Gebaseerd op de powerpoints en lessen van Prof. Elien Heleven
BIOLOGISCHE PSYCHOLOGIE II
Tweede bachelor psychologie
1
,Gebaseerd op de powerpoints en lessen van Prof. Elien Heleven
INHOUDSOPGAVE
INLEIDING .................................................................................................................................... 5
1 STRUCTUREN EN FUNCTIES .............................................................................................................. 5
1.1 Netwerkstructuren: voorbeelden ....................................................................................... 5
1.2 Netwerkstructuren: Feedback ........................................................................................... 6
1.3 Netwerkstructuren: Feedforward ...................................................................................... 6
1.4 Netwerkstructuren: Scherpe en doffe pijn .......................................................................... 6
1.5 Netwerkstructuren: Laterale inhibitie................................................................................. 6
1.6 Netwerkstructuren: Coïncidentiedetector.......................................................................... 7
2 ZINTUIGEN .................................................................................................................................. 7
2.1 Definitie ........................................................................................................................... 7
2.2 Receptoren ...................................................................................................................... 8
2.3 Zintuigelijke verwerking ..................................................................................................... 9
HOOFDSTUK 1: ZICHT .................................................................................................................. 11
1 HET OOG .................................................................................................................................. 11
1.1 De stimulus: licht ............................................................................................................11
1.2 Anatomie van het oog ......................................................................................................13
1.3 De retina .........................................................................................................................15
2 HERSENREGIO’S BETROKKEN BIJ VISUELE PROCESSEN .......................................................................... 20
2.1 Overzicht van het visuele circuit .......................................................................................20
2.2 LGN ................................................................................................................................21
2.3 Cortex striata – V1 – Primaire visuele cortex ......................................................................21
2.4 Cortex extrastriata ...........................................................................................................21
3 KLEURPERCEPTIE ........................................................................................................................ 22
3.1 Ganglioncellen: licht & donker voor perceptie van helderheid ............................................22
3.2 Rol van de retina ..............................................................................................................25
3.3 Cortex striata (V1) ............................................................................................................27
3.4 Cortex extrastriata ...........................................................................................................27
4 VORMPERCEPTIE......................................................................................................................... 29
4.1 Spatiale frequentie ..........................................................................................................29
4.2 Cortex striata (V1) ............................................................................................................33
4.3 Cortex Extrastriata ...........................................................................................................33
5 PERCEPTIE VAN SPATIALE LOCATIE ................................................................................................... 36
5.1 Rol van de retina ..............................................................................................................36
5.2 Cortex extrastriata ...........................................................................................................36
6 PERCEPTIE VAN BEWEGING ............................................................................................................ 37
6.1 Cortex striata (V1) ............................................................................................................37
6.2 Cortex extrastriata ...........................................................................................................37
HOOFDSTUK 2: GEHOOR, EVENWICHT, TAST, SMAAK EN GEUR ..................................................... 39
1 GEHOOR .................................................................................................................................. 39
1.1 De stimulus: geluid ..........................................................................................................39
1.2 Anatomie van het oor .......................................................................................................39
1.3 Haarcellen & transductie .................................................................................................41
1.4 Het auditieve circuit.........................................................................................................43
1.5 Toonhoogte .....................................................................................................................44
1.6 Volume ...........................................................................................................................45
2
,Gebaseerd op de powerpoints en lessen van Prof. Elien Heleven
1.7 Timbre ............................................................................................................................45
1.8 Spatiale locatie ...............................................................................................................45
1.9 Complexe geluiden..........................................................................................................46
2 EVENWICHT............................................................................................................................... 47
2.1 Anatomie van het vestibulaire systeem .............................................................................47
2.2 Het vestibulaire circuit .....................................................................................................48
3 VOELEN.................................................................................................................................... 49
3.1 De stimuli .......................................................................................................................49
3.2 Anatomie van de huid ......................................................................................................49
3.3 Stimulatie van de huid .....................................................................................................52
3.4 Het somatosensorische circuit ........................................................................................52
3.5 Pijn .................................................................................................................................54
4 SMAAK ..................................................................................................................................... 56
4.1 De stimuli .......................................................................................................................56
4.2 Anatomie van de smaakpapillen en smaakcellen ..............................................................56
4.3 Smaakperceptie ..............................................................................................................57
4.4 Het smaakcircuit .............................................................................................................57
5 GEUR....................................................................................................................................... 58
5.1 De stimulus .....................................................................................................................58
5.2 Anatomie van het olfactieve apparaat ...............................................................................59
5.3 Transductie .....................................................................................................................60
5.4 Perceptie van geuren .......................................................................................................61
HOOFDSTUK 3: MOTORIEK ........................................................................................................... 63
1 SKELETSPIEREN .......................................................................................................................... 63
