Zenuwstel en zintuigen – neurofysiologie
INHOUD
Inleiding ............................................................................................................................................. 2
Neurotransmitters .............................................................................................................................. 3
Practica ........................................................................................................................................... 55
EEG en Visual Evoked Potentials .................................................................................................... 55
Reflexen en reactietijden ............................................................................................................... 59
1
, Zenuwstel en zintuigen – neurofysiologie
INLEIDING
Historische achtergrond
- Santiago Ramón y Cajal
o Vader van moderne neuroscience
o Ontving in 1906 samen met Camillo Golgi Nobelprijs voor onderzoek naar structuur van
zenuwstelsel
o Identificeerde o.a. dendritische stekels als belangrijke contactpunten tussen neuronen
o Zijn gedetailleerde illustraties worden nog steeds gebruikt
Breinvolume en neuronenaantal
- Geen directe correlatie tussen hersenvolume/aantal neuronen en cognitieve mogelijkheden, bv
olifant vs mens
- Menselijk brein
o Lineaire uitbreiding van brein van andere primaten
o Bevat ~ 86 miljard neuronen
- Vroeger: 10x meer gliacellen; recent onderzoek: 1:1 verhouding
o Som benadert 200 miljard ≈ aantal sterren in de Melkweg
Cellulaire complexiteit
- Miljarden neuronen en gliacellen
- Triljoenen synapsen
- > 100 bekende neurotransmitters/neuropeptiden, vaak als co-transmitters
- Receptoren (metabotroop/ionotroop) met complexe substructuren
- Tripartite synaps: 2 neuronen + astrocyt
Functionele hersengebieden
- Brodmann areas: ~ 52 genummerde gebieden in cortex, gebaseerd op celstructuur en functie
Grote hersennetwerken
- Default Mode Network (DMN): actief bij zelfreflectie, herinneringen, toekomstvisualisatie
- Central Executive Network (CEN): doelgericht gedrag, werkgeheugen, besluitvorming
- Salience Network (SN): schakelt aandacht tussen interne/externe stimuli
- Dorsal Attention Network (DAN): richt aandacht op relevante externe stimuli
- Sensorimotor Network (SM): motoriek en sensorische verwerking
- Visual Network (VIS): visuele informatieverwerking (occipitale kwab)
- Limbic Network: emoties, motivatie en geheugen
2
, Zenuwstel en zintuigen – neurofysiologie
NEUROTRANSMITTERS
Algemeen
- Communicatie in zenuwstelsel
o Neuronen communiceren via neurotransmitters, die excitatie of inhibitie veroorzaken
in doelcellen
o Neuromodulatoren beïnvloeden werking van neurotransmitters, maar hebben zelf
weinig directe effect
- Stappen in neurotransmissie: opname van precursor → biosynthese → opslag in vesikels →
vrijgave bij depolarisatie → binding aan postsynaptische receptoren → beëindiging via diffusie,
heropname of enzymatische afbraak
- Klassen van neurotransmitters
o Small molecule transmitters: aminozuren (glutamaat, GABA, glycine), acetylcholine
(ACh), monoamines (noradrenaline, dopamine, serotonine)
o Large molecule transmitters: neuropeptiden (substance P, enkefaline), vaak samen
met small molecules
o Gas transmitters: stikstofmonoxide (NO), koolstofmonoxide (CO)
- Receptorwerking
1. Meerdere receptor-subtypes per neurotransmitter → diverse en selectieve effecten
2. Presynaptische en postsynaptische receptoren:
o Autoreceptoren remmen verdere vrijgave
o Heteroreceptoren reageren op andere stoffen
3. Twee receptorfamilies:
o Ionotrope receptoren: snelle iongeleiding via kanaalopening
o Metabotrope receptoren (GPCRs): trage, indirecte werking via second messengers
