NEUROFYSIOLOGIE: Deel 1: Inleiding
0. Algemene inleiding, onderzoekstechnieken
• Neurofysiologie
o = studie vd werking en functie vd neuronen (in de hersenen) (zenuwstelsel)
o = 1 vd disciplines van neurowetenschappen (= alle disciplines die structuur en functie vd
hersenen/zenuwstelsel bestuderen)
o Bespreken klein deel vd neurowetenschappen: vnl sensoriele systemen, motorische systemen ( &
enkele hogere cognitieve systemen) (geen autonoom zenuwstelsel bespreken)
o Nadruk in cursus ligt op systeem niveau: hoe neuronen door hun samenwerking gedrag
voortbrengen
• Neurofysiologie
o = studie vd werking en functie(s) van zenuwstelsel
o Centraal zenuwstelsel
▪ Hersenen (grote, kleine) , hersenstam en ruggenmerg
o Perifeer zenuwstelsel
▪ = somatisch zenuwstelsel (perifere zenuwen)
▪ 1) Sensorische neuronen: input naar CZS brengen
• Vb: tastneuronen overal op lichaam die signaal doorgeven aan hersenen
o => hebben deze voor pijn, temp, tast
▪ 2) Motorische neuronen: output van het CZS
• Output gaat naar spieren & klieren
• Vb: Beest op hand => prikkel gaat naar hand om hand weg te doen
o Autonoom zenuwstelsel = stukje vh perifeer ZS: werking organen, klieren, bloedvaten
• Sensatie & perceptie
o Hersenen produceren gedrag: alle waarnemingen, emoties, herinneringen, motoriek, dromen,
ambities, toekomstplannen => komen tot stand door de hersenen (gedrag verklaren adhv hersenen)
o We gaan systemen zien:
▪ 1) Zintuigelijke waarneming: prikkels uit de omgeving (of intern) w opvangen door
receptoren & naar hersenen gestuurd (zicht, reuk, gehoor tast)
• Vb: fotoreceptoren in ogen => actiepotentiaal => via pad naar hersenen
• => Sensatie
o = transformatie van fysische stimuli (vb geluid; oor) in elektrische
(neuronale) signalen (actiepotentialen) => naar hersenen gestuurd
o = omzetting van prikkels naar actiepotentialen via specifieke neuronen
o = passieve registratie van info door de zintuigen
▪ 2) Hersenen verwerken (een deel v) deze informatie (integratie)
• => Perceptie
o = het resultaat van het selecteren (interne filter: ‘aandacht’), organiseren en
interpreteren van deze informatie
o = wat hersenen met de info doen, gaat verschillend zijn = interpretatie
▪ 3) Na interpretatie => motor output gaat weg (interactie met omgeving)
o Conclusie: Zelfde soort sensorische info kan verschillend verwerkt worden in de hersenen
o Voorbeeld sens & perceptie
▪ Sensatie = wat we zien als we hier naar kijken vb bollen
▪ Perceptie = iets anders, sommige zien bollen, sommige zien vierkanten
o Voorbeeld 2 sens & perceptie
▪ Wat we denken te zien => wordt door hersenen geinterpreteerd = een illusie
▪ Pootjes tafel heeft men vb dichter bij elkaar gezet links wat illusie geeft
1
, ▪ Info komt binnen op netvlies = sensatie
▪ Wat hersenen van deze info maken = perceptie
• Hoe werken hersenen bestuderen? => Cel theorie
o = levende organismen zijn opgebouwd uit cellen (= de basiseenheid)
▪ => om werking te weten moet je werking vd cellen weten
o = van toepassing op alle organen, maar lange tijd niet duidelijk voor hersenen:
▪ Vraag: Wat is de basiseenheid vd hersenen?
▪ Antwoord: Doorlopend net van hersencellen (= reticulum = hersennetwerk) of individuele
cellen die met elkaar communiceren? (kluwe of bouwstenen?)
o 1) Nissl kleuring
▪ = Gaat genetisch materiaal kleuren (rna, dna), maar geen gans zenuwstelsel (ganse cel)!
▪ Vb: je ziet celkernen, Nissl lichamen rond kern van neuronen, ER => maar ribosomen niet
▪ Vb: Soms zie je iets in neuron, maar geen gans neuron
o 2) Golgi kleuring
▪ = Gebruikt zilvernitraat => zet zich af op cel (neerslaan) en dan kan je ganse cel zien
• Gevolg: via deze kleuring kon je in detail neuronen zien in hersenweefsel
• Uitz: kleurt maar aantal neuronen (niet alle)
▪ Conclusie: Adhv de Golgi kleuring besloot Golgi dat het een reticulum is = hersennetwerk
• Maw geen individuele cellen/neuronen!
o 3) Dan volgende waarneming met EM
▪ = Je kan postsynaps, synaps en presynaps in beeld brengen
▪ = Neuronen lopen niet door naar andere, maar stoppen vlak voor andere begint (aan synaps)
▪ Conclusie: hersenen bestaan uit individuele cellen/neuronen die met elkaar communiceren
• Maw geen reticulum!
