Samenva'ng Neurofysiologie
HS 1: ALGEMENE INLEIDING, OVERZICHT NEUROANATOMIE
Neurofysiologie
=studie werking en funcKe(s) van zenuwstelsel
- CZS > hersenen (grote & kleine), hersenstam, ruggenmerg
- PZS >
o SomaKsch zenuwstelsel (perifere zenuwen): gemengde zenuwen
§ Sensorische: input naar CZS (afferent)
§ Motorische: output van CZS (efferent)
o Autonoom zenuwstelsel
§ Werking organen, klieren, BV, spijsvertering, ademhaling
Func0es hersenen
1. SensaKe
- = TransformaKe van fysische sKmuli in elektrische (neuronale) signalen
ð Prikkels > omgeving (of intern) w opgevangen door R
2. PercepKe
- = Resultaat van selecteren (interne filter: aandacht), organiseren en interpreteren van deze
informaKe
o (vb: warm water en fris drankje -> dorst dus opdrinken)
ð Hersenen verwerken (een deel van) de binnenkomende informaKe (integraKe)
- = interpretaKe
- ¹ louter passieve registraKe van info door zintuigen
3. Output
- Hersenen zorgen voor motor output (interacKe met omgeving) (via motorcortex)
SensaKe vs percepKe
- Vb een illusie
- SensaKe is hetzelfde: iedereen kijkt naar hetzelfde
- PercepKe is verschillend: niet iedereen ziet de illusie (meteen)
o = hoe hersenen het beeld interpreteren
Hoe werking hersenen bestuderen?
Celtheorie: funcKe van cel begrijpen = definiKe van wat een orgaan doet (basiseenheid)
(!) Moeilijk bij hersenen:
- Men wist lang niet dat hersenen uit # cellen bestaat
o Doorlopend net van cellen (reKculum) of individuele cel communicaKe?
- Coupe: geen aparte cellen te onderscheiden
- Dendrieten en axonen: niet in beeld via Nissl kleuring
o Kleuring van kern + Nissl lichamen rond kern van neuronen
Golgi kleuring = zilvernitraat kleuring
- Zilvernitraat slaat neer op volledige neuron
ð In beeld brengen van cellichamen, axonen en dendrieten (=volledige cel)
EMS: synapsen in beeld brengen
- Dus geen reKculum, maar individuele cel communicaKe
1
,Opbouw grootste deel hersenen (neocortex)
- 6 cellagen
o Bovenaan: kleine cellen
o Dieper: piramidale cellen
o Nog dieper: kleine stellaire cellen
Neuron doctrine
- Neuronen zijn anatomische & fysiologische basiseenheid van ZS
ð Werking hersenen is samen te brengen tot elektrische acKviteit van neuronen
Begrijpen samenhang gedrag en neuronen
- 100 miljard neuronen in hersenen die connecKes maken met duizenden andere neuronen
- Neurofysiologie moet algemeen bekeken worden
- Naast neuronen ook glia cellen
o Veel meer dan enkel ondersteunende rol
- Hersenen begrijpen = eig neuronen kennen + schakeling tsn neuronen
o 1cm opschuiven in hersenen = neuronen met totaal andere funcKe
o Complex netwerk
Werking hersenen vloeit voor uit
1) Intrinsieke eigenschappen van neuronen (moleculair, elektrisch, morfologisch)
2) Schakelingen van neuronen met
a. Periferie: R-epthelen (huid, netvlies)
b. Effectororganen (spieren, klieren)
3) Andere neuronen à belang van netwerken en connecKes (bedrading)
a. Bedrading: uniek voor elk individu (niet gedicteerd door genoom) (zoogdier!!)
b. Uitbreiding connecKes Kjdens ontwikkeling
Simpele diersoorten vb C. elegans
- 302 of 385 neuronen (hermafrodiet vs mannelijk)
- Volledig genoom in kaart gebracht
- Gedrag proberen begrijpen van uit interacKes die alle neuronen met elkaar aangaan
o “connectoom”
Human connectoom
- Project om op niet-invasieve manier alle/de belangrijkste humane zenuwbanen in kaart te
brengen
ð Vgl zieke vs gezonde personen (neurotypical) => vroegKjdige diagnoses
- (!) Onmogelijk om alle individuele connecKes ooit in beeld te brengen
- Wel mooie technieken om wike stof banen in beeld te brengen
o Nu'g bij ziekte: veel hersenstoornissen hebben vertekend beeld wike stof
- Er bestaan al goede AI modellen
Glia cellen
- ‘glia’ = lijm => men dacht dat ze de neuronen samenhielden
- Meer funcKes!
