Hersenen en gedrag
Deel 1: Cellen en informatieoverdracht
College 1 – 31 oktober 2022
Kalat 1.1 The cells of the nervous system
NEURONEN EN GLIACELLEN
- Neuronen: informatie ontvangen en doorsturen naar andere
cellen, zenuwcellen
- Gliacellen: steuncellen, bevatten de helft van het hersenvolume
en beinvloeden de communicatie/informatieverwerking.
Structuren van een cel:
- Plasma membraan: oppervlakte van een cel
- Kern: bevat chromosomen
- Mitochondriën: voorziet van energie
- Ribosomen: maken nieuwe eiwitten en moleculen
- Endoplasmatisch reticulum: vervoert gemaakte eiwitten
Structuur van een neuron:
- Soma (cell body)
- Dendrieten
- Axon
- Presynaptische terminals
Motor neuron: ontvangt excitatie via zijn dendrieten en geleidt impulsen langs zijn axon naar een
spier.
Sensorisch neuron: gevoelig voor stimulatie (licht, geluid, aanraking, etc.). Vervoerd informatie van
de huid naar de ruggengraat (spinal cord).
Dendrieten: Vertakkingen die aan het uiteinde smaller worden. Het dendrietoppervlak is bekleed
met gespecialiseerde synaptische receptoren, waarop dendrieten informatie van andere neuronen
ontvangen. Hoe groter het oppervlakte, hoe meer informatie de dendriet ontvangt. Dendrytic spines
vergroten het oppervlakte. Het cellichaam/soma bevat de kern, ribosomen en mitochondria. De
informatie die binnenkomt via de dendrieten gaat via het soma naar het axon.
Axon: een neuron heeft 1 axon en brengt een impuls over naar andere neuronen, een orgaan of een
spier. Axonen zijn vaak bedenkt met myeline, met daarin onderbrekingen (knopen van Ranvier). Elk
neuron heeft meerdere dendrieten, maar één axon (die wel vertakt is). Het einde van de vertakking is
verdikt: presynaptische terminal (end bulb/bouton). Het axon laat hier chemicaliën los, in de
verbinding tussen zijn neuron en een andere cel. En geeft daarmee informatie af aan een volgende
cel.
Soorten axonen:
- Afferent axon: brengt sensorische informatie van receptoren naar het centraal zenuwstelsel
(sensorische neuronen), voert informatie aan (zintuigen naar hersenen)
- Efferent axon: brengt motorische informatie van het brein naar het perifere zenuwstelsel
(motorneuronen), voert informatie af (hersenen naar spieren).
- Efferent afferent
- Intrinsiek neuron: schakelcel, interneuron. Zenuwcel die aan beide einden verbonden is met
andere zenuwcellen. De dendrieten en axon liggen in dezelfde hersenstructuur.
1
,Gliacellen (ook hersenvloeistof maken):
- Astrocyten: stervormig.
o Functie:
Beschermen neuronen tegen chemicaliën.
Zorgt ervoor dat axonen hun berichten in golven kunnen versturen, ze zijn
dus belangrijk voor het genereren van ritmes.
Verwijden bloedvaten om meer voedingsstoffen naar hersengebieden met
verhoogde activiteit te brengen.
Aan/afvoer van stoffen (voeding/herstel)
- Microglia:
o Functie:
Onderdeel immuunsysteem (verwijderen virussen en schimmels uit de
hersenen.
Verwijderen dode of beschadigde neuronen.
Zwakke synapsen verwijderen, leerproces versterken.
- Oligodendrocyten (in hersenen en ruggenmerg) en Schwann cellen (in lichaamsperiferie):
o Functie:
Vormen de myeline schede (witte stof) die axonen omringen en isoleren.
Voorzien een axon van voedingsstoffen.
- Radial glia:
o Functie:
Begeleiden migratie van neuronen en axonen en dendrieten tijdens
embryonale ontwikkeling (wanneer dit voltooid is differentiëren ze tot
neuronen, astrocyten en oligodendrocyten).
