Samenvatting brioneuropsychologie ‘Biological psychology’ Kalat et. al 2013 International edition
+hoorcolleges
Hoofdstuk 2: Neurons and Action Potentials
The cells of the Nervous System
(Cajal)
De hersenen en het ruggenmerg zijn na ongeveer 2 maanden in de zwangerschap al volledig aangelegd.
De rest van de tijd rijpen/matureren ze en verdubbelen ze ongeveer 3-4 keer in gewicht tot aan de
volwassenheid (vooral door vetter te worden, want de celdeling stopt na de geboorte). Een volwassen
brein weegt 1350 gram en bestaat uit vet, eiwit en water. Ze zijn elektrisch geladen, en dus prikkelbaar.
Om de hersenen elektrisch geladen te houden is er energie nodig. De hersenen consumeren vooral
zuurstof en glucose en die wordt toegevoerd door bloedvaten.
Het zenuwstelsel bestaat uit neuronen die informatie krijgen en doorsturen naar andere cellen.
Iedereen heeft er zo’n 100 biljoen. Er zitten er ongeveer 1 biljoen in de ruggengraat, 70 biljoen in het
cerebellum en 12-15 biljoen in de cerebrale cortex. Sommige neuronen zijn 1 mm lang, anderen 1,40 m.
Er wordt wel eens gesproken van double brain, omdat er naast de neuronen ook een (neuro)glia brein
bestaat. Deze bestaat uit allerlei ondersteunende cellen die het neuronenbrein helpen.
De opbouw van een neuron lijkt erg op die van andere lichaamscellen. Het heeft een
(plasma)membraam aan het oppervlak dat de binnenkant van de cel beschermt. Het membraam
bestaat uit twee vetlagen die langs elkaar bewegen. Alleen specifieke proteïnen kunnen door het
membraam heen. Net zoals elke andere cel (behalve de rode bloedcellen van zoogdieren) heeft een
neuron een nucleus, de structuur die de chromosomen bevat. De mitochondrion zorgt ervoor dat de cel
de energie krijgt die het nodig heeft om acties te doen. Ribosomen zijn de plekken in de cel waar
nieuwe proteïne moleculen worden gemaakt. Sommige zweven door de cel heen, anderen zitten vast
aan endoplasmatisch reticulum, een netwerk van dunnen buisjes waardoor de proteïnen direct
vervoerd kunnen worden. Op andere gebieden verschillen neuronen van andere lichaamscellen.
Neuronen hebben erg lange uitschieters, bijvoorbeeld.
Een motorneuron heeft een cellichaam in het ruggenmerg. Het krijgt prikkels van andere neuronen en
vervoerd zelf impulsen naar een spier. Een sensorische neuron is sterk gespecialiseerd in de
gevoeligheid voor een specifieke stimulatie en stuurt de prikkels door naar het ruggenmerg. Neuronen
hebben dus een cellichaam (soma) waar de nucleus, ribosomen en mitochondria zitten. Neuronen
ontvangen informatie via dendrieten, lange uitschieters die richting het eind steeds kleiner worden. Hoe
groter het oppervlak, hoe meer informatie de dendriet kan ontvangen. De dendrieten hebben speciale
synaptische receptoren zodat ze de informatie kunnen ontvangen. Veel dendrieten hebben dendritic
spines (dentritische ruggenmergen) zodat ze een groter oppervlak omvatten. Aan een kant heeft een
neuron een axon. Deze is vaak langer dan de dendrieten en blijft even dik, ook naar het einde toe. De
axon verstuurt informatie naar een andere neuron of een spier/orgaan. Veel axonen zijn omhult met
een myelineschede dat de axon isoleert en de communicatie sneller doet verlopen. Aan het eind vertakt
de axon en heeft elk uiteinde een presynaptic terminal waardoor de chemicaliën naar de andere neuron
komen. Neuronen kunnen meerdere dendrieten hebben, maar hebben maar 1 axon. De lengte hiervan
kan wel verschillen. De allerkleinste neuronen in het lichaam hebben geen axonen en soms ook geen
goed ontwikkelde dendrieten. Neuronen die niet in de ruggenmerg liggen hebben geen myelineschede.
,Afferente axonen brengen informatie bij een structuur naar binnen (alle sensorische neuronen).
Efferente axonen vervoeren informatie weg uit de structuur (alle motorneuronen). Binnen het
zenuwstelsel is er altijd een neuron die afferent is en een neuron die efferent is binnen dezelfde
structuur. Een intrinsieke neuron heeft de dendrieten en de axon allemaal binnen dezelfde structuur.
Neuroglia zijn kleiner dan neuronen, maar er zijn er meer van. Ze vervoeren geen informatie, maar
hebben veel andere functies. Er zijn veel verschillende soorten glia. De astroglia (stervormige glia) houdt
met de uitlopers de presynaptische terminals van een structuur bij elkaar. Het helpt de structuur geolied
samen te werken, ruimt rommel van overleden neuronen op en beheerst de bloedtoevoer naar elk
gebied in de hersenen. Ook kunnen ze in gevallen van veel activiteit de bloedvaten vergroten zodat er
meer voedingsstoffen op de juiste plek komen. Astroglia zijn erg plastisch en kunnen groeien en delen
wanneer dat nodig is. Wanneer een astroglia erg groot en uitgebreid is wordt het ook wel een
vlinderglia genoemd. Wanneer deze kwaadaardig is, is het een glioblastoom, wat bijvoorbeeld epilepsie
kan veroorzaken.
