H2 The developing brain (HC1)
Het gezonde, volwassen brein is zeer gespecialiseerd in zowel structuur als functie, en dit
werd oorspronkelijk verondersteld een modulaire organisatie te weerspiegelen (= deze
benadering schrijft de verwerking van bepaalde gedragsfuncties toe aan verschillende
corticale gebieden, verbonden via specifieke functionele neurale netwerken of circuits).
Recent bewijsmateriaal, voornamelijk afkomstig van geavanceerde neuroimaging-
onderzoeken, daagt traditionele 'localiserings'-benaderingen uit en stelt voor dat veel
gedrag en vaardigheden worden gemedieerd door complexe neurale netwerken, met zowel
frontale als extra-frontale systemen. Het lijkt er dus op dat, zelfs in de volwassen hersenen,
integriteit van de hele hersenen noodzakelijk kan zijn voor een efficiënte uitvoerende
functie.
Vroege onderzoekers voerden aan dat het brein van de baby equipotentiaal was (= alle
hersenregio's zijn evenzeer in staat verantwoordelijkheid te nemen voor elke functie). Er
werd gedacht dat functionele specialisatie geleidelijk uit de vroege kindertijd zou
voortkomen en dat, in het geval van vroeg hersenletsel, 'gezonde hersenregio's' konden
worden gerekruteerd om de normale functies van beschadigde hersenregio's op te nemen.
Het model van de 'aangeboren specialisatie' stelt daarentegen dat essentiële vaardigheden
zoals taal bij de geboorte gelokaliseerd zijn.
Meer hedendaags onderzoek naar de ontwikkeling van menselijke functionele hersenen
benadrukt hoe belangrijk het is ook rekening te houden met de invloed van genetica en
ervaring op de zich ontwikkelende organisatie van de hersenen, als weerspiegeling van een
'interactieve specialisatiebenadering'. Gebruikmakend van dit raamwerk, erkent M. Johnson
deze invloeden en identificeert drie afzonderlijke, maar niet noodzakelijk onverenigbare,
benaderingen om de progressie van cognitieve vaardigheden bij baby's te begrijpen:
• Maturational view: Er is een genetisch bepaalde ontwikkelingssequentie van
specifieke neuroanatomische regio's, die de basis vormt voor de hiërarchische
opkomst van sensorische, motorische en cognitieve processen.
• Interactieve specialisatie: de opkomst van een nieuwe vaardigheid weerspiegelt de
verfijning van connectiviteit tussen hersengebieden, niet alleen activiteit in een of
meer regio's.
• Vaardigheidsleer: gebaseerd op de waarneming dat patronen van hersenactiviteit
veranderen tijdens het verwerven van vaardigheden.
Ontwikkelingsprogressie van hersenontwikkeling
De snelste hersengroei vindt prenataal plaats, er wordt geschat dat elke minuut 250.000
hersencellen worden gevormd door continue snelle celdeling. Tussen geboorte en
volwassenheid verviervoudigt het menselijke brein in omvang, oplopend van ongeveer 400
gram bij geboorte tot 1500 gram op volwassen leeftijd, met een piek tussen de 18 en 30 jaar
en dan een geleidelijke afname. De postnatale toename van het hersengewicht is
grotendeels te wijten aan differentiatie, groei en rijping van bestaande neuronen, inclusief
de uitwerking van dendrieten en synapsen en aanhoudende myelinisatie.
Het CNS begint zich vroeg te ontwikkelen, rond dag 40 van het embryonale leven, en begint
aan een proces van levenslange verandering. Hersenontwikkeling is geen eenvoudige,
lineaire, progressie door het brein; er zijn veel verschillende ontwikkelingsprocessen,
waarvan er vele gelijktijdig plaatsvinden, als gevolg van differentiële ontwikkelingstiming
voor verschillende hersengebieden en verschillende ontwikkelingsmodellen voor specifieke
elementen van het cerebrale systeem. Deze ontwikkelingsprocessen omvatten:
, • Hiërarchische progressie: In het algemeen is er een hiërarchische ontwikkeling in de
hersenontwikkeling, waarbij de hersenstam en de cerebellaire regio's het eerst
ontwikkelen, gevolgd door achterste gebieden, en anterieure regio's de laatste
volwassenheid bereiken.