- Ependymal cells
o Functie:
Produceren hersenvloeistof
DE BLOED-HERSENBARRIÈRE
Hersenen worden beschermd door bot, een laagje vloeistof en de BBB. De bloed-hersenbarrière
(BBB) bestaat uit een onafgebroken muur van cellen (astrocyten) dat de bloedvaten in de hersenen
en ruggenmerg omgeven en voorkomt dat chemicaliën van het bloed het brein in kunnen. Dit, omdat
de hersenen beschadigde neuronen niet vervangen.
Ongeladen stoffen als zuurstof en koolstofdioxide en in vet oplosbare stoffen kunnen de BBB vrij
passeren. Om chemicaliën, als brandstof en aminozuren binnen te laten hebben de hersenen
speciale mechanismen. Water passeert de BBB door speciale eiwitkanalen in de muur van de
endotheelcellen. Voor de andere chemicaliën wordt gebruikt gemaakt van actief transport. Actief
transport is een door eiwitten gemedieerd proces, dat energie gebruikt om chemicaliën uit het bloed
in de hersenen te pompen. Hierbij gaat het om glucose, aminozuren, ijzer en sommige vitaminen.
Wanneer de BBB stuk gaat kun je een hersenontsteking krijgen.
VOEDING VAN VERTEBRATE NEURONS
De hoofdvoedingsstof voor neuronen is glucose. Het metabolizeren van glucose vereist zuurstof,
neuronen hebben daarom dus ook veel zuurstof nodig. Glucose gaat in grote hoeveelheden de BBB
over d.m.v. actief transport. Om glucose te gebruiken heeft het lichaam vitamine B (thiamine) nodig.
Een langdurig tekort aan thiamine zorgt ervoor dat neuronen afsterven (Korsakoff).
2
,College 2 – 4 november 2022
Neuron onderscheiden van lichaamscel: axon en dendriet.
Prikkeloverdracht in cellen: elektrische prikkels. Rustpotentiaal, actiepotentiaal en gradueel
potentiaal zijn elektrische prikkels in de cel.
Kalat 1.2 The Nerve Impulse
RUSTPOTENTIAAL VAN EEN NEURON
Tijdens rust behoudt het membraan wat om neuronen zit een elektrische gradiënt: polarisatie.
Polarisatie is een verschil in elektrische lading tussen de binnen en buitenkant van de cel. De
elektrische potentiaal in het membraan is licht negatief aan de binnenkant ten opzichte van de
buitenkant: rustpotentiaal (dia x ladingsverschil). Dit ladingsverschil wordt actief in stand gehouden
door het celmembraan (kost dus energie). Verstoringen in het rustpotentiaal zorgt ervoor dat een
boodschap verstuurd kan worden. Het rustpotentieel zorgt ervoor dat een neuron (axon) snel kan
reageren. Timing van prikkeloverdracht is belangrijk voor het functioneren.
HET ACTIEPOTENTIEEL
Actiepotentiaal: berichten verstuurd door axonen. In rust is een axon negatief geladen. Het
toedienen van negatieve lading zorgt voor hyperpolarisatie (toegenomen polarisatie), de lading trekt
uiteindelijk weer terug naar zijn oorspronkelijke level wanneer stimulatie stopt. Bij depolarisatie
wordt het membraanpotentiaal meer positief/minder negatief. Ook hierbij gaat de lading naar zijn
oorspronkelijke leven wanneer stimulatie stopt. Bij het toedienen van een stroom aan stimulatie kan
de drempelwaarde bereikt worden, het membraan opent en de natriumkanalen laten natrium naar
binnen stromen, hierbij wordt de lading van de cel positief er is een actiepotentiaal ontstaan.
Elke depolarisatie die de drempelwaarde bereikt zorgt voor een actiepotentiaal. Voor een bepaald
neuron zijn alle actiepotentialen ongeveer gelijk in amplitude (intensiteit) en snelheid. De intensiteit
van een prikkel kan er niet voor zorgen dat een neuron een grotere of kleinere actiepotentiaal
produceert. Dit wordt ook wel het alles-of-niets-wet genoemd. De actiepotentiaal is niet
proportioneel aan de prikkel. Dikkere axonen brengen actiepotentialen wel sneller over. De
frequentie van actiepotentialen is hoger bij een hogere temperatuur.
Dus:
- Het membraan van het axon bereikt de drempelwaarde voor excitatie. Natrium en kalium
kanalen openen.
