geen geconditioneerde angstreactie op CS, zoals gemeten met huidpotentialen. Ze herinneren zich echter wel dat CS met US gepaard werd Een andere patiënt, met bilaterale hippocampale letsels, vertoonde wel geconditioneerde angstreactie op CS. Hij herinnerde zich evenwel niet dat CS met US gepaard werd Medial prefrontale cortex Extinctie: verdwijnen van patron door CS Respons op CS in amygdala verandert niet Extinctie is gemedieerd door neocortex (actieve inhibitie!) 160

161 9.3 Woede, agressie en impuls controle Verschillende soorten: aanvallen of dreigend gedrag defensief gedrag of submissie gedrag Predatie: aanval van lid van één diersoort op ander diersoort Onderzoek bij laboratorium dieren Hiërarchie geprogrammeerd in hersenstam Gecontroleerd door hypothalamus en amygdala, limbisch systeem door perceptuele systemen die de omgeving monitoren Aanval en jagen door stimulatie PAG, beïnvloed door hypothalamus en amygdala Onderzoek bij mensen Activatie serotonine inhibeert agressie 5-HIAA vrijkomen: metabolise product serotonine Erfelijkheid van antisociaal gedrag en onemotioneel gedrag Serotonine: agressie, brandstichting, moord, kindermishandeling, Mannen met persoonlijkheidsstoornis en lage serotonine vaak in de familie -> medicijnen om agressie te ermineren Rol van ventromediale cortex: Belangrijke rol bij het onder controle houden van frustraties Rechter hemisfeer belangrijker dan linker Mediaal prefrontale cortex: mediaal orbitofrontale cortex en subgenuale anterior cingulate cortex (belangrijk bij extinctie en dus inhibitie van emotionele responsen) Denk aan casus phineas Gage: kunnen in theorie nog wel sociaal verantwoord zijn maar in praktijk zijn ze onverantwoordelijk Moed : activatie van vmpfc en subgenuale anterieure cingulate cortex (sgacc) Ook bij moraliteit 161

162 Agressief gedrag tijdens ouder-kind interacties was positief gecorreleteerd met de volume van de amygdala en negatief gerelateerd met de relatieve volume van de rechter mediale prefrontale cortex 9.4 Het reward-systeem Operante conditionering! Anatonomisch: Ventrale tegmentale area (VTA) Nucleus accumbens (deel van ventrale striatum) onderling Septale kernen verbonden door Laterale thalamus medial forebrain bundle amygdala Intracraniële zelfstimulatie Intracraniële stimulatie van specifieke anatomische regio s Als de rat herhaalde maal op een hefboompje duwt, gaat de stimulator aan en geeft elektrische impulsen aan een deel van de hersenen Waar moet de stimulator geplaatst zijn, om frequent drukken op de hefboom teweeg te brengen? De rat kiest voor hefboom ipv voedsel 162

163 Reward systeem = het rode (mediaal aanzicht) van ventrale tigmentale area (mecenphalon) tot ventraal striatum (nucleus accumbens!, septale kernen, amygdala, singulum anterius?, ) Medium forebrain bundle! = prefrontale hersenen, basale en mediale zijde Verbind ** en PAG Pathway substantia nigra tot dorsaal striatum: nigrostriale pathway-> groene Parkinson Groen : naar dorsaal striatum = motoriek (parkinson Medial forebrain bundle Rood: reward, medium forebrain boreld ventraal tegmentaal area naar ventraal striatum Verbindt ventrale tegmentale area en periaqueductale grijs in mesencephalon met limbisch systeem, striatum en neocortex van forebrain Hoogste frequentie van zelf-stimulatie wanneer stimulator in laterale hypothalamus en septale kernen geplaatst is Ook zelfstimulatie van amygdala, nc accumbens en g. cinguli Rol bij reinforcement van motivationeel gedrag dat met plezier en genoegen gepaard gaat, zoals eten, drinken, sex en slaap Wanneer proefdier in T-maze zit en moet kiezen tussen arm waarbij stimulator aan gaat en arm waar enkel voedsel aangeboden wordt, kiest het voor de arm met de stimulator Neurotransmitters betrokken bij reward Catecholamines (noradrenaline en dopamine) chemische stimulatie bij proeven Verdeling van catecholaminepathways overlapt deels met MFB en met gebieden die tot zelfstimulatie aanleiding kunnen geven Amphetamines bij proefdieren doet snelheid van zelf-stimulatie toenemen. Medicatie die catecholaminereceptoren blokkeren verminderen zelf-stimulatie Dopamine en reward Zelfstimulatie van ventrale tegmentale area (VTA) leidt tot toename van dopaminerelease in nc accumbens en frontale cortex Zelfstimulatie van VTA wordt uitgeschakeld door Injectie van selectieve neurotoxine, 6-hydroxydopamine, in de ascenderende dopamine-pathway Microinjecties van dopamine-antagonisten in nc accumbens -> neuroleptica 163

164 Niet kennen Chemische zelf-stimulatie Als proefdier hefboom indrukt, start het een pompje die rechtstreeks een chemisch product in het lichaam injecteert Hoge frequentie van zelfinjectie bij Amphetamine: Leidt tot dopamine-release uit zenuwuiteinden in ventraal striatum Cocaine: Selective uptake blocker van dopamine (meer dopamine in synaptische spleet) Toediening van D2-receptor antagonist heft rewarding properties van cocaine op bij proefdieren en reduceert de high die gepaard gaat met IV cocaine bij de mens (haloperidol) Reuptake is vooral pre-synaptisch Pr-goal atttainment positive affect: positief gevoel bij het naderen van doel niet kennen Waar in de hersenen oefent cocaine zijn effect uit? Nc accumbens Infusie van dopamine-blockerende medicatie in nc accumbens vermindert reward geproduceerd door cocaine-zelf-toediening Niet het geval wanneer infuus gaat naar frontale cortex of nc caudatus Letsels van nc accumbens of VTA vermindert cocaine-zelf-toediening IntaVeneus injectie van cocaine leidt tot toename van dopamine in nc accumbens 164