NEUROFYSIOLOGIE
2022-2023 – TOM THEYS
HOOFDSTUK 7: DE SMAAK, HET GUSTATIEF SYSTEEM
7.1 INLEIDING
Gustatief systeem:
- Voedselopname controleren
- Hedonisch kompas over wat je wle en niet mag eten
5 basissmaken:
- Zout: goede elektrolytenbalans
- Zoet: energierijke nutrienten
- Bitter
- Zuur evt toxische, schadelijke stoffen
- Umami (glutamaat): aminozuren herkennen
Overeenkomst tussen chemische structuur en bepaalde smaak
Ook uiteenlopende structuren voor eenzelfde smaak bv. monelline (eiwit geisoleerd uit bessen) en
aspartaam die allebei zoet smaken
Grote variëteit aan smaken:
- Combinaties van de basissmaken
- Gelijktijdige werking van geur
- Activatie van andere receptoren: textuur, temperatuur, pijn (TRPV1 kanaal voor pepers)
Proeven is samenspel van smaak, geur en somesthesie
Smaak: genot beïnvloedt door emotionele en motivationele factoren
Nog andere smaakdetectoren: vet (triglyceriden), zetmeel, koolzuurhouden (CO2), calcium, water
7.2 HET PERIFEER SENSORIËLE APPARAAT
Smaakknoppen: 50-100 smaakreceptorcellen
- Chemisch gevoelig deel: apicaal met microvilli
- “taste buds”: appelsienvormig
- Basale cellen + smaakcellen met hoge turnover
Gegroepeerd in 3 papillen:
- Papillae fungiformes: vooraan
- Papillae foliatae: achteraan ter hoogte van tongrand
- Papillae circumvallatae: middellijn vanachter
- Smaakknoppen in keel en gehemelte
Bij hogere concentraties verdwijnt de selectiviteit (van de papil), verschillende types smaakcellen per
smaakknop
Normaal 1 smaak – 1 cel maar sommige hebben bredere tuning
Daarnaast ook convergentie van verschillende smaakreceptorcellen op de gustatieve afferenten
(combinatoriële codering) (eerste afferenten zijn nog redelijk selectief)
Transductiemechanismen:
Chemisch signaal → elektrisch signaal
, 1. Zout
Amiloridegevoelige natriumkanalen (ENaC) die open staan, bij inname van zout (hogere natrium concentratie)
zal de cel depolariseren (natrium instroom)
Serotonine vrijzetten aan synaps
Hoge zoutconcentratie: bitter en zuurreceptoren actief wat aversief effect heeft
2. Zuur
Otop1-kanaal dat reageert op H+ ionen. De receptorpotentiaal zal spanningsgevoelige calciumkanalen openen
met vrijzetting van serotonine.
3. Zoet, bitter, umami
Zoet: T1R2 + T1R3 umami: T1R1 + T1R3 bitter: T2R
G-proteinegekoppelde receptoren: vorming van PLC IP3
- Openen van natrium kanalen, vrijzetting van calcium
- ATP als neurotransmitter
Zoet heeft lage affiniteit tegenover bitter met hoge affiniteit (al kleine dosis bitter opmerken)
7.3 DE CENTRALE GUSTATIEVE BANEN
Via craniale zenuwen: VII (n. facialis), IX (n. glossopharyngeus), X (n. vagus)
- Naar de hersenstam: nucleus tractus solitarius (NTS)
o Reflexen: slikken, speekselproductie, braken
- Projectie naar VPM-kern in thalamus
- Om zo naar insulo-operculair gelegen primaire gustatieve cortex te gaan
o Bewuste perceptie en discriminatie van smaak
- Verbindingen met hypothalamus die eetgedrag bijsturen, verzadiging
Primaire smaakcortex in insula → gustatieve cortex van hogere orde in orbitofrontale cortex (OFC)
- Selectiever
- Multimodaal: input van gustatieve, olfactiele, somatosensoriële en visuele informatie
- Invloed van motivationele toestand: reageren op verzadiging
o Minder antwoorden op smaak als voedsel met die smaak tot verzadiging wordt gegeten
o Blijven antwoorden op smaken die niet tot verzadiging gegeten zijn
Projecties van laterale hypothalamus naar OFC
- Smaaksensatie/aangenaamheid correleert met activiteit van OFC
Codering van smaak:
Labeled lines (perifeer): selectiviteit van de receptorcellen maar sommige ook met bredere tuning
Nood aan populatiecodering (centraal):
- Patroon van gecombineerde activiteit van groepen neuronen groot aantal smaken accuraat signaleren
- Spatiale populatiecode: verschillende activatiepatronen voor sensatie en kwaliteit van smaken, maar
geen consistente receptorspecificiteit (anders dan bij knaagdieren: clustering van smaken in insula)
Afferente axonen ontvangen convergerende input van verschillende receptoren
,HOOFDSTUK 8: OLFACTIEL SYSTEEM
8.1 INLEIDING
Reuk en smaak werken samen om voedselbronnen te identificeren + reuk is communicatiemiddel en bij dieren
spelen feromonen een belangrijke rol bij reproductie.
