Samenvatting neurofysiologie
Hoofdstuk 1: inleiding
1. Inleiding
neurofysiologie: de studie van werking en functies van het zenuwstelsel
We kunnen het zenuwstelsel opdelen in het:
1. Centraal zenuwstelsel (paars)
Bestaat uit: hersenen (grote en kleine), hersenstam en ruggenmerg
2. Perifeer zenuwstelsel (groen)
Bestaat uit:
A. Somatisch zenuwstelsel (perifere zenuwen)
- Sensorisch: input naar het CZS
- Motorisch: output van het CZS
B. Autonoom ZS: werking organen, klieren en bloedvaten
De hersenen produceren het gedrag. Het is een systeem van omzettingen van waarnemingen dat in drie
stappen werkt:
1. Prikkels uit de omgeving (of intern) worden opgevangen door
receptoren (zicht/reuk/smaak/gehoor/tast)
- Sensatie: transformatie van fysische stimuli in elektrische
(neuronale) signalen
2. Hersenen verwerken (een deel van) deze info (integratie)
- Perceptie: het resultaat van selecteren (interne filter:
‘aandacht’), organiseren en interpreteren van deze informatie.
3. Motor output (interactie met de omgeving)
Hoe bestudeerd men de werking van de hersenen?
Cel-theorie: basiseenheid van levende organismen is de cel.
Was voor lange tijd niet duidelijk of dat voor de hersenen ook van toepassing was.
- Nissl kleuring: celkernen en Nissl lichamen rond kern van neuronen kleuren op.
Nissl kleurt dus het genetisch materiaal, maar brengt dus geen ganse zenuwcel in kaart omdat
het niet alles kleurt. Neuronen hebben bv lange axonen, deze worden zeker niet helemaal
gekleurd en in beeld gebracht.
1
, - Golgi kleuring: werkt met zilver nitraat, zet zich af in de gehele cel en brengt dus de gehele cel in
kaart. Techniek kleurt echter maar een paar neuronen, waarom dat zo is weten ze niet.
Obv deze techniek besloot Golgi dat er een reticulum was (= hersennetwerk). Sindsdien weet
men dat hersenen uit individuele neuronen bestaat. Dus dankzij die techniek kon men zien dat
het geen doorlopend net is maar dus individuele neuronen.
De werking van de hersenen vloeit voort uit:
1. De intrinsieke eigenschappen van neuronen (moleculair, elektrisch, morfologisch)
2. Schakelingen van neuronen met:
A. Periferie: receptor-epithelen (huid, netvlies,…)
B. Effectororganen (spieren, klieren, ..)
C. Andere neuronen → belang van netwerken en connecties tussen hersengebieden
Gliacellen
Spelen een belangrijke rol in de werking (meer bepaald ondersteuning) van de neuronen.
1. Energie metabolisme van neuronen (astrocyten). Astrocyten nemen bepaalde stoffen uit het bloed op
met hun voetjes rond een bloedvat.
2. Immuunrespons (microglia). Microglia gaan bepaalde problemen / indringers / afgestorven cellen in
de hersenen wegnemen dmv macrofagen.
3. Geleiding van de actiepotentialen (oligodendrocyten). Oligodendrocyten hebben myelineschede
rondom axon, zorg ervoor dat de geleiding veel sneller zich kan voort bewegen in het axon. Axonen met
de dikste myeline schede gaan het snelst axonen kunnen voortgeleiden.
4. Productie hersenvocht (ependymcellen)
5. Regulatie werking synapsen (astrocyten). Astrocyten spelen belangrijke rol bij synapsen, liggen met
voetjes ook rond de synapsspleet tussen 2 neuronen. Als presynaptisch neuron neurotransmitter
vrijstelt bindt dit op post synaptisch neuron. Astrocyten hebben ook receptor waardoor werking
beïnvloed wordt. Communicatie tussen de astrocyten gebeurt door calcium golven.