4. Receptorclusters bevinden zich dicht bij neurotransmitter-afgevende uiteinden
5. Desensitisatie bij langdurige blootstelling aan liganden
- Klinische relevantie: verschillende neurotransmitters en receptoren zijn betrokken bij
neuropsychiatrische aandoeningen
Ontdekking van neurotransmitter
- In 1921 beschreef fysioloog Otto Loewi voor eerst concept
van neurotransmitter in experiment met n. vagus, waarbij
hij stof ontdekte die hartslag vertraagde; noemde deze stof "Vagusstoff"
- Later werd bevestigd dat stof ACh was, neurotransmitter die al in 1914 was geïdentificeerd door
Sir Henry Hallett Dale
- Voor baanbrekende werk ontvingen Loewi en Dale in 1936 Nobelprijs voor Fysiologie of
Geneeskunde
3
, Zenuwstel en zintuigen – neurofysiologie
Criteria voor neurotransmitter substanties
- Chemische stof als neurotransmitter beschouwd als ze voldoet aan volgende vijf voorwaarden:
1. Neuronaal oorsprong
o Synthese gebeurt in presynaptisch neuron of axonuiteinde
o Vereiste enzymen, die neurotransmitter maken, zijn daar aanwezig en aantoonbaar via
immunohistochemie
2. Presynaptische accumulatie en exocytose
o Stof wordt in voldoende hoeveelheid vrijgegeven via exocytose
3. Exogene toediening bootst effect na
o Toediening van stof of agonist veroorzaakt zelfde effect als natuurlijke vrijgave
4. Blokkering van postsynaptische receptoren onderdrukt effect
o Antagonisten kunnen effect van neurotransmitter blokkeren
5. Specifieke clearance-mechanismen
o Na werking moet signaal snel beëindigd worden via enzymatische afbraak of
heropname (neuronaal of gliaal)
o Dit is doelwit voor medicatie, zoals SSRI’s bij depressie of
acetylcholinesteraseremmers bij Alzheimer
- Complexiteit en uitzonderingen
o Sommige stoffen voldoen niet volledig aan klassieke criteria:
▪ ATP: kan vrijkomen via non-vesiculair mechanisme
▪ Cannabinoïden: worden postsynaptisch gesynthetiseerd en werken
retrograde
▪ NO: werkt zonder receptorbinding
4
INHOUD
Inleiding ............................................................................................................................................. 2
Neurotransmitters .............................................................................................................................. 3
Practica ........................................................................................................................................... 55
EEG en Visual Evoked Potentials .................................................................................................... 55
Reflexen en reactietijden ............................................................................................................... 59
1
, Zenuwstel en zintuigen – neurofysiologie
INLEIDING
Historische achtergrond
- Santiago Ramón y Cajal
o Vader van moderne neuroscience
o Ontving in 1906 samen met Camillo Golgi Nobelprijs voor onderzoek naar structuur van
zenuwstelsel
o Identificeerde o.a. dendritische stekels als belangrijke contactpunten tussen neuronen
o Zijn gedetailleerde illustraties worden nog steeds gebruikt
Breinvolume en neuronenaantal
- Geen directe correlatie tussen hersenvolume/aantal neuronen en cognitieve mogelijkheden, bv
olifant vs mens
- Menselijk brein
o Lineaire uitbreiding van brein van andere primaten
o Bevat ~ 86 miljard neuronen
- Vroeger: 10x meer gliacellen; recent onderzoek: 1:1 verhouding
o Som benadert 200 miljard ≈ aantal sterren in de Melkweg
Cellulaire complexiteit
- Miljarden neuronen en gliacellen
- Triljoenen synapsen
- > 100 bekende neurotransmitters/neuropeptiden, vaak als co-transmitters
- Receptoren (metabotroop/ionotroop) met complexe substructuren
- Tripartite synaps: 2 neuronen + astrocyt
Functionele hersengebieden
- Brodmann areas: ~ 52 genummerde gebieden in cortex, gebaseerd op celstructuur en functie
