Neuropsychology and psychopharmacology
DEEL 1: PSYCHOPHARMACOLOGY
Hoofdstuk 1: neural signaling and neuromodulation
Inleiding
Psychofarmacologie = de studie van de invloed van chemische stoffen op het brein
• Cellen communiceren zowel elektrisch als chemisch
• Implicatie: chemische stoffen beïnvloeden brein (doordat ze bloed-hersenbarrière passeren)
• Ook duistere kanten: psychofarmaca heeft side-effects en kan in huidige samenleving leiden tot
verslaving
WHAT DOES THE BRAIN LOOK LIKE AND WHAT ARE ITS COMPONENTS
Korte recap neuro I / inleiding
• Het brein controleert zowel bewust als onbewust (niet onder bewuste controle) onze
lichaamsfuncties, gevoelens, gedachten en veel meer
• Opsplitsing in centraal (brain & spinal cord) en perifeer zenuwstelsel (cranial and peripheral nerves
– afferente en efferente banen naar de cortex)
• Meest voorkomend neuron in cortex = piramidale cel (met lange axonen die regio’s etc. verbinden)
• 4 lobben
o Frontaal: hogere processen, uniek op vlak van sterk
ontwikkeld bij de mens (emotie, regulatie gedrag,
pijn, hogere cognitie, …)
o Occipitaal: zicht
o Pariëtaal: motorisch, sensorisch, hogere
associatieve functies
o Temporaal: hogere functies (geheugen, taal, …)
1
, • Cortex = buitenste laag met grijze stof (cellichamen) + diepere kernen (vb. thalamus, striatum) <->
witte stof binnenin
• Lange verbindingen in hersenen voornamelijk afgelegd door pyramidale cellen
• Corpus callosum = 10 000’en vezels die hemisferen verbinden → zorgen dat beide
samenwerken/gecoördineerd functioneren met elkaar (in plaats van onafhankelijk, zoals bij een
bepaalde aandoening)
• Ook donkergekleurde ventrikels (holtes), stockeren en produceren cerebrospinaal vocht (wordt
steeds aangemaakt en opnieuw geabsorbeerd)
Cellen in de hersenen, welke?
• Neuronen (naar schatting 87 miljard) – belangrijkste
o Piramidale cel (meest typisch voor cortex, hebben lange uitlopers – communicatie op
langere afstand)
o Purkinjecel (voor overgrote deel in cerebellum, grootste dichtheid van neuronen hier)
▪ Cerebellum: rekenmachine van het brein
• Gliacellen (nog 10x meer): niet enkel structurele maar ook chemische functies (metabool zoals
zuurstof doorlaten, herstel, bescherming tegen onbekende antigenen, …)
o Astrocyten: belangrijke rol in bloed-hersenbarrière, voeding van neuronen, …
o Microglia: belangrijke rol in afweer en herstel (herstel na stroke is slechts deels mogelijk:
slechts in enkele regio’s wordt aan neurogenese gedaan, maar dit effect is zéér beperkt;
speelt vooral een rol bij leren)
→ beschadigd weefsel wordt vervangen door bindweefsel, maar het zal nooit helemaal
hersteld worden
o Oligodendrocyten: myelinisatie van axonen (CZS)
o Schwann-cel: myelinisatie van axonen (PZS)
HOW DOES THE BRAIN COMMUNICATE? → ZIE OOK ZELFSTUDIEBUNDEL
Prikkeloverdracht tussen 2 cellen gebeurt via een synaps (kunnen zich bevinden op verschillende plaatsen:
axo-axonale synaps, axo-dendritische synaps of axo-somatische synaps)
→ fysieke barrière die
overbrugd kan worden door
neurotransmitters
2
,Wat triggert de overdracht van een signaal? → actiepotentiaal
Rustpotentiaal (initieel)
• Lichaamsvochten bevatten vele opgeloste ionen
• Celmembraan scheidt intracellulair cytoplasma en extracellulair weefselvocht
→ concentratieverschil leidt tot elektrisch potentiaalverschil (spanning)