1.1 Anatomie ........................................................................................................................63
1.2 Contractie.......................................................................................................................63
1.3 Sensorische feedback .....................................................................................................64
2 MOTORIEK & HET RUGGENMERG ..................................................................................................... 65
2.1 Monosynaptische stretchreflex ........................................................................................65
2.2 Polysynaptische reflex .....................................................................................................65
3 MOTORIEK EN HET BREIN ............................................................................................................... 66
3.1 Dalende banen ................................................................................................................66
3.2 Corticale structuren ........................................................................................................66
3.3 De motorische associatiecortex .......................................................................................67
3.4 Subcorticale structuren ...................................................................................................70
4 COMPLEXE MOTORIEK .................................................................................................................. 74
4.1 Spiegelneuronen .............................................................................................................74
4.2 Corollary discharge .........................................................................................................76
HOOFDSTUK 4: SLAAP EN BIOLOGISCHE RITMES .......................................................................... 80
1 WAT IS SLAAP? ........................................................................................................................... 80
1.1 Slaapstadia .....................................................................................................................80
1.2 Hersenactiviteit tijdens de slaap ......................................................................................82
2 WAAROM SLAPEN WE? ................................................................................................................. 83
2.1 Functies van SWS-slaap ..................................................................................................83
2.2 Functies van REM-slaap...................................................................................................85
2.3 Slaap en leren .................................................................................................................85
3 FYSIOLOGISCHE SLAAP-/ WAAKMECHANISMES ................................................................................... 86
3.1 Neurale controle van slaap ..............................................................................................86
3
,Gebaseerd op de powerpoints en lessen van Prof. Elien Heleven
3.2 Neurale controle van waakzaamheid ................................................................................87
3.3 Neurale controle van slaap/ waak overgangen ..................................................................89
3.4 Neurale controle van REM-transitie ..................................................................................90
4 SLAAPSTOORNISSEN .................................................................................................................... 91
4.1 Insomnie.........................................................................................................................91
4.2 Narcolepsie ....................................................................................................................92
4.3 REM-slaap gedragsstoornis..............................................................................................92
4.4 SWS problemen ..............................................................................................................93
5 BIOLOGISCHE KLOKKEN ................................................................................................................ 93
5.1 Circadiaanse ritmes ........................................................................................................93
5.2 Nucleus suprachiasmaticus ............................................................................................93
5.3 Pijnappelklier en melatonine ............................................................................................94
5.4 Shiften & jet lag ...............................................................................................................94
HOOFDSTUK 5: STRESS ............................................................................................................... 95
1 INLEIDING/FYSIOLOGIE ................................................................................................................. 95
1.1 De stress-respons ...........................................................................................................95
2 STRESS EN EVOLUTIE.................................................................................................................... 97
2.1 Parallellen tussen soorten ...............................................................................................97
2.2 Trade-offs .......................................................................................................................97
2.3 Stress en vroegere ervaringen ..........................................................................................98
3 PRENATALE STRESS EN ZORG.......................................................................................................... 98
3.1 Prenatale stress ..............................................................................................................98
3.2 De rol van zorg.................................................................................................................99
3.3 Impact op hippocampus ..................................................................................................99
4 STRESS, DE MENS EN PSYCHOPATHOLOGIE ...................................................................................... 100
4.1 Adaptiviteit van de stressrespons ................................................................................... 100
4.2 Invloeden op mentale stress .......................................................................................... 100
4.3 Psychopathologie .......................................................................................................... 101
4.4 Adaptiviteit revisited ...................................................................................................... 101
5 STRESS EN GEZONDHEID ............................................................................................................. 101
5.1 LT gezondheidseffecten van stress ................................................................................. 101
5.2 Psycho-neuro-immunologie ........................................................................................... 102
4
,Gebaseerd op de powerpoints en lessen van Prof. Elien Heleven
INLEIDING
1 STRUCTUREN EN FUNCTIES
1.1 NETWERKSTRUCTUREN: VOORBEELDEN
• Neuron A stuurt info via axon, overheen de synaps, naar dendrieten van neuron B; basic
netwerk
o Basistoestand van neuron B is negatief
• + = exciterende invloed
• Basistoestand is extreem negatief; kortstondig positief dan actiepotentiaal; Alles of niets
• Negatief in rusttoestand kost E, maar onderdrukt ruis: actiepotentiaal dat niet bedoeld was,
wordt niet verder doorgegeven
o Minste energie verbruikt in de neutrale toestand
Convergentie
• Informatie die in verschillende neuronen zit wordt naar één neuron gestuurd
• Aantal neuronen daalt
o Brein doet dit wanneer informatie geïntegreerd moet worden
• Kwantitatieve integratie: gemeenschappelijke evidentie voor zelfde info
o Vb: fotoreceptoren bij schemering
• Kwalitatieve integratie: verschillende soorten info bundelen
o Vb fotoreceptor + oogbeweging = waar is object + kleur van het object
Convergentie Herverdeling van informatie Divergentie
Herverdeling van informatie
• Aantal neuronen blijft gelijk bij zowel convergentie als divergentie
• Informatie bundelen vs informatie herverdelen
Divergentie
• Het aantal neuronen stijgt
• Alle type informatie wordt verspreid naar verschillende neuronen
• Opsplitsen; vb: info moet naar cerebellum en cortex
o Info zowel verwerkt door cerebellum als cortex
• Versterken vb: een neuron die volledige spiergroep doet bewegen
o Handig als minder neuronen een volledige spiergroep kunnen aansturen = efficiënt
5
,Gebaseerd op de powerpoints en lessen van Prof. Elien Heleven
1.2 NETWERKSTRUCTUREN: FEEDBACK
Minimaliseren van ruis
• Neuron A doet B en C vuren
o B en C worden geëxciteerd door A (positieve informatie)
o Neuron B geeft dit signaal door naar volgende neuronen
• Negatieve projectie van neuron C naar A
o C gaat A inhiberen (negatieve informatie)
o Hierdoor wordt signaal van A meer specifiek
• Bemoeilijkt het vuren A, maakt kans op temporele summatie bij B kleiner.