- Minder belangrijk voor de overleving bij de mens
8.2 HET REUKORGAAN
Reukepitheel hoog in de neus: receptorcellen, steuncellen, basale cellen + dunne mucuslaag
- Mucus: reukstoffen oplossen voor ze
binden aan de receptor
- Basale cellen: regeneratie (6w) van
receptorcellen (echte neuronen)
- Olfactiele receptorcel: dunne dendriet
met cilia (met receptoren) aan knop,
ongemyeliniseerde axon die in bundels,
fila olfactoria, schedel binnendringt en in
de bulbus olfactorius loopt.
Anosmie: niet meer kunnen ruiken door hersenletsel waar de zenuw (fila) door is
Geen genot bij eten
Transductiemechanisme:
Binding van geurstoffen aan geurreceptoren (eiwitten) → Golf-proteine → cAMP → cAMP-
gevoelige natrium en calcium kanalen → openen van chloorkanalen en uitstroom van chloor
(amplificatie, hoge concentratie in cel) → depolarisatie
Receptorpotentiaal → actiepotentiaal
Adaptatie (na enkele minuten): (geur valt weg)
- Desensitisatie van de geurreceptor door fosforylatie
- Verminderde gevoeligheid van ionenkanalen voor cAMP
Knaagdieren: 1000 verschillende genen en d us receptoren
Mens: ongeveer 350 genen
Elke receptorcel brengt slechts 1 receptor tot expressie
Duizend verschillende receptorcellen
Elke receptor heeft brede tuning voor chemische structuren en herkent meerdere odoranten. Ook bindt elke
odorant op een concentratie-afhankelijke manier aan meerdere receptoren.
Combinatoriële code: 1 receptor kan niet uitmaken welke geur het is, nood aan populatiecodering
8.3 CENTRAAL OLFACTIEVE BANEN
Bulbus olfactorius: 3lagig allocortex, vormt rostrale verdikking van de tractus olfactorius.