Complexiteit van de hersenen
De relatie tussen de structuur en functie van de hersenen is veel complexer dan bij andere organen om
de volgende redenen:
1. Er is een enorme structurele en functionele diversiteit: er zijn veel meer celtypes in de hersenen dan
in andere organen
2. Er zijn veel niveaus in de organisatie van de hersenen.
3. Oorzak en gevolg zijn moeilijk te ontwarren in de hersenen.
2
,2. Indeling neurofysiologische onderzoekstechnieken
- Structuur (anatomie of connecties tussen gebieden (witte stof banen)) vs functie (werking)
- Directe meting neuronale activiteit van AP, massapotentialen vs indirecte meting via
metabole/vasculaire koppeling
Rechtstreeks elektrische activiteit meten (van de AP van neuronen) of onrechtstreeks door
vasculaire (verandering in bloedparameters door vervoer van suiker of zuurstof door bloed) of
metabole koppeling (suiker en zuurstof verbruik)
- Invasieve vs niet-invasieve metingen
Niet-invasieve meting van buiten de schedel, maar zijn minder precies.
Bij de mens liefst niet-invasief, maar dan is het dus minder precies. Invasieve metingen worden
meestal uitgeoefend op proefdieren
- Zeer lokale metingen vs metingen van gans de hersenen
Lokaal : elektrode naar een bepaald neuron luisteren. Gans naar de hersenen kijken ook
interessant maar minder specifiek
- Metingen met hoge vs lage spatiale resolutie
Spatiaal = ruimtelijk. Sommige technieken laten toe om te gaan luisteren naar specifieke
neuronen (hoge spatiale resolutie). Lage spatiale resolutie kan niet zeggen wat 1 neuron doet,
maar wat 100 000’en neuronen aan het doen zijn.
- Metingen met hoge vs lage temporele resolutie
Temporele resolutie → luisteren naar specifiek in functie van de tijd wanneer neuron een AP
doorstuurt. Hoge temporele technieken kunnen op miliseconden niveau boodschappen
registreren. Lage technieken kunnen dit niet. Indien neuronen een actiepotentiaal doorvoeren
gaan dat wat langer duren vooraleer de boodschap is doorgestuurd dit kan niet in milli seconden
gebeuren. Bijvoorbeeld: de bloedvloei.
- Correlatief (verband) vs causatief (oorzakelijk verband)
- Mens vs proefdier
Spatiale en temporele resolutie onderzoekstechnieken
Temporele resolutie (x-as) op milli seconden niveau zaken
kunnen berekenen is heel belangrijk. Liefst heeft men ook niet
invasief, maar die technieken bestaan eigenlijk niet. (donker
blauw)
Letsel is heel invasief: spaciaal is laag en temporeel is ook slecht
➔ De ideale techniek bestaat dus niet vaak verschillende
technieken gebruiken om het gedrag van de hersenen te
bepalen.
3
, 3. Elektrofysiologie
Extracellulaire afleidingen van neuronen
Dunne micro-elektrode
Meet het elektrisch veld buiten de cel → meet wanneer er AP wordt uitgezonden. De
elektrode blijft buiten de cel, zo komt er geen beschadiging aan het neuron en kan het
langdurig bestudeerd worden.
Kan dus ook in wakkere dieren en in mens aangezien de hersenen het enige orgaan is
zonder pijnreceptoren.
Spatiaal en temporeel is dit een goede techniek, je kan er enkele neuronen specifiek gaan
bekijken.
Wel te maken met sampling bias: je moet een neuron isoleren. Je gaat daardoor de meeste
kans hebben op het intunen op degene die het meeste signaal maakt, waardoor je sommige
misschien kan missen. Je kan dus niet alle neuronen evengoed vinden en het gedrag kunnen
bepalen.
Multi-unit elektrodes
Bij de mens gebruikt men meer multi-unit elektrodes. 100 elektrodes op 1 vierkante cm → 100
neuronen tegelijk meten
Neuropixels probe kunnen nog meer neuronen tegelijkertijd gemeten worden.
→ Dit geeft een snellere meting. Op relatief korte termijn veel data.
Voor een bepaald gedrag na te gaan is het beter om meerdere neuronen tegelijk te
bestuderen.
Intra-cellulaire afleidingen
Glazen micropipet
Patch clamp gaat een stukje van het membraan opzuigen of met een scherpe elektrode in
een neuron gaan.
Je krijgt toegang tot het intracellulaire milieu en kijkt hier naar wat er gebeurt ter hoogte
van ionenkanaaltjes. Je krijgt informatie over zowel de output (AP) als input
(postsynaptishce potentialen).
Er is een zeer goede temporele en spatiale resolutie, echter is er wel beschadiging van het
neuron waardoor je beperkt bent in onderzoekstijd.