• B zal waarschijnlijk ook info van andere neuronen moeten krijgen om tot vuren te komen
• Het kan ook zijn dat de informatie van C gesplitst wordt en een positief effect heeft op de ene
neuron en een negatief effect op de andere neuron
1.3 NETWERKSTRUCTUREN: FEEDFORWARD
Minimaliseren van ruis
• Neuron A doet B en C vuren
o A gaat B en C exciteren
• Negatieve projectie van neuron C naar B,
o C gaat B inhiberen (negatieve informatie)
• Bemoeilijkt het vuren B.
• Grote activiteit in A zal, tot meer beperkte activiteit in B leiden wanneer C actief.
• A kan bv zeer sensitief zijn zodat geen valse negatieven worden geregistreerd.
1.4 NETWERKSTRUCTUREN: SCHERPE EN DOFFE PIJN
Feedforward netwerk
• Komt voor in het pijnnetwerk
• A voelt druk, wordt in B gedetecteerd als scherpe pijn op een nauwkeurige plek
• Functie = Waarschuwing!
• C zal acute pijnregistratie dempen.
• = Evolutionair adaptief
• Neuron D is trager, minder gemyeliniseerd. Zal demping van C op D opheffen zodat toch doffe,
diffuse, zeurende pijn wordt ervaren.
• Functie = Wees voorzichtig!
Onthoud: Biologische achtergrond van iets simpel als pijn, kan zeer complex zijn.
1.5 NETWERKSTRUCTUREN: LATERALE INHIBITIE
Minimaliseren van ruis
• Eerste laag neuronen geeft excitatie informatie aan tweede laag.
• Neuronen in eerste laag inhiberen elkaar.
6
,Gebaseerd op de powerpoints en lessen van Prof. Elien Heleven
• Vb: spatiale nauwkeurigheid bij tastreceptoren om twee punten op huid te onderscheiden. Lukt
beter op handen vs rug.
• Winner takes it all netwerk.
o Er gaat maar één specifiek signaal winnen en dat is de informatie die uiteindelijk
doorkomt in het brein
1.6 NETWERKSTRUCTUREN: COÏNCIDENTIEDETECTOR
• Vb: Spatiale lokalisatie van geluid zonder zicht.
• Axonen van rechter- en linkeroor geven beide informatie aan neuronen
(beige bollen) over het horen van geluid.
• Locatie van de bron van geluid, bepaald wanneer het geluid toe komt aan
elk oor. Specifiek neuron zal vuren afhankelijk van het verschil in tijd
tussen de twee oren.
Relatief simpele netwerkstructuren kunnen worden ingezet voor uiteenlopende functies!
Zelfde bouwstenen met andere architectuur kan tot heel andere functie leiden!
2 ZINTUIGEN
2.1 DEFINITIE
Hoeveel?
• Klassieke 5: zicht, horen, ruiken, tast, smaak
• Positie van je ledematen = proprioceptie
• Evenwichtszin = beweging van je lichaam tov zwaartekracht
• Bewust vs onbewust op bepaalde zin focussen
• Chemoceptie:
o Vb. Glomus caroticum in halsslagader: detecteert O² (CO², ph) ® gevoel van verstikking
bij te weinig zuurstof
o Vb. Aanwezigheid vetten bij de ingang van de dunne darm ® gevoel van voldoende
eten
• Magnetoceptie
o = Aanvoelen van magnetisch veld van de aarde
o Vb. Koeien oriënteren zich in dezelfde richting overheen wereld?
o Vissoorten kunnen navigeren op ingebouwd kompas
Case study: Ian Waterman
• Sensorisch deficit
• Door griep op 19j selectieve uitval van tastzin, niet pijn of temperatuur
o Persoon kan niet meer wandelen want proprioceptie = tastzin
o Leert terug lopen op basis van zijn zicht (denk aan schroef indraaien), evenwichtszin…
§ Gebruikt hiervoor andere zintuigen
o Communicatie met handen of rest van lichaam
o IW leert dit terug door bewust de bewegingen te doen
7
,Gebaseerd op de powerpoints en lessen van Prof. Elien Heleven
Conclusie: Wat we beschouwen als 1 functie, is vaak een samenspel tussen verschillende onderdelen.
Onderdelen leren kennen door dissociaties = verschillende deelfuncties die samen 1 vormen.