- Min 10-50x meer gliacellen dan neuronen
Belangrijke rol: ondersteuning neuronen
- E metabolisme van neuronen: samen met astrocyten
o Nemen glucose op & breken af
2
, o Lactaat (als tussenproduct glycolyse) doorgeven aan neuronen
- Immuunrespons: microglia (macrofagen)
o =immuuncellen
o Voorkomen infecKes + ruimen dode cellen op
- Geleiding APs: oligodendrocyten
o Vorming myeline schede
o <-> perifeer: Schwann cellen maken myeline
- ProducKe hersenvocht: ependymcellen
- RegulaKe werking synapsen: astrocyten
o Astrocyten rond synapsen: Ca2+ concentraKes veranderen
intracellulair
§ Calcium golven
§ In beeld brengen via voltage-gevoelige kleurstoffen
= “opKcal imaging”
o Vorming triparKde synaps
Complexiteit hersenen
RelaKe strucuur-funcKe = veel complexer dan in andere organen
ð 3 redenen van complexiteit in hersenen
1. Enorme structurele en funcKonele diversiteit
- Veel meer celtypes in hersenen dan in andere organen
o ~ 100 miljard neuronen
o Gliacellen: 10x meer dan neuronen
o > 100 # types/subtypes neuronen/gliacellen
o Elk neuron tot 104 connecKes (~10 biljoen connecKes)
o > 100 # NTs
2. Veel niveaus in organisaKe van hersenen
à belang van studie op meerdere organisaKeniveaus
- 1cm opschuiven in hersenen = gebied met totaal ander funcKe en connecKes
=complex voor bestudering
- Rhesusaap: belangrijk proefdier om visueel systeem te begrijpen
o Visueel systeem: gelijkaardig aan humaan
o Motorisch systeem: veel homologe gebieden
- Figuur:
o Gekleurde gebieden = funcKe in visueel systeem
o Info komt binnen in oxipitale lob van hersenen (achterkant)
o Alle gebieden staan met elkaar in verbinding!
o Verdeling van arbeid
3
, § Niet elk neuron kan alle info verwerken -> onderlinge verdeling
• Gebieden naar onder: temporale stroom (ID vormen)
• Gebieden naar boven: dorsale stroom (lokalisaKe bepaalde objecten
in de ruimte)
• Andere gebieden: percepKe kleur, beweging,…
o Hiërarchie in visueel systeem
§ Heb je veel minder in andere organen
§ Hoe hoger in hiërarchie, hoe complexer
3. Moeilijk om bepaalde vorm van gedrag terug te brengen naar bepaald gen/neuron
- Oorzaak & gevolg: moeilijk te ontwarren in hersenen
o Bv: amyeloide plaques -> oorzaak of gevolg van ziekte van Alzheimer?
- Spiegelsysteem
o Neuronen w acKef als wij zelf iets doen/ervaren
o Neuronen w ook acKef wnr we iemand anders iets zien doen/ervaren
§ Bv inleven in pijn van iemand anders
o Theorie over auKsme: problemen met spiegelsysteem
§ Niet inleven in emoKes van anderen
§ Wat is oorzaak, wat is gevolg?
• Is oorzaak auKsme defect spiegelsysteem?
• Is auKsme een stoornis waardoor zenuwbanen in wike stof niet
goed ontwikkeld zijn waardoor info op foute manier wordt
doorgegeven?
- Sommige cogniKeve/gedragsaspecten wel geod verklaar adhv eigenschappen en
verbindingen tsn neuronen
o Bv waarneming van kleur of beweging
o MAAR wat is link tsn werking neuronen en iemands cogniKeve capaciteiten?
- Bv Wat is basis van Einstein’s intelligenKe?
o Veel speculaKe obv anatomie
§ Grotere hersengebieden? Meer hersengroeven (sulci)?
Grotere raKo gliacellen vs neuronen?
- Savan syndroom
o Aangeboren of na hersentrauma
o Hebben/krijgen supereigenschap -> fotografisch geheugen
§ Bv: muziekstuk 1x horen en volledig uitschrijven
Verschillende niveaus organisa0e zenuwstelsel
- CNS > systemen (bv visueel) > kaarten > netwerken > neuronen > synapsen > moleculen
ð Studie van elk niveau is belangrijk!