- Het openen van het kaliumkanaal zorgt voor een klein effect.
- Openen van het natrium kanaal zorgt voor de instroom van natrium ionen.
- De positieve lading die ontstaat in het axon zorgt voor het openen van voltage-gestuurde
natrium kanalen op een naastgelegen punt.
- Op de piek van het actiepotentiaal sluit het natrium kanaal.
- Doordat de voltage-gestuurde kaliumkanalen nog open zijn, kan kalium uit het axon stromen,
waardoor het membraan naar zijn originele level/depolarisatie gaat.
- Na een paar seconde sluiten ook de kaliumkanalen.
PROPAGATIE VAN DE ACTIEPOTENTIAAL
De plek op het axon waar de natrium-ionen binnen stromen is tijdelijk positief geladen, in
vergelijking met aangrenzende gebieden langs het axon. Deze positieve ladingen depolariseren het
naastgelegen gebied, waardoor ook daar de drempelwaarde bereikt wordt en het actiepotentiaal
verder verspreid wordt.
3
, Een actiepotentiaal plant zich in het begin terug in de dendrieten en het cellichaam; back-
propagatie. Dit zorgt ervoor dat een dendriet meer vatbaar wordt voor structurele veranderingen die
nodig zijn voor leren.
Stappen die ervoor zorgen dat de actiepotentiaal zich maar een kant op verplaatst:
1. De drempelwaarde aan het begin van de axon wordt bereikt
2. Poortjes in het membraan openen
3. Positief geladen deeltjes stromen de cel in
4. De poortjes gaan weer dicht en beginnen aan hun herstelperiode
5. De positieve deeltjes die in de cel zijn ingestroomd verspreiden zich
6. Poortjes gaan open aan de voorkant van de actiepotentiaal maar niet waar de actiepotentiaal
net is geweest
DE MYELINESCHEDE EN SALTATORISCHE GELEIDING
Myelineschedes rond het axon zorgen ervoor dat een actiepotentiaal sneller verspreid kunnen
worden. De knopen tussen de myelineschedes zijn knopen van Ranvier. Het actiepotentiaal springt
van knoop naar knoop: saltatorische geleiding. Dit proces scheelt energie, omdat er minder voltage-
gestuurde kanalen open gezet hoeven te worden, deze kanalen bevinden zich alleen op de knopen.
Side-info: bij multiple sclerosis raakt de myelineschede beschadigd, waardoor
actiepotentialen niet verspreid kunnen worden.
DE REFRACTAIRE PERIODE
Tijdens de refractaire periode kan een membraan geen nieuwe actiepotentiaal produceren, de
natrium kanalen zijn gesloten en kalium stroomt uit de cel.
- Tijdens de eerste fase hiervan, de absolute refractaire periode, kan het membraan geen
nieuw actiepotentiaal produceren, ongeacht stimulatie.
- Tijdens de tweede fase, de relatieve refractaire periode, is een sterkere stimulus dan
gebruikelijk nodig om een actiepotentiaal te initiëren.
LOKALE NEURONEN
Neuronen zonder axonen wisselen alleen informatie uit met naastgelegen cellen en worden lokale
neuronen genoemd. Omdat zij geen axon hebben is de alles-of-niets wet niet van toepassing, maar
communiceren zij via een gegradeerd potentiaal: een membraanpotentiaal dat varieert in grootte in
verhouding tot de intensiteit van de stimulus. Verandering in de membraanpotentiaal wordt naar
aangrenzende cellen geleidt.
Kalat 2.1 The concept of the synapse
Synaps: ruimte tussen neuronen.
Reflex: automatische musculaire respons op een stimulus.
Reflexboog: het circuit van sensorische neuron tot musculair respons.
De snelheid van geleiding (elektrisch signaal) ligt hoger in een axon (40 m/s), dan door een
reflexboog (chemisch signaal) (15 m/s of langzamer). De vertraging ontstaat waarschijnlijk in de
synaps.
Presynaptisch neuron: geeft transmitters af
Postsynaptisch neuron: neemt transmitters op
Graduele signalen:
- In dendrieten en soma
- Excitatie (EPSP) of inhibitie (IPSPS)
4