Psyche waar we ons van bewustzijn = klein onderdeel van de processen die in ons lichaam gebeuren
Klassieke definities
• Gebaseerd op beperkte kennis van zintuigen (e.g. Zicht vs tast)
• Sensatie = objectief proces:
o Fysieke omgevingsstimuli worden gedetecteerd door sensorische receptoren en
omgezet in neurale activiteit
o Vb: perceptie van licht, luidheid geluid… Cellen die stimuli waarnemen en
neurotransmitters beïnvloeden
• Perceptie = subjectieve constructie:
o Interpretatie, ervaring, reactie op deze sensaties door cellen in het centraal
zenuwstelsel
o Beinvloed door motivatie, doel, …
• Transductie:
o Omzetting van fysieke stimuli in verandering van membraanpotentiaal (rechtstreeks
beïnvloed door omgeving, niet door andere cel) in de sensorische receptorcel
Problemen met klassieke definities
• Wat zijn “fysieke omgevingsstimuli”?
o Onderscheid extern/ intern; vb: vet in darm vs mond?
• Onderscheid sensatie/ perceptie; objectief vs subjectief? Ook sensatie wordt bepaald door
ervaringen; Wat we ervaren = constructie
• Intuïtief onderscheid: bewuste ervaring = zintuig of niet
Zintuigen zijn die psychische functies die ons al dan niet bewust informatie verschaffen over
gebeurtenissen in de materiële wereld
Essentieel bij alle modaliteiten
• Gespecialiseerde cellen (receptorcellen) detecteren specifieke fysische fenomenen (energie
vb geluidsdruk; chemische substanties vb: smaak detecteert moleculen)
• Deze worden in zekere mate gespecialiseerd verwerkt door één of meerdere delen van het
zenuwstelsel (vb: primaire visuele cortex vooral gerelateerd aan zicht)
• Wat we als één zintuig beschrijven omvat vaak meerdere types receptoren en meerdere ketens
van gespecialiseerde verwerking (vb. fotoreceptoren die kleurgevoelig zijn vs niet; wat vs waar
bevindt object zich)
2.2 RECEPTOREN
Sensorische receptor:
• = Gespecialiseerd neuron = volledige cel
• ≠ vb. Gaba “receptor” (= proteïne, eiwit dat onderdeel is van een neuron)
o Detecteren specifiek soort fysieke gebeurtenis (vb. Een aspect van licht) of substantie
8
,Gebaseerd op de powerpoints en lessen van Prof. Elien Heleven
o Hebben meestal geen axon; vormen synapsen met hun cellichaam; typisch
graduele/analoge codering ® meer sensatie = meer vrijgeven van
boodschappersstoffen « actiepotentiaal
• Gespecialiseerd:
o Afgestemd op een welbepaald type stimulus/ modaliteit (“adequate stimulus”
fotoreceptor detecteert enkel licht)
§ Verschillend over soorten heen (vb. Elektroceptie = detectie van elektrische
spanning in dolfijn en vogelbekdier, detecteert spierspanning van hun prooi)
o Afgestemd op een welbepaalde range
§ Vb. Gehoor bij mensen beperkt tot +/- 20 kHz
2.3 ZINTUIGELIJKE VERWERKING
Gespecialiseerde verwerking: Hoe van ervaring naar zien? Homunculus?
• Müller (1803-1858): doctrine van de specifieke energieën
o Verschillende sensoren communiceren via verschillende “energieën” met het brein
o Let op voor de homunculus!
• Heden:
o Alle zintuigen communiceren in dezelfde “taal” = actiepotentialen
o Specifieke patronen van actiepotentialen in specifieke delen van onze hersenen
worden ervaren als de diverse zintuiglijke indrukken = Vertaling van actiepotentialen
naar ervaring
§ Vb. Visuele hallucinatie door elektrische stimulatie
Codering = vertaling van actiepotentialen (omzetten van sensorische info in iets wat je ervaart/
betekenis kan hebben)
• Obv Intensiteit:
o Gebaseerd op frequentie, aantal en threshold (vb: minder gevoelig neuron dat vuurt =
belangrijke info zoals dieper gelegen neuron bij pijn) van vurende neuronen
• Obv Locatie:
o Vb. Somatotopische organisatie tastzin = waar receptor ligt speelt rol
Vb: codering op basis van intensiteit: Frequentie vuren van neuronen en
subjectieve drukervaring gaan gelijk op
9
, Gebaseerd op de powerpoints en lessen van Prof. Elien Heleven
Receptief veld = neuronen kunnen maar deel van ruimte waarnemen:
• Locatie waar de stimulus zich moet bevinden om receptorcel te kunnen beïnvloeden
o Vb: receptief veld van fotoreceptor is erg beperkt
• Groter/ kleiner (vb. Receptief veld van vinger is kleiner versus rug)
• Kenmerk van cellen over gehele verwerkingsketen vb: visueel neuron in brein reageert enkel op
rechter visueel veld
o Algemene regel: groter receptief veld naarmate hogerop in de verwerkingsketen
o vb: receptief veld op de rug is groter
Codering = Adaptatie:
• Perceptuele systemen zijn vooral gevoelig voor verandering/verschillen/contrasten tov van
vorige situatie (evolutionair belang) « “absolute”, getrouwe representatie van de werkelijkheid
o Vooral reactie op veranderingen in de omgeving die opgevangen wordt door de
zintuigen = relevant
• Ze “wennen” dus aan het algemene niveau van stimulatie
o Veelal uitdoven respons bij continue stimulatie (spaarzaamheid want celprocessen
kosten energie)
o Laat ook afstemming op een bepaalde stimuluscontext toe (vb. Verblinding door
ochtendlicht na aanpassing aan lichtinval tijdens nacht)
Relatieve gevoeligheid = Mechanisme dat gevoelig is voor verandering
Vb illusie: Ervaren door ® 80% mensen ervaren perceptie van groter
wordende vlek
Visueel systeem anticipeert op donkerheid op basis van eerdere ervaringen
(vb: tunnel binnen rijden), pupillen vergroten, visueel systeem zal meer licht
binnen laten = gedrag. ® Waarneming is gestuurd door verwachting!
