College van Dijk Maandag 11 november 2013 Eric Sietsema

Transcriptie

1 College van Dijk Maandag 11 november 2013 Eric Sietsema Hoofdstuk 8 The chemical senses: het vermogen om te proeven (gustation) en te ruiken (olfaction) Het leven is geëvolueerd vanuit de zee. Alles begon met chemicaliën in de zee waaruit prokaryote cellen ontstonden die door middel van gen mutaties en evolutie selectie uitgroeiden tot de vele soorten die er tot op het heden zijn. Chemoreceptoren kunnen geïnduceerd worden door verschillende liganden. - Licht - Calcium - Feromonen - Kleinere moleculen - Hormonen Hierbij zijn de G-eiwit gekoppelde receptoren de oudste vorm van chemosignalering. Chemoreceptoren kunnen vele signalen induceren. Sommige organismen proeven bijvoorbeeld eerst nieuwe voedselbronnen om te kijken of het een toxine achtig effect heeft. Smaak en reuk: detectie van environmental chemicals Onderscheid tussen nieuwe voedselbronnen en potentiele toxines. Erg belangrijk voor overleven om daarvan de smaken goed te kunnen onderscheiden. Mond/neus zijn de gatekeepers van het interne milieu. Interne sensorische informatie - Maagdarmkanaal - CO 2 en O 2 detectie in de bloedbaan - Spieren (verzuring) Elke cel heeft het vermogen chemische substanties waar te nemen. In diverse membranen zitten chemoreceptoren voor detectie van interne stressoren fysiologisch afbakenen van homeostatische grenzen. Interne chemoreceptoren zijn belangrijk voor de handhaving van het interne milieu! Wilder Penfield Wilder Penfield heeft de ontdekking gedaan van het mappen van de primaire somatosensorische cortex en de motorcortex door de hersenen op verschillende plekken te stimuleren met milde elektrische schokken. Motor cortex Bewegingssequenties Somatosensorische cortex Detailbeweging. De somatosensorische cortex bestaat 40 % uit het gezicht, waarbij maar 5 % voor het maagdarmkanaal staat. Over de 2 cortexen kan je een soort mensaap zetten, de Homunculus. Vroeger dacht men dat alles gecodeerd stond in de hersenen en dit niet meer verder uit kon groeien. Nu blijkt dat wanneer je een beweging vaker traint, dit representatieve gedeelte in de hersenen groter wordt.

2 Tijdens amputatie van een ledemaat worden de intacte gedeelten in de primaire cortex overgenomen door andere delen hersenschors. Hierdoor onstaat Fantoomleed wat een gevolg is van de plasticiteit van de hersen gedeelten. Smaak en Reuk Smaak en reuk hebben ook connectie met interne eigenschappen/ drives. - Honger - Dorst - Emotie - Seks - Geheugen Smaak en reuk verzorgen deze input op verschillende manieren. b.v. Samen met de textuur van het eten geven smaak en reuk perceptie van flavour Basic Tastes Zoet: fructose, sucrose, aspartaam, saccharine Zout: NaCl Zuur: H + Bitterheid: K +, Mg 2+, quinine, complexe organische compounds Umami, MSG: betekend heerlijk in het Japans. Sensatie van smaak: zoet (puntje van de tong), bitter achterin, zuur en zout (aan de zijkant.) Deze localisatie betekend niet dat localisatie specifiek voor die ene smaak is. Het is iets extremer gevoelig op deze plekken meer op de andere plekken is het ook te proeven alleen in een iets minder extremere prikkel. Hoe kunnen we dan flavour onderscheiden? Voeding is vaak een combinatie van smaak + geur + verschillende sensorische modaliteiten zoals textuur, temperatuur, visuele prikkels enz Dus naast de tong doen ook andere gebieden mee, zoals het verhemelte (palate), keel (Pharynx), strotteklepje (epiglottis), en neus (ruiken van smaak) Meer dan 90% van alle receptor cellen reageren op 2 smaken of meer. Net boven de drempelwaarde zijn smaakcellen slechts gevoelig voor 1 smaak. Supertasters Hebben een hoog aantal aan tastebuds ( gleuven in de tong waar receptoren zitten voor smaak sensatie) Voedsel is vaak te intens voor deze mensen. Transductie van smaak - Passeren van ion kanalen. (zout en zuur) - Binden aan (of blokkeren van) ionkanalen. (zuur) - Binden aan G-protein coupled receptors. (zoet, Bitter)

3 Ionkanalen Smaakstoffen kunnen direct interacteren met ionkanalen, door passage Na + en H + of door ze te blokkeren (H + die K + kanalen blokkeren). Zout Zuur Na + passeert het ionkanaal. H + gaat door ionkanaal Membraandepolarisatie. H + zorgt voor sluiting K + -kanaal Calcium kanaal gaat open. membraandpolarisatie Calcium gaat naar binnen. Calcium kanaal gaat naar binnen Activatie gustatory afferent axon Activatie gustatory afferent axon Bitter en zoet T1R en T2R: GPCRs activeren phospolipase C fosforlyseerd PIP 2 naar IP 3 en Ca 2+ release Ca 2+ zorgt voor transmitter release Activatie gustatory afferent axon Bittere stoffen zijn vaak slecht voor je!

4 Taste Pathways Nucleus of the Solitary Tract (NTS) of Gustatory Nucleus NTS verkrijgt projectie van taste buds door vanuit de tong via craniale zenuwen. VII (facial Nerve) IX (glossopharyngeal nerve) X (Vagus Nervus) Neuronen binnen deze nucleus encoderen de aanneembaarheid van welke smaak en de kwaliteit ervan. Bv. Bittere stoffen worden gezien als vieze smaak en gevaarlijk en worden uitgespuugd net als zure stoffen. Zoete en zoute stoffen worden gezien als lekker en worden doorgeslikt. In het Brainstem komt de samenkomst van smaken en hier wordt ook doorgegeven hoe vol de maag zit. Het Brainstem bepaald daarna of je honger hebt of niet. Als je honger hebt smaakt alles veel lekkerder. De manier hoe je proeft ligt in het begin wanneer je net geboren bent vast, maar met name je meer smaakstimulansen krijgt leer je meerdere patronen te herkennen van smaak. Hierdoor kunnen kinderen spruitjes altijd heel vies vinden, maar een paar jaar later opeens enorm lekker. Reukvermogen - Olfactory receptorcellen zijn echte neuronen in tegenstelling tot smaak cellen (leven 4-8 weken). - Er zijn er vele honderduizenden geuren, waarvan slecht 20% aangenaam is. - Olfactory epitheel van de hond is 17x groter dan die van de mens en bevat per cm 2 100x meer receptoren. - Olfactory bulb is gevoelig voor beschadiging: anosmia (verlies van reukvermogen). De neus kan een geurrespons op de cilia in de neus termineren doordat: - Geurstof wegdiffundeert - camp activeert een stopmechanisme - de cilia/receptoren veranderen (adaptatie) Olfactory receptor cellen zijn selectief in het tot expressie brengen van olfactory receptor proteins. Er is een directe input van geur naar een emotie (limbisch systeem) Vomeronasaal Orgaan, VNO: feromonen worden hierdoor waargenomen (direct limbisch signaal)

5 College van Dijk dinsdag 12 november 2013 Eric Sietsema Hoofdstuk 9, The Eye Eigenschappen van zichtbaar licht voor het menselijk oog - Het menselijk oog kan licht waarnemen van 400 nm 700nm - Waarvan 400 nm de meeste energie heeft en 700 nm het minst in energiewaarde zit. - Verschillende lichtgolven geven verschillende kleuringen in de hersenen - Kleur is dus een perceptie van de hersenen. Reflectie: Licht kan weerkaatsen bij spiegeling op bijv. water oppervlak of via een spiegel. Absorptie: Licht kan ook worden geabsorbeerd door zwarte omgevingen waarbij de energie waardes van het licht wordt opgenomen door een zwartoppervlak. Refractie: Het oog maakt gebruik van refractie, buiging van het licht waarbij licht van lucht overgaat naar water. Anatomie oog Conjunctiva Oogleden Sclera Hoornvlies Retina Netvlies Blinde vlek plek zonder staafjes/ kegeltjes. Hier zitten bloedvaten voor transport van stoffen in het oog. Verziend het brandpunt zit achter de retina. om dit te corrigeren moet je een extra bolle lens hebben. (Hyperopia) Bijziend Het brandpunt ligt voor de retina om dit te corrigeren moet je een extra holle lens hebben. (Myopia) De Pupil De pupil verzorgt door middel van accommoderen de Pupillaire licht reflex. Hierbij zijn connecties van de retina met neuronen nodig. Deze reflex is consensueel, Als je in een donkere ruimte in 1 oog een lichtje schijnt zal het andere oog ook een kleiner pupil diameter vormen. (zie figuur) Als je de licht reflex mist, of gedeeltelijk toepast bij deze proef is er waarschijnlijk iets mis met de neuronale setting in het oog. De pupillen werken dus net als een aperture wat de diepte en scherpte versteld op een camera. Visueel veld Om je visuele veld te kunnen bepalen kan je een pen pakken en deze zo verplaatsen tot deze wegvalt. Als je dit per oog doet is te zien hoe je visuele veld is d.m.v. een objecthoek. Visual acuity (scherpheid) Scherpheid van een object wordt vooral bepaald door de door afstand van onderlinge photoreceptorcellen in de retina. Verder speelt de precisie van refractie in het oog ook van belang.

6 De Laminaire Organisatie van de retina De meest directe pathway van visuele informatie om uit het oog te komen komt van photoreceptoren naar bipolaire cellen en ganglion cellen. - De ganglion cellen vuren actiepotentialen af als respons op het licht en deze gaan door de optische zenuw naar de rest van het brein. - Horizontale cellen krijgen input van de photoreceptoren en projecteren dit door naar de bipolaire cellen. (reguleren dit) - Amacrine cellen doen het zelfde maar dan tussen bipolaire cellen en ganglion cellen. (reguleren dit) Belangrijk! - de enige licht sensitieve cellen in de retina de fotoreceptor cellen zijn. - Ganglion cellen zijn de enige cellen die output van de retina verzorgen. Cellen zijn georganiseerd in verschillende lagen in de retina. Wat opvalt is dat licht eerst verscheidene cellagen langs gaat voordat het bij de photoreceptor cellen aankomt. Het epitheel pigment onderin absorbeert alle lichtstralen waardoor er geen weerkaatsing is dat het beeld kan laten verzwakken. - Ganglion cell layer voornamelijk met de celllichamen van ganglion cellen. - Inner nuclear layer bevat cellichamen van de bipolaire cellichamen. - Outer nuclear layer bevat de cellichamen van de photoreceptor cellen. - Layer of photoreceptor outer segments hier bevinden zich de licht sensitieve elementen van de fotoreceptor. (kegeltjes of staafjes) Tussen deze lagen heb je nog de inner plexiform layer en de outer plexiform layer waar de synaptische contacten zijn van de verschillende lagen waar ze in contact met elkaar zijn. Cone (kegel) photoreceptor - 3 types pigment - Actief onder photopische condities ( er moet genoeg licht zijn) Rod (staafje) photoreceptor - 20x meer dan cones in humaan retina - 1 type pigment x zo gevoelig als cones! - Actief onder scotopische condities (wanneer het donker is) De retina is duplex, in het donker gebruikt het alleen staafjes, en in het licht alleen de kegeltjes.