• Additieve en regressieve gebeurtenissen: Additieve ontwikkeling verwijst naar de
aanhoudende ophoping van groeiprocessen.
• Groeispurten bij neurologische processen: Andere neuronale processen
demonstreren een omgekeerde associatie of regressie in de tijd, gekenmerkt door
een initiële overproductie en vervolgens selectieve eliminatie van overtollige
elementen.
De prenatale periode
De prenatale periode wordt gekenmerkt door dynamische activiteit en houdt zich
voornamelijk bezig met grove structurele formatie. Een reeks ingewikkelde processen -
neurulatie, pro-liferation, migratie, dendritische ontwikkeling, synaptogenese, differentiatie
en apoptose - ondersteunen de transformatie van de primitieve neurale buis in een reeks
complexe neurale netwerken die het CNS omvatten.
Cellular basis of development
Het proces van neurolisatie verloopt via de snelle generatie van cellen in het systeem en
omvat twee hoofdklassen van cellen: neuronen en gliacellen, geproduceerd door deling van
neuroblasten en glioblasten.
Drie soorten neuronen:
• Sensorisch neuron: een neuron dat veranderingen meet in de externe/interne
omgeving en informatie zendt naar het centrale zenuwstelsel (dendrieten zijn langer,
gaat van neuron naar brein)
• Motorisch neuron: een neuron dat in het centrale zenuwstelsel ligt en de
spierspanning regelt en de afscheidingen vanuit klieren reguleert (axonen zijn langer,
gaat van brein naar neuron)
• Interneuron (schakelneuron): een neuron wat geheel binnen het centrale
zenuwstelsel ligt
o Lokale interneuronen = schakels vormen met neuronen dichtbij, kleine stukjes
informatie analyseren
o Relay interneuronen = schakels van lokale interneuronen tussen verschillende
delen (regio’s) in het brein
,Centrale zenuwstelsel: hersenen en het ruggenmerg
Perifere zenuwstelsel: alles wat hierbuiten ligt en de meeste sensorische organen
Cellen van het zenuwstelsel
Neuronen: de basisstructuur
1. Soma (cellichaam) = nucleus en de systemen die de levensfuncties/-processen in de
cel regelen
2. Dendrieten = boodschappen ontvangen van andere neuronen (gaat via synapsen,
een opening tussen terminale eindknopjes van de axon en het membraan van een
ander neuron)
3. Axon à zie hieronder
4. Terminale eindknopjes (terminal buttons) à zie hieronder
Communicatie in een synaps heeft 1 richting: van het eindknopje naar het membraan van de
andere cel
(3) Het axon Lange uitlopers van het cellichaam, wat bedekt is met myeline schedes (=
vettige substantie rondom de axonen à isolatiemateriaal + versnellen van boodschappen
(door de knopen van Ranvier = onderbrekingen in de myeline). De informatie gaat vanaf het
cellichaam naar de eindknopjes via het axon, deze informatie wordt een actiepotentiaal
genoemd (= korte elektrische/chemische boodschap, altijd van dezelfde grootte en duur
(ook wanneer het splitst)).
Drie soorten neuronen:
• Multipolair neuron: neuron met 1 axon en veel dendrieten die aan het soma
vastzitten
• Bipolair neuron: neuron met 1 axon en 1 dendriet (vaak sensorisch =
visueel/auditorisch)
• Unipolair neuron: neuron met 1 axon wat zich split, met 1 tak die sensorische
informatie ontvangt en de andere tak die deze informatie zendt naar het centrale
zenuwstelsel (somatosensorisch = aanraking/pijn/etc.)
De dendrieten liggen BUITEN het CZS en de terminale eindknopjes liggen IN het CZS à
detecteren aanraking, temperatuurveranderingen en andere sensorische gebeurtenissen
van de huid, of detecteren gebeurtenissen in onze spieren en klieren
Zenuwen: in stevig membraan gebundelde vezels, waarmee het CZS de boodschappen
communiceert naar de rest van het lichaam (van sensorische organen naar het brein, of van
het brein naar motorische organen)
(4) De terminale eindknopjes
Aan het eind van de splitsingen van een axon bevinden zich terminale eindknopjes. Deze
eindknopjes geven een chemisch stofje, genaamd neurotransmitters, af. Neurotransmitters
exciteren of inhiberen. Een neuron kan informatie ontvangen van heel veel andere
neuronen, die allemaal met hun eindknopjes aan dit neuron zijn verbonden. Deze verbinding
kan via het soma zijn, maar ook via dendrieten.