Verwevenheid waarneming = handelen (verweving tussen waarneming en actie die daarop volgt)
• Gepaste actie vergt sensorische informatie (zie vb. Ian Waterman: sensorisch deficiet waardoor
actie, stappen, niet meer lukt)
• Sensorische informatie vergt vaak actie (vb. adaptatie visueel systeem bij illusive)
Vb illusie: Ervaring dat kat verdwijnt, mogelijk blijven tanden zichtbaar.
Troxler-effect: Tanden blijven laatst te zien doordat het contrast op dit
onderdeel van de foto het grootst is = grootst mogelijke verschil, dooft dus
moeilijk uit. Ogen maken microsaccades, kleine bewegingen, waardoor
fotoreceptoren kleine verschillen in lichtinformatie krijgen = Veranderingen
in lichtinfo, deze saccades onderdrukken ® minder verandering ®
adaptatie ® andere waarneming
Verwevenheid organisme en omgeving
• Vb. Doordat mens zich ontwikkelde op aarde
• Duur dag-nachtcyclus, is automatisch 24u
• Kleurzicht dat erg goed afgestemd is op een groene omgeving
10
BIOLOGISCHE PSYCHOLOGIE II
Tweede bachelor psychologie
1
,Gebaseerd op de powerpoints en lessen van Prof. Elien Heleven
INHOUDSOPGAVE
INLEIDING .................................................................................................................................... 5
1 STRUCTUREN EN FUNCTIES .............................................................................................................. 5
1.1 Netwerkstructuren: voorbeelden ....................................................................................... 5
1.2 Netwerkstructuren: Feedback ........................................................................................... 6
1.3 Netwerkstructuren: Feedforward ...................................................................................... 6
1.4 Netwerkstructuren: Scherpe en doffe pijn .......................................................................... 6
1.5 Netwerkstructuren: Laterale inhibitie................................................................................. 6
1.6 Netwerkstructuren: Coïncidentiedetector.......................................................................... 7
2 ZINTUIGEN .................................................................................................................................. 7
2.1 Definitie ........................................................................................................................... 7
2.2 Receptoren ...................................................................................................................... 8
2.3 Zintuigelijke verwerking ..................................................................................................... 9
HOOFDSTUK 1: ZICHT .................................................................................................................. 11
1 HET OOG .................................................................................................................................. 11
1.1 De stimulus: licht ............................................................................................................11
1.2 Anatomie van het oog ......................................................................................................13
1.3 De retina .........................................................................................................................15
2 HERSENREGIO’S BETROKKEN BIJ VISUELE PROCESSEN .......................................................................... 20
2.1 Overzicht van het visuele circuit .......................................................................................20
2.2 LGN ................................................................................................................................21
2.3 Cortex striata – V1 – Primaire visuele cortex ......................................................................21
2.4 Cortex extrastriata ...........................................................................................................21
3 KLEURPERCEPTIE ........................................................................................................................ 22
3.1 Ganglioncellen: licht & donker voor perceptie van helderheid ............................................22
3.2 Rol van de retina ..............................................................................................................25
3.3 Cortex striata (V1) ............................................................................................................27
3.4 Cortex extrastriata ...........................................................................................................27
4 VORMPERCEPTIE......................................................................................................................... 29
4.1 Spatiale frequentie ..........................................................................................................29
4.2 Cortex striata (V1) ............................................................................................................33
4.3 Cortex Extrastriata ...........................................................................................................33
5 PERCEPTIE VAN SPATIALE LOCATIE ................................................................................................... 36
5.1 Rol van de retina ..............................................................................................................36
5.2 Cortex extrastriata ...........................................................................................................36
6 PERCEPTIE VAN BEWEGING ............................................................................................................ 37
6.1 Cortex striata (V1) ............................................................................................................37
6.2 Cortex extrastriata ...........................................................................................................37
HOOFDSTUK 2: GEHOOR, EVENWICHT, TAST, SMAAK EN GEUR ..................................................... 39
1 GEHOOR .................................................................................................................................. 39
1.1 De stimulus: geluid ..........................................................................................................39
1.2 Anatomie van het oor .......................................................................................................39
1.3 Haarcellen & transductie .................................................................................................41
1.4 Het auditieve circuit.........................................................................................................43
1.5 Toonhoogte .....................................................................................................................44
1.6 Volume ...........................................................................................................................45
2
,Gebaseerd op de powerpoints en lessen van Prof. Elien Heleven
