Hersenen en Gedrag
1.1 Nerve cells and Nerve
Impulses
Neuronen en glia
Het zenuwstelsel bestaat uit twee soorten cellen, neuronen en glia.
- Neuronen ontvangen informatie en geven die door aan andere
cellen.
- Glia vervullen vele functies die moeilijk zijn samen te vatten.
Het volwassen menselijk brein bevat gemiddeld ongeveer 86 miljard
neuronen. De hersenen bestaan, net als de rest van het lichaam uit
individuele cellen.
Santiago Ramón y Cajal en Charles Sherrington zijn pioniers van de
neurowetenschappen
Twee wetenschappers van eind 1800 en begin 1900 worden algemeen
erkend als de belangrijkste grondleggers van de neurowetenschappen.
Cajal wilde kunstenaar worden, maar zijn vader stond erop dat hij medicijnen ging studeren. Hij
slaagde erin de twee gebieden te combineren en werd een anatomisch onderzoeker en illustrator. Zijn
gedetailleerde tekeningen van het zenuwstelsel worden vandaag de dag nog steeds als definitief
beschouwd. Cajal's onderzoek toonde aan dat zenuwcellen gescheiden blijven in plaats van in elkaar over
te gaan. Hoe de afzonderlijke cellen hun invloeden combineren is een complex en nog steeds mysterieus
proces.
De structuren van een dierlijke cel
Neuronen hebben veel gemeen met de rest van de lichaamscellen.
- Het oppervlak van een cel is het membraan (of plasmamembraan), een structuur die de
binnenkant van de cel scheidt van de buitenwereld.
De meeste chemicaliën kunnen het membraan niet passeren, maar eiwitkanalen in het membraan zorgen
voor een gecontroleerde stroom van water, zuurstof, natrium, kalium, calcium, chloride en andere
belangrijke chemicaliën. Behalve de rode bloedcellen van zoogdieren hebben alle dierlijke cellen een
kern, de structuur die de chromosomen bevat.
- Een mitochondrium (meervoud: mitochondriën) is de structuur die metabolische activiteiten
uitvoert, die de energie levert die de cel gebruikt voor alle activiteiten. Mitochondria hebben
andere genen dan die in de kern van een cel, en mitochondriën verschillen van elkaar. Mensen
met overactieve mitochondriën hebben de neiging om hun brandstof snel te verbranden en
oververhit te raken, zelfs in een koele omgeving. Mensen wiens mitochondriën minder actief zijn
dan normaal zijn vatbaar voor depressies en pijnen. Gemuteerde mitochondriale genen zijn een
mogelijke oorzaak van autisme.
- Ribosomen zijn de plaatsen binnen een cel die nieuwe eiwitmoleculen maken. Eiwitten leveren
bouwstoffen voor de cel en vergemakkelijken chemische reacties.
De structuur van een neuron
Het meest onderscheidende kenmerk van neuronen is hun vorm, die die per neuron enorm verschilt.
Neuronen hebben lange vertakkingen. Alle neuronen hebben een soma (cellichaam), en de meeste ook
dendrieten, een axon en presynaptische terminals.
- Een motorisch neuron, met zijn soma in het ruggenmerg, ontvangt prikkels via zijn dendrieten en
geleidt impulsen langs zijn axon naar een spier. Een sensorisch neuron is gevoelig voor een
bepaalde stimulatie zoals licht, geluid of aanraking.
Het sensorische neuron in figuur 1.5 geleidt informatie over aanraking van de huid naar het ruggenmerg.
- Dendrieten zijn vertakkende vezels die smaller worden bij hun uiteinden. (De term dendriet komt
van een Grieks woord dat "boom" betekent. Het oppervlak van de dendriet is bekleed met
gespecialiseerde synaptische receptoren waarop de dendriet informatie ontvangt van andere
neuronen. Hoe groter de oppervlakte van een dendriet, hoe meer informatie hij kan ontvangen.
1
, Veel dendrieten bevatten dendritische stekels, korte uitgroeisels die het oppervlak dat
beschikbaar is voor synapsen.
-
Het cellichaam, of soma (Grieks voor "lichaam"; meervoud: somata), bevat de kern,
ribosomen en mitochondriën. Hier vindt het meeste metabolische werk van een neuron
plaats. De cellichamen van neuronen variëren in diameter van 0,005 millimeter (mm) tot 0,1
mm. Bij veel neuronen is het cellichaam net als de dendrieten bedekt met synapsen op het
oppervlak.
- Het axon is een dunne vezel met een constante diameter. Het axon brengt een impuls naar
andere neuronen, een orgaan of een spier. Axonen kunnen meer dan een meter lang zijn en zijn
veel langer dan dendrieten. Veel gewervelde axonen zijn bedekt met een isolerend materiaal
genaamd een myelineschede met onderbrekingen bekend als knooppunten van Ranvier.