- Knaagdieren: 2000 glomeruli, die elk input krijgen van 1 soort receptorcel
- Elke receptorcel projecteert naar 2 glomeruli (bilateraal)
Primaire olfactieve neuronen maken synaps met mitral cells en tufted cells (convergentie)
(1 odorant kan veel glomeruli activeren)
, Zowel intra- als interglomerulair: inhibitorische en excitatorische interacties
Contrastversterking door interneuronen (periglomerulaire cellen en
korrelcellen)
Via laterale inhibitie
Ook via dalende banen via glutamaat invloed op korrelcellen en
periglomerulaire cellen
Neuronen worden meer of minder gevoelig voor bepaalde geuren (bv meer als je
honger hebt, gemoduleerd vanuit de cortex richting korrelcel)
Receptoren van olfactieve systeem zijn breed getuned met populatiecodering (geur gecodeerd door groot
aantal neuronen) (minder receptoren dan er geuren zijn)
- Spatiale activatiemap in de bulbus olfactorius (van de neurale activaties) = odotopie
- Temporele codering: patroon, oscillaties en synchronisatie van de neurale activiteit bevatten
informatie over de identiteit van de geur
Projecties:
Axonen van tractus olfactorius projecteren
rechstreeks naar meerdere olfactieve gebieden
- Nucleus olfactorius anterior
- Tuberculum olfactorium
- Piriforme cortex
- Corticomediale amygdala
- Peri-amygdaloïde cortex*
Vooral ipsilateraal (contralateraal via nc olfactorius ant)
*connecties met limbisch systeem (emotie): toepassing:
Epilepsie die amygdala aantasten: patienten kunnen geurhallucinatie krijgen
Piriforme cortex: drielagige paleocortex
- Situeert zich als primaire olfactieve cortex op de ventrale frontotemporale
junctie: verschil in geur detecteren
- Projecties naar entorhinale cortex (hippocampus): opslaan van geuren (bv gevaarlijke geur,
geheugen)
- Projecties naar hypothalamus: rol bij eetgedrag en reproductie
Hogere orde cortex: orbitofrontaal (OFC)
- Input rechtstreeks als onrechtstreeks via de mediodorsale thalamus
- Geurperceptie: identificatie, geurdiscriminatie
- Letsel: wel nog geurdetectie
- Projecties naar secundaire gustatieve cortex: multimodale sensoriële input !!
Neuronen wordt sterk beïnvloed door veranderingen in smaak-beloningsassociaties: aangeleerde associatie
tussen 2 geuren en een smaak-beloningsstimulus omkeren, zullen ook de antwoorden van de neuronen
veranderen
Toepassing:
Activatie van cannabinoïdreceptoren (CB1) (na eten of roken van cannabis) zullen de korrelcellen (dalende
banen) geïnhibeerd worden (inhibitie van glutamaattransmissie)
Netto-activiteit van bulbus olfactorius verhoogt: hogere geurdetectie
2022-2023 – TOM THEYS
HOOFDSTUK 7: DE SMAAK, HET GUSTATIEF SYSTEEM
7.1 INLEIDING
Gustatief systeem:
- Voedselopname controleren
- Hedonisch kompas over wat je wle en niet mag eten
5 basissmaken:
- Zout: goede elektrolytenbalans
- Zoet: energierijke nutrienten
- Bitter
- Zuur evt toxische, schadelijke stoffen
- Umami (glutamaat): aminozuren herkennen
Overeenkomst tussen chemische structuur en bepaalde smaak
Ook uiteenlopende structuren voor eenzelfde smaak bv. monelline (eiwit geisoleerd uit bessen) en
aspartaam die allebei zoet smaken
Grote variëteit aan smaken:
- Combinaties van de basissmaken
- Gelijktijdige werking van geur
- Activatie van andere receptoren: textuur, temperatuur, pijn (TRPV1 kanaal voor pepers)
Proeven is samenspel van smaak, geur en somesthesie
Smaak: genot beïnvloedt door emotionele en motivationele factoren
Nog andere smaakdetectoren: vet (triglyceriden), zetmeel, koolzuurhouden (CO2), calcium, water
7.2 HET PERIFEER SENSORIËLE APPARAAT
Smaakknoppen: 50-100 smaakreceptorcellen
- Chemisch gevoelig deel: apicaal met microvilli
- “taste buds”: appelsienvormig
- Basale cellen + smaakcellen met hoge turnover
Gegroepeerd in 3 papillen:
- Papillae fungiformes: vooraan
- Papillae foliatae: achteraan ter hoogte van tongrand
- Papillae circumvallatae: middellijn vanachter
- Smaakknoppen in keel en gehemelte
Bij hogere concentraties verdwijnt de selectiviteit (van de papil), verschillende types smaakcellen per
smaakknop
Normaal 1 smaak – 1 cel maar sommige hebben bredere tuning
Daarnaast ook convergentie van verschillende smaakreceptorcellen op de gustatieve afferenten
(combinatoriële codering) (eerste afferenten zijn nog redelijk selectief)
Transductiemechanismen:
Chemisch signaal → elektrisch signaal
, 1. Zout
Amiloridegevoelige natriumkanalen (ENaC) die open staan, bij inname van zout (hogere natrium concentratie)
zal de cel depolariseren (natrium instroom)
Serotonine vrijzetten aan synaps
Hoge zoutconcentratie: bitter en zuurreceptoren actief wat aversief effect heeft
2. Zuur
Otop1-kanaal dat reageert op H+ ionen. De receptorpotentiaal zal spanningsgevoelige calciumkanalen openen
met vrijzetting van serotonine.