• Hoe werking hersenen bestuderen => Neuron doctrine
o = neuronen zijn de anatomische & fysiologische basiseenheid vh zenuwstelsel
▪ => werking vd hersenen is terug te brengen tot elektrische activiteit (werking) van neuronen
o Begrijpen samenhang neuronen & gedrag ~ begrijpen van fenomenen op wereldschaal (politiek,
economisch, cultureel) obv gedrag van individuen
▪ Vb klimaatverwarming: maar 10 mensen bestuderen die niets met CO2 productie te maken
hebben => dan weet je nog niets => voor CO2 uitstoot moet je meer mensen bestuderen
▪ Vb: paar neuronen bestuderen => moeilijk om gedrag te verklaren => moet alles bestuderen
▪ => Reductionisme: kan gedrag begrepen w door uitgebreide kennis van 1 neuron?
• Vb: kleurperceptie? Depressie? Verslaving?
• => kleurperceptie adhv visueel systeem uitleggen (meer dan 1 neuron!)
▪ => Rol van andere celtypes vb Glia? Enkel ondersteunende rol?
• Gliacellen (grieks: lijm)
o Functie1: om neuronen samen te houden in hersenen (lijm)
o Functie2: ook andere functies: ondersteunende functie in hersenen
o Werking hersenen vloeit voort uit:
▪ 1) de intrinsieke eigenschappen van neuronen (moleculair, elektrisch, morfologisch)
• MAAR: Als je van elk neuron functie weet, begrijp je nog weinig omdat werking
▪ 2) DUS ook de schakelingen van neuronen met:
• 1) periferie: receptor-epithelen (voor input aan huid, netvlies,.. door te geven)
• 2) effectororganen (voor output aan CZS: spieren, klieren,… door te geven)
• 3) andere neuronen = bedrading’ tssn hersengebieden
o Bedrading bestuderen?
▪ => bij zoogdieren: bedrading is uniek voor elk individu + bedrading w niet gedicteerd door
het genoom
2
, ▪ Bv elegans: bedrading w door het genoom gedecteerd
• => connectoom in kaart gebracht = verzameling van alle verbindingen van neuronen
in de hersenen
• Conclusie: aanvankelijk uitgebreide connecties die tijdens ontwikkeling verfijnen
• Gelijkaardig bij mens: menselijk connectoom ook in kaart brengen
o 1) van gezonde personen => basistemplate voor hersenen maken bij gezonde mensen
o 2) van personen met hersenstoornissen vb ziekte van Alzheimer, schizofrenie, autisme, stoornis,
depressie, angststoornissen => hopen verschillen zien tov basistemplate
o Doel: diagnose voor allerlei hersenaandoeningen/stoornissen obv afwijkend hersennetwerk
(connectoom) => dan zou het mogelijk zijn om therapie/medicatie te gebruiken!
o Via diffusiemeting: diffusie van water in hersenen volgen via MRI
▪ Water gaat makkelijker in richting van axon bewegen (loodrecht) => zien hoe water door
hersenen beweegt => geeft idee vd zenuwbanen (3 kleurtjes)
▪ = scans van 1000den personen gezonde mensen
• Glia cellen (Glia = lijm)
o Functie: houden neuronen bij elkaar in de hersenen (lijm)
o Functie2 (!): spelen rol in werking (ondersteuning) van neuronen:
▪ 1) ENmetabolisme van neuronen = astrocyten
• = sterachtig, zitten met voetjes rond bloedvat om stoffen uit bloed op te nemen
▪ 2) Immuunrespons = microglia (macrofagen)
• = cellen die bacterien, dode cellen etc die in hersenen komen opeten
• Opm: Normaal antilichamen voor bescherming, maar deze geraken niet door
hersenbarriere => dus gliacellen als bescherming in hersenen
▪ 3) Geleiding actiepotentialen = oligodendrocyten
• = maken isolatielagen (myolineschede) rond axon en dat zorgt voor geleiding
actiepotentiaal in axon (sensorisch systeem)
• Centraal ZNS: Dikste myolineschede = snelste signaal doorsturen (in centraal)
• Perifeer ZNS: Myolineschede w hier gevormd door schwanzcellen
▪ 4) Productie hersenvocht = Ependymcellen
▪ 5) Regulatie werking synapsen = Astrocyten
• Synaps 3 delen : Presynaptisch, postsynaptisch neuron en astrocyt
• Astrocyten liggen niet enkel tegen bloedvaten maar ook tegen synaps van neuronen
• Werking: Pre synaps stelt neurotransmitter vrij => bindt op receptor op post
synaptisch neuron => membraanpotentiaal stijgt => krijgt depolarisatie =>
actiepotentiaal door post synaptisch neuron
o Rol van Gliacellen in cognitie niet (volledig) gekend
o Lange tijd gedacht dat gliacellen gaan ondersteunen => maar niet actief communiceren met elkaar
▪ MAAR communicatie gebeurt door astrocyten: via Calcium golven
▪ => Visualisatie met voltage-gevoelige kleurstoffen: optical imaging
• Lichtflitsen = calciumgolven in gliacellen (dit proces geeft energieverbruik, dus zal
functie hebben) => maar weet functie verder niet (bijdrage aan gedrag of cognitie is
niet geweten)
• Complexiteit hersenen:
o Algemeen: relatie tssn structuur en functie van hersenen veel complexer dan bij andere organen
o => 3 zaken die hersenen complex maken om te onderzoeken (3 dingen die link tssn activiteit neuron
& gedrag moeilijk maakt)
• 1) enorme structurele en functionele diversiteit: er zijn veel meer celtypes in de hersenen dan in andere
organen
• 2) er zijn veel niveaus in organisatie vd hersenen => belang van studie op meerdere organisatieniveaus
3
, o Rhesusaap model voor visueelsysteem
▪ Gekleurde gebieden = visuele gebieden
▪ Als je weet wat alle neuronen in V1 gebied doen => weet je nog weinig vh visueel systeem
want elk gebied heeft andere functie!