4
Hoofdstuk 1: inleiding
1. Inleiding
neurofysiologie: de studie van werking en functies van het zenuwstelsel
We kunnen het zenuwstelsel opdelen in het:
1. Centraal zenuwstelsel (paars)
Bestaat uit: hersenen (grote en kleine), hersenstam en ruggenmerg
2. Perifeer zenuwstelsel (groen)
Bestaat uit:
A. Somatisch zenuwstelsel (perifere zenuwen)
- Sensorisch: input naar het CZS
- Motorisch: output van het CZS
B. Autonoom ZS: werking organen, klieren en bloedvaten
De hersenen produceren het gedrag. Het is een systeem van omzettingen van waarnemingen dat in drie
stappen werkt:
1. Prikkels uit de omgeving (of intern) worden opgevangen door
receptoren (zicht/reuk/smaak/gehoor/tast)
- Sensatie: transformatie van fysische stimuli in elektrische
(neuronale) signalen
2. Hersenen verwerken (een deel van) deze info (integratie)
- Perceptie: het resultaat van selecteren (interne filter:
‘aandacht’), organiseren en interpreteren van deze informatie.
3. Motor output (interactie met de omgeving)
Hoe bestudeerd men de werking van de hersenen?
Cel-theorie: basiseenheid van levende organismen is de cel.
Was voor lange tijd niet duidelijk of dat voor de hersenen ook van toepassing was.
- Nissl kleuring: celkernen en Nissl lichamen rond kern van neuronen kleuren op.
Nissl kleurt dus het genetisch materiaal, maar brengt dus geen ganse zenuwcel in kaart omdat
het niet alles kleurt. Neuronen hebben bv lange axonen, deze worden zeker niet helemaal
gekleurd en in beeld gebracht.
1
, - Golgi kleuring: werkt met zilver nitraat, zet zich af in de gehele cel en brengt dus de gehele cel in
kaart. Techniek kleurt echter maar een paar neuronen, waarom dat zo is weten ze niet.
Obv deze techniek besloot Golgi dat er een reticulum was (= hersennetwerk). Sindsdien weet
men dat hersenen uit individuele neuronen bestaat. Dus dankzij die techniek kon men zien dat
het geen doorlopend net is maar dus individuele neuronen.
De werking van de hersenen vloeit voort uit:
1. De intrinsieke eigenschappen van neuronen (moleculair, elektrisch, morfologisch)
2. Schakelingen van neuronen met:
A. Periferie: receptor-epithelen (huid, netvlies,…)
B. Effectororganen (spieren, klieren, ..)
C. Andere neuronen → belang van netwerken en connecties tussen hersengebieden
Gliacellen
Spelen een belangrijke rol in de werking (meer bepaald ondersteuning) van de neuronen.
1. Energie metabolisme van neuronen (astrocyten). Astrocyten nemen bepaalde stoffen uit het bloed op
met hun voetjes rond een bloedvat.
2. Immuunrespons (microglia). Microglia gaan bepaalde problemen / indringers / afgestorven cellen in
de hersenen wegnemen dmv macrofagen.
3. Geleiding van de actiepotentialen (oligodendrocyten). Oligodendrocyten hebben myelineschede
rondom axon, zorg ervoor dat de geleiding veel sneller zich kan voort bewegen in het axon. Axonen met
de dikste myeline schede gaan het snelst axonen kunnen voortgeleiden.
4. Productie hersenvocht (ependymcellen)
5. Regulatie werking synapsen (astrocyten). Astrocyten spelen belangrijke rol bij synapsen, liggen met
voetjes ook rond de synapsspleet tussen 2 neuronen. Als presynaptisch neuron neurotransmitter
vrijstelt bindt dit op post synaptisch neuron. Astrocyten hebben ook receptor waardoor werking
beïnvloed wordt. Communicatie tussen de astrocyten gebeurt door calcium golven.