3. Zoet, bitter, umami
Zoet: T1R2 + T1R3 umami: T1R1 + T1R3 bitter: T2R
G-proteinegekoppelde receptoren: vorming van PLC IP3
- Openen van natrium kanalen, vrijzetting van calcium
- ATP als neurotransmitter
Zoet heeft lage affiniteit tegenover bitter met hoge affiniteit (al kleine dosis bitter opmerken)
7.3 DE CENTRALE GUSTATIEVE BANEN
Via craniale zenuwen: VII (n. facialis), IX (n. glossopharyngeus), X (n. vagus)
- Naar de hersenstam: nucleus tractus solitarius (NTS)
o Reflexen: slikken, speekselproductie, braken
- Projectie naar VPM-kern in thalamus
- Om zo naar insulo-operculair gelegen primaire gustatieve cortex te gaan
o Bewuste perceptie en discriminatie van smaak
- Verbindingen met hypothalamus die eetgedrag bijsturen, verzadiging
Primaire smaakcortex in insula → gustatieve cortex van hogere orde in orbitofrontale cortex (OFC)
- Selectiever
- Multimodaal: input van gustatieve, olfactiele, somatosensoriële en visuele informatie
- Invloed van motivationele toestand: reageren op verzadiging
o Minder antwoorden op smaak als voedsel met die smaak tot verzadiging wordt gegeten
o Blijven antwoorden op smaken die niet tot verzadiging gegeten zijn
Projecties van laterale hypothalamus naar OFC
- Smaaksensatie/aangenaamheid correleert met activiteit van OFC
Codering van smaak:
Labeled lines (perifeer): selectiviteit van de receptorcellen maar sommige ook met bredere tuning
Nood aan populatiecodering (centraal):
- Patroon van gecombineerde activiteit van groepen neuronen groot aantal smaken accuraat signaleren
- Spatiale populatiecode: verschillende activatiepatronen voor sensatie en kwaliteit van smaken, maar
geen consistente receptorspecificiteit (anders dan bij knaagdieren: clustering van smaken in insula)
Afferente axonen ontvangen convergerende input van verschillende receptoren
,HOOFDSTUK 8: OLFACTIEL SYSTEEM
8.1 INLEIDING
Reuk en smaak werken samen om voedselbronnen te identificeren + reuk is communicatiemiddel en bij dieren
spelen feromonen een belangrijke rol bij reproductie.
- Minder belangrijk voor de overleving bij de mens
8.2 HET REUKORGAAN
Reukepitheel hoog in de neus: receptorcellen, steuncellen, basale cellen + dunne mucuslaag
- Mucus: reukstoffen oplossen voor ze
binden aan de receptor
- Basale cellen: regeneratie (6w) van
receptorcellen (echte neuronen)
- Olfactiele receptorcel: dunne dendriet
met cilia (met receptoren) aan knop,
ongemyeliniseerde axon die in bundels,
fila olfactoria, schedel binnendringt en in
de bulbus olfactorius loopt.