7 De gele vlek De fovea centralis is een inzinking middenin de gele vlek van het netvlies. Bij zoogdieren bevindt zich op de plek het gebied waarmee het scherpst gezien kan worden. Mensen hebben het nodig om te kunnen lezen, televisie te kijken en iedere andere activiteit waarbij visueel detail een grote rol speelt. In de gele vlek zitten voornamelijk kegeltes, centrale retina. Staafjes zitten vooral in de perifere Retina Phototransductie Onder rust condities staat het membraanpotentiaal: - Neuronen: -65 mv - Staafjes : -30 mv Staafjes zijn continu gedepolariseerd, dit komt door de infflux van Na +. De beweging vloei van positieve ladingen langs het membraan in het donker heet de dark current. Na + -ionkanalen worden gestimuleerd door cgmp wat weer gemaakt word in photoreceptor cellen door guanylyl cuclase. Licht reduceerd cgmp waardoor het Na + gehalte langs het membraan verminderd en er een hyperpolarisatie ontstaat. Rhodopsine wordt gevormd door de agonist retinal dat door licht opsine activeerd. Opsine heeft 7 transmembrane alfa helixen en werkt als een GPRc wat het enzym transducine activeert.transducine zorgt uiteindelijk voor de activatie van het enzym PDE (phospodiesterase) wat cgmp afbreekt. Doordat cgmp verdwijnt gaan de Na + kanalen sluiten en verminderd het membraanpotentiaal hyperpolarisatie. Staafjes hebben bijna geen cgmp concentraties bij fel zonlicht, terwijl kegeltjes 3 verschillende opsines hebben wat fotopigmenten een verschillende spectrale gevoeligheid geeft.

8 Licht met dezelfde intensiteit/ felheid maar verscheidene golflengtes hoeven niet even helder te lijken. Een spectral sensitivity curve laat de relatie zien tussen golflengte en helderheid. Je hebt verschillende spectral sensitivity curves voor zowel photopische (kegeltjes) als scotopische (staafjes) visie. Thomas Young Licht is een golfbeweging Wit licht bestaat uit meerdere kleuren. Met rood blauw en groen kan je alle kleuren waarnemen. De Young-Helmholtz trichromacy theory Het brein maakt kleuren door gebruik te maken van 3 photoreceptoren. Diegene die coderen voor blauw, rood en groen. Licht-donker adaptatie Donker (Cone-to-rod) adaptatie - Duurt ongeveer min - Lichtsensatie 10 6 x - unbleaching van rhodopsine meer rods gaan actief worden gijs vlak - Adaptatie van functionele circuitry rods worden steeds functioneler Licht (rod-to-cone) adaptatie minuten volledige saturatie (Hyperpolarisatie van zowel rods als cones) - Pupil constrictie - Ca 2+ influx stopt. Hierdoor valt rem op guanylyl cyclase weg en cgmp hoopt snel op waardoor cgmp-gated Na + kanalen weer open gaan. Retinal processing: rol van bipolaire cellen Retinal bipolar cells hebben zelf geen impulse activiteit, geen actie potentialen Ze processen visuale signalen door integratie van synaps en voltage-gated currents. Retinal bipolar cells kennen twee fundamentele soorten: ON-center en OFF-center Beide types hebben een surround region in hun respectievelijk veld die tegengesteld is aan de polariteit van het centrum. ON-center bipolar cells worden gedepolariseerd door een lichtspot in het center van het receptive veld. OFF-center bipolar cells worden gehyperpolariseerd door dezelfde stimulus. Beide types repolariseren door licht stimulatie van de annulus van dat receptieve veld.

9 A: Een kleine lichtspot depolariseert het ganglion cell membraan, en veroorzaakt robuste aktiepotentialen. B: Belichten van de annulus, maar niet het centrum, zorgtvoor hyperpolarisatie, en laat geen aktiepotentialen toe. Bij het weghalen van de annulus is er een burst te zien. C: Een grote lichtspot veroorzaakt depolarisatie en aktiepotentialen, maar minder heftig. Ganglion cellen prefereren kleine spots in plaats van grote. A. In A zie je een kleine activiteit van B. OFF-centrer ganglion cell output. B. Populatie van cellen met receptive field centers die het lichte gedeelte van het licht-donker contrast zien. C. Populatie van cellen met receptive field centers die het donkere deel van het lichtdonker contrast zien. D. Populatie van cellen met receptive field centers en surrounds die alleen maar donker zien. De omgeving van het centrum (annulus) zorgt ervoor dat het het centrum het niet meer doet. Centrum donker, aggregatie van de output. Ganglion cellen Er zijn 2 typen ganglion cellen - Magnocellulaire ganglion cel o 5% o Groot receptief veld o Korte activatie o Snelle doorgifte van aktiepotentialen naar optic nerve. - Parvocellulaire ganglion cel o 90% o Klein receptief veld o o Langdurige activatie Gevoelig voor verschillen in golflengte van licht (geldt ook voor non M-nonP cellen): color-opponent cells Groen en Rood zetten elkaar uit, net als geel en blauw Geel daarentegen heeft een specifieke werking (Color opponition) De respons voor bepaalde golflengte in receptief field center wordt geblokt door een andere golflengte in de receptive field surround

10 College van der Zee 13 november 2013 Eric Sietsema Hoofdstuk 7 Ontwikkeling, Structuur en functie van de hersenen Relatieve en absolute hersenontwikkeling:?? Bij zoogdieren zijn er veel veschillen in hersenontwikkeling, maar ook veel overeenkomsten. Er is een sterke toename van de grote hersenschors door toenemende vouwing van de grijze stof, zogenaamde convoluties. Bij de mens is met name toename van de frontale schrosgebieden (zie prefrontale cortex) Richting en Plaatsaanduiding in 3D Anterior/Rostraal : kant van de neus, voorkant. Bruggetje neus = reukorgaan = rostraal Posterior/caudal : achterkant, staartkant Bruggetje Post = na, dus na het lichaam = posterior Dorsaal : vanaf boven Ventraal : vanaf onder Mediaal : Door het midden Bruggetje med mid midden Lateraal : vanaf de zijkant, links of rechts Verschillende snijvlakken Midsagittaal: gesneden door het midden Horizontaal : vlak gesneden door het midden vanaf midlaterale kant. Coronaal: het snijden van dorsaal naar ventraal Hersenontwikkeling Het embryonic CNS heeft verschillende stappen nodig tot het vormen van het uiteindelijk CNS. a) Het primitieve brein ontwikkelt zich het eerst uit een dunne laag ectoderm. b) Vervolgens komt een belangrijke stap, het vormen van de neurale groeve dat door neurale vouwingen omgeven is. c) Hierna zullen deze neurale vouwingen fuseren en vormen samen zo de neurale tube. d) De kleine stukjes ectoderm zullen om de neurale tube gaan liggen en dit heet de neurale crest. Hieruit zal het perifere zenuw stelsel ontstaan. De gevormde somiten die mesoderm liggen zullen zorgen voor de ontwikkeling van het skeletstelsel en spierstelsel.

11 Tijdens de ontwikkeling van de hersenen, neuronale buis, kunnen stoornissen optreden Zo kan het niet volledig sluiten van de neurale buis leiden tot Anencefalie (anterior) of Spina bifida (posterior) Het volgende stadium: De kop van de neurale buis differentieert in drie onderdelen wat uiteindelijk ontwikkelt tot het gehele brein. Prosencephalon forebrain voor brein Mesencephalon midbrain tussen brein Rhombencephalon Hindbrain achterbrein Voorbrein Het voorbrein zal verder differentiëren tot het telencefalon (de grote hersenen) en de diencefalon (de tussen hersenen). De Retina ontstaat als 2 kleine uitstulpingen van de tussenhersenen. De verdere ontwikkeling gaat door met verdere differentiatie van het telencefalon in de linker en rechter helft van de grote hersenen (cerebrum). Hindbrain De achterhersenen (Metencefalon) vormen ook twee nieuwe delen - Metencefalon (wordt kleine hersenen) - Medulla Oblangata (Het verlengde merg) De vijf Hersenafdelingen

12 Ruggenmerg Het ruggenmerg heeft een vlindervorm, met binnenin de grijze stof (bestaande uit veel cellen) en daarbuiten de witte stof (met veel uitlopers). De witte massa van het ruggenmerg is het belangrijkste communicatiekanaal en is wit vanwege gemyeliniseerde axonen. Het ruggenmerg verwerkt binnenkomende informatie vanuit de gevoelsvezels (sensibele zenuw) en reageert daarop via de motorische zenuwvezels (motorische zenuw). Het ruggenmerg is de verbinding tussen de hersenen en alle spieren van het lichaam, met uitzondering van de zenuwen naar het hoofd en de nek. Als een zenuw met slechts één schakelstation (via de grijze stof) direct weer het ruggenmerg verlaat, wordt dit een reflex genoemd. De wil heeft dan geen invloed op de reactie. Indien er via het ruggenmerg een verbinding is naar de hersenen, worden we ons dingen bewust en doen we dingen wel onder invloed van onze wil. Oligodendrocyten Leggen myelineschedes aan rond meerdere axonen in de hersenen. In het perifeer zenuw stelsen wordt dit gedaan door Schwann cellen Deze myelinisatie is voor een belangrijk deel verantwoordelijk voor de groei van de hersenen na de geboorte Medulla Oblongata Zorgt voor de autonome regulering van ademhaling, bloeddruk en hartwerking. Uitvoering gaat via de autonome zenuwen zoals de nervus vagus. Autonome signalen bereikden de interne organen via de sympatische en parasympatische zenuwen. De parasympatische Nervus Vagus bereidt het interne systeem voor op herstel na een periode van activiteit. Cerebellum (kleine hersenen) Geworteld in de hersenstam vandaar ook de naam cerebellaire pedunculi. Het cerebellum speelt een sleutelrol bij coördinatie van willekeurige bewegingen. Cerebellaire aantasting kan leiden tot kenmerkende motorische stoornissen (zie hoofdstuk 14) De Cortico-spinale of Pyramide banen Het piramidale systeem is bij zoogdieren een verzameling van axonen, die van de hersenschors via het verlengde merg tot in het ruggenmerg lopen. Ze gaan ononderbroken op weg naar de motorneuronen in het ruggenmerg. Het systeem werkt nauw samen met onder meer de basale kernen en de kleine hersenen. Het zorgt voor de aansturing van skeletspieren: de fijne en willekeurige motoriek. De Pons (brug) ligt als een brug over de Cortico-spinale banen heen.