1.7 Timbre ............................................................................................................................45
1.8 Spatiale locatie ...............................................................................................................45
1.9 Complexe geluiden..........................................................................................................46
2 EVENWICHT............................................................................................................................... 47
2.1 Anatomie van het vestibulaire systeem .............................................................................47
2.2 Het vestibulaire circuit .....................................................................................................48
3 VOELEN.................................................................................................................................... 49
3.1 De stimuli .......................................................................................................................49
3.2 Anatomie van de huid ......................................................................................................49
3.3 Stimulatie van de huid .....................................................................................................52
3.4 Het somatosensorische circuit ........................................................................................52
3.5 Pijn .................................................................................................................................54
4 SMAAK ..................................................................................................................................... 56
4.1 De stimuli .......................................................................................................................56
4.2 Anatomie van de smaakpapillen en smaakcellen ..............................................................56
4.3 Smaakperceptie ..............................................................................................................57
4.4 Het smaakcircuit .............................................................................................................57
5 GEUR....................................................................................................................................... 58
5.1 De stimulus .....................................................................................................................58
5.2 Anatomie van het olfactieve apparaat ...............................................................................59
5.3 Transductie .....................................................................................................................60
5.4 Perceptie van geuren .......................................................................................................61
HOOFDSTUK 3: MOTORIEK ........................................................................................................... 63
1 SKELETSPIEREN .......................................................................................................................... 63
1.1 Anatomie ........................................................................................................................63
1.2 Contractie.......................................................................................................................63
1.3 Sensorische feedback .....................................................................................................64
2 MOTORIEK & HET RUGGENMERG ..................................................................................................... 65
2.1 Monosynaptische stretchreflex ........................................................................................65
2.2 Polysynaptische reflex .....................................................................................................65
3 MOTORIEK EN HET BREIN ............................................................................................................... 66
3.1 Dalende banen ................................................................................................................66
3.2 Corticale structuren ........................................................................................................66
3.3 De motorische associatiecortex .......................................................................................67
3.4 Subcorticale structuren ...................................................................................................70
4 COMPLEXE MOTORIEK .................................................................................................................. 74
4.1 Spiegelneuronen .............................................................................................................74
4.2 Corollary discharge .........................................................................................................76
HOOFDSTUK 4: SLAAP EN BIOLOGISCHE RITMES .......................................................................... 80
1 WAT IS SLAAP? ........................................................................................................................... 80
1.1 Slaapstadia .....................................................................................................................80
1.2 Hersenactiviteit tijdens de slaap ......................................................................................82
2 WAAROM SLAPEN WE? ................................................................................................................. 83
2.1 Functies van SWS-slaap ..................................................................................................83
2.2 Functies van REM-slaap...................................................................................................85
2.3 Slaap en leren .................................................................................................................85
3 FYSIOLOGISCHE SLAAP-/ WAAKMECHANISMES ................................................................................... 86
3.1 Neurale controle van slaap ..............................................................................................86
3
,Gebaseerd op de powerpoints en lessen van Prof. Elien Heleven
3.2 Neurale controle van waakzaamheid ................................................................................87
3.3 Neurale controle van slaap/ waak overgangen ..................................................................89
3.4 Neurale controle van REM-transitie ..................................................................................90
4 SLAAPSTOORNISSEN .................................................................................................................... 91
4.1 Insomnie.........................................................................................................................91
4.2 Narcolepsie ....................................................................................................................92
