Cognitive neuroscience: the biology of the mind
Hoofdstuk 3. Neuroanatomy and development
Brein van Einstein is vaak onderwerp van onderzoek geweest. 2 grote verschillen tussen Einstein en controle groep:
Afwijkende anatomische organisatie van Sylvian fissura of fissura lateralis (scheiding tussen temporale,
frontale & pariëtale lobben). Vreemde samenloop van Sylvian fissure met de central sulcus.
Inferieure pariëtale lob is groter en 15% dikker.
Wil echter niet zeggen dat er sprake is van een causale relatie!!
Neuroanatomie: studie naar het zenuwstelsel. Onderzoek vindt plaats op drie gebieden of niveaus:
Gross (algemene) neuroanatomie: structuren en verbindingen die je met het blote oog kunt zien.
Fine (microscopic) neuroanatomie: richt zich op organisatie & structuur van neuronen en neuronale
verbindingen.
Functionele neuroanatomie: organisatie van cellen, circuits en systemen die een specifieke functie
ondersteunen.
Methode in neuroanatomie is o.a. ontleding. Nu kunnen hersenen met neuroimaging worden bekeken. Voorheen was
verwijderen en ontleden de enige mogelijkheid. Achtereenvolgend zijn hersenen omringt door dura mater: dikke lagen
collageen achtige vezels. Na verwijdering hiervan worden de volgende structuren gevonden (kun je zien zonder
microscoop);
De gyri (uitstekende ronde oppervlaktes), de sulci (kleine instulpingen) en fissura’s (grote instulpingen) van het
cerebrum (grote hersenen)
Hersenstam
Cerrebellaire cortex
Verder: grijze materie: is iets donkerder dan witte materie en meer doorbloed. Bevat neuronen en glia cellen. Witte
materie: heeft een melkachtige kleur. Komt door gemyliniseerde axonen. Ligt onder grijze materie.
Ontleding laat vrij gedetailleerde beschrijving van organisatie van hersenen zien. Bv in- en output van het perifere
zenuwstelsel, de route van axonen in vezelbundels, de geniculostriate route van thalamus naar visuele cortex, de
arcuate fasciculus (vezelbundel dat gebied van Broca en Wernicke verbindt)
Hersenoppervlakten;
Rostraal: aan de voorkant, frontale lobben.
Caudaal: achterkant, occipitale lobben.
Dorsaal: bovenkant.
Ventraal: onderkant.
Anterior: voorste zijde.
Posterior: achterste zijde.
Zenuwstelsel bestaat uit:
Centraal zenuwstelsel (hersenen + ruggenmerg, zie onder)
Perifere zenuwstelsel (alles daarbuiten). Bestaat uit
Somatisch zenuwstelsel. Staat wél onder invloed van jezelf.
Autonoom zenuwstelsel. Speelt o.a. rol in reflexmatige en onvrijwillige acties (bv huidgeleiding). Wordt
opgedeeld in
Sympathisch zenuwstelsel. Vooral norepinefrine. Bereidt lichaam voor op actie (fight/flight
respons).
Parasympathisch zenuwstelsel. Vooral acetylcholine. Stimuleren beide spieren & klieren.
Richt zich op ondersteuning van reguliere functies. Systemen werken antogonistisch ofwel
tegenovergesteld.
Cerebrale cortex (hersenschors) kan op verschillende manieren worden onderverdeeld;
Anatomische verdeling
bestaat uit 2 hemisferen. Ligt boven limbisch systeem, basale ganglia en diencephalon (tussenhersenen)
= samen de voorhersenen (prosencephalon). Voordelen van sulci in cerebrale cortex;
Ruimte besparend (hersenoppervlak is te groot voor ons hoofd, wordt daarom ingevouwen).
Door gevouwen structuur liggen neuronen dichter bij elkaar en is geleidingstijd korter.
Bevat cellichamen van neuronen, dendrieten en sommige axonen.
Is verdeeld in vier lobben: frontale, pariëtale, occipitale en temporale (namen afkomstig van
bovenliggende botstructuur). Soms wordt gesproken van een vijfde lob: limbische lob.