13 Middenhersenen De Colliculli (heuveltjes) van de middenhersen functioneren bij oriëntatie op visuele (colliculi superior) en auditieve (colliculi inferior) prikkels. Voor reflexmatige oriëntatie op visuele prikkels is bewustwording niet noodzakelijk! Diencefalon Het Diencefalon (de tussenhersenen) bestaan uit de Thalamus en de Hypothalamus. Alle zintuig informatie, behalve de reuk, schakelt over in de Thalamus op weg naar de grote hersenschors. De Thalamus heeft een sterke invloed op het bewustzijn. Telencefalon In het telencefalon zijn de basale ganglia (nucleus caudatus en globus pallidus) erg van belang en ook de grote hersenen. De basale ganglia is vooral van belang voor de motoriek. Motorisch systeem De Thalamus probeert orde uit de chaos te creeren. De directe banen van schors naar ruggenmerg zijn een reflex. Normaal hoort er een feedback mechanisme bij te zitten.

14 Hersenbloeding Beroerte door vaatbreuk in de hersenen. Een hersenbloeding kan ernstige gevolgen hebben voor de pyramide baan en dus de uitvoering van willekeurige bewegingen. Een betere term voor een hersenbloeding is CVA cerebrovasculaire accident. Het merendeel van CVA s is het gevolg van vaatafsluiting. Bloed komt in de hersenen zuurgraad van het bloed, de stoffen in het bloed zijn schadelijk voor de Hersenen. Verwoestende uitwerking door hersenbloeding. Hersencortex De hersenschors heeft 6 lagen, waarvan de pyramide cellen zich in de 5 e laag bevinden. De cortex bestaat grofweg uit motorische, sensorische en associatiecortex. Er is een associatie cortex voor bijvoorbeeld sensorische associaties en associaties met bijv. emoties (amygdala). Hersenvliezen Om het brein heen zitten nog verschillende hersenvliezen. In totaal heb je er 3. - Dura mater - Arachnoid membraan - Pia mater Tussen het Arachnoid membraan en de pia mater zit de subarachnoidale ruimte wat helemaal gevuld is met hersenvloeistof (cerebrospinale vloeistof). Hersenvloeistof In de plexus choroideus is er een constante aanmaak van hersenvloeistof waar ook het bloed wordt gefiltreerd van serumcomponenten door ependymcellen. Het hersenvloeistof wordt in 24 uur 3x ververst. Er is een soortgelijke samenstelling in het ruggenmerg. De samenstelling van de hersenvloeistof verteld de conditie van het brein. Dit wordt gemeten door een lumbaalpunctie: monster van de cerebrospinale vloeistof. Hydrocephalus Waterhoofd vaak door afsluiting van de liquorstroom in het aquaduct. De aanmaak door hetplexus gaat echter door en verzamelt zich in de laterale ventrikels. Hydrocephalus is te behandel door het plaatsen van een canule in de laterale ventrikels waardoor de overmaat cerebrospinale vloeistof kan worden afgevoerd in de buikholte.

15 College van Dijk 15 november 2013 Eric Sietsema Hoofdstuk 10, The central visual system Stukje herhaling vorig college: Mach Banden: Van wege laterale inhibitie onstaat contrast verhoging. Herman Gridd Omdat het vlak dat omgeven is in de hoeken meer door wit omgeven is heb je een kleinere respons van wat je zelf ziet. Er komen dus een mix van zwarte vage puntjes omdat je visueel veld in de war raakt door de zwarte en witte omgeving. Als het puntje midden ergens in een witte lijn is is het contrast beter dus zie je de zwarte puntjes niet. Hierdoor zie je alleen zwarte puntjes bij de kruispunten, ook weer soort vorm van laterale inhibitie. Werkt niet in centrum van retina: fovea heeft veel kleinere center-surrounds dan perifere retina! Het visueel systeem Het visueel systeem is een lastig onderdeel. Het bevat 2 zenuwen - Rechter optische zenuw ontvangt het linker visuele hemisfeer. - Linker optische zenuw ontvangt het rechter visuele hemisfeer. De linker optische zenuw geeft het linker optische vlak van zowel het rechter oog als het linker oog weer. Idem dito voor de rechter optische zenuw. Uiteindelijk komen deze zenuwen bij elkaar in het optisch chiasma en gaat het linker vlak van elk oog door naar een zenuw die de hersenen ingaat, het linker optische tract. Het rechter vlak van elk oog gaat ook door een zenuw die de hersenen ingaat, het rechter optische tract. Het rechter en linker optische tract innerveren het LGN ( laterale geniculate nucleus) van de dorsale thalamus. Hier zorgt LGN ervoor dat de visuele informatie geprojecteerd wordt op de primaire visuele cortex. Deze projectie heet optische radiatie Als je de optische tracten zal afknijpen, zodat informatie niet naar de cortex kunnen zijn er verschillende visuele vormen wat er kan gebeuren. Als je bijv. de linker optische tract afknijpt/beschadigd zal het gehele rechter visuele hemisfeer wegvalen, van zowel het linker als het rechter oog (b). Knijp je alleen de linker optische zenuw af, zal alleen die informatie verdwijnen van de rechterhemisfeer van het linker oog (a).

16 In sommige gevallen is het optische chiasma zo beschadigd dat de linker en rechter tractus niet meer goed kunnen splitsen (c). Nu is de rechter hemisfeer van het rechter oog niet meer verbonden met de linker tractus dus zal hier geen beeld van komen in de optische cortex. Zelfde geldt voor de linker hemisfeer van het linker oog. Andere projectiegebieden van retinofugal tract Niet alleen de LGN wordt geïnnerveerd door de tracten, er zijn nog meer gebieden die worden beïnvloed. - Midbrain (tectum) o Betrokken bij pupil grootte en snelle oogbewegingen. Ongeveer 10% innerveert midbrain superior colliculus ( neuronen!) Visual guided behavior - Hypothalamus o Voor de ritmiek, (biologische klok) LGN Het LGN heeft 6 lagenvan cellen. Het rechter LGN ontvangt informatie van het linker visuele veld. De input van linker en rechter oog wordt apart gehouden. - Ipsilateraal, axonen die het rechter oog coderen. o Komen samen op LGN lagen nummers : 2,3 en 5. - Contralateraal, axonen die het linker oog coderen. o Komen samen in LGN lagen nummers: 1,4 en 6. Eigenschappen van de LGN lagen Elektrische afleiding in de LGN Er is elektrische respons in de LGN in response op visuele stimuli: - Visual receptive fields van LGN neuronen overeenkomstig met die van retinale ganglion cellen. o M-type LGN neuronen: grote surround-center receptive fields, korte activeitsduur, geen color opponency. o P-type LGn neuronen: kleine surround center receptive fields, lange activiteitsduur, wel color opponency. - Representatief in layers is monoculair. (met ON en OFF center cellen gemixed)

17 Er is ook input van non-retinale stimuli: - 80% input vanuit de visuele cortex! (rol is helaas onduidelijk) - Modulatie vanuit de hersenstam. Gebieden zijn betrokken bij arousal en alertheid (spelen een rol bij slaap-waak cycli) De visuele schors is de target van het LGN. Dit wordt ook wel Visual area 1 (V1) of area 17 (Brodman s area) Aangrenzende locaties in retina projecteren op aangrenzende locatie in LGN, en projecteert op haar beurt naar aangrenzende locatie in V1 (zelfde representaties worden gevonden in SC (Striate Cortex, LGN en andere corticale gebieden). Let wel: representaties zijn geen beelden maar onze interpretaties van distributiepatronen van hersenactiviteit!! Cellen in de 6 lagen van de striate cortex - Pyramidale cellen vormen alleen contact met andere hersengebieden vanuit de schors. Ze krijgen minder input vanuit LGN. o Voornamelijk in laag V maar ook VI. - Spiny stellate cellen ontvangen de meeste input vanuit het LGN. Anatomisch gesegregeerd ( bijv. vanuit linker en rechteroog). o Magno LGN neuronen, naar IVCα. o o Parvo LGN neuronen, naar IVCβ. De Konio (NonM-NonP) gaan meteen door naar layer II en III, lagen IVB en IVA. - In laag IVα neuronen ongevoelig voor golflengte. - In laag IVβ neuronen bezitten color- opponency Intercorticale connecties De meeste corticale connecties zijn radiaal, liggen loodrecht door corticale lagen. Retinotopische organisatie blijft intact (a). In laag II en III gaan pyramidale cellen horizontale verbindingen maken om zo informatie te verschaffen door vanuit alle corticale lagen en deze te transporteren naar de hersengebieden van de schors. In laag II en III is voor het eerst contact tussen linker en rechter retina-output,binocularity!

18 De output in laag II en II zijn het meest belangrijk voor visuele verwerking. Neuronen zijn geclusterd in cytochroom oxidase-rijke (BLOBS) en cytochroom- oxidase arme kolommen. Blobs zijn gecentered op oculaire dominantie strepen in layer IV en krijgen directe informatie van LGN. Cytochroom oxidase enzym vanuit de mitochondriën die cell metabolisme stabiliseerd. Pathways Magnocellulaire pathway - Binoculariteit - Grootste percentage richting sensitief - Grote receptieve velden en kort-durend geactiveerd o Gespecialiseerd in object beweging en coördinatie van motorische actie. Parvo-interblob pathway - Binoculariteit - Orientatie selectiviteit - Niet richting selectiviteit - Krijgen input van parvocellulaire neuronen, langdurig actief o Gespecialiseerd in analyse van fijne objecten. Blob-pathway - Binoculariteit - Ontvangen rechtstreeks informatie van de nonm-nonp cellen + input van magnocellulaire cellen en parvocellulaire cellen in Layer IVC. - Circulaire velden - Gevoelig voor verschillende golflengtes - Color-opponency o Gespecialiseerd in kleur analyse.

19 Dorsale en ventrale stroom Er zijn twee stromingen waardoor wij de visuele wereld kunnen realiseren. Dorsale stroom De dorsale stroom gaat vanaf de visuele cortex (V1) langs de Middle Temporale lobe (MT) verder naar de motion sensitive temporale lobe (MST) en andere dorsale gebieden. o Dorsale stroming is betrokken bij visuele beweging en coördinatie van bewegingen. Navigatie Oogbewegingen aansturen Detectie van beweging Perceptie lichaam Ventrale stroom De ventrale stroom gaat vanaf de visuele cortex (V1) langs V4 waar het informatie krijgt van de blobs en interblobs en verder door naar de inferior temporal lobe (IT). Vanaf hier gaat het nog verder naar andere ventrale gebieden. o Ventrale stroming zorgt dat wij perceptie kunnen hebben van de visuele wereld (kleurwaarneming en dergelijk).

