Taak 2: Ons brein: plastisch, elastisch, fantastisch
Maakt Mozart je slimmer?
Mozart was ongetwijfeld zelf een genie, zijn muziek is complex en er is een hoop dat als we er
voldoende naar luisteren, een beetje van die intelligentie op ons afkomt. Is het waar dat het luisteren
naar zijn muziek ons brein positief zal veranderen en ons slimmer zal maken? Op basis van
onderzoeksresultaten besloot de regering van Georgia, VS, dat het voorgestelde overheidsbudget
$105.000 per jaar zou omvatten om elk in Georgia geboren kind te voorzien van een band of cd met
klassieke muziek
Wat is het Mozart-effect?
Hoe werkt de plasticiteit van de hersenen?
Hersenschade
Tim C. raakt gewond na een ernstig auto-ongeluk en lijdt aan hersenschade. Aanvankelijk kan hij zijn
linkerarm en linkerbeen niet bewegen. Een scan duidt op schade aan de somatosensorische cortex.
Hij is bang dat hij zijn ledematen nooit meer zal kunnen voelen en gebruiken en begint aarzelend aan
zijn revalidatieprogramma. Tot Tim's verbazing is er na een paar weken behandeling aanzienlijke
verbetering. Hoewel zijn functies niet terugkeren naar zijn pre-accidentele niveau, kan hij zijn arm en
been weer gebruiken
Hoe herstellen je hersenen zich na hersenschade?
Hoe behandel je hersenschade?
Fantoomsensaties
Er was nog een auto betrokken bij het ongeval. De bestuurder van deze auto was John, een 45-jarige
man; zijn dochter, Julia, zat naast hem. Julia heeft alleen wat blauwe plekken, maar helaas is Johns
been verpletterd tijdens het ongeluk. De artsen konden zijn been niet redden en daarom werd het
been geamputeerd. Na de operatie ervaart John gevoelens van woede en verdriet over het verliezen
van zijn been. Een paar dagen later begint John pijn te voelen in het geamputeerde ledemaat, alsof
het been er nog steeds is.
Julia studeert medicijnen en John praat met haar over de gevoelens die hij voelt. Zijn dochter vertelt
hem dat ze heeft gelezen over een fenomeen dat fantoompijn wordt genoemd. John heeft veel
vragen: hoe komt het dat zijn fantoompijn zo echt aanvoelt? Hoe kunnen deze sensaties worden
verklaard? En hoe kun je pijn in een ledemaat behandelen die er gewoon niet is? Julia vertelt haar
vader dat ze vermoedt dat het iets te maken heeft met de plasticiteit van de hersenen, maar ze weet
de exacte antwoorden op zijn vragen niet. Ze belooft John meer informatie te vinden over dit vreemde
fenomeen. Haar volgende bezoek keert ze terug met de revalidatie-verpleegster en een spiegel
Wat is fantoompijn? Hoe uit het zich?
Welke theorieën zijn er over fantoompijn?
Hoe wordt fantoompijn behandeld?
Kalat. (2019). Biological Psychology. Chapter 4: Genetics, Evolution, Development, and Plasticity
Genetica, evolutie, ontwikkeling en plasticiteit
Ontwikkeling van het brein
Rijping van de hersenen van gewervelde dieren
De vroegste stadia van ontwikkeling zijn opmerkelijk vergelijkbaar tussen soorten. Een reeks genen
die bekend staan als homeobox-genen, te vinden in gewervelde dieren, insecten, planten, schimmels
en gist, regelen de expressie van andere genen en regelen het begin van de anatomische
ontwikkeling. Al deze genen delen een grote reeks DNA-basen. Bij mensen zijn mutaties in
homeobox-genen in verband gebracht met veel hersenaandoeningen, zoals mentale retardatie. Het
menselijke centrale zenuwstelsel begint zich te vormen wanneer het embryo ongeveer 2 weken oud
is. Het dorsale oppervlak wordt dikker en dan komen lange dunne lippen omhoog, krullen en
,versmelten, waardoor een neurale buis wordt gevormd die een met vloeistof gevulde holte omringt.
Terwijl de buis onder het huidoppervlak zinkt, vergroot het voorste uiteinde en wordt het
differentiaal in de achterhersenen, middenhersenen en voorhersenen. De rest wordt het
ruggenmerg. De met vloeistof gevulde holte in de neurale buis wordt het centrale kanaal van het
ruggenmerg en de vier ventrikels van de hersenen, met daarin de CSF. De eerste spierbewegingen
beginnen op de leeftijd van 7,5 week, en hun enige prestatie is om de spieren te strekken. Op die
leeftijd drijft spontane activiteit in het ruggenmerg alle spierbewegingen aan, omdat de sensorische
organen nog niet functioneel zijn. Dat wil zeggen dat we bewegingen beginnen te maken voordat we
sensaties beginnen te ontvangen. Bij de geboorte weegt het gemiddelde menselijke brein ongeveer
350 gram. Tegen het einde van het eerste jaar weegt het 1.000 gram, dicht bij het volwassen gewicht
tussen de 1.200 tot 1.400 gram. In de vroege kinderjaren zijn de primaire sensorische gebieden van
de cortex, verantwoordelijk voor het registreren van visuele informatie, auditieve informatie en
andere zintuigen, volwassener dan de rest van de cortex. Hun gyri en sulci zijn meestal gevormd, en
hun verbindingen met de thalamus zijn redelijk goed gevestigd. Ze blijven zich natuurlijk ontwikkelen,
maar de grootste veranderingen in de eerste paar jaar gebeuren in de prefrontale cortex en andere
corticale gebieden die verantwoordelijk zijn voor aandacht, werkgeheugen en besluitvorming.