Anosmie: niet meer kunnen ruiken door hersenletsel waar de zenuw (fila) door is
Geen genot bij eten
Transductiemechanisme:
Binding van geurstoffen aan geurreceptoren (eiwitten) → Golf-proteine → cAMP → cAMP-
gevoelige natrium en calcium kanalen → openen van chloorkanalen en uitstroom van chloor
(amplificatie, hoge concentratie in cel) → depolarisatie
Receptorpotentiaal → actiepotentiaal
Adaptatie (na enkele minuten): (geur valt weg)
- Desensitisatie van de geurreceptor door fosforylatie
- Verminderde gevoeligheid van ionenkanalen voor cAMP
Knaagdieren: 1000 verschillende genen en d us receptoren
Mens: ongeveer 350 genen
Elke receptorcel brengt slechts 1 receptor tot expressie
Duizend verschillende receptorcellen
Elke receptor heeft brede tuning voor chemische structuren en herkent meerdere odoranten. Ook bindt elke
odorant op een concentratie-afhankelijke manier aan meerdere receptoren.
Combinatoriële code: 1 receptor kan niet uitmaken welke geur het is, nood aan populatiecodering
8.3 CENTRAAL OLFACTIEVE BANEN
Bulbus olfactorius: 3lagig allocortex, vormt rostrale verdikking van de tractus olfactorius.
- Knaagdieren: 2000 glomeruli, die elk input krijgen van 1 soort receptorcel
- Elke receptorcel projecteert naar 2 glomeruli (bilateraal)
Primaire olfactieve neuronen maken synaps met mitral cells en tufted cells (convergentie)
(1 odorant kan veel glomeruli activeren)
, Zowel intra- als interglomerulair: inhibitorische en excitatorische interacties
Contrastversterking door interneuronen (periglomerulaire cellen en
korrelcellen)
Via laterale inhibitie
Ook via dalende banen via glutamaat invloed op korrelcellen en
periglomerulaire cellen
Neuronen worden meer of minder gevoelig voor bepaalde geuren (bv meer als je
honger hebt, gemoduleerd vanuit de cortex richting korrelcel)
Receptoren van olfactieve systeem zijn breed getuned met populatiecodering (geur gecodeerd door groot
aantal neuronen) (minder receptoren dan er geuren zijn)
- Spatiale activatiemap in de bulbus olfactorius (van de neurale activaties) = odotopie
- Temporele codering: patroon, oscillaties en synchronisatie van de neurale activiteit bevatten
informatie over de identiteit van de geur
Projecties:
Axonen van tractus olfactorius projecteren
rechstreeks naar meerdere olfactieve gebieden
- Nucleus olfactorius anterior
- Tuberculum olfactorium
- Piriforme cortex
- Corticomediale amygdala
- Peri-amygdaloïde cortex*
Vooral ipsilateraal (contralateraal via nc olfactorius ant)
*connecties met limbisch systeem (emotie): toepassing:
Epilepsie die amygdala aantasten: patienten kunnen geurhallucinatie krijgen
Piriforme cortex: drielagige paleocortex
- Situeert zich als primaire olfactieve cortex op de ventrale frontotemporale
junctie: verschil in geur detecteren
- Projecties naar entorhinale cortex (hippocampus): opslaan van geuren (bv gevaarlijke geur,
geheugen)
- Projecties naar hypothalamus: rol bij eetgedrag en reproductie
Hogere orde cortex: orbitofrontaal (OFC)
- Input rechtstreeks als onrechtstreeks via de mediodorsale thalamus
- Geurperceptie: identificatie, geurdiscriminatie
- Letsel: wel nog geurdetectie
- Projecties naar secundaire gustatieve cortex: multimodale sensoriële input !!
Neuronen wordt sterk beïnvloed door veranderingen in smaak-beloningsassociaties: aangeleerde associatie
tussen 2 geuren en een smaak-beloningsstimulus omkeren, zullen ook de antwoorden van de neuronen
veranderen
Toepassing:
Activatie van cannabinoïdreceptoren (CB1) (na eten of roken van cannabis) zullen de korrelcellen (dalende
banen) geïnhibeerd worden (inhibitie van glutamaattransmissie)
Netto-activiteit van bulbus olfactorius verhoogt: hogere geurdetectie