20 College van Dijk 15 november Eric Sietsema Hoofdstuk 19 Brain Rhytms and Sleep Circadian Ritmiek: - Dagelijks ritmische verandering in gedrag of fysiologisch proces van ongeveer 24 uur. o Bijv. slaap/waken, voedselinname, etc Zeitgebers - Een stimulus (meestal ochtendlicht) die in staat is de biologische klok te resetten die verantwoordelijk is voor circadiane ritmiek Suprachaismatische Nucleus (SCN) Een kern bovenop het optische chiasma. Het SCN bevat de biologische klok die verantwoordelijk is voor de organisatie van vele circadiane ritmes in het lichaam. Het SCN: - Bestaat uit ongeveer kleine neuronen - Dendriten maken contact met elkaar (uniek in SCN) - Neuronen zijn sterk geclusterd om capillairen: neuro secretoire functie? - Verkrijgen input vanuit het visuele systeem: retinohypothalame pathway; reageert op licht. In 1972 zijn er lesie experimenten geweest van de SCN o Verstoren van de circadiane ritmiciteit van loopwiel activiteit, eetgedrag, drinkgedrag en hormonale cycli. o Dieren slapen in korte bouts gedurende de gehele 24h cyclus, heeft geen effect op de totale slaap. Gewoon snel even slaap hebben voor energie en daarna weer wakker om te eten, niet licht gebonden, wel evenveel slaap nodig om het lichaam tot rust te brengen. Eigenschappen van de biologische klok Zeitgebers werken via connectie met de SCN. CIrcadiane ritmes berusten op een intacte SCN, maar beschikt de SCN zelf over een klok? Studies betreffende dagelijkse activiteit ritmes in het SCN van ratten tonen aan dat er vergelijkbare patronen te zien zijn in dag en nacht actieve dieren. Of een dier dag of nacht actief is hangt kennelijk af van andere factoren en/of hersengebieden. Elk SCN neuron heeft zijn eigen interne klok. Individuele SCN neuronen in culture (zonder synapsen) hebben gedesynchroniseerde ritmes, maar wel ongeveer 24h ritmiek.

21 Wat veroorzaakt intracellulaire tikken van de klok? Er zijn 7 bepaalde klokgenen die coderen voor eiwitten die in feedbackloop elkaar beïnvloeden. Dit eiwit is ook aangetoond bij mensen. Retinohypothalamic pathway Genen verwijderen welke belangrijke informatie geven van staafjes en kegeltjes voor de visuele perceptie zullen niet de synchroniserende effecten van licht onderbreken. Het verwijderen van de ogen wel. Melanopsine; een fotopigment aanwezig in ganglion cellen in het netvlies hebben axonen die informatie naar het SCN transporteren, maar ook naar de Thalamus en het tectum. (aanpassing pupil grootte en lichtsterkte). Melanopsine Melanopsine bevattende ganglion cellen zijn licht sensitief en projecteren hun axonen naar het SCN Intergeniculate leaflet (IGL) (zit tussen beide LGN s) IGL zend axonen naar de primaire visuele cortex en het SCN. - Elektrische stimulatie veroorzaakt fase verschuivingen - Lesie van/in de geniculohypothalame pathway reduceert licht-donker effecten op ritmiek, maar voorkomt deze niet geheel. - Geniculate leaflet speelt een belangrijke rol in andere Zeitgebers dan licht o Harde geluiden o Temperatuurschommelingen o Gedragsmatige activiteit o Voedsel beschikbaarheid!

22 College van der Zee 18 november 2013 Eric Sietsema Hoofdstuk 3 Membraanpotentiaal De essentie van hersenactiviteit: Permanente overdracht van elektrische signalen tussen de zenuwcellen of neuronen. Verstoring van deze activiteit is de oorzaak van vrijwel alle neurologische en psychiatrische ziekten. Kennis van signaaltransductie is noodzakelijk voor de ontwikkeling van medicijnen en behandelingen. Er zijn voornamelijk veel kosten van hersenziekten en zenuwstelsel bij psychische stoornissen en hartvaatstelsel. Alles wat niet goed gaat in je hart-bloedvatenstelsel is ook niet goed in het brein. Nederland staat procentueel als hoogste in de ranglijst met de meeste psychische stoornissen in de populatie. Signaal transductie Voorbeeld van signaal transductie is als je bijv. in een punaise gaat staan. Er gaat dan informatie door naar het ruggenmerg en die zorgt voor een reflex dat je gelijk je voet omhoog trekt. Dit is een voorbeeld van dat er altijd na een signaal een effect plaatsvind. Signaal scherpe punt, pijn Effect je trekt je voet omhoog Signaaltransductie heeft bepaalde eigenschappen nodig: - Snelheid - Efficiency - Effect - Perceptie Een neuron is uniek aangezien het actiepotentialen kan doorgeven door het hele lichaam. Electrische signalen tussen neuronen is mogelijk door ongelijke verdeling van geladen ionen binnen en buiten de zenuwcel (rustpotentiaal) Deze scheiding van ladingen is mogelijk door een ondoordringbaar lipide membraan en wordt gecontroleerd door specifieke transmembrane kanalen (ionreceptoren). Water is polair. Wanneer je zout wilt oplossen wil Na + of Cl - graag aan water binden en hierdoor ontstaan vrije ionen in een oplossing. (altijd in polaire omgeving) Fosfolipiden zijn niet alleen bouwsteen van het membraan, maar ze worden ook gebruikt als grondstof voor signaaltransductie, eiwitten die als ionkanalen tussen de fosfolipiden zitten. De ionverhoudingen zijn bepalend voor het brein. (plaatje Ratio IN:OUT) Twee factoren bepalen de ionenbeweging - Verschil in ionenconcentraties - Verschil in elektrische lading

23 Ionentransport over het membraan is alleen mogelijk door selectieve ionkanalen dankzij concentratie gradiënt en electrochemische gradiënt. Hierbij streven zij naar een evenwicht. Het ionkanaal gaat dwars door het membraan. Het kanaal wordt geopend door: - Transmitter binding - Fosforylering o o Binnenkant cel door kinases. De structuur veranded en het kanaal blijft langer open. - Voltage veranderingen, actiepotentiaal. - Mechanische prikkels, tast zintuigen en dergelijke. In de rustsituatie is de verdeling van ionen binnen en buiten de cel ongelijk en resulteert dit in een ladingsverschil tussen intra en extracellulaire van -65 mv Dit is mogelijk door sluiting van de ionkanalen en door selectief transport over het membraan waarbij energie nodig is (constante aanvoer van glucose, ATP afhankelijk). Het handhaven van dit ionverschil kost dus (veel) energie. Hoe kunnen concentratiegradiënten worden gehandhaafd? Dankzij ionenpompen, die energie afhankelijk zijn. Het brein heeft constant bloed aanvoer nodig voor zuurstof en glucose. Energie is nodig om potentiaal verschillen te handhaven, zonder energie is er geen hersenactiviteit en val je flauw. Na 10 minuten geen O 2 en geen glucose komt er een enorme Ca 2+ instroom en breken je hersenen langzaam af waarna je doodt gaat.

24 Hoofdstuk 4 de actiepotentiaal Voor het vormen van actiepotentialen begin je met een rustpotentiaal van -65 mv. Hierna komt er depolaristatie doordat natrium door het membraan instroomt. (Rising phase) De treshold zit bij -40mV en vanaf dit punt zullen er nog veel meer Na + kanalen opengaan. Hoe dichter bij de -40mV hoe des te opener de Na + - kanalen. Boven de 0mV komt een Overshoot. Bij de piek gaan de Na + -kanalen sluiten en gaan K + - kanalen weer open, waardoor het potentiaal weer richting de -65mV gaat. Terwijl het potentiaal daalt gaan de K + - kanalen ook weer langzaam sluiten (repolarisatie, Falling phase). Op den duur komt er een undershoot (hyperpolarisatie) en dit staat voor de refractoire fase van het hart. Dit is nodig zodat het neuron niet gelijk weer geactiveerd kan worden. Tijdens de undershoot is het neuron veel moeilijker te activeren omdat het verder van de treshold ligt. Hierna zal het potentiaal teruggaan naar het evenwicht (rustpotentiaal) Kunstmatig opwekken actiepotentiaal Met behulp van een spuit kan je in een neuron een actie potentiaal opwekken door er een positieve lading in te spuiten (Depolarisatie). Gebleken is dat pas vanaf -40 mv een actiepotentiaal opgewekt is.de treshold zit dus bij -40 mv Hoe sterker de depolarisatie, hoe sneller een actie potentiaal wordt opgewekt. Hoe dichter bij de treshold, des te opener het Na + kanaal. Samenvattend De actiepotentiaal is het resultaat van een Natriuminstroom tijdens de depolarisatie, gevolgd door een Kaliumuitstroom tijdens de repolarisatie. De Kaliumuitstroom gaat lang door en veroorzaakt een korte hyperpolarisatie (de refractoire periode) Het neuron is dan veel moeilijker om weer te activeren. Veroudering Veroudering heeft serieuze gevolgen voor de nahyperpolarisatie van zenuwcellen en neuronen betrokken bij leerprocessen. Hierdoor zijn de ze neuronen minder snel beschikbaar voor geheugenvorming. Dit verklaart een deel van de gevolgen van veroudering op ons geheugen. Ouderen hebben meer tijd nodig om te herstellen van neuronale activiteit.