Kortom, de hersenen van de baby zijn ingesteld om te zien, horen, etc., maar beperkt in het
vermogen om die informatie te interpreteren of om te beslissen wat er aan te doen. De menselijke
prefrontale cortex blijft langzaam rijpen door de tienerjaren en daarna. Over het algemeen zijn de
hersengebieden die zich het langzaamst ontwikkelen, zoals de prefrontale cortex, degene die het
meest waarschijnlijk verslechteren in aandoeningen zoals de ziekte van Alzheimer
Groei en ontwikkeling van neuronen
Neurowetenschappers onderscheiden verschillende stadia in de ontwikkeling van neuronen.
Proliferatie is de productie van nieuwe cellen. Vroeg in de ontwikkeling delen de cellen langs de
hersenkamers (ventrikels) zich. Sommige cellen blijven waar ze zijn als stamcellen en blijven delen,
terwijl andere migreren naar andere delen van het zenuwstelsel. Bij mensen vindt de meeste
migratie voor de geboorte plaats, maar een klein aantal blijft de eerste paar maanden na de geboorte
migreren. Vroeg in de ontwikkeling beginnen de primitieve cellen, nog niet identificeerbaar als
neuronen of glia, te migreren (bewegen). Chemicaliën die bekend staan als immunoglobulinen en
chemokinen begeleiden neuronmigratie. Als een cel differentieert in een neuron, begint het zijn
, dendrieten, axon en synapsen te vormen. Synaptogenese, de vorming van synapsen, begint lang
voor de geboorte, maar het gaat door gedurende het leven, terwijl neuronen nieuwe synapsen
vormen en oude weggooien. Het proces vertraagt over het algemeen bij ouderen, evenals de
vorming van nieuwe dendritische takken. Een later en langzamer stadium van neuronale
ontwikkeling is myelinisatie, het proces waarbij glia de isolerende vette omhulsels produceren die de
transmissie in veel gewervelde axonen versnellen. Myeline vormt zich eerst in het ruggenmerg en
vervolgens in de achterhersenen, middenhersenen en voorhersenen. Myelinisatie blijft decennia lang
geleidelijk aan en neemt toe als gevolg van het leren van een nieuwe motorische vaardigheid
Nieuwe neuronen later in het leven
Huidcellen veranderen snel en zijn minder dan een jaar oud. Skeletspieren worden langzaam
vervangen, waardoor de gemiddelde cel 15 jaar oud wordt. Cellen van het hart zijn gemiddeld bijna
net zo oud als de persoon, wat aangeeft dat het lichaam niet meer dan 1% van de hartcellen per jaar
vervangt. De cerebrale cortex van zoogdieren vormt na de geboorte weinig of geen nieuwe neuronen
meer. 2% van de neuronen in de menselijke hippocampus worden per jaar vervangen. Ook worden
enkele van de neuronen in delen van de basale ganglia (striatum) vervangen. De nieuwe neuronen
zijn steevast kleine interneuronen, geen neuronen met lange axonen die zich uitstrekken tot andere
hersengebieden
Padvinden door axonen
Chemisch padvinden door axonen
In tegenstelling tot zoogdieren accepteren amfibieën transplantaties van extra ledematen en
genereren nieuwe axontakken naar de extra ledematen. Nadat de axonen de spieren hadden bereikt,
bewoog het extra ledemaat synchroon met de andere ledematen ernaast
Specificiteit van axon-verbindingen
Elk axon regenereert naar dezelfde plaats waar het oorspronkelijk was geweest, vermoedelijk door
een chemisch spoor te volgen
Chemische gradiënten
Een axon vindt zijn doelwit door het volgen van een pad van celoppervlakmoleculen, aangetrokken
door bepaalde chemicaliën en afgestoten door anderen, in een proces dat het axon in de juiste
richting stuurt. Uiteindelijk sorteren axonen zichzelf over het oppervlak van hun doelgebied door een
gradiënt van chemicaliën te volgen
Concurrentie tussen axonen als algemeen principe
Wanneer axonen hun doelen aanvankelijk bereiken, sturen chemische gradiënten hen naar ongeveer
hun juiste locatie, maar het is moeilijk voor te stellen dat ze perfecte nauwkeurigheid bereiken. In
plaats daarvan vormt elk axon synapsen op veel cellen op ongeveer de juiste locatie en ontvangt elke
doelcel synapsen van veel axonen. Na verloop van tijd versterkt elke post-synaptische cel de meest
geschikte synapsen en elimineert anderen. Dit suggereert een algemeen principe, neuraal
Darwinisme genoemd. Bij de ontwikkeling van het zenuwstelsel beginnen we met meer neuronen en
synapsen dan we kunnen houden, en dan houdt een selectieproces sommige van de synapsen vast
en wijst anderen af. De meest succesvolle combinaties overleven en anderen falen
Determinanten van neuronale overleving
Aanvankelijk vormt het synaptische zenuwstelsel veel meer neuronen dan het nodig heeft. Wanneer
een van zijn neuronen een synaps op een spier vormt, levert die spier een eiwit af dat
zenuwgroeifactor (NGF) wordt genoemd en dat de overleving en groei van het axon bevordert. Een
axon dat geen NGF ontvangt degenereert en zijn cellichaam sterft. Als het axon op een bepaalde
leeftijd geen contact maakt met een geschikte post-synaptische cel, doodt het neuron zichzelf door
een proces dat apoptose wordt genoemd, een geprogrammeerd mechanisme van celdood. NGF is