4.3 REM-slaap gedragsstoornis..............................................................................................92
4.4 SWS problemen ..............................................................................................................93
5 BIOLOGISCHE KLOKKEN ................................................................................................................ 93
5.1 Circadiaanse ritmes ........................................................................................................93
5.2 Nucleus suprachiasmaticus ............................................................................................93
5.3 Pijnappelklier en melatonine ............................................................................................94
5.4 Shiften & jet lag ...............................................................................................................94
HOOFDSTUK 5: STRESS ............................................................................................................... 95
1 INLEIDING/FYSIOLOGIE ................................................................................................................. 95
1.1 De stress-respons ...........................................................................................................95
2 STRESS EN EVOLUTIE.................................................................................................................... 97
2.1 Parallellen tussen soorten ...............................................................................................97
2.2 Trade-offs .......................................................................................................................97
2.3 Stress en vroegere ervaringen ..........................................................................................98
3 PRENATALE STRESS EN ZORG.......................................................................................................... 98
3.1 Prenatale stress ..............................................................................................................98
3.2 De rol van zorg.................................................................................................................99
3.3 Impact op hippocampus ..................................................................................................99
4 STRESS, DE MENS EN PSYCHOPATHOLOGIE ...................................................................................... 100
4.1 Adaptiviteit van de stressrespons ................................................................................... 100
4.2 Invloeden op mentale stress .......................................................................................... 100
4.3 Psychopathologie .......................................................................................................... 101
4.4 Adaptiviteit revisited ...................................................................................................... 101
5 STRESS EN GEZONDHEID ............................................................................................................. 101
5.1 LT gezondheidseffecten van stress ................................................................................. 101
5.2 Psycho-neuro-immunologie ........................................................................................... 102
4
,Gebaseerd op de powerpoints en lessen van Prof. Elien Heleven
INLEIDING
1 STRUCTUREN EN FUNCTIES
1.1 NETWERKSTRUCTUREN: VOORBEELDEN
• Neuron A stuurt info via axon, overheen de synaps, naar dendrieten van neuron B; basic
netwerk
o Basistoestand van neuron B is negatief
• + = exciterende invloed
• Basistoestand is extreem negatief; kortstondig positief dan actiepotentiaal; Alles of niets
• Negatief in rusttoestand kost E, maar onderdrukt ruis: actiepotentiaal dat niet bedoeld was,
wordt niet verder doorgegeven
o Minste energie verbruikt in de neutrale toestand
Convergentie
• Informatie die in verschillende neuronen zit wordt naar één neuron gestuurd
• Aantal neuronen daalt
o Brein doet dit wanneer informatie geïntegreerd moet worden
• Kwantitatieve integratie: gemeenschappelijke evidentie voor zelfde info
o Vb: fotoreceptoren bij schemering
• Kwalitatieve integratie: verschillende soorten info bundelen
o Vb fotoreceptor + oogbeweging = waar is object + kleur van het object
Convergentie Herverdeling van informatie Divergentie
Herverdeling van informatie
• Aantal neuronen blijft gelijk bij zowel convergentie als divergentie
• Informatie bundelen vs informatie herverdelen
Divergentie
• Het aantal neuronen stijgt
• Alle type informatie wordt verspreid naar verschillende neuronen
• Opsplitsen; vb: info moet naar cerebellum en cortex
o Info zowel verwerkt door cerebellum als cortex
• Versterken vb: een neuron die volledige spiergroep doet bewegen
o Handig als minder neuronen een volledige spiergroep kunnen aansturen = efficiënt
5
,Gebaseerd op de powerpoints en lessen van Prof. Elien Heleven
1.2 NETWERKSTRUCTUREN: FEEDBACK
Minimaliseren van ruis
• Neuron A doet B en C vuren
o B en C worden geëxciteerd door A (positieve informatie)
o Neuron B geeft dit signaal door naar volgende neuronen
• Negatieve projectie van neuron C naar A
o C gaat A inhiberen (negatieve informatie)
o Hierdoor wordt signaal van A meer specifiek
• Bemoeilijkt het vuren A, maakt kans op temporele summatie bij B kleiner.
• B zal waarschijnlijk ook info van andere neuronen moeten krijgen om tot vuren te komen
• Het kan ook zijn dat de informatie van C gesplitst wordt en een positief effect heeft op de ene
neuron en een negatief effect op de andere neuron
1.3 NETWERKSTRUCTUREN: FEEDFORWARD
Minimaliseren van ruis
• Neuron A doet B en C vuren
o A gaat B en C exciteren
• Negatieve projectie van neuron C naar B,
o C gaat B inhiberen (negatieve informatie)
• Bemoeilijkt het vuren B.
• Grote activiteit in A zal, tot meer beperkte activiteit in B leiden wanneer C actief.
• A kan bv zeer sensitief zijn zodat geen valse negatieven worden geregistreerd.
1.4 NETWERKSTRUCTUREN: SCHERPE EN DOFFE PIJN
Feedforward netwerk
• Komt voor in het pijnnetwerk
• A voelt druk, wordt in B gedetecteerd als scherpe pijn op een nauwkeurige plek
• Functie = Waarschuwing!
• C zal acute pijnregistratie dempen.
• = Evolutionair adaptief
• Neuron D is trager, minder gemyeliniseerd. Zal demping van C op D opheffen zodat toch doffe,
diffuse, zeurende pijn wordt ervaren.
• Functie = Wees voorzichtig!
Onthoud: Biologische achtergrond van iets simpel als pijn, kan zeer complex zijn.
1.5 NETWERKSTRUCTUREN: LATERALE INHIBITIE
Minimaliseren van ruis
• Eerste laag neuronen geeft excitatie informatie aan tweede laag.
• Neuronen in eerste laag inhiberen elkaar.
6
,Gebaseerd op de powerpoints en lessen van Prof. Elien Heleven
• Vb: spatiale nauwkeurigheid bij tastreceptoren om twee punten op huid te onderscheiden. Lukt
beter op handen vs rug.
• Winner takes it all netwerk.
o Er gaat maar één specifiek signaal winnen en dat is de informatie die uiteindelijk
doorkomt in het brein
1.6 NETWERKSTRUCTUREN: COÏNCIDENTIEDETECTOR
• Vb: Spatiale lokalisatie van geluid zonder zicht.