25 Medicatie op Na + -kanalen. Na + -kanalen worden geblokkeerd zodat er geen actiepotentialen kunnen worden gevormd. Dit wordt meestal gebruikt voor Pijnbestrijding. Voorbeelden zijn lidocaïne en cocaïne. Cocaïne werkt ook op CNS via dopamine en noradrenaline opname en heeft hierdoor veel meer (ongewenste) effecten! Hoofdstuk 5 Synaptische Signaaloverdracht Je hebt 2 typen signaaloverdrachten: - Electrisch; door electrone synapsen of gap junctions. o Snel, maar minder te modificeren (passief) o Biologische klok cellen - Chemisch; door chemische synapsen. o Langzamer (msec) tot zeer langzaam (sec tot min), maar veel sterker te beïnvloeden (aan te passen). Astrocyten hebben ook veel gap junctions waardoor ze allemaal in verbinding staan. Vriesets opname zeer geschikt om transmembraaneiwitten zichtbaar te maken. Bij een vrieset opname wordt het membraan enorm koud gemaakt waardoor je onder de microscoop duidelijke holtes ziet, de gap junctions en transmembrane kanalen. Signaaloverdracht bij electrische synapsen komt vooral veel voor bij neuronen die dezelfde functie hebben, bijv. motorneuronen die dezelfde spier innerveren. Chemische synaps Een chemische synaps bestaat uit een axon met aan het uiteinde mitochondria en synaptische vesicles (presynaptic). In deze vesicles zitten de transmitters en deze worden zo door de synaptic cleft gebracht om receptoren te activeren (postsynaptic). Er zijn veel verschillende soorten synapsen. a) Axon eindigt aan een dendriet b) Axon eindigt op het Soma, belangrijk voor netwerken (geheugen) c) Het axon eindigd op een ander axon waarbij het dit axon kan remmen of stimuleren. (feedback)

26 Er is een variatie in grootte van synapsen en dus ook van hun effecten. Synapsen met een overall effect kom je meer tegen in het perifere zenuw stelsel. In de active zone is de zone waar de transmitter wordt vrijgegeven. Op deze plaatsen zitten veel eiwitten in het membraan aanwezig. In de synapsen wordt energie geleverd door de mitochondria in de vorm van ATP. Synapsen zijn in te delen in symmetrische en asymmetrische synapsen op grond van membraanstructuur. Symmetrische zijn remmend: - Inhibeert met GABA Asymmetrische synapsen zijn exciterend. - Exciteerd met glutamaat en Ach. verschillende soorten synapsen, linksonder voornamelijk in perifere zenuwstelsel Neuropeptiden Er zijn veel voorkomende neurotransmitters zoals, NE, Ach, GABA, Glu en Gly. Er is echter een onderscheidt tussen klassieke transmitters en neuropeptiden. Neurotransmitters zijn klein. Neuropeptiden zijn veel groter en bestaan uit veel meer aminozuren Neuropeptiden worden geproduceerd en getransporteerd in het neuron beginnend in het rough E.R. als precursor peptide. Hierna gaat het naar het Golgi om door een enzym actief te worden. Vanuit hier gaat het met vesicles door naar de synaps en zorgen transporter proteins ervoor dat het een plekje vind in de synaps. Mechanisme van neurotransmitter afgifte Calcium zorgt voor een actief proces in de synaps, zorgt ervoor dat vesicles naar het membraan komen. Calcium stijgt presynaptisch via Voltage-afhankelijke Calcium Kanalen. Dit Ca 2+ activeert Calcium-calmoduline kinase dat het enzym synapsine fosforyleert. De vesicles met het neurotransmitter zijn gekoppeld aan het cytoskelet met het enzym synapsine. Calcium maakt ze hiervan los door synapsine te fosforyleren. De transmitterblaasjes komen los van het celskelet en migreren naar de synapsspleet. Het moleculaire proces van membraanfusie Afgegeven in de synapsspleet door verschillende mechanismen. De koppeling van eiwitsnares in de membraan van de blaasjes (V-snares) en in de membraan van de synaps (T-snares)(T voor target). De V-Snare hecht aan de T-snare waardoor dit de vesicle naar buiten trekt.

27 Toepassingen van ingrepen in het SNARE mechanisme - Antiveroudering behandelingen in de schoonheids industrie BOTOX behandeling Oorspronkelijk toegepast bij strabismus (ongelijke oogstand). Botox beïnvloed de spiertonus waardoor spieractiviteit volledig geblokkeerd wordt. Dit heeft tot gevolg dat je spieren in het gezicht gaan relaxeren en de rimpels weggaan. NMJ De meest onderzochte synapsen zijn de neuromusculaire synapsen (neuromuscular junction) De NMJ wordt geïnnerveerd door motorneuronen vanuit het ruggenmerg. Door Junctional folds (synapsen met aan de postsynaptische kant vouwingen voor extra stimulatie) zijn er meer receptor plaatsen waardoor er meer stimulatie kan zijn. Er is hierdoor een enorme afgifte van neurotransmitters waardoor er een massieve sterke spier stimulatie plaatsvindt. Door vriessets kan je een membraan opentrekken en zo kan je zien hoe de activiteit, receptor aanwezigheid voor activering door actiepotentialen en na een serie actiepotentialen is. Ook is er te zien dat er membraanfusie opgetreden is. Dit is ook te zien met een transmissie elektronen microscoop (TEM) Membraanrecycling Er zijn verschillende manieren hoe een membraan vesicles recycled. Je hebt gewoon de klassieke versie: - Clathrine coat (triskelet) om de vesicles en de lege vesicles gaat weer terug door endocytose. Je hebt de zogenoemde kiss and run : - De vesicles fuseert heel kort uit het membraan en gaat dan gelijk weer dicht. Verder heb je de Bulk endocytose: - De vesicles gaat fuseren, maar hoopt nog een beetje extra membraan op, waardoor het als een grote afsnoering teruggaat (docking) Indeling receptoren 1) Ionkanaal receptoren; o Snel, kortdurend en krachtig 2) G-eiwit gekoppelde receptoren (GPCR); o Traag, langwerkend en met grote gevolgen. o Ook wel metabotrope receptoren genoemd o maken gebruik van second messenger systemen. Ionkanaal receptor Nicotine receptoren, zijn in alle diersoorten aanwezig dus ook goed te bestuderen. Nicotine receptoren zijn een acetylcholine receptor, dus neurotransmitter Ach. NMDA receptor een glutamaat receptor Activering van ionkanalen die permeabel zijn voor positieve ionen heeft als gevolg dat er depolarisatie komt in het potentiaal. (EPSP, excitatoire postsynaptische potentiaal)

28 Kanaalreceptoren die doorlaatbaar zijn voor negatief geladen ionen zoals Cl - zijn remmend en hyperpolariserend. V.b.: GABA receptoren, gestimuleerd door benzodiazepinen (slaapmiddelen) Onderdrukking van de neuronale activiteit, doordat in hyperpolarisate stand het neuron moeilijker te activeren is. IPSP: inhibitory postsynaptic potential. G-eiwit gekoppelde receptoren Sleutelfunctie bij veel medicijntoepassingen. Werkingsmechanisme A direct Werkingsmechanisme B indirect via second messengers. Indirecte werking Β-adrenerge receptor is een voorbeeld van een indirecte GPCr. Het geeft niet alleen het effect van het sluiten van het K + -kanaal maar het produceert bijvoorbeeld ook camp en andere cascades. Hierdoor heeft het veel meer effecten dan alleen het gewenste effect. Hoofdstuk 6 Neurotransmitter Systemen en Receptoren Om eiwitten, neurotransmitters te identificeren gebruiken we antilichamen die speciaal voor eiwit X een immuunrespons opwekt. Vervolgens wordt het antilichaam serum uit het konijn gehaald om het te bekijken. Er is een marker gekoppeld aan het antilichaam zodat het onder de microscoop fluorisceerd. Techniek van immunocytochemie - Fixatie/vastleggen van weefsel. - Dunne coupes snijden. - Incubatie met antilichamen - Specifieke binding moet het aangaan met het antilichaam - Zichtbaar maken van de gelabelde antlichamen - Localiseren, hoe het eiwit verloopt - Kijken hoe deze localisatie bepaalde ziektes effecten te weeg brengt. Verder werden er allemaal voorbeelden gegeven maar die zijn vrij logisch.

29 College van Dijk 19 november 2013 Eric Sietsema Hoofdstuk 15 Chemical Control of the brain and behavior Het Diffusie Modulatoire systeem Anatomie en functies: - Verschillende structuur en functies met algemene principes o Kleine set met neuronen bij de kern o Ontstaan uit de centrale kern van het brein, meeste uit de hersenstam. o o 1 neuron beïnvloed vele andere neuronen, heeft een enorm bereik Synapsen releasen transmitter moleculen in de extracelullaire vloeistof zodat ze naar meerdere neuronen kunnen difusseren i.p.v. alleen naar in 1 via de synapsgroeve. Er zijn vier systemen: - Noerepinephrinerge systeem - Serotinerge systeem - Dopaminerge systeem - Acetylcholinerge systeem Alle transmiters die deze systemen gebruiken activeren specifieke GPCR s en deze reguleren de meeste effecten per systeem. De functie van het diffusie modulatoire systeem is afhankelijk van hoe elektro actief ze zijn, individueel en samenwerkend. Ook is de functie afhankelijk van de hoeveelheid neurotransmitters dat beschikbaar is. Vagusstof Substantie die het hart langzamer doet kloppen. Dopaminerge systeem Dopamine wordt gevormd als transmitter door de precursor L-Dopa. In dit systeem zitten verschillende gebieden. - Substantia Nigra o Projecteert axonen door het striatum. o Faciliteert de initiatie van willekeurige bewegingen. Nigrostriatal pathway: Motor control - Ventral tegmental area o Innerveert bepaalde regionen in het telecephalon (voorbrein) Mesolimbic pathway: Reward System Reserpine zorgt voor cataplexia slap worden van de spieren. Dit effect komt doordat Reserpine het nigrostriatale pathway blokkeert en er dus geen Motor Control meer is. Injectie met L-Dopa (precursor voor NE en E) zorgt dat de spieren weer actief worden en blijkbaar het nigrostriatale pathway weer vrijkomt. Als je alleen NE in zou spuiten zou het niet helpen, want ze zouden de hersenbloedbarriëre niet door komen, maar L-Dopa wel. Maar toch waren de NE concentraties nog steeds 0 terwijl de dieren wel wakker en actief waren. Wat blijkt, Dopamine is constant gebleven en zo is duidelijk dat DA ook een transmitter is en Dopamine is verantwoordelijk voor de reactivatie van de nigrostriatale pathway. Vermindering in Dopamine gehaltes leidt tot de ziekte van Parkinson. -Te behandelen met L-Dopa en elektrische stimulaties.

30 The role of Dopamine motivation: liking or wanting? Vroeger geloofde mensen dat Dopamine ons genot bracht en dat wij het nodig hadden. Hedendaags weten we dat Dopamine effect heeft op het nodig hebben wanting, niet op het liking - Dopamine arme dieren vindeneten lekker, maar hoeven het niet perse. - Ze missen de motivatie om eten te zoeken, maar genieten er wel van als het er is. Stimulatie van dedopamine axonen - De dieren graven naar eten, terwijl het er niet is. Ze hebben het dus nodig. Dus iets leuk vinden wordt niet gereguleerd door dopamine, maar iets nodig hebben wel! Drugs die dopamine blokkeert verminderd de zelfstimulatie. Dopamine geactiveerd in VTA-Nacc (nucleus accumbes) pathway leidt tot verslaving. Functie van dopamine Dus de functie van Dopamine is Bewegings controle Ziekte van Parkinson Belonings systeem om dingen te leren Drugs verslaving, VTA-Nacc Dopamine heeft ook een rol in werkgeheugen, ADHD en Schizofrenie. Neurotransmitter Chemistry Catecholaminerge neuronen - Zijn betrokken bij beweging, humeur, attentie en viscerale functies. - Tyrosine is de precursor van 3 amine neurotransmitters uit de catechole groep en werkt mee aan de synthese van: o Dopamine (DA) o Norepinephrine (NE) o Epinephrine (E) Tyrosine is een aromatisch aminozuur dat in het lichaam uit het essentiële aminozuur fenylalanine kan worden gemaakt. De hoeveelheid fenylalanine en tyrosine in de voeding is meestal ruim voldoende om de dagelijkse behoefte aan tyrosine te voorzien. Als precursor van catecholamines is tyrosine belangrijk voor een adequate stressrespons. In onderzoek is aangetoond dat suppletie met tyrosine negatieve effecten van acute stress op stemming, denken en gedrag kan afzwakken of zelfs voorkomen. Aminozuur L-Tyrosine vergroot dus de stressbestendigheid. Noradrenaline in het centraal zenuw stelsel The Nonadrenergic Locus Coeruleus - Pathway: Axonen innerveren cerebrale cortex, Thalamus, hypothalamus, olfactory bulb, cerebellum, midbrain en spinal cord. - Functie: Regulatie van aandacht, arousal (activatie autonome zenuwstelsel), slaap-waak cyclus, leren en geheugen, pijn, humeur, brein metabolisme. - Autonome activatie Noradrenaline verhoogd de voedsel inname als het geïnjecteerd wordt in het CNS. Hypothalamus regeling voeding metabolisme Inspuiten met NE ga je meer naar koolhydraten zoeken.

