Neurofysiologie
Hoofdstuk 1 : inleiding
Inleiding
Neuronen
- = belangrijkste bouwstenen hersenen
- Kern (cellichaam) – genetisch materiaal
- Axonen en dendrieten
o Communicatie
- Ionenpompen
- Doorgeven signalen : 80*109 neuronen – elk contact met 1000’den andere
o Informatie interpreteren ; al dan niet doorgeven
o 2de neuron : kan meer dan voorgaande
- Synapsen : doorgeven signaal ahv NT’s – contacten
- Actiepotentiaal
o Ionen via kanalen
o Depolarisatie : Na+-instroom
o Repolarisatie : K+-instroom
Onderzoek
- Verlamming : alle connecties verbroken vanaf letsel
- Gezonde hersenen : signaal meten – duursturen computer – doet beweging na
Zenuwstelsel
- = anatomisch en fysiologisch gediversifieerd geheel van neuronen
- Gedrag : verklaard door activiteit in zenuwstelsel
- Functie – berust op niveaus complexiteit
o Schakelingen perifeer en centraal
o Shakelingen neuronen onderling
o Intrinsieke eigenschappen individuele neuronen
- Cel-functie ≠ orgaan-functie
Organisatorische niveaus
- Niveaus
o Centraal Zenuwstelsel
o Systemen
o Mappen
o Netwerk
o Neuronen
o Synaps
o Moleculen
- Studie elk niveau belangrijk
o Verschillende technieken
- Afwijking op niveau : storing hele systeem
Hersenen
- Symmetrisch geheel
o Dorsaal (rug) – ventraal (buik) sagittaal
o Mediaal (midden) – lateraal (zijkant) coronaal (// gezicht)
o Craniaal (hersenen) – caudaal (voeten) horizontaal
- Verschillende hersenkwabben
- Sulci en gyri
1
,Technieken 3
ERP & MEG
Indeling Brain
2
Functional
- Tijd (ondergrens = resolutie) – WANNEER
PET
MRI
Map 1
o Duur AP : 2-3 ms
Lesions
Log Scale (mm)
Optical Dyes 2DG
Column 0 Microlesions
- Ruimte (ondergrens is resolutie) – WAAR
Layer -1
- Invasiviteit Neuron
- Ideaal : -2 Single Unit Recording
techniek met onbeperkte ruimtelijke en temporele resolutie Dendrite
-3
Patch Clamp Light
Microscopy
Synapse
-4
Eindproduct
-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7
- Gedrag Millisecond Second Minute Hour Day
- Psychofysica : hoe goed in bepaalde percepten Log Time (sec)
Causaal verband?
- Meting activiteit CORRELEREN met output
- Niet noodzakelijk causaal
- Causaal : verstoren activiteit = effect op output?
Door microstimulatie : elektrode in hersenen geeft stroomstoot
Elektrische metingen
= rechtstreekse meting activiteit neuronen
Single Unit recording (SUR)
- Meet AP van enkelvoudig neuron – goed spaciaal
- 1 neuron ; enkele AP tot dagen – goed temporeel
- Fijne draad in hersenen (geen pijn)
- Meten lokaal elektrisch veldje bij iedere AP
- Wakkere dieren : correlatie met gedrag
- Nadelen
o Invasief
o Geen ruimtelijk overzicht – slechts 1 cel per keer
- Selectiviteit meten – selectief : meer activiteit
- Patch-clamp : meten membraan-specifieke eigenschappen – meten IN cel
- Elektrode errays : vele tipjes voor vele neuronen per keer
o Tipjes geïsoleerd : anders elektrisch veld verandering