2
, - Ongewervelde axonen hebben geen myelinescheden. Hoewel een neuron veel dendrieten kan
hebben kan het slechts één axon hebben, maar het axon kan vertakkingen hebben. Het einde van
elke tak heeft een zwelling, een presynaptische terminal genoemd. Ook bekend als een eindbol
of bouton. Op dat punt laat het axon chemicaliën los die de verbinding tussen dat neuron en een
andere cel.
Andere termen in verband met neuronen zijn afferent, efferent, en intrinsiek.
- Een afferent axon brengt informatie binnen een structuur; een efferent axon brengt informatie
weg van een structuur. Elk sensorisch neuron is een afferent voor de rest van het zenuwstelsel,
en elk motorisch neuron is een efferent van het zenuwstelsel. Je kunt onthouden dat efferent
begint met E zoals in exit; afferent begint met A zoals in admit.
- Als de dendrieten en axon van een cel volledig binnen één structuur liggen, is de cel een
interneuron of intrinsiek neuron van die structuur.
Variaties tussen neuronen
Neuronen verschillen enorm in grootte, vorm en functie. De vorm van een neuron bepaalt zijn
verbindingen met andere cellen.
Glia cellen
Glia (of neuroglia) vervullen vele functies. De term glia betekend ‘’lijm’’. Het weerspiegelt het idee van
vroege onderzoekers het idee dat glia als lijm de neuronen bij elkaar hielden. Er zijn meer glia dan
neuronen in de hersenschors, maar er zijn meer neuronen dan glia in verschillende andere
hersengebieden.
De hersenen kennen verschillende typen glia.
- De stervormige astrocyten wikkelen zich om de synapsen van functioneel verwante axonen.
Door een verbinding te omringen tussen neuronen, schermt een astrocyt deze af van chemicaliën
die circuleren. Ook door de ionen en transmitters op te nemen die door axonen vrijkomen en ze
vervolgens weer vrij te geven, helpt een astrocyt bij het synchroniseren waardoor hun axonen
berichten kunnen versturen in golven. Astrocyten zijn daarom belangrijk voor het genereren van
ritmes, zoals je ritme van de ademhaling
- Astrocyten verwijden de bloedvaten om meer voedingsstoffen te brengen naar hersengebieden
die verhoogde activiteit hebben. Dit proces draagt mogelijk bij tot leren en geheugen. In sommige
hersengebieden reageren astrocyten ook op hormonen en daarmee kunnen ze neuronen
beïnvloeden. Kortom, astrocyten zijn actieve partners van neuronen op vele manieren.
- Kleine cellen genaamd microglia fungeren als onderdeel van het immuunsysteem en verwijderen
virussen en schimmels uit de hersenen. Ze vermenigvuldigen zich na hersenletsel en verwijderen
dode of beschadigde neuronen. Ze dragen ook bij aan leren door de zwakste synapsen te
verwijderen.
- Oligodendrocyten in de hersenen en het ruggenmerg en Schwann cellen in de periferie van het
lichaam bouwen de myelinescheden die bepaalde gewervelde axonen omringen en bepaalde
gewervelde axonen isoleren. Ze voorzien een axon ook met voedingsstoffen die nodig zijn voor
een goede werking.
- Radiale glia begeleiden de migratie van neuronen en hun axonen en dendrieten tijdens de
embryonale ontwikkeling.
De bloed-hersenbarrière
Hoewel de hersenen, net als elk ander orgaan, voedingsstoffen moeten ontvangen kunnen veel
chemische stoffen niet van het bloed naar de hersenen.
Waarom we een bloed-hersenbarrière nodig hebben
Als een virus een cel binnendringt, duwen mechanismen in de cel virusdeeltjes door het membraan zodat
het immuunsysteem systeem ze kan vinden. Als de cellen van het immuunsysteem een virus ontdekken,
doden ze het virus en de cel die het virus bevat. Dit plan werkt goed als de met het virus besmette cel
bijvoorbeeld een huidcel is, die het lichaam gemakkelijk vervangt. Maar beschadigde neuronen kunnen
niet vervangen worden. Om het risico van onherstelbare schade aan de hersenen te minimaliseren,
omlijnt het lichaam de bloedvaten van de hersenen met strak ingepakte cellen die de meeste virussen
3
, buiten houden. Soms gaar dit toch mis en leidt dit tot de dood. De spirocheet die syfilis veroorzaakt
doordringt de bloed-hersenbarrière, met langdurige en mogelijk fatale gevolgen.