31 Acetylcholine (vagusstof) - Perifeer: preganglionair in het gehele autonome zenuwstelsel en postganglionair bij de parasympatische zenuwstelsel. - Hersenen: uitgebreid cholinerg netwerk in de hersenen, - Ach wordt geproduceerd in de peribracheale kern. Zeer veel functies, ondermeer betrokken bij arousal en leren en geheugen. Het cholinerge systeem - Basale voorbrein complex o Kern van de telencephalon, mediaal en ventraal bij het basale ganglia. o Functie: ondersteunen van leren en geheugen. - Pontomesencephalotegmentale complec (PMT) o Reguleert excitabiliteit van de thalamische sensory relay nuclei o Heeft een rol in slaap. Alzheimer disease De eerste effecten van alzheimer komen op het geheugen omdat cholinerge neuronen het meest kwetsbaar zijn. Deze neuronen gaan tijdens deze ziekte het eerst ten onder. Brain Serotonine Serotonine (5-HT) Serotonine, een sleuteltransmitter bij emoties en affectieve stoornissen: angsten en depressie - Amine Neurotransmitter - Speelt een rol in activating gedrag. - Vergroot corticale hersen activiteit - Is down regulerend in orienting responses naar novel stimuli. - Reguleerd humeur, emotioneel gedrag en slaap. Bijna alle serotonerge neuronen zijn te vinden in de Raphe Nucleus, welke weer gelocaliseerd is in de medullary en pons regionen van het brein. Serotonine stoornissen o Depressie o Slaap o Cerebrale bloedvoorziening (migraine) o Eetstoornissen met een psychosociale achtergrond, anorexia, bulemia en vetzucht. - Synthese uit tryptofaan - Verstoringen in de serotonine aanmaak/afgifte op hersenniveau Wurtman Hypothesis Een eiwitrijk dieet verlaagt tryptofaan gehaltes in de hersenen, omdat er dan hele lange ketens van aminozuren in de hersenen krijgt, en er zo minder tryptofaan uitgehaald kan worden.

32 Serotonerge neuronen Normaal kunnen serotonine transmitters heropgenomen worden, maar dit proces kan verhinderd worden door SSRI s - Selectieve serotonin reuptake inhibitors o Antidepressanten, blokkeert heropname receptoren (antagonist). o o Migraine Minder voedsel inname, (minder tryptofaan) door SSRI (Sibutramine) na dieet nog steeds gewicht behouden. Drugs en het diffusie mediatoire systeem Psycho actieve drugs werken op het CNS Veel drugs gebruik hebben effect op de modulatoire systemen: o Noradrenergic o Dopaminergic o Serotonergic - Hallucinogens o LSD is per ongeluk ontdekt door Albert Hofmann o o LSD structuur lijkt op Serotonine en is een potentiele agonist. Effect van LSD is dat je in een droomstatus komt en het mixt verschillende percepties coricole gebieden Lateralisatie De rol van de linker hersenhelft is vooral van planning. De rol van de rechterhersenhelft is meer het reguleren van gevoel en emoties. Hoofdstuk 19 Sleep Fysiologische en gedragsbeschrijving van slaap Rem Slaap Rapid eye movement slaap. - Een periode van desynchroniserend EEG (Electroencephalogram) activiteit tijdens de slaap. In deze periode gebeurd het droomproces, rapid eye movement en verlamming van de spieren. Non-REM slaap: - Alle slaap stages behalve REM stages. Slow-wave Slaap: - Non-REM slaap, gekarakteriseerd door synchroniserende activiteit van het EEG tijdes de diepste stages. - Stage 4 slaap is het punt dat je je in het diepst van je slaap bevindt, alleen enorm harde geluiden kan je wakker maken en dan ben je helemaal verward en humeurig, i.t.t. wakker worden tijdens REM-slaap. We slapen omdat we het brein moeten laten rusten na zijn overdaagse activiteit. REM-slaap bevorderd breinontwikkeling en het verstevigen van neuronale verbindingen, leerbekwaamheid.

33 Slaaponderdrukking Randy Gardner heeft meer dan 11 dagen niet geslapen. Zijn hersenen toonden op den duur bijna geen alfa ritmes meer terwijl dat er wel hoort te zijn als je actief bent. Op den duur hadden al zijn actieve delen van de hersenen alleen nog maar deltaritmes, alsof de hersenen sliepen. Na eindelijk geslapen te mogen hebben is in de eerste dag een groot gedeelte van de hersenen weer hersteld maar toch moest hij de volgende dag ook nog enorm lang bijslapen. Hersenen moeten bijkomen van enorme activatie Fatal familial insomnia: Neurodegeneratieve neurologische aandoening. - Veroorzaakt door een mutatie in het PRNP gen. o Beschadiging in delen van de Thalamus. o Dromerige status o Vermindering in concentratie o Vermindering in controle van autonomische functies o Vergeetachtigheid. - Verdwenen Slow-wave slaap o Geen slaap kan fataal zijn! Er is nog geen duidelijke relatie over de fysieke effecten van veel activiteit overdag op slaap. Wel is er een effect van mentale activiteit op slaap. - Hele dag naar culturele dingen zoals musea, dierenpark, mooie gebouwen. - Grote verhoging van de slow-wave slaap. Functies van REM slaap Tijdens de REM slaap is: - Het brein actief en niet aan het rusten zoals tijden slow-wave slaap. - De functie is om de breinontwikkeling te stimuleren, 70% REM slaap bij pasgeborenen. - Bij volwassen zorgt de REM slaap waarschijnlijk voor om emotionele informatie een plek te geven in de hersen en bruikbare informatie neuronale netwerken te verstevigen en niet zinvolle informatie te verwijderen. De REM slaap verhoogd wanneer ratten worden getraind om hun weg uit een labyrinth te vinden. Als de REM slaap onderdrukt wordt, gaat dit ten koste van hun leervermogen. Net als NE zijn serotonine neuronen het meest actief tijdens actief zijn (waking) en niet actief tijdens Slow-wave en REM slaap. Slow-wave slaap Het ventrolaterale preoptische gebied (VLPA/O) is het gebied dat je uiteindelijk in slaap laat vallen. - Een groep GABAerge neuronen in het preoptische gebied onderdrukken alertheid en hersenactiviteit wanneer het actief wordt promotie slaap. - Als het VLPA/O gebied beschadigd raakt of kapot resulteert dit in totale insomnia, coma en uiteindelijk de dood in katten en ratten dieren kunnen niet meer slapen en gaan uiteindelijk dood. - De GABAerge neuronen innerveren de tuberomammilary nucleus(tmn), dorsale pons(ppt), raphe nucleus en de locus coerulus (LC). GABA is een remmende neurotransmitter! Maar krijgt ook zelf remmende stimulus van regionen waarnaar het zelf op projecteert. (Flip-Flop mechanisme)

34 Flip-Flop mechanisme Voordeel: - Door mutual inhibitie kan er nooit activatie zijn in neuronen van beide gebieden. - Het wisselen van de ene status naar het andere gaat snel. Nadeel: - Een flip-flop kan onstabiel zijn mensen/dieren met narcolepsy - Narcolepsy, REM slaap op willekeurige momenten. Wat is nou de reden dat we slapen door teveel mentale activiteit? Door teveel aan mentale activiteit is er metabolische activiteit en dat zorgt ervoor dat er veel Adenosine gevormd wordt. Adenosine zorgt ervoor dat het basale voorbrein niet het slaappromoting gebied in het VLPA kan remmen. Hierdoor gaat het flip-flop mechnisme op uit. En ga je eerder slapen - Metabolisme van glycogen in astrocyten zorgt voor toename adenosine afterdiner dip. - Caffeïne is een antagonist op adenosine receptoren Orexine Hypocretine; orexin worden geproduceerd door neuronen wiens cell lichamen in de hypothalamus zitten. o Als dit gebied kapot gaat veroorzaakt dit narcolepsy. Neuronen zijn inactief tijdens slaap en actief tijdens het wakker zijn door deze stof. Neuronen brengen orexine tot overexpressie. Orexine is vooral belangrijk voor het in stand houden van het flip-flop mechanisme. - Je hebt twee hypcretine receptoren - Bij honden die narcoleptisch zijn is er een mutatie in de hypocretine receptor 2 - Mensen zijn narcoleptisch door een autoimmuun reactie die de hypocretine receptoren kapot maken. (PLOTSELING IN SLAAP VALLEN) Neurale controle van REM Slaap - PGO wave (Pontine, geniculate, occipital) o Een burst van electrische activiteit (cholinerg) dat begint vanuit de pons, daarna vanuit de laterale genicuale nucleus (LGN) en de visuele cortex. o Karakteristiek van de REM slaap o Het visuele systeem is dus gewoon actief tijdens de REM slaap. ACH concentraties in de cerebrale cortex zijn het hoogst tijdens het wakker zijn en REM slaap. De Ach concentraties zijn het laagst tijdens de slow-wave slaap. Ach neuronen zijn vooral in de peribrachiale area(ppt) en in iets mindere mate aanwezig in de Pons. - Serotonerge en noradrenalinerge neuronen inhiberen Ach neuronen tijdens het wakker zijn.