Sulcus centralis: grens tussen frontale en pariëtale lob. Fissura lateralis: grens tussen temporale, frontale
en pariëtale lob. Sulcus parieto-occipital: grens tussen occipitale, pariëtale en temporale lob.
Fissura longitudinalis: grens tussen linker- en rechterhemisfeer.
Corticale verbindingen tussen de hemisferen lopen via het corpus callosum: grootste commissuur
(zenuwweefselband).
1
, Cytoarchitectonische verdeling. Richt zich op bouw en vorm (morfologie) van cellen. Histologische analyse van
weefsel in hersenschors. Doel is overeenkomsten te vinden in cel architectuur tussen gebieden (betekent dat
het gebied mogelijk een specifieke functie vertegenwoordigt).
Brodmann was de eerste die begon met cytoarchitectuur en identificeerde 52 gebieden (het Brodmann
systeem). De nummers corresponderen niet met functies.
Kan ook aan de hand van corticale (neuronale) gelaagdheid:
neocortex bestaat uit 6 lagen; laag 4 = input, laag 6 = output. Neocortex bevat sensorische gebieden,
motorische cortex en associatie zones.
Mesocortex (tussen neocortex en allocortex) heeft ook 6 lagen.
Allocortex: 1 tot 4 lagen.
Functionele verdeling. Functies liggen vaak verdeeld in verschillende lobben.
Motorische gebieden in frontale lob. Planning & uitvoering van bewegingen. Onderverdeeld in
Motorische cortex. Bestaat uit primaire motorische cortex (BA4), premotorische cortex (BA6) en
supplementaire motorische cortex. Bevatten motor neuronen. Axonen reiken tot ruggenmerg en
hersenstam. Betz’s cellen: grote piramidevormige neuronen, zijn de grootste in de cerebrale cortex.
Prefrontale cortex. Meer complexe aspecten van planning & uitvoering van gedrag. Bestaat uit;
dorsolaterale prefrontale cortex, orbitofrontale cortex, anterior cingulate en mediale frontale gebieden.
Somatosensorische gebieden in de parietale lob. Omvat postcentrale gyrus en aangrenzende gebieden
(BA1, 2 en 3). Ontvangen input van thalamus. Info over aanraking, pijn, temperatuur en kinesthesie
(perceptie van lichaam-sdelen-). Bestaat uit;
Primaire somatosensorische cortex (S1). Ligt recht achter sulcus centralis (p. 73).
Secundaire somatosensorische cortex (S2). Krijgt info via projecties van S1.
Somatosensorische informatie doorloopt 2 trajecten; het anterolaterale systeem (pijn en temperatuur) en het
dorsale kolom-medial lemniscal systeem (aanraking, kinesthesie en beweging).
Visuele verwerking in occipitale lob. Primaire visuele cortex (V1 of BA17). Route visuele input
(retinogeniculostriate of primaire visuele route): retina optische zenuw corpus geniculatum laterale
van de thalamus primaire visuele cortex. Om de primaire visuele cortex (striate cortex) heen ligt de
extrastriate visuele cortex (omvat BA18 en BA19).
Auditieve verwerking in temporale lob. Primaire auditieve cortex is tonotopisch georganiseerd
(geluidsfrequenties corresponderen met opeenvolgende gebieden) en wordt omringd door auditieve
associatie zones. Ligt in fissura lateralis. Route auditieve input: cochlea subcorticale relais mediale
geniculate van thalamus supratemporale cortex in Heschl’s gyri (primaire auditieve cortex, auditieve
associatiezone). BA22 (om auditieve cortex heen) speelt rol in perceptie van auditieve stimuli.
Associatie cortex of vereniging cortex. Delen van neocortex die niet sensorisch of motorisch zijn,
betrokken bij hogere informatieverwerking, i.s.m. sensorische en motorische gebieden.
Corticale gebieden kunnen dus verschillende namen hebben (bv Brodman naam, cytoarchitectonische naam,
anatomische naam, functie naam). Primaire sensorische cortex (functionele) = striate cortex (cytoarchitectonische) =
calcarine cortex (anatomische) = BA17 (Brodmann naam).