Complexiteit van de hersenen
De relatie tussen de structuur en functie van de hersenen is veel complexer dan bij andere organen om
de volgende redenen:
1. Er is een enorme structurele en functionele diversiteit: er zijn veel meer celtypes in de hersenen dan
in andere organen
2. Er zijn veel niveaus in de organisatie van de hersenen.
3. Oorzak en gevolg zijn moeilijk te ontwarren in de hersenen.
2
,2. Indeling neurofysiologische onderzoekstechnieken
- Structuur (anatomie of connecties tussen gebieden (witte stof banen)) vs functie (werking)
- Directe meting neuronale activiteit van AP, massapotentialen vs indirecte meting via
metabole/vasculaire koppeling
Rechtstreeks elektrische activiteit meten (van de AP van neuronen) of onrechtstreeks door
vasculaire (verandering in bloedparameters door vervoer van suiker of zuurstof door bloed) of
metabole koppeling (suiker en zuurstof verbruik)
- Invasieve vs niet-invasieve metingen
Niet-invasieve meting van buiten de schedel, maar zijn minder precies.
Bij de mens liefst niet-invasief, maar dan is het dus minder precies. Invasieve metingen worden
meestal uitgeoefend op proefdieren
- Zeer lokale metingen vs metingen van gans de hersenen
Lokaal : elektrode naar een bepaald neuron luisteren. Gans naar de hersenen kijken ook
interessant maar minder specifiek
- Metingen met hoge vs lage spatiale resolutie
Spatiaal = ruimtelijk. Sommige technieken laten toe om te gaan luisteren naar specifieke
neuronen (hoge spatiale resolutie). Lage spatiale resolutie kan niet zeggen wat 1 neuron doet,
maar wat 100 000’en neuronen aan het doen zijn.
- Metingen met hoge vs lage temporele resolutie
Temporele resolutie → luisteren naar specifiek in functie van de tijd wanneer neuron een AP
doorstuurt. Hoge temporele technieken kunnen op miliseconden niveau boodschappen
registreren. Lage technieken kunnen dit niet. Indien neuronen een actiepotentiaal doorvoeren
gaan dat wat langer duren vooraleer de boodschap is doorgestuurd dit kan niet in milli seconden
gebeuren. Bijvoorbeeld: de bloedvloei.
- Correlatief (verband) vs causatief (oorzakelijk verband)
- Mens vs proefdier
Spatiale en temporele resolutie onderzoekstechnieken
Temporele resolutie (x-as) op milli seconden niveau zaken
kunnen berekenen is heel belangrijk. Liefst heeft men ook niet
invasief, maar die technieken bestaan eigenlijk niet. (donker
blauw)
Letsel is heel invasief: spaciaal is laag en temporeel is ook slecht
➔ De ideale techniek bestaat dus niet vaak verschillende
technieken gebruiken om het gedrag van de hersenen te
bepalen.
3
, 3. Elektrofysiologie
Extracellulaire afleidingen van neuronen
Dunne micro-elektrode
Meet het elektrisch veld buiten de cel → meet wanneer er AP wordt uitgezonden. De
elektrode blijft buiten de cel, zo komt er geen beschadiging aan het neuron en kan het
langdurig bestudeerd worden.
Kan dus ook in wakkere dieren en in mens aangezien de hersenen het enige orgaan is
zonder pijnreceptoren.
Spatiaal en temporeel is dit een goede techniek, je kan er enkele neuronen specifiek gaan
bekijken.
Wel te maken met sampling bias: je moet een neuron isoleren. Je gaat daardoor de meeste
kans hebben op het intunen op degene die het meeste signaal maakt, waardoor je sommige
misschien kan missen. Je kan dus niet alle neuronen evengoed vinden en het gedrag kunnen
bepalen.
Multi-unit elektrodes
Bij de mens gebruikt men meer multi-unit elektrodes. 100 elektrodes op 1 vierkante cm → 100
neuronen tegelijk meten
Neuropixels probe kunnen nog meer neuronen tegelijkertijd gemeten worden.
→ Dit geeft een snellere meting. Op relatief korte termijn veel data.
Voor een bepaald gedrag na te gaan is het beter om meerdere neuronen tegelijk te
bestuderen.
Intra-cellulaire afleidingen
Glazen micropipet
Patch clamp gaat een stukje van het membraan opzuigen of met een scherpe elektrode in
een neuron gaan.
Je krijgt toegang tot het intracellulaire milieu en kijkt hier naar wat er gebeurt ter hoogte
van ionenkanaaltjes. Je krijgt informatie over zowel de output (AP) als input
(postsynaptishce potentialen).
Er is een zeer goede temporele en spatiale resolutie, echter is er wel beschadiging van het
neuron waardoor je beperkt bent in onderzoekstijd.
4