- Afwijkingen op elk niveau à storing ganse systeem
- Hersenaandoeningen/ziekten: meestal te wijten aan veranderingen opo meerdere niveaus
o Bv verslaving: op elk niveau onderzoeken & proberen begrijpen wat fout gaat
§ Moleculair: R in synapsen
§ Andere connecKes tsn neuronen
§ Hervorming netwerken
- Bestudering met verschillende technieken
o Psychofysica (gedrag): kijken naar reacKeKjden, oogsKmuli,…
o FuncKonele beeldvorming (systeem niveau)
o Celafleidingen
o Moleculaire biologische technieken (vb R blockage)
4
HS 1: ALGEMENE INLEIDING, OVERZICHT NEUROANATOMIE
Neurofysiologie
=studie werking en funcKe(s) van zenuwstelsel
- CZS > hersenen (grote & kleine), hersenstam, ruggenmerg
- PZS >
o SomaKsch zenuwstelsel (perifere zenuwen): gemengde zenuwen
§ Sensorische: input naar CZS (afferent)
§ Motorische: output van CZS (efferent)
o Autonoom zenuwstelsel
§ Werking organen, klieren, BV, spijsvertering, ademhaling
Func0es hersenen
1. SensaKe
- = TransformaKe van fysische sKmuli in elektrische (neuronale) signalen
ð Prikkels > omgeving (of intern) w opgevangen door R
2. PercepKe
- = Resultaat van selecteren (interne filter: aandacht), organiseren en interpreteren van deze
informaKe
o (vb: warm water en fris drankje -> dorst dus opdrinken)
ð Hersenen verwerken (een deel van) de binnenkomende informaKe (integraKe)
- = interpretaKe
- ¹ louter passieve registraKe van info door zintuigen
3. Output
- Hersenen zorgen voor motor output (interacKe met omgeving) (via motorcortex)
SensaKe vs percepKe
- Vb een illusie
- SensaKe is hetzelfde: iedereen kijkt naar hetzelfde
- PercepKe is verschillend: niet iedereen ziet de illusie (meteen)
o = hoe hersenen het beeld interpreteren
Hoe werking hersenen bestuderen?
Celtheorie: funcKe van cel begrijpen = definiKe van wat een orgaan doet (basiseenheid)
(!) Moeilijk bij hersenen:
- Men wist lang niet dat hersenen uit # cellen bestaat
o Doorlopend net van cellen (reKculum) of individuele cel communicaKe?
- Coupe: geen aparte cellen te onderscheiden
- Dendrieten en axonen: niet in beeld via Nissl kleuring
o Kleuring van kern + Nissl lichamen rond kern van neuronen
Golgi kleuring = zilvernitraat kleuring
- Zilvernitraat slaat neer op volledige neuron
ð In beeld brengen van cellichamen, axonen en dendrieten (=volledige cel)
EMS: synapsen in beeld brengen
- Dus geen reKculum, maar individuele cel communicaKe
1
,Opbouw grootste deel hersenen (neocortex)
- 6 cellagen
o Bovenaan: kleine cellen
o Dieper: piramidale cellen
o Nog dieper: kleine stellaire cellen
Neuron doctrine
- Neuronen zijn anatomische & fysiologische basiseenheid van ZS
ð Werking hersenen is samen te brengen tot elektrische acKviteit van neuronen
Begrijpen samenhang gedrag en neuronen
- 100 miljard neuronen in hersenen die connecKes maken met duizenden andere neuronen
- Neurofysiologie moet algemeen bekeken worden
- Naast neuronen ook glia cellen
o Veel meer dan enkel ondersteunende rol
- Hersenen begrijpen = eig neuronen kennen + schakeling tsn neuronen
o 1cm opschuiven in hersenen = neuronen met totaal andere funcKe
o Complex netwerk
Werking hersenen vloeit voor uit
1) Intrinsieke eigenschappen van neuronen (moleculair, elektrisch, morfologisch)
2) Schakelingen van neuronen met
a. Periferie: R-epthelen (huid, netvlies)
b. Effectororganen (spieren, klieren)
3) Andere neuronen à belang van netwerken en connecKes (bedrading)
a. Bedrading: uniek voor elk individu (niet gedicteerd door genoom) (zoogdier!!)
b. Uitbreiding connecKes Kjdens ontwikkeling
Simpele diersoorten vb C. elegans
- 302 of 385 neuronen (hermafrodiet vs mannelijk)
- Volledig genoom in kaart gebracht
- Gedrag proberen begrijpen van uit interacKes die alle neuronen met elkaar aangaan
o “connectoom”
Human connectoom
- Project om op niet-invasieve manier alle/de belangrijkste humane zenuwbanen in kaart te
brengen
ð Vgl zieke vs gezonde personen (neurotypical) => vroegKjdige diagnoses
- (!) Onmogelijk om alle individuele connecKes ooit in beeld te brengen
- Wel mooie technieken om wike stof banen in beeld te brengen
o Nu'g bij ziekte: veel hersenstoornissen hebben vertekend beeld wike stof
- Er bestaan al goede AI modellen
Glia cellen
- ‘glia’ = lijm => men dacht dat ze de neuronen samenhielden
- Meer funcKes!