Microglia zijn kleine gliacellen die rommel en virussen, bacteriën en andere micro-organismen
opruimen. Een oligodendroglia heeft weinig uitschieters en helpt bij het proces van myelinesering in de
hersenen. Schwann cells doen ditzelfde in de rest van het lichaam. Myelinesering gaat door tot
ongeveer 26-30 jaar. Alcohol verslechtert dit proces erg. Radiale glia helpen bij de migratie van
neuronen tijdens de embryologische periode. Wanneer dit proces voorbij is, veranderen ze in neuronen
of andere gliacellen.
De blood-brain barrier zorgt ervoor dat bacteriën en andere chemicaliën niet zo makkelijk je hersenen
inkomen. De endotheliale cellen die de wanden van een bloedvat creëren, hebben in de rest van het
lichaam wat ruimte tussen elkaar zitten. In de hersenen zitten deze cellen dicht tegen elkaar aan. Echter
zijn er ook goede chemicaliën die de hersenen wel moeten bereiken. Deze moeten een speciaal
aangepast plan volgen om door de barrière heen te komen. Een paar zijn zo klein dat ze er makkelijk
door kunnen, andere lossen zich op in het membraam en komen zo in de hersenen. Maar een grote
groep, waaronder glucose, moet actief getransporteerd worden met behulp van proteïnen.
De hersenen zelf hebben geen gevoel, maar wel het hersenvlies dat er omheen zit, de dura mater.
Meningitis is een hersenvliesontsteking, encephalitis is een hersenontsteking. Dit laatste komt
tegenwoordig zelden nog voor in het Westen. Ook kan er een cerebro vasculair accident voorkomen,
een bloeding in de hersenen. Bij jonge mensen is dit vaak en bloedvat dat knapt, bij ouderen vaak een
bloedpropje dat vast komt te zitten (een ischemisch infarkt). Hoe dichter dit propje bij de hersenstam
zit, hoe gevaarlijker het is. Wanneer zo’n propje richting het eind van een bloedvat vast komt te zitten,
kan een deel van de hersenen afsterven en dus inactief worden. Specifieke functies uit dat gebied
kunnen dan wegvallen.
The Nerve Impulse
Berichten die neuronen sturen komen voort uit een onderbreking van een rustpotentiaal. Er is altijd
sprake van een elektrisch gradiënt ofwel polarisatie, de binnenkant en de buitenkant van het
membraam zijn anders geladen. Om deze geladenheid zo te houden is er energie nodig. Een neuron is
meestal geladen met –70 milivolt. Deze toestand is het rustpotentiaal. Het membraam is selectief
doordringbaar zodat de nodige stoffen naar binnen kunnen, maar geen stoffen die bijvoorbeeld de
geladenheid kunnen aantasten. Sodium wordt vooral naar buiten het membraam gebracht en potassium
vooral naar binnen, door middel van de sodium-potassium pomp. Dit heet het concentratie gradiënt.
, Berichten die door neuronen worden gestuurd zijn actiepotentialen. Het plaatje hieronder beschrijft het
proces van het actiepotentiaal.
Wanneer zich een stimulus presenteert openen de natrium kanalen in het membraam waardoor er
depolarisatie plaatsvindt (de binnen kant wordt positiever ten opzichte van de buitenkant). Wanneer
het de drempelwaarde (‘firing level’) overschrijd vindt er daadwerkelijk actiepotentiaal plaats. Bij de
piek openen de potassium kanalen zich en sluiten de natrium kanalen. De binnenkant wordt dan weer
negatiever en repolarisatie vindt plaats. Het sluiten van de potassium kanalen duurt altijd wat lang en
daarom komt ook vaak hyperpolarisatie voor, de binnenkant wordt te negatief. Dit herstelt zichzelf
echter nadat de kanalen zijn gesloten. De periode van hyperpolarisatie tot het herstel naar het
rustpotentiaal heet de ‘refractorary period’ omdat het op dat moment even niet prikkelbaar is. Dit
proces begint in de axon hillock, de zwelling van de axon waar deze aangehecht zit aan het cellichaam
en herhaalt zich over de lengte van de gehele axon totdat het de synaps heeft bereikt. Dit heet de
voortplanting van het actiepotentiaal.
De communicatie volgens dit proces verloopt erg snel met 1m/s in de kleinste axonen en 10 m/s in de
grotere. Maar toch is myeline nodig om dit proces nog wat te versnellen. Bij axonen met
myelinescheden (alleen in de ruggengraat) vindt het proces van actie potentiaal alleen plaats in de
‘nodes of Ranvier’, de kleine pauzes tussen de stukken myelineschede. Omdat deze plekken dus alleen
op een paar plekken langs de axon zitten, kan het actiepotentiaal als het ware langs de axon springen en
zo is het veel sneller bij het einde. Deze voortplanting van het potentiaal heet ook wel ‘saltatory
conduction’. Multiple sclerosis is een ziekte waarbij het immuunsysteem de myeline aanvalt. Axonen die
eerst myeline hadden en daarna niet meer functioneren niet meer goed omdat ze veel sodium tekort
komen. Veel actiepotentialen sterven dus voordat ze het einde van een axon hebben gehaald en zo kan
een persoon dus steeds minder signalen tot een succes brengen.
De kleine neuronen die geen axonen hebben kunnen alleen informatie uitwisselen met hun dichte
buren, en heten daarom lokale neuronen. Omdat zij geen axonen hebben, volgen zij ook niet het alles-
of-niets principe van andere neuronen. Hun reacties zijn gradient, afhankelijk van de intensiteit van de
stimulus. Oh en trouwens, de stelling dat we maar 10% van onze hersenen gebruiken is totaal niet waar.