, De interne structuur
• Het membraan: een structuur wat bestaat uit lipide moleculen die de grenzen van de
cel aangeven, en waarin ook de organellen (zoals het Golgiapparaat) liggen. In het
membraan liggen proteïnemoleculen, sommigen detecteren substanties buiten de
cel en geven dit door aan het interieur, anderen zorgen ervoor dat sommige
substanties wel en sommigen niet binnenkomen.
Binding elementen kan op twee manieren:
1. Ionbinding (elektrostatische kracht) à positief en negatief trekken elkaar aan
2. Covalente binding (delen elektronen vormt moleculen) à hoeveel atomen per
elektronenring
• De nucleus (de celkern): hier ligt de nucleolus, die ribosomen (eiwitsynthese)
produceert, en de chromosomen (bestaande uit DNA = dubbele helix). Wanneer deze
actief zijn, produceren delen van de chromosomen (deze delen zijn de genen) mRNA:
een macromolecuul wat genetische informatie over de eiwitsynthese, van de genen
naar de ribosomen overdraagt (het mRNA leest dus het DNA af en dit verlaat door de
poriën de cel, buiten de cel liggen de ribosomen die het mRNA weer aflezen en op
basis hiervan nieuwe eiwitten maakt, dit heet transcriptie, het mRNA bepaald welk
soort eiwit wordt gemaakt)
Deze proteïnen (eiwitten) geven niet alleen structuur, maar werken ook als enzymen:
een molecuul wat de chemische reactie in de cel reguleert, die twee substanties kan
combineren of afbreken à zijn katalysatoren: ze zorgen ervoor dat er een reactie
ontstaat, zonder zelf een deel van het eindproduct van deze reactie te worden
Genomen: de opeenvolging van nucleotiden op het chromosoom, die informatie
geven die nodig is voor de synthese Er bestaat ook niet-coderend DNA, wat dus niet
zorgt voor de productie van eiwitten. Lange tijd werd gedacht dat dit DNA overbodig
was, maar dit is verantwoordelijk voor de grootte en complexiteit van bijv. het
menselijk brein. Niet-coderend DNA kan worden overgeschreven naar RNA, dit
resulteert in niet-coderend RNA: ncRNA. Functies van ncRNA: 1. DNA wordt omgezet
in mRNA, en dit mRNA wordt opgesplitst en samengevoegd tot eiwitten door
moleculen. Deze moleculen (die samenvoegen en opsplitsen), worden spliceosomen
genoemd en een van de bestanddelen van deze moleculen is ncRNA. 2. Moleculen
van ncRNA binden zich ook aan (en modificeren) proteïnen die genen-expressie
reguleren.
• Het cytoplasma: de kleverige, semi-vloeibare substantie in het interieur van de cel.
Het cytoplasma bevat verschillende structuren, die organellen worden genoemd:
o Mitochondriën: energie halen uit voedingsstoffen, wat zij omzetten in ATP
(adenosine trifosfaat) = de directe bron van energie voor de cel.
Mitochondriën hebben hun eigen DNA, wat zij ook onafhankelijk
reproduceren.
o Endoplasmatisch reticulum: parallelle lagen van het membraan, binnenin het
cytoplasma (‘verzamelreservoir’) 1. Ruw endoplasmatisch reticulum = bevat
ribosomen en produceert proteïnen die door de cel worden uitgescheiden 2.
Glad endoplasmatisch reticulum = synthese (=aanmaak) van lipiden en het
voorzien van kanalen voor de uitscheiding van moleculen die een rol spelen in
verschillende celprocessen
o Het Golgiapparaat: vorm van het gladde endoplasmatische reticulum, wat
verantwoordelijk is voor: 1. Het ‘inpakken’ van de producten van