Ventrikels: kamers in hersenen gevuld met hersenvocht (cerebrospinalis; CSV). Hersenen worden omringt door
hersenvocht: compenseert feit dat hersenen geen structurele basis hebben (skelet). Reduceert schokken op hersenen
of ruggenmerg bij vallen/slag op hoofd. Laterale ventrikels: grootste kamers. Zijn verbonden met derde ventrikel, in het
midden. Cerebraal aquaduct (Aquaduct van Silvius): verbindt derde en vierde ventrikel in middenhersenen met elkaar.
Plexus choroideus: plekken in laterale en derde ventrikel dat hersenvocht produceert, door bloedvaten. Hersenvocht is
gefilterd bloedplasma (doorzichtig). Route hersenvocht: laterale derde cerebraal aquaduct vierde
subarachnoïdale ruimte (ruimte om hersenen heen) wordt opgenomen door arachnoïdale villi.
Penfield & Jasper: onderzochten elektrische stimulatie van de hersenen door raster van electrodes over de hersenen te
leggen. Centraal zenuwstelsel bevat geen pijnreceptoren, hierdoor voelen patiënten geen pijn en kan het worden
gedaan terwijl ze wakker zijn. Ontdekten verder dat somatosensorische en motorische gebieden somatotopisch
georganiseerd zijn. Homunculus: de ‘kaart’ van het lichaam op de cortex. Grootte van corticale representatie van
lichaamsdelen heeft indirecte relatie met werkelijke grootte: bv gebied voor vingers is groter dan proportioneel zou zijn
omdat hier veel fijne motoriek voor nodig is.
De limbische lob of limbisch systeem. Bestaat uit structuren (cingulate cortex, parahippocampale gyrus, subcallosal
gyrus, gyrus dentatus en hippocampale formatie) die samen grens rond hersenstam vormen: ‘Grand lobe limbique’ van
Broca. Klassieke limbische lob of het Papez circuit: cingulate cortex, hypothalamus, anterior thalamus nucleus en
hippocampus. Amygdala, orbitofrontale cortex en delen van basale ganglia spelen belangrijke rol. Limbisch systeem is
betrokken bij emotionele verwerking, leren en geheugen.
Basale ganglia. In voorhersenen. Spelen rol in controle van bewegingen. Bestaat uit, nucleus cuadatus, putamen
(samen neostriatum) en globus pallidus. Door sterke verbinding met cellen van basale ganglia worden nucleus
subthalamicus en substantia nigra ook als onderdeel van basale ganglia beschouwd. Liggen anatomisch gezien echter
ver van de rest van basale ganglia af. Spelen gedrieën rol in motorische controle en cognitieve functies.
2
, Nucleus caudatus & putamen zijn input structuren van basale ganglia. Output verloopt via globus pallidus nucleus
subthalamicus (pre)motorische en prefrontale cortex. Basale ganglia vormt motorische lus die zowel motorische als
niet-motorische activiteit monitort.
Hippocampale formatie & mediale temporale lob. Hippocampale formatie bestaat uit: hippocampus, gebieden van
gyrus dentatus(3 of 4 lagen = archicortex), parahippocampale gyrus en entorhinale cortex (beide mesocortex).
Hippocampus is onderverdeeld in CA (cornu ammonis) velden: CA1, CA2, CA3 en CA4; gebaseerd op verschil in
morfologie, connectiviteit en ontwikkeling.
Diencephalon (tussenhersenen). Bestaat uit thalamus en hypothalamus. Massa intermedia: verbinding van grijze
massa tussen thalamus in linker- en rechterhemisfeer. Thalamus: is soort verbindingsstation. Onderverdeeld in aantal
kernen (nucleus).
Corpus geniculatum laterale ontvangt info van ganglion cellen van retina, stuurt het door naar primaire visuele
cortex.
Corpus geniculatum mediale ontvangt tegelijkertijd info van binnenoor en stuurt dit door naar primaire
adutitieve cortex (A1).
Ventraal posterieure kernen ontvangen somatosensorische info, stuurt door naar primaire somatosensorische
cortex. Krijgt ook info terug van het gebied waaraan het projecteert.
Thalamus ontvangt ook input van basale ganglia, cerebellum, neocortex en temporale lob (stuurt ook projecties terug:
circuit).