• Ene gebied verwerkt kleur, andere verwerkt beweging => komen hogerop samen =>
zo ga je iets zien dat beweegt, kleur heeft etc (perceptie)
▪ lever cel linkerlob en rechterlob bestuderen => functie vd cel weten hersenen
o Hierarchie in visueel systeem
▪ Connecties die men toen wist tussen de gebieden: lage orde gebieden die info hogerop
geven => zo hierarchie opstellen
▪ Opm: RGC = retinale ganglion cel
▪ Conclusie: enkel visueel systeem = al complex systeem
• 3) Algemeen thema in biologie: gen -> structuur -> functie
o niet zo in de hersenen: zoveel vormen van gedrag ku we niet terugbrengen naar specifieke genen
▪ vb fietsrijden: er is geen gen voor te leren fietsrijden
o Conclusie: oorzaak & gevolg zijn moeilijk te ontwarren in de hersenen:
▪ vb is een slecht werkend spiegelsysteem de oorzaak of een gevolg van autisme?
o Spiegelsysteem = verzameling van gebieden die we hebben die actief zijn als we zelf iets
doen/ervaren (motorisch/sensorisch) of als we dat bij iemand anders zien
▪ = We gaan ervaringen bij andere mensen spiegelen op ons eigen systeem
▪ Vb: zelf pijn hebben => pijn gebied actief => maar hebben spiegelsysteem: dus als ik pijn zie
bij iemand, zal pijngebied ook actief zijn (=basis voor empathie;inleving)
o Theorie1: Slechtwerkend spiegelsysteem = oorzaak van autisme
▪ Mensen zonder stoornis scannen => spiegelsysteem werkte goed
▪ Autisme => spiegelsysteem werkte minder goed
▪ Geval1: Medicatie dat spiegelsysteem terug kan activeren => autisme zal opgelost zijn
▪ Conclusie: Slechtwerkend spiegelsysteem = oorzaak van autisme
o Theorie2: Slecht werkend spiegelsysteem = gevolg van autisme
▪ Bepaalde hersengebieden zijn niet tot ontwikkeling zijn gekomen bij autisme
• => kans groot dat spiegelsysteem dat ook netwerk is , ook slecht ontwikkeld is
▪ Geval2: Medicatie dat spiegelsysteem terug kan activeren => gaat autisme niet oplossen
o Bepaalde cognitieve of gedragsaspecten ku zeer goed verklaard w adhv eigenschappen &
verbindingen tssn neuronen vb waarneming van beweging of kleur
▪ => maar wat is link tssn werking neuronen & iemands cognitieve capaciteiten of
karakteristieken?
▪ Vb: wat was de basis van Einstein’s intelligentie?
• => veel speculatie obv anatomisch onderzoek hersenen: grotere hersengebieden?
Grotere densiteit neuronen? Meer connecties tssn hersengebieden? Grotere ratio
gliacellen vs neuronen? Meer hersengroeven (sulci)? Meer a-typische connecties?
Combinatie van nature vs nurture?
• Conclusie: Puur obv eigenschap intelligentie, dat specifiek te weten te komen adhv
neuronen = super complex
• Verschillende niveaus organisatie zenuwstelsel
o Neuronen gaan geschakeld zijn in netwerken => deze netwerken maken mappen => alle mappen
samen maken systeem (visueel & motorisch systeem) => systemen maken samen CNS
o Afwijking op gelijk welk niveau geeft storing vh ganse systeem (afwijking op alle niveaus)
▪ => hersenaandoeningen/ziekten meestal te wijten aan veranderingen op meerdere niveaus
(complex)
o Hoe niveaus bestuderen? => adhv verschillende technieken:
4