Elektro-encefalografie (EEG) en evoked respons potentialen (ERP)
- Massapotentiaal meten thv schedelhuid
- Niet-invasief ; goedkoop ; geringe spatiale resolutie
- Meten gezamenlijke potentiaal groot aantal neuronen
o Geactiveerd neuron : AP genereren
o Lokaal elektrisch veld verandert
o Vele neuronen gelijk : kunnen waarnemen
Pyramidale cellen parallel
Neuronen synchroon actief bij signaal
- ERP = gemiddelde van EEG signaal voor bepaalde ‘stimulus’
Magneto-encefalografie (MEG)
- Meten verschillende magnetische velden
o Verandering elektrisch veld = verandering magnetisch veld
- Miniscule magnetische signalen gegenereerd door neurale activiteit
- Verschillen EEG
o Duurder
o Betere lokalisatie
Elektrische microstimulatie
- Stroomstoot geven – effect beweging : bepaalde richting afhankelijk van plaats
2
,Functionele beeldvorming (chemisch)
Onrechtstreekse meting
Domein actief : meer aanvoer O2-rijk bloed (geen inwendige energie dus aanvoer nodig)
Positron Emission Tomografie (PET)
- Radioactiviteit inspuiten (slechts 1-2 keer)
- Meer naar bepaalde gebieden – actieve gebieden : verhoogde reactiviteit
- Gebruikt om opsporen receptoren
o Waar hoge densiteit
o Effect van medicatie
- Niet meer gebruikt : betere spaciale technieken zonder radioactief
Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI)
- Welke delen actief bij handeling
- Elektrisch signaal : snel ; bepaalde plaats
- Niet-invasief
- BOLD (blood oxygen level dependent imaging)
o Verschillen (des)oxyhemoglobine
o Na+/K+-pompen : glucose en O2 nodig : meer aanvoer
o Verschil ratio geoxideerd / gedesoxideerd bloed
- Peri-operatief : gebieden proberen sparen tijdens operatie
- Tijd : s-min – ruimte : maps
Deoxyglucose
- suiker injecteren – enkel in actieve cellen blijven
- weinig gebruikt : veel zwart – groepen cellen actief
- goed spaciaal , slecht temporeel
Optical Imaging
- Verschil kleur (des)oxyhemoglobine
- Veranderingen zien
- Voordelen
o Hoge temporele en spaciale resolutie
- Nadelen
o Invasief : met camera – kan niet doorheen schedel
o Enkel oppervlakkig
Calcium imaging
- Als indicator voor Ca2+
- Actief : Ca-fluctuaties meer naar intracellulair
- Camera nodig
- Verschillende cellen volgen
Letsels
- Causaal verband : activiteit neuronen en output
- Groot deel kennis – verwondingen oorlog : waar kogel effect gedrag?
- Omkeerbare letsels : activiteit aan/ uit zetten – lokaal anestheticum , GABA-analoog , koude
- Probleem
o Als permanent letsel : hersenen niet meer gewoon
o Compenseren verloren functie functionele reorganisatie
Optogenetics
- Gebruiken van licht om neuronen controleren
- Neuronen gemodificeerd om openen licht-sensitieve ionenkanalen
Genen van lichtgevende algen in zoogdieren
- Licht bepaalde golflengte : anionen binnen inhibitie / activatie
- Invasief : er moet licht bij kunnen
3
, Moleculaire biologie
- Welke moleculen = motor neuronen ?