Pulvinar integratie van info uit diverse corticale gebieden.
Hypothalamus: ligt onder thalamus. Reguleert functies omtrent homeostase, emotionele processen en controle van
hypofyse onder aan hypothalamus. Speelt rol in autonome zenuwstelsel en het endocriene systeem: onder invloed
van peptides (die ontstaan o.i.v. hypothalamus) worden hormonen (bv groeihormonen, adrenocorticotroop hormoon -
ACTH-) geproduceerd door de hypofyse. Ontvangt info van formatio reticularis, amygdala en retina (controle van
circadiane ritmiek). Projecties naar amygdala, prefrontale cortex, ruggenmerg en hypofyse (belangrijkste).
Nucleus supraopticus en de nucleus paraventricularis stimuleren hypofyse tot afscheiding van vasopressine &
oxytocine: reguleert water in nieren, melkproductie en baarmoeder/vruchtbaarheid (?).
Hersenstam: bestaat uit drie delen (zie onder). Bevat motorneuronen (naar beneden) en sensorische neuronen (naar
boven). Hersenstam is kleiner, wat betekent dat laesies groot effect hebben omdat die een groot percentage van het
weefsel omvatten. Laesies aan hersenstam zijn vaak dodelijk omdat hersenstam ademhaling, slaap en waken
controleert.
Middenhersenen (mesencephalon). Ligt tussen pons en tussenhersenen. Ligt om het cerebrale aquaduct
heen. Bestaat uit;
Tectum: ‘dak’; achterkant van middenhersenen.
Tegmentum: grootste deel van middenhersen.
Crus cerebri: zenuwbundels in onderste regionen. Van voorhersenen naar ruggenmerg, cerebellum,
hersenstam.
Formatio reticularis: motorische en sensorische nucleus. Arousal, ademhaling, hart, reflexmatige
spieractiviteit en pijnregulatie.
Functies:
Visuomotorische functies (colliculus superior, nucleus oculomotor, nucleus trochlear).
Visuele reflexen (pretectum).
Auditieve relais (colliculus inferior).
Motorische coordinatie (tegmentum & rode kern).
Pons (metencephalon). Vormt met medulla de achterhersenen. Pons: bevat pontine tegmentum (tegmentum
van pons) en pons (zenuwvezelbundels afgewisseld met nucleus pontis). Zenuwvezelbundels lopen aan
onderkant van middenhersenen. Worden bij pons opgesplitst in kleinere bundels. Speelt rol in evenwicht,
sensorische en motorische functies in mond en gezicht en controle van extraoculaire spieren (reguleren
bewegingen van het oog).
Medulla oblongata (myelencephalon). Is verlengstuk van ruggenmerg. Bestaatuit twee nuclaire groepen:
nucleus gracile en nucleus cuneate. Leiden somatosensorische info door naar ruggenmerg hersenstam
thalamus somatosensorische cortex. Deze projecties worden weer gebundeld in de piramides (onder aan
medulla). In medulla is kruising van zenuwbanen: voor tast & motorische aansturing van arm- en beenspieren.
Dus links controleert rechts en andersom. Aan voorkant bevindt zich mediale nucleus olivarius en nucleus
olivarius superior (fors gevouwen nucleus): ontvangen input van cortex en rode kern, sturen dit naar cerebellum.
Medulla speelt verder rol in evenwicht en smaakzin. Stimuleert spieren van hart, keel, tong en nek.
Cerebellum: kleine hersenen. Vormt dak van vierde ventrikel en ligt boven de pedunculus cerebellaris: grote in- en
output zenuwvezelbanen. Bestaat uit de cerebellaire cortex, witte materie en de centrale kernen (nucleus fastigial,
nucleus dentatus & nucleus interpositus). Projecteert vooral aan cerebrellaire cortex.
Speelt rol in overbrengen van info over motorische output en sensorische input over lichaamsposities.
Ontvangt auditieve en visuele input over evenwicht.
Output komt uit centrale kernen thalamus motorische & premotorische cortex.
Speelt verder rol in houding, lopen en gecoördineerde bewegingen (integratie van informatie).
3