35 College van dijk 20 november 2013 Eric Sietsema Hoofdstuk 16 Motivation Claude bernard ( ) was de eerste onderzoeker die het interne milieu onderzocht en ontdekte dat er bepaalde barrières zijn m alles in stand te houden. Evolutionaire processen hebben ons uitgerust met mechanismen om ons eigen zeewater te maken waarin onze cellen kunnen vertoeven, van zuurstof en nutriënten voorzien, en waarin afvalstoffen kunnen worden afgevoerd Om deze functies uit te voeren, beschikken hogere dieren over: - Respiratoire, circulatoire, excretoire en verteringsystemen, - Gedrag om voedsel en water op te kunnen sporen en te consumeren,]. Walter B. Cannon was de eerste die de term Homeostasis introduceerde. Homeostasis: elk deel van het lichaam moet zijn energie in balans kunnen houden om alles perfect in orde te behouden. Regulatoire mechanismen helpen om constantheid van sommige interne parameters te behouden tegenover externe variatie. Essentiele eigenschappen zijn: Systeem variabele Een variabele die wordt gecontroleerd door een regulatoire mechanisme: bijv. de temperatuur in een verwarmingssysteem. Set point De optimale waarde van de systeem variabele n een regulatoir mechanisme. Detector In een regulatoir proces moeten mechanismen aanwezig zijn die afwijkingen van de optimale waarde registreren. Corrigerend mechanisme: In een regulatoir proces moeten mechanismen aanwezig zijn die de systeem variabele kunnen beïnvloeden. Verzadigings mechanisme dat als negatieve feedback werkt op het gedrag, bijv bij drinken. Geen dorst meer door het vullen van de maag met drinken en je hoeft niet meer te drinken. Vloeistof compartimenten Intracellulaire vloeistof (ong. 67% van de watervoorraad in het lichaam) - Vloeistof binnen de cellen. Extracellulaire vloeistof - Vloeistof buiten de cellen. - Intertestinale vloeistof ( in organen, ongeveer 26%) - Behoort ook de cerebrospinale vloeistof bij wat ongeveer 1% is van de watervoorraad - Het intravasculaire vloeistof hoort ook bij de extracellulaire vloeistof (7%) Intravasculaire vloeistof - Vloeistof in bloedvaten. Bloed kan niet pompen als er te weinig vloeistof aanwezig is en moet dus exact op peil worden gehouden

36 Osmotische druk - Isotoon: zelfde osmotische druk in als buiten de cellen. Cellen zullen geen water verliezen of aantrekken. - Hypertoon: Er zal water uit de cel getrokken worden via het proces van osmose: heeft negatieve consequenties voor chemische reacties. - Hypotoon: Hierbij is er te weinig vloeistof binnen de cel en zal er water uit de omgeving gehaald worden, hierbij kunnen de celwanden scheuren. - Hypovolumia o Vermindering in volume van intravasculaire vloeistof Behoud van optimaal bloedvolume is essentieel voor de goede pompwerking van het hart. Twee types dorst Je hebt twee types dorst - Osmometrische dorst: o Door toename van osmotische druk in de interstitiële vloeistof vergeleken met de intracellulaire vloeistof, hetgeen cellulaire dehydratie veroorzaakt. - Volumetrische dorst o Door verlaging van het bloedvolume Deze types dorst worden gesignaleerd door bepaalde receptoren die intracellulaire volume meten en receptoren die het bloedvolume meten. Het eten van een zoute maaltijd veroorzaakt hypertoon bloed, en ontrekt water uit de interstitiële ruimte wat uiteindelijk leidt tot verlies van water uit de cellen Toename van bloedvolume zet nieren aan tot uitscheiden van vocht en natrium. NETTO RESULTAAT IS VERLIES VAN WATER UIT DE CELLEN!! Geen verlies van Bloedvolume. Uit de Osmoreceptoren gaat ook water, en dit wordt actief door de neuronen doorgegeven, vervolg is dorst. Osmometrische dorst Door de hypotone toename zal er water uit de osmoreceptoren getrokken worden. Deze informatie gaat door via de neuronen naar de hypothalamus waar het terecht komt bij het Organum Vasculosum van Lamina Terminalis (OVLT). Vanuit hier zal de reactie zijn dat er vasopressine of ADH afgegeven wordt. ADH is betrokken bij de waterretentie ( water vasthouding) in de nieren. Volumetrische dorst Volumetrische dorst wordt veroorzaakt door verlies van bloedvolume. Verlies van bloedvolume veroorzaakt vermindering van water en natrium. - Rol van de nieren, angiotensine afgifte voor bloeddruk verhoging. - Hart en grote bloedvaten ( atriële baroreceptoren) meten het te kort aan bloed en er gaat een signaal naar de hersenen waardoor je gaat drinken. - Angiotensine activeert neuronen in het subfornicale orgaan (SFO) - Mechanosensorische afferenten in de vagus detecteren een vermindering van bloeddruk - Deze signalen zijn gerelayed via het NTS naar de hypothalamus. (Median preoptische nucleus)

37 Hypovolumia de nieren nemen weer dat er minder bloed is door de bloedstroming. Hierdoor gaan de nieren Renine uitscheiden wat ervoor zorgt dat Angiotensine 1 omgezet wordt uit angiotensinogen. Angiotensine 1 wordt vervolgens door Angiotensine Convertase Enzym (ACE) omgezet naar ANGiotensine 2. De eigenschappen van ANG-2 is : - Retentie van Na + - Retentie van H 2O - Verhoogde bloeddruk (vasoconstrictie) - Drinken - Zout honger (Na + ) Een te hoge uitscheiding van Renine kan tegengegaan worden door de ACE blokker, captopril Een lesie in het MPN in patiënten veroorzaakt verlies van dorst gevoel (adipsia) Regulatie van voedselopname Inname en voedselgebruik is goed aan elkaar gekoppeld (metabolisme). Wanneer je een lange tijd niet eet ga je over op het verbranden van ketonen (catabolisme). Door homeostase blijft je lichaam altijd constant rond een bepaald gewicht. Obese mensen hebben echter geen goede homeostase rondom hun gewicht. Mensen die op dieet zijn krijgen minder energie binnen. - Hartslag gaat ook naar beneden - Lichaamstemperatuur gaat omlaag - Rustmetabolisme wordt ook minder (normaal 60%) Energie gebruik gaat ook naar beneden dus je zal al snel niet meer afvallen, omdat je ook minder energie verbruikt dan normaal. De energie balans is dus ook onder homeostatische controle. Voor deze homeostase is er een setpoint die genetisch bepaald is. VMH verzadigings centrum LHA eetcentrum Lesie in de laterale hypothalamus (LHA) geen eetdrang meer verhongeren en aphagia. Lesie in de VMH wel eetdrang, maar geen verzadigings gevoel obesitas en hyperphagia

38 Information on the energic state Wanneer je maag aangeeft dat hij vol zit, stop je met eten. Dit wordt gedaan door het verzadigings signaal CCK (Cholecystokinine) Short term regulation of bodyweight CCK: - Stimuleert secretie van de exocrine en andocrine pancreas. - Stimuleert pepsinogen secretie - Inhibeert HCl-secretie - Verzorgt de contractie van de galblaas. - Pancreatrofe effecten - Verzadigingseffect - Inhibeert het leeghalen van de maag. Continue registratie van de voedselinname CCK heeft geen effect op het lichaamsgewicht, alleen op het verzadigingsgevoel. Het NTS krijgt de informatie via de nervus vagus dat maag uitgerekt wordt. Hierdoor geeft het NTS een signaal dat CCK kan worden uitgescheden. Je bent er dus zelf bewust van dat je vol zit. de Ghreline daarentegen zorgt er juist voor dat je een hongergevoel krijgt. Het wordt uitgestoten in verschillende delen van het lichaam waaronder in de maag. - Rewardsysteem (mesolimbisch systeem) - Zorgt voor appetite Een maagverkleining is succesvol zodat je minder Ghreline kan aanmaken Stuk weefsel weg van waar ghreline gemaakt wordt. Ook Insuline heeft een sterke verzadigde werking. Dit effect wordt afgeremd wanneer je obese bent, of Diabetes type 2. Long term regulation of body weight Een factor genaamd Leptine geeft een signaal door naar het CNS om voedselinname te verminderen. Parabiotische Ratten Voor deze experimenten moeten de ratten op elkaar lijken. De beide darmstellen en bloedregulaties worden samengevoegd van de ratten (zie plaatje) Als de ene rat een lesie heeft in bijv. het VMH zal deze rat niet verzadigd kunnen zijn. Hij raakt obese, maar zal nog wel leptine uitscheiden, waardoor de andere rat niet meer eet. De obese rat zorgt dus voor signalen waardoor de andere rat niet meer wil eten, aangezien deze nog wel reageert op deze signalen en de obese rat niet.

39 Leptine Leptine is een stofje dat uitgescheden wordt wanneer het organisme te veel vet opslaat. Wanneer je aan obesitas lijdt gaat er iets kapot in het lichaam waardoor je niet meer goed kan reageren op de hoge concentraties Leptine. Voor leptine heb je bepaalde receptoren, een oorzaak is dat er mutaties in deze receptoren kunnen komen waardoor obese ratten niet meer op leptine kunnen reageren. Wanner je deze ratten weer in parabiose doet, bv: - Obese ob/ob muis - De obese muis kan geen leptine produceren, maar de ob muis wel. - Aan het eind van de rit zie je dat de obese muis steeds magerder wordt, en uiteindelijk zijn beide muizen even zwaar. - Dit komt doordat de obese muis reageert op de leptine van de gewone ob muis. Zuckerrat Bij de zuckerrat is er een mutatie in het leptine waardoor ze er ongevoelig voor zijn. POMC Mutaties in het humane POMC gen met recessief erfelijkheidsgraad resulteert in: - rood haar, en verzwakte pigmentatie. - Hyperphagia - Obesitas Mutaties in het gen POMC bij muizen resulteert in: - Obesitas - Verzwakte pigmentatie Dus zowel bij mens als bij muis is er sprake van verzwakte pigmentatie. Melanocortine systeem α-melanocyt + stimulerend hormoon zorgt voor pigmentvorming MC-4 is de locus wat je moet targetten om obesitas te induceren. Ook pigment vorming raakt verstoord door mutatie in de MC-4 locus. Wanneer je MC-4 blokkeert blokkeer je gelijk het effect van leptine. POMC gaat omhoog in expressie door leptine. (blokkade bijv. door SHU9119) Wanneer je gewicht verliest, gaat het Leptine gehalte dalen. Hierdoor gaat Neuropeptide Y omlaag en zal er meer voedsel inname komen. Wanneer je gewicht aankomt, zal het leptine gehalte stijgen en zal er meer expressie van het POMC gen zijn. Hierdoor geeft het MC-4 het verzadigings gevoel induceren en zal er niet meer gegeten worden. Leptine en CCK versterken elkaar voor een verzadigd effect.