Psychologie
- Gedrag
- Psychofysica
Selectiviteit
- Neuronen gevoelig voor oriëntatie
o Minder gestimuleerd door afwijkende stimulus
o Meer gestimuleerd door bepaalde stimulus
- Ook andere parameters : kleur , toonhoogte …
- Hogere selectiviteit : steilere flanken
- Geklusterd voorkomen : kolommen
Mirrorneuronen
- Reageren bij zien van actie
- Reageren bij zelf uitvoeren actie
Percept
- Opvangen informatie tot percept komen output : iets mee doen
o Input : zintuigen
o Output : motoriek
- Filter : niet alle energie waaraan blootgesteld gebruiken
- Percept = interpretatie van zintuiglijke input
o Kleur : golflengte elektromagnetische golven – niet voor iedereen zelfde
o 3D : retina in 2D beeld doorgeven – 3D recreëren in hersenen
- Illusie = vals percept
4
Hoofdstuk 1 : inleiding
Inleiding
Neuronen
- = belangrijkste bouwstenen hersenen
- Kern (cellichaam) – genetisch materiaal
- Axonen en dendrieten
o Communicatie
- Ionenpompen
- Doorgeven signalen : 80*109 neuronen – elk contact met 1000’den andere
o Informatie interpreteren ; al dan niet doorgeven
o 2de neuron : kan meer dan voorgaande
- Synapsen : doorgeven signaal ahv NT’s – contacten
- Actiepotentiaal
o Ionen via kanalen
o Depolarisatie : Na+-instroom
o Repolarisatie : K+-instroom
Onderzoek
- Verlamming : alle connecties verbroken vanaf letsel
- Gezonde hersenen : signaal meten – duursturen computer – doet beweging na
Zenuwstelsel
- = anatomisch en fysiologisch gediversifieerd geheel van neuronen
- Gedrag : verklaard door activiteit in zenuwstelsel
- Functie – berust op niveaus complexiteit
o Schakelingen perifeer en centraal
o Shakelingen neuronen onderling
o Intrinsieke eigenschappen individuele neuronen
- Cel-functie ≠ orgaan-functie
Organisatorische niveaus
- Niveaus
o Centraal Zenuwstelsel
o Systemen
o Mappen
o Netwerk
o Neuronen
o Synaps
o Moleculen
- Studie elk niveau belangrijk
o Verschillende technieken
- Afwijking op niveau : storing hele systeem
Hersenen
- Symmetrisch geheel
o Dorsaal (rug) – ventraal (buik) sagittaal
o Mediaal (midden) – lateraal (zijkant) coronaal (// gezicht)
o Craniaal (hersenen) – caudaal (voeten) horizontaal
- Verschillende hersenkwabben
- Sulci en gyri
1
,Technieken 3
ERP & MEG
Indeling Brain
2
Functional
- Tijd (ondergrens = resolutie) – WANNEER
PET
MRI
Map 1
o Duur AP : 2-3 ms
Lesions
Log Scale (mm)
Optical Dyes 2DG
Column 0 Microlesions
- Ruimte (ondergrens is resolutie) – WAAR
Layer -1
- Invasiviteit Neuron
- Ideaal : -2 Single Unit Recording
techniek met onbeperkte ruimtelijke en temporele resolutie Dendrite
-3
Patch Clamp Light
Microscopy
Synapse
-4
Eindproduct
-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7
- Gedrag Millisecond Second Minute Hour Day
- Psychofysica : hoe goed in bepaalde percepten Log Time (sec)
Causaal verband?
- Meting activiteit CORRELEREN met output
- Niet noodzakelijk causaal
- Causaal : verstoren activiteit = effect op output?
Door microstimulatie : elektrode in hersenen geeft stroomstoot
Elektrische metingen
= rechtstreekse meting activiteit neuronen
Single Unit recording (SUR)
- Meet AP van enkelvoudig neuron – goed spaciaal
- 1 neuron ; enkele AP tot dagen – goed temporeel
- Fijne draad in hersenen (geen pijn)
- Meten lokaal elektrisch veldje bij iedere AP
- Wakkere dieren : correlatie met gedrag
- Nadelen
o Invasief
o Geen ruimtelijk overzicht – slechts 1 cel per keer
- Selectiviteit meten – selectief : meer activiteit
- Patch-clamp : meten membraan-specifieke eigenschappen – meten IN cel
- Elektrode errays : vele tipjes voor vele neuronen per keer
o Tipjes geïsoleerd : anders elektrisch veld verandering