Grote hersennetwerken
- Default Mode Network (DMN): actief bij zelfreflectie, herinneringen, toekomstvisualisatie
- Central Executive Network (CEN): doelgericht gedrag, werkgeheugen, besluitvorming
- Salience Network (SN): schakelt aandacht tussen interne/externe stimuli
- Dorsal Attention Network (DAN): richt aandacht op relevante externe stimuli
- Sensorimotor Network (SM): motoriek en sensorische verwerking
- Visual Network (VIS): visuele informatieverwerking (occipitale kwab)
- Limbic Network: emoties, motivatie en geheugen
2
, Zenuwstel en zintuigen – neurofysiologie
NEUROTRANSMITTERS
Algemeen
- Communicatie in zenuwstelsel
o Neuronen communiceren via neurotransmitters, die excitatie of inhibitie veroorzaken
in doelcellen
o Neuromodulatoren beïnvloeden werking van neurotransmitters, maar hebben zelf
weinig directe effect
- Stappen in neurotransmissie: opname van precursor → biosynthese → opslag in vesikels →
vrijgave bij depolarisatie → binding aan postsynaptische receptoren → beëindiging via diffusie,
heropname of enzymatische afbraak
- Klassen van neurotransmitters
o Small molecule transmitters: aminozuren (glutamaat, GABA, glycine), acetylcholine
(ACh), monoamines (noradrenaline, dopamine, serotonine)
o Large molecule transmitters: neuropeptiden (substance P, enkefaline), vaak samen
met small molecules
o Gas transmitters: stikstofmonoxide (NO), koolstofmonoxide (CO)
- Receptorwerking
1. Meerdere receptor-subtypes per neurotransmitter → diverse en selectieve effecten
2. Presynaptische en postsynaptische receptoren:
o Autoreceptoren remmen verdere vrijgave
o Heteroreceptoren reageren op andere stoffen
3. Twee receptorfamilies:
o Ionotrope receptoren: snelle iongeleiding via kanaalopening
o Metabotrope receptoren (GPCRs): trage, indirecte werking via second messengers
4. Receptorclusters bevinden zich dicht bij neurotransmitter-afgevende uiteinden
5. Desensitisatie bij langdurige blootstelling aan liganden
- Klinische relevantie: verschillende neurotransmitters en receptoren zijn betrokken bij
neuropsychiatrische aandoeningen
Ontdekking van neurotransmitter
- In 1921 beschreef fysioloog Otto Loewi voor eerst concept
van neurotransmitter in experiment met n. vagus, waarbij
hij stof ontdekte die hartslag vertraagde; noemde deze stof "Vagusstoff"
- Later werd bevestigd dat stof ACh was, neurotransmitter die al in 1914 was geïdentificeerd door
Sir Henry Hallett Dale
- Voor baanbrekende werk ontvingen Loewi en Dale in 1936 Nobelprijs voor Fysiologie of
Geneeskunde
3
, Zenuwstel en zintuigen – neurofysiologie
Criteria voor neurotransmitter substanties
- Chemische stof als neurotransmitter beschouwd als ze voldoet aan volgende vijf voorwaarden:
1. Neuronaal oorsprong
o Synthese gebeurt in presynaptisch neuron of axonuiteinde
o Vereiste enzymen, die neurotransmitter maken, zijn daar aanwezig en aantoonbaar via
immunohistochemie
2. Presynaptische accumulatie en exocytose
o Stof wordt in voldoende hoeveelheid vrijgegeven via exocytose
3. Exogene toediening bootst effect na
o Toediening van stof of agonist veroorzaakt zelfde effect als natuurlijke vrijgave
4. Blokkering van postsynaptische receptoren onderdrukt effect
o Antagonisten kunnen effect van neurotransmitter blokkeren
5. Specifieke clearance-mechanismen
o Na werking moet signaal snel beëindigd worden via enzymatische afbraak of
heropname (neuronaal of gliaal)
o Dit is doelwit voor medicatie, zoals SSRI’s bij depressie of
acetylcholinesteraseremmers bij Alzheimer
- Complexiteit en uitzonderingen
o Sommige stoffen voldoen niet volledig aan klassieke criteria:
▪ ATP: kan vrijkomen via non-vesiculair mechanisme
▪ Cannabinoïden: worden postsynaptisch gesynthetiseerd en werken
retrograde
▪ NO: werkt zonder receptorbinding
4