De microglia zijn effectiever tegen verschillende andere virussen die de hersenen binnendringen, door
een ontstekingsreactie die het virus bestrijdt zonder het neuron te doden. Echter, deze reactie kan het
virus onder controle houden zonder het te elimineren. Wanneer het waterpokkenvirus ruggenmergcellen
binnendringt, blijven de virusdeeltjes daar lang nadat ze zijn uitgeroeid uit de rest van het lichaam. Het
virus kan tientallen jaren later ruggenmerg, wat tientallen jaren later een pijnlijke aandoening
veroorzaakt die gordelroos wordt genoemd.
Hoe de bloed-hersenbarrière werkt
De bloed-hersenbarrière is afhankelijk van de endotheelcellen die de wanden van de haarvaten vormen.
Buiten de hersenen zijn zulke cellen gescheiden door kleine spleten, maar in de hersenen,
zijn ze zo hecht verbonden dat ze virussen, bacteriën, en andere schadelijke chemicaliën tegenhouden,
maar hiermee worden ook nuttige stoffen tegengehouden. Deze nuttige chemicaliën omvatten alle
brandstoffen en aminozuren, de bouwstenen voor eiwitten.
Om deze chemicaliën de bloed-hersenbarrière te laten passeren zijn er speciale mechanismen nodig die
in de rest van het lichaam niet voorkomen. Zuurstof en vitamine en drugs, medicijnen kunnen wel de
hersenen in, omdat dit kleine moleculen zijn. Hoe snel een medicijn effect heeft, hangt grotendeels af
van hoe gemakkelijk oplost in vetten en daardoor de bloed-hersenbarrière passeert. Chemische stoffen
die actief naar de hersenen worden getransporteerd zijn onder andere glucose (de belangrijkste
brandstof voor de hersenen), aminozuren (de bouwstenen van eiwitten), purines, choline, een paar
vitaminen, en ijzer en insuline
De bloed-hersenbarrière is essentieel voor de gezondheid. Bij mensen met de ziekte van Alzheimer zijn de
endotheliale cellen die de bloedvaten van de hersenen bekleden krimpen, en komen schadelijke
chemicaliën de hersenen binnen.
Voeding van gewervelde neuronen
De meeste cellen gebruiken verschillende koolhydraten en vetten als voeding, maar gewervelde
neuronen zijn bijna volledig afhankelijk van glucose, een suiker. Omdat het metaboliseren van
glucose zuurstof nodig heeft, hebben neuronen een constante toevoer van zuurstof. Hoewel de
menselijke hersenen slechts ongeveer 2 procent van het lichaamsgewicht uitmaken, gebruiken ze
ongeveer 20 procent van hun zuurstof en 25 procent van zijn glucose.
Om glucose te gebruiken, heeft het lichaam vitamine B1, thiamine, nodig. Langdurig thiamine
tekort, gebruikelijk bij chronisch alcoholisme, leidt tot afsterven van neuronen en een aandoening
genaamd Korsakoff’s syndroom.
Samenvatting
Ons gedrag ontstaat uit de communicatie tussen neuronen.
1) Neuronen ontvangen informatie en geven die door aan andere cellen. Het zenuwstelsel bevat ook
glia, cellen die de activiteit van neuronen en de activiteit van neuronen op vele manieren
versterken en wijzigen.
2) In de late jaren 1800 gebruikte Santiago Ramón y Cajal nieuw ontdekte kleuringstechnieken om
vast te stellen dat het zenuwstelsel bestaat uit afzonderlijke cellen, nu bekend als neuronen.
3) Neuronen bevatten dezelfde interne structuren als andere dierlijke cellen.
4) Neuronen hebben deze belangrijke onderdelen: een cellichaam (of soma), dendrieten, een axon
met vertakkingen, en presynaptische terminals. De vorm van neuronen varieert sterk, afhankelijk
van afhankelijk van hun functies en hun verbindingen met andere cellen.
5) Door de bloed-hersenbarrière kunnen veel moleculen de hersenen niet binnen. De barrière
beschermt het zenuwstelsel systeem tegen virussen en vele gevaarlijke chemicaliën.
6) De bloed-hersenbarrière bestaat uit een ononderbroken muur van cellen die de bloedvaten van
de hersenen en het ruggenmerg omgeven ruggenmerg. Enkele kleine, ongeladen moleculen zoals
water, zuurstof en koolstofdioxide passeren de barrière vrijelijk. Net als moleculen die oplossen
in vetten. Actieve transporteiwitten pompen glucose, aminozuren en een paar andere
chemicaliën naar de hersenen en het ruggenmerg. Bepaalde hormonen, waaronder insuline,
passeren ook de bloed-hersenbarrière.
7) Neuronen zijn sterk afhankelijk van glucose, de enige voedingsstof die de bloed-hersenbarrière
in grote hoeveelheden passeert. Ze hebben thiamine (vitamine B1) nodig om glucose te
gebruiken.
4