Elektro-encefalografie (EEG) en evoked respons potentialen (ERP)
- Massapotentiaal meten thv schedelhuid
- Niet-invasief ; goedkoop ; geringe spatiale resolutie
- Meten gezamenlijke potentiaal groot aantal neuronen
o Geactiveerd neuron : AP genereren
o Lokaal elektrisch veld verandert
o Vele neuronen gelijk : kunnen waarnemen
Pyramidale cellen parallel
Neuronen synchroon actief bij signaal
- ERP = gemiddelde van EEG signaal voor bepaalde ‘stimulus’
Magneto-encefalografie (MEG)
- Meten verschillende magnetische velden
o Verandering elektrisch veld = verandering magnetisch veld
- Miniscule magnetische signalen gegenereerd door neurale activiteit
- Verschillen EEG
o Duurder
o Betere lokalisatie
Elektrische microstimulatie
- Stroomstoot geven – effect beweging : bepaalde richting afhankelijk van plaats
2
,Functionele beeldvorming (chemisch)
Onrechtstreekse meting
Domein actief : meer aanvoer O2-rijk bloed (geen inwendige energie dus aanvoer nodig)
Positron Emission Tomografie (PET)
- Radioactiviteit inspuiten (slechts 1-2 keer)
- Meer naar bepaalde gebieden – actieve gebieden : verhoogde reactiviteit
- Gebruikt om opsporen receptoren
o Waar hoge densiteit
o Effect van medicatie
- Niet meer gebruikt : betere spaciale technieken zonder radioactief
Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI)
- Welke delen actief bij handeling
- Elektrisch signaal : snel ; bepaalde plaats
- Niet-invasief
- BOLD (blood oxygen level dependent imaging)
o Verschillen (des)oxyhemoglobine
o Na+/K+-pompen : glucose en O2 nodig : meer aanvoer
o Verschil ratio geoxideerd / gedesoxideerd bloed
- Peri-operatief : gebieden proberen sparen tijdens operatie
- Tijd : s-min – ruimte : maps
Deoxyglucose
- suiker injecteren – enkel in actieve cellen blijven
- weinig gebruikt : veel zwart – groepen cellen actief
- goed spaciaal , slecht temporeel
Optical Imaging
- Verschil kleur (des)oxyhemoglobine
- Veranderingen zien
- Voordelen
o Hoge temporele en spaciale resolutie
- Nadelen
o Invasief : met camera – kan niet doorheen schedel
o Enkel oppervlakkig
Calcium imaging
- Als indicator voor Ca2+
- Actief : Ca-fluctuaties meer naar intracellulair
- Camera nodig
- Verschillende cellen volgen
Letsels
- Causaal verband : activiteit neuronen en output
- Groot deel kennis – verwondingen oorlog : waar kogel effect gedrag?
- Omkeerbare letsels : activiteit aan/ uit zetten – lokaal anestheticum , GABA-analoog , koude
- Probleem
o Als permanent letsel : hersenen niet meer gewoon
o Compenseren verloren functie functionele reorganisatie
Optogenetics
- Gebruiken van licht om neuronen controleren
- Neuronen gemodificeerd om openen licht-sensitieve ionenkanalen
Genen van lichtgevende algen in zoogdieren
- Licht bepaalde golflengte : anionen binnen inhibitie / activatie
- Invasief : er moet licht bij kunnen
3
, Moleculaire biologie
- Welke moleculen = motor neuronen ?
Psychologie
- Gedrag
- Psychofysica
Selectiviteit
- Neuronen gevoelig voor oriëntatie
o Minder gestimuleerd door afwijkende stimulus
o Meer gestimuleerd door bepaalde stimulus
- Ook andere parameters : kleur , toonhoogte …
- Hogere selectiviteit : steilere flanken
- Geklusterd voorkomen : kolommen
Mirrorneuronen
- Reageren bij zien van actie
- Reageren bij zelf uitvoeren actie
Percept
- Opvangen informatie tot percept komen output : iets mee doen
o Input : zintuigen
o Output : motoriek
- Filter : niet alle energie waaraan blootgesteld gebruiken
- Percept = interpretatie van zintuiglijke input
o Kleur : golflengte elektromagnetische golven – niet voor iedereen zelfde
o 3D : retina in 2D beeld doorgeven – 3D recreëren in hersenen
- Illusie = vals percept
4