- Min 10-50x meer gliacellen dan neuronen
Belangrijke rol: ondersteuning neuronen
- E metabolisme van neuronen: samen met astrocyten
o Nemen glucose op & breken af
2
, o Lactaat (als tussenproduct glycolyse) doorgeven aan neuronen
- Immuunrespons: microglia (macrofagen)
o =immuuncellen
o Voorkomen infecKes + ruimen dode cellen op
- Geleiding APs: oligodendrocyten
o Vorming myeline schede
o <-> perifeer: Schwann cellen maken myeline
- ProducKe hersenvocht: ependymcellen
- RegulaKe werking synapsen: astrocyten
o Astrocyten rond synapsen: Ca2+ concentraKes veranderen
intracellulair
§ Calcium golven
§ In beeld brengen via voltage-gevoelige kleurstoffen
= “opKcal imaging”
o Vorming triparKde synaps
Complexiteit hersenen
RelaKe strucuur-funcKe = veel complexer dan in andere organen
ð 3 redenen van complexiteit in hersenen
1. Enorme structurele en funcKonele diversiteit
- Veel meer celtypes in hersenen dan in andere organen
o ~ 100 miljard neuronen
o Gliacellen: 10x meer dan neuronen
o > 100 # types/subtypes neuronen/gliacellen
o Elk neuron tot 104 connecKes (~10 biljoen connecKes)
o > 100 # NTs
2. Veel niveaus in organisaKe van hersenen
à belang van studie op meerdere organisaKeniveaus
- 1cm opschuiven in hersenen = gebied met totaal ander funcKe en connecKes
=complex voor bestudering
- Rhesusaap: belangrijk proefdier om visueel systeem te begrijpen
o Visueel systeem: gelijkaardig aan humaan
o Motorisch systeem: veel homologe gebieden
- Figuur:
o Gekleurde gebieden = funcKe in visueel systeem
o Info komt binnen in oxipitale lob van hersenen (achterkant)
o Alle gebieden staan met elkaar in verbinding!
o Verdeling van arbeid
3
, § Niet elk neuron kan alle info verwerken -> onderlinge verdeling
• Gebieden naar onder: temporale stroom (ID vormen)
• Gebieden naar boven: dorsale stroom (lokalisaKe bepaalde objecten
in de ruimte)
• Andere gebieden: percepKe kleur, beweging,…
o Hiërarchie in visueel systeem
§ Heb je veel minder in andere organen
§ Hoe hoger in hiërarchie, hoe complexer
3. Moeilijk om bepaalde vorm van gedrag terug te brengen naar bepaald gen/neuron
- Oorzaak & gevolg: moeilijk te ontwarren in hersenen
o Bv: amyeloide plaques -> oorzaak of gevolg van ziekte van Alzheimer?
- Spiegelsysteem
o Neuronen w acKef als wij zelf iets doen/ervaren
o Neuronen w ook acKef wnr we iemand anders iets zien doen/ervaren
§ Bv inleven in pijn van iemand anders
o Theorie over auKsme: problemen met spiegelsysteem
§ Niet inleven in emoKes van anderen
§ Wat is oorzaak, wat is gevolg?
• Is oorzaak auKsme defect spiegelsysteem?
• Is auKsme een stoornis waardoor zenuwbanen in wike stof niet
goed ontwikkeld zijn waardoor info op foute manier wordt
doorgegeven?
- Sommige cogniKeve/gedragsaspecten wel geod verklaar adhv eigenschappen en
verbindingen tsn neuronen
o Bv waarneming van kleur of beweging
o MAAR wat is link tsn werking neuronen en iemands cogniKeve capaciteiten?
- Bv Wat is basis van Einstein’s intelligenKe?
o Veel speculaKe obv anatomie
§ Grotere hersengebieden? Meer hersengroeven (sulci)?
Grotere raKo gliacellen vs neuronen?
- Savan syndroom
o Aangeboren of na hersentrauma
o Hebben/krijgen supereigenschap -> fotografisch geheugen
§ Bv: muziekstuk 1x horen en volledig uitschrijven
Verschillende niveaus organisa0e zenuwstelsel
- CNS > systemen (bv visueel) > kaarten > netwerken > neuronen > synapsen > moleculen
ð Studie van elk niveau is belangrijk!
- Afwijkingen op elk niveau à storing ganse systeem
- Hersenaandoeningen/ziekten: meestal te wijten aan veranderingen opo meerdere niveaus
o Bv verslaving: op elk niveau onderzoeken & proberen begrijpen wat fout gaat
§ Moleculair: R in synapsen
§ Andere connecKes tsn neuronen
§ Hervorming netwerken
- Bestudering met verschillende technieken
o Psychofysica (gedrag): kijken naar reacKeKjden, oogsKmuli,…
o FuncKonele beeldvorming (systeem niveau)
o Celafleidingen
o Moleculaire biologische technieken (vb R blockage)
4