o Binnenzijde: gezamenlijke concentratie negatiever dan buitenzijde (K+ en grote organische
anionen)
o Buitenzijde: gezamenlijke concentratie wat positiever dan binnenzijde (Na+ en Cl -)
• Deze relatieve verhouding = rustmembraanpotentiaal (-70mV)
Potentiaalveranderingen ter hoogte van soma en dendrieten
• Exciterende postsynaptische potentiaalveranderingen (EPSP) tvg exciterend contact
→ depolarisatie (potentiaalverschil stijgt richting 0)
• Inhiberende postsynaptische potentiaalveranderingen (IPSP)
→ hyperpolarisatie (potentiaalverschil daalt verder weg van 0)
Bereik van axonheuvel: EPSP’s en IPSP’s sommeren → bepaalt of er al dan niet actiepotentiaal optreedt
Het actiepotentiaal zelf
1. Depolarisatie
o EPSP zorgt voor depolarisering tot ongeveer -50mV
(drempelwaarde, gate openen)
o Drempelwaarde bereikt: natriumkanalen open (bestaan uit 2
delen)
▪ Gate 1, spanningsgevoelig: gesloten bij rustpotentiaal,
opent bij depolarisatie (drempel)
▪ Gate 2, niet-spanningsgevoelig: eerst open, begint traag
te sluiten als gate 1 opent
o Voor natrium zijn chemische en elektrische drijfkracht naar
binnen gericht
→ massale instroom natriumionen, explosieve verdere
depolarisatie (=actiepotentiaal)
→ indien membraanpotentiaal boven 0 gaat: overshoot
2. Repolarisatie
o Natriumkanalen inactiveren al snel na opening (gate 2 begint te
sluiten als gate 1 opent)
o Kaliumionen naar buiten, want elektrische en chemische
drijfveer kalium naar buiten gericht
→ proces loopt tot evenwichtspotentiaal is bereikt
3. Hyperpolarisatie, refractaire periode
o Kalium blijft nog wat doorlopen, lichte hyperpolarisatie (nog verder dan -75mV)
o Tijdelijk geen nieuwe actiepotentiaal, tot hyperpolarisatie hersteld is
4. Rust
o Rusttoestand, rustpotentiaal (evenwichtspotentiaal)
o Onderhoud en herstel rustmembraanpotentiaal: natrium/kalium – pompen
3
, ▪ Membraaneiwitten die continue NA+ naar buiten en K+ naar binnen pompen voor
het herstellen van het eerdere evenwicht (natriumionen buiten, kaliumionen binnen)
▪ Verbruiken heel veel energie; veel ATP nodig
Verderzetten van actiepotentieel van axonheuvel tot synaptisch uiteinde: in het geval van
ongemyeliniseerd axon
• Influx positieve ionen; aangetrokken door negatief geladen delen
membraan
o Membraan depolariseert thv axonheuvel
o Drempelwaarde bereikt; actiepotentiaal opgewekt; loopt
over membraan vanaf axonheuvel tot collateralen
• Geleiding van actiepotentiaal is gevolg van ladingsverschuivingen
o Verschuiven van ladingen
o Elk naburig deeltje van axonale membraan wekt opnieuw
actiepotentiaal op als drempelwaarde bereikt is, geeft dit ook
weer door
• Gedetailleerd verloop
o Influx natriumionen → lokale depolarisatie → drempel →
actiepotentiaal
o Ionen aangetrokken door negatieve binnenzijde van naburig
membraandeeltje
▪ Naburige membraanstukjes depolariseren ook (effect
wordt minder groot met toenemende afstand) → actiepotentiaal
▪ Depolarisatie aan beide naburige stukjes van +/- binding, maar actiepotentiaal gaat
enkel in richting van axonuitloper (andere kant heeft net actiepotentiaal gehad en zit
nog in refractaire fase)
o Bij elk ionenkanaal gebeurt dit opnieuw over de axon heen; aaneenschakeling van
actiepotentiaal door influx - ladingsverschuiving - actiepotentiaal - uitdovend effect met
toenemende afstand - nieuwe influx natriumionen aan volgend ionenkanaal - ..