40 College van Dijk 21 november 2013 Eric Sietsema Hoofdstuk 17 Sex and the Brain Sexueel gedrag is noodzakelijk voor reproductie, nodig voor het in stand houden van de soort. Geslachtshormonen Androgenen en oestrogenen - Gemaakt uit cholesterol - In beide sexen aanwezig, alleen wel een concentratie verschil - Lipofiel, ze kunnen door lipide membranen heen gaan. - Regulatie van geslachtskenmerken - Androgenen mannelijk - Oestrogenen vrouwelijk Primaire geslachtskenmerken: - Gonades - Interne seks organen - Externe geintaliën Aanwezig bij de geboorte Seks-determining region of the Y Chromosome (SRY-gene): Testis determining factor (TDF) Zonder TDF wordt je een vrouw. Testis gaan testosteron produceren wat zorgt voor maculinisatie Secundaire geslachtskenmerken Gonadotropic hormones GnRH Bij mannen FSH en LH stimuleren de testis om sperma te produceren en testosteron. -verdere kenmerken baardgroei, okselhaar, stemverlaging, spiervorming enz.. Bij vrouwen Ovaries gaan estradiol produceren menstruatie cyclus, groei borsten FSH en LH spelen grote rol bij menstruatiecyclus Seizoensinvloeden Daglicht (via retina) verminderd melatonine afgifte in de epifyse. Sommige soorten zijn afhankelijk van seizoensinvloeden - Herten voor bronst, bereidheid tot paring, licht effect op de geilheid.

41 Menstruatie cyclus Oestradiol zorgt ervoor dat de uterus wand dikker wordt gemaakt en verder faciliteert Oestradiol de afgifte van LH. FSH stimuleert de groei van het Follikel en als FSH piekt samen met LH zal de ovulatie plaatsvinden. Als ovulatie heeft plaatsgevonden blijft een leeg follikel over, dit is het corpus luteum. Progesteron wordt geproduceerd door het corpus luteum Progesteron is een hormoon geproduceerd door de ovaria dat de baarmoeder wand in stand houdt tijden de menstruatie fases en tijdens zwangerschap. Steroïde effecten op neuronen Uitvoer van neuronen kan via indirecte en directe effecten beïnvloed worden. Directe effecten oestradiol - Makkelijkere membraan afgifte. - Neurotransmitter sensitiviteit - Neurotransmitter release Indirecte effecten oestradiol - Diffuseren naar de nucleus - Promote of inhibeert transcriptie In de hippocampus worden neuronen versterkt door oestradiol. Mogelijke rol hiervan: Receptief vrouwtje (met hoge oestrogeenspiegels) moet mannetje zien te vinden Sexueel gedrag hormonaal Oestrogeen piekt 40h eerder voordat progesteron piekt. Progesteron receptoren komen tot expressie in het Mediale Preoptisch gebied. Progesteron receptoren zijn belangrijk voor sexueel gedrag.

42 Oestrogeen zorgt ervoor dat progesteron receptoren maximaal tot expressie worden gebracht. Lordosis gedrag: Een spinale reflex van vrouwelijke ratten, die dan met hun kont omhoog gaan staan en hun genitaliën laten zien aan de man (door Progesteron). Oestrogeen heet een priming effect op Progesteron cras zorgt voor het sexueel gedrag Vomeronasaal orgaan (VNO) Het VNO is erg gevoelig voor feromonen. Feromonen zijn vluchtige chemische substanties afkomstig uit het lichaam. Het heeft een directe toegang tot het mesolimbische systeem.(sexueel gedrag, agressie) Het kapot maken van het vomeronasale systeem voorkomt de stijging in testosteron productie bij een mannelijke rat in het bijzijn van een vrouwelijke rat. Mannelijke hormonale controle van sexueel gedrag. - Refractoire periode o Na het klaarkomen kan een mannelijke rat niet nogmaals ejaculeren, dat heeft enige tijd nodig. - Coolidge effect o Een mannelijke rat kan wel weer klaarkomen gelijk als er een andere vrouw bij komt, dat komt door de nieuwe feromonen. Melkreflex De daling van progesteron is een trigger voor het maken van prolactine aanmaak van melk. Als vrouwen al een baby horen huilen druppelt er al melk uit de borsten, dit heet de melkreflex. Prolactine in combinatie met progesteron zorgt voor nestbouwgedrag. Oestradiol zorgt voor ouderlijk gedrag tegen kleintjes. Ratten kunnen door al deze hoeveelheid kinderen, en de hormonen veel stress ondergaan, waardoor ze oververhit raken en uiteindelijk dood kunnen gaan.

43 Mammalian mating strategies Er zijn 2 soorten ratten bij dit experiment, de mountain vole en de Prairie Vole M. Vole - asociaal - promisch overspelig, geen gebonden gevoelens P. Vole - Sociaal - Monogaam - voelt zich snel gebonden (pair-bonding) Mating verhoogt het vasopressine gehalte bij mannen, en het oxytocine gehalte bij vrouwen Dit zorgt voor pair bonding en zorg gevoel bij het nageslacht voor een P. Vole. De Mountain Vole heeft dit echter niet, maar als we vasopressine tot over expressie brengen in de Mountain Vole, krijgt hij het gedrag van een Prairie Vole. Gender verschillen in het mediale preoptische gebied Y-chromosoom, SRY gen (TDF) Testosteron productie Dit stimuleert het systeem van Wolff om te ontwikkelen tot mannelijk reproductief systeem, maar ook tot sexueel dimorphe nucleus!! Het preoptische gebied is bij mannen ook veel groter door het SRY gen. Organizationele effecten worden altijd gemedieerd door oestradiol, dit omdat Testosteron in het cytoplasma geconverteerd wordt naar E2 door aromatase. Dit aromatase wordt in het OC gemaakt. De interactie van oestrogeen met neuronale groeifactoren (neurotrophins) tijdens foetale ontwikkeling Beïnvloeding van neuronale circuits betrokken bij cognitieve processen. Kan aanleiding geven tot: - Leerachterstand - Autisme - Vertraagde spraakontwikkeling - Schizofrenie - Neurodegeneratie Sexuele orientatie Het INAH : interstitial nuclei of the anterior Hypothalamus SDN: Sexual dimorphic nucleus. - INAH-3 o Twee keer zo groot bij mannen: sexueel dimorfisme - INAH-3 in homoseksuele mannen zijn vergelijkbaar als die van vrouwen o Homoseksuelen hebben een kleinere SDN dan hetero mannen.

44 Modulatie van voedselinname door gonadale hormonen Testosteron stimuleert voedselinname Oestrogeen inhibeert voedselonname Geslachtsrijp - Vrouwen met veel lichaamsvet kunnen goed zorg leveren voor het nageslacht. - Leptine zorgt voor een snellere geslachtsrijping - Afvallen heeft geen effect op de aanmaak van sperma, leptine wel. Neuropeptide Y zorgt voor meer voedselinname maar hiermee inhibeert het de GnRH. GnRH zorgt ervoor dat je sneller geslachtsrijp wordt. Als leptine ingespoten wordt zal een rat meer willen reproduceren als wanneer er NPY wordt ingespoten. Maar voor de ejaculatie maakt het niet uit dat er een fles drinken aanwezig is tijdens de proef met de fles. Een verhoging van Neuropeptide Y zorgt ervoor dat er meer drang is om te drinken omdat het geen reserves meer heeft.

45 College van der zee 26 november 2013 Eric Sietsema Hoofdstuk 14 Motor cortex en Cerebellum Fasen van een complexe willekeurige beweging: 1 Planning (area 5,7, associatie area) 2 Voorbereiding (area 6,8, premotorcortex) 3 Uitvoering (area 4, primaire motor cortex) Een tic is niet goed te onderdrukken aangezien het geen willekeurige beweging is. Dystonie Een verstoring van de spierspanning onvwillekeurige bewegingen. Dystonie is te behandelen als de spieren makkelijk bereikbaar zijn. bijv. Botox breekt v-snares en t-snares af. Waarom intramusculaire injectie met botuline toxine slechts tijdelijk werkt (2-4 maanden). Werkt slechts tijdelijk, want eerst wordt de afgifte van neurotransmitter afgeremd. De neuronale synaps past zich op den duur aan waardoor er nieuwe zenuwuiteinden ontstaan. Hierdoor heeft Botox op den duur geen effect meer. Voor dystonie is een nieuwe methode ontwikkelt deep brain stimulation in de globulus pallidus (basale ganglia) Neuronen in de verebrale schors van Ramon y cajal. De grote pyramidale neuronen zijn de uitvoerneuronen voor de motorische commando s gelegen in laag 5 van de motorcortex.

46 Voor de Uitvoering van bewegings patronen beschikken we over: 1 laterale afdalende banen, voor distale perifere spiergroepen. (laterale kant van het ruggenmerg) 2 Ventromediale afdalende banen voor de spieren van de lichaamsas. Hier een overzicht van de laterale Cortico-spinale banen (pyramidale baan) en de afdalende banen van de nucleus ruber (rode kern) naar het ruggenmerg. De laterale afdalende motorische banen innerveren de laterale motorneuronen van de spieren en de ledematen. De rode kern ontvangt correctiecommando s uit het cerebellum. De rode kern tract is vooral voor de fijne bewegingen De ventromediale afdalende banen ontstaan niet uit de motorcortex maar in de hersenstam. Ze dalen af naar het ruggenmerg, waar ze spieren innerveren voor evenwicht en oriëntatie (spieren van de lichaamsas). Het vestibulair orgaan betreft informatie voor het evenwicht.

47 Premotorische cortex Motorische programma s worden georganiseerd dor de hogere premotorische centra en zijn onafhankelijk van het uitvoerend orgaan. Als er beschadiging is in de premotorische cortex, duurt het langer om te beslissen wat er gedaan moet worden. De voorbereiding op een beweging is er niet meer. Voor een complexe beweging zal de premotor cortex eerst plannen : Hoe ga ik die beweging uitvoeren? De doorbloedingen in de hersenen gaat alleen daarheen waar het nodig is, dus niet het hele brein wordt doorbloed! Na beschadiging in de supplementaire motorische cortex kan er maar 1 beweging gedaan worden en niet meer 2 tegelijk. Het Cerebellum Het cerebellum bepaald/controleert de motoriek, maar ook: - Wat is de consequentie van een beweging? Het bestaat uit 1 Laterale lob cerebro-cerebellum zorgt voor het afstemmen van de motoriek. 2 Intermediaire lob spino-cerebellum soort voor beweging signalen. 3 Flocculus-nodulus vestibulo-cerebellum zorgt voor het evenwicht en het aansturen van lichaamsas spieren. 1) Cerebro-Cerebelum Input van association cortex en limbische cortex Output via de Thalamus terug naar de premotorcortex Cotroleert planning en beweging sequenties 2) Spino-cerebellum Input van spieren en joints vanaf de spinal cord. Outpur naar de rode kern an naar de motor cortex Controleert het uitvoeren van bewegingen. 3) Vestibulo-Cerebellum Input van het vestibulaire orgaan Output via de vestabulaire kern naar de axiale motorneuronen Controleert de lichaams balans en oog reflexen. Principe bouw van het cerebellum Purkinje cellen zijn de grootste cellen en verzorgen input van informatie via mosvezels en in mindere mate via climbingvezels. De P-neuronen integreren sensorische informatie en geven een correctiesignaal af aan de diepe cerebellaire kernen. Dit is voor het belang van motoriek en cognitieve correctie.