Verderzetten van actiepotentieel van axonheuvel tot synaptisch uiteinde: in het geval van gemyeliniseerd
axon
We zien verschillende structuren van axonen, die ook invloed hebben op geleiding van de actiepotentiaal
4
DEEL 1: PSYCHOPHARMACOLOGY
Hoofdstuk 1: neural signaling and neuromodulation
Inleiding
Psychofarmacologie = de studie van de invloed van chemische stoffen op het brein
• Cellen communiceren zowel elektrisch als chemisch
• Implicatie: chemische stoffen beïnvloeden brein (doordat ze bloed-hersenbarrière passeren)
• Ook duistere kanten: psychofarmaca heeft side-effects en kan in huidige samenleving leiden tot
verslaving
WHAT DOES THE BRAIN LOOK LIKE AND WHAT ARE ITS COMPONENTS
Korte recap neuro I / inleiding
• Het brein controleert zowel bewust als onbewust (niet onder bewuste controle) onze
lichaamsfuncties, gevoelens, gedachten en veel meer
• Opsplitsing in centraal (brain & spinal cord) en perifeer zenuwstelsel (cranial and peripheral nerves
– afferente en efferente banen naar de cortex)
• Meest voorkomend neuron in cortex = piramidale cel (met lange axonen die regio’s etc. verbinden)
• 4 lobben
o Frontaal: hogere processen, uniek op vlak van sterk
ontwikkeld bij de mens (emotie, regulatie gedrag,
pijn, hogere cognitie, …)
o Occipitaal: zicht
o Pariëtaal: motorisch, sensorisch, hogere
associatieve functies
o Temporaal: hogere functies (geheugen, taal, …)
1
, • Cortex = buitenste laag met grijze stof (cellichamen) + diepere kernen (vb. thalamus, striatum) <->
witte stof binnenin
• Lange verbindingen in hersenen voornamelijk afgelegd door pyramidale cellen
• Corpus callosum = 10 000’en vezels die hemisferen verbinden → zorgen dat beide
samenwerken/gecoördineerd functioneren met elkaar (in plaats van onafhankelijk, zoals bij een
bepaalde aandoening)
• Ook donkergekleurde ventrikels (holtes), stockeren en produceren cerebrospinaal vocht (wordt
steeds aangemaakt en opnieuw geabsorbeerd)
Cellen in de hersenen, welke?
• Neuronen (naar schatting 87 miljard) – belangrijkste
o Piramidale cel (meest typisch voor cortex, hebben lange uitlopers – communicatie op
langere afstand)
o Purkinjecel (voor overgrote deel in cerebellum, grootste dichtheid van neuronen hier)
▪ Cerebellum: rekenmachine van het brein
• Gliacellen (nog 10x meer): niet enkel structurele maar ook chemische functies (metabool zoals
zuurstof doorlaten, herstel, bescherming tegen onbekende antigenen, …)
o Astrocyten: belangrijke rol in bloed-hersenbarrière, voeding van neuronen, …
o Microglia: belangrijke rol in afweer en herstel (herstel na stroke is slechts deels mogelijk:
slechts in enkele regio’s wordt aan neurogenese gedaan, maar dit effect is zéér beperkt;
speelt vooral een rol bij leren)
→ beschadigd weefsel wordt vervangen door bindweefsel, maar het zal nooit helemaal
hersteld worden
o Oligodendrocyten: myelinisatie van axonen (CZS)
o Schwann-cel: myelinisatie van axonen (PZS)
HOW DOES THE BRAIN COMMUNICATE? → ZIE OOK ZELFSTUDIEBUNDEL
Prikkeloverdracht tussen 2 cellen gebeurt via een synaps (kunnen zich bevinden op verschillende plaatsen:
axo-axonale synaps, axo-dendritische synaps of axo-somatische synaps)
→ fysieke barrière die
overbrugd kan worden door
neurotransmitters
2
,Wat triggert de overdracht van een signaal? → actiepotentiaal
Rustpotentiaal (initieel)
• Lichaamsvochten bevatten vele opgeloste ionen
• Celmembraan scheidt intracellulair cytoplasma en extracellulair weefselvocht
→ concentratieverschil leidt tot elektrisch potentiaalverschil (spanning)
o Binnenzijde: gezamenlijke concentratie negatiever dan buitenzijde (K+ en grote organische
anionen)
o Buitenzijde: gezamenlijke concentratie wat positiever dan binnenzijde (Na+ en Cl -)
• Deze relatieve verhouding = rustmembraanpotentiaal (-70mV)
Potentiaalveranderingen ter hoogte van soma en dendrieten
• Exciterende postsynaptische potentiaalveranderingen (EPSP) tvg exciterend contact
→ depolarisatie (potentiaalverschil stijgt richting 0)
• Inhiberende postsynaptische potentiaalveranderingen (IPSP)
→ hyperpolarisatie (potentiaalverschil daalt verder weg van 0)
Bereik van axonheuvel: EPSP’s en IPSP’s sommeren → bepaalt of er al dan niet actiepotentiaal optreedt
Het actiepotentiaal zelf
1. Depolarisatie
o EPSP zorgt voor depolarisering tot ongeveer -50mV
(drempelwaarde, gate openen)
o Drempelwaarde bereikt: natriumkanalen open (bestaan uit 2
delen)
▪ Gate 1, spanningsgevoelig: gesloten bij rustpotentiaal,
opent bij depolarisatie (drempel)
▪ Gate 2, niet-spanningsgevoelig: eerst open, begint traag
te sluiten als gate 1 opent
o Voor natrium zijn chemische en elektrische drijfkracht naar
binnen gericht
→ massale instroom natriumionen, explosieve verdere
depolarisatie (=actiepotentiaal)
→ indien membraanpotentiaal boven 0 gaat: overshoot
2. Repolarisatie
o Natriumkanalen inactiveren al snel na opening (gate 2 begint te
sluiten als gate 1 opent)
o Kaliumionen naar buiten, want elektrische en chemische
drijfveer kalium naar buiten gericht
→ proces loopt tot evenwichtspotentiaal is bereikt
3. Hyperpolarisatie, refractaire periode
o Kalium blijft nog wat doorlopen, lichte hyperpolarisatie (nog verder dan -75mV)
o Tijdelijk geen nieuwe actiepotentiaal, tot hyperpolarisatie hersteld is
4. Rust
o Rusttoestand, rustpotentiaal (evenwichtspotentiaal)
o Onderhoud en herstel rustmembraanpotentiaal: natrium/kalium – pompen
3
, ▪ Membraaneiwitten die continue NA+ naar buiten en K+ naar binnen pompen voor
het herstellen van het eerdere evenwicht (natriumionen buiten, kaliumionen binnen)
▪ Verbruiken heel veel energie; veel ATP nodig
Verderzetten van actiepotentieel van axonheuvel tot synaptisch uiteinde: in het geval van
ongemyeliniseerd axon
• Influx positieve ionen; aangetrokken door negatief geladen delen
membraan
o Membraan depolariseert thv axonheuvel
o Drempelwaarde bereikt; actiepotentiaal opgewekt; loopt
over membraan vanaf axonheuvel tot collateralen
• Geleiding van actiepotentiaal is gevolg van ladingsverschuivingen
o Verschuiven van ladingen
o Elk naburig deeltje van axonale membraan wekt opnieuw
actiepotentiaal op als drempelwaarde bereikt is, geeft dit ook
weer door
• Gedetailleerd verloop
o Influx natriumionen → lokale depolarisatie → drempel →
actiepotentiaal
o Ionen aangetrokken door negatieve binnenzijde van naburig
membraandeeltje
▪ Naburige membraanstukjes depolariseren ook (effect
wordt minder groot met toenemende afstand) → actiepotentiaal
▪ Depolarisatie aan beide naburige stukjes van +/- binding, maar actiepotentiaal gaat
enkel in richting van axonuitloper (andere kant heeft net actiepotentiaal gehad en zit
nog in refractaire fase)
o Bij elk ionenkanaal gebeurt dit opnieuw over de axon heen; aaneenschakeling van
actiepotentiaal door influx - ladingsverschuiving - actiepotentiaal - uitdovend effect met
toenemende afstand - nieuwe influx natriumionen aan volgend ionenkanaal - ..
Verderzetten van actiepotentieel van axonheuvel tot synaptisch uiteinde: in het geval van gemyeliniseerd
axon
We zien verschillende structuren van axonen, die ook invloed hebben op geleiding van de actiepotentiaal
4