• Axonen van rechter- en linkeroor geven beide informatie aan neuronen
(beige bollen) over het horen van geluid.
• Locatie van de bron van geluid, bepaald wanneer het geluid toe komt aan
elk oor. Specifiek neuron zal vuren afhankelijk van het verschil in tijd
tussen de twee oren.
Relatief simpele netwerkstructuren kunnen worden ingezet voor uiteenlopende functies!
Zelfde bouwstenen met andere architectuur kan tot heel andere functie leiden!
2 ZINTUIGEN
2.1 DEFINITIE
Hoeveel?
• Klassieke 5: zicht, horen, ruiken, tast, smaak
• Positie van je ledematen = proprioceptie
• Evenwichtszin = beweging van je lichaam tov zwaartekracht
• Bewust vs onbewust op bepaalde zin focussen
• Chemoceptie:
o Vb. Glomus caroticum in halsslagader: detecteert O² (CO², ph) ® gevoel van verstikking
bij te weinig zuurstof
o Vb. Aanwezigheid vetten bij de ingang van de dunne darm ® gevoel van voldoende
eten
• Magnetoceptie
o = Aanvoelen van magnetisch veld van de aarde
o Vb. Koeien oriënteren zich in dezelfde richting overheen wereld?
o Vissoorten kunnen navigeren op ingebouwd kompas
Case study: Ian Waterman
• Sensorisch deficit
• Door griep op 19j selectieve uitval van tastzin, niet pijn of temperatuur
o Persoon kan niet meer wandelen want proprioceptie = tastzin
o Leert terug lopen op basis van zijn zicht (denk aan schroef indraaien), evenwichtszin…
§ Gebruikt hiervoor andere zintuigen
o Communicatie met handen of rest van lichaam
o IW leert dit terug door bewust de bewegingen te doen
7
,Gebaseerd op de powerpoints en lessen van Prof. Elien Heleven
Conclusie: Wat we beschouwen als 1 functie, is vaak een samenspel tussen verschillende onderdelen.
Onderdelen leren kennen door dissociaties = verschillende deelfuncties die samen 1 vormen.
Psyche waar we ons van bewustzijn = klein onderdeel van de processen die in ons lichaam gebeuren
Klassieke definities
• Gebaseerd op beperkte kennis van zintuigen (e.g. Zicht vs tast)
• Sensatie = objectief proces:
o Fysieke omgevingsstimuli worden gedetecteerd door sensorische receptoren en
omgezet in neurale activiteit
o Vb: perceptie van licht, luidheid geluid… Cellen die stimuli waarnemen en
neurotransmitters beïnvloeden
• Perceptie = subjectieve constructie:
o Interpretatie, ervaring, reactie op deze sensaties door cellen in het centraal
zenuwstelsel
o Beinvloed door motivatie, doel, …
• Transductie:
o Omzetting van fysieke stimuli in verandering van membraanpotentiaal (rechtstreeks
beïnvloed door omgeving, niet door andere cel) in de sensorische receptorcel
Problemen met klassieke definities
• Wat zijn “fysieke omgevingsstimuli”?
o Onderscheid extern/ intern; vb: vet in darm vs mond?
• Onderscheid sensatie/ perceptie; objectief vs subjectief? Ook sensatie wordt bepaald door
ervaringen; Wat we ervaren = constructie
• Intuïtief onderscheid: bewuste ervaring = zintuig of niet
Zintuigen zijn die psychische functies die ons al dan niet bewust informatie verschaffen over
gebeurtenissen in de materiële wereld
Essentieel bij alle modaliteiten
• Gespecialiseerde cellen (receptorcellen) detecteren specifieke fysische fenomenen (energie
vb geluidsdruk; chemische substanties vb: smaak detecteert moleculen)
• Deze worden in zekere mate gespecialiseerd verwerkt door één of meerdere delen van het
zenuwstelsel (vb: primaire visuele cortex vooral gerelateerd aan zicht)
• Wat we als één zintuig beschrijven omvat vaak meerdere types receptoren en meerdere ketens
van gespecialiseerde verwerking (vb. fotoreceptoren die kleurgevoelig zijn vs niet; wat vs waar
bevindt object zich)
2.2 RECEPTOREN
Sensorische receptor:
• = Gespecialiseerd neuron = volledige cel
• ≠ vb. Gaba “receptor” (= proteïne, eiwit dat onderdeel is van een neuron)
o Detecteren specifiek soort fysieke gebeurtenis (vb. Een aspect van licht) of substantie
8
,Gebaseerd op de powerpoints en lessen van Prof. Elien Heleven
o Hebben meestal geen axon; vormen synapsen met hun cellichaam; typisch
graduele/analoge codering ® meer sensatie = meer vrijgeven van
boodschappersstoffen « actiepotentiaal
• Gespecialiseerd:
o Afgestemd op een welbepaald type stimulus/ modaliteit (“adequate stimulus”
fotoreceptor detecteert enkel licht)
§ Verschillend over soorten heen (vb. Elektroceptie = detectie van elektrische
spanning in dolfijn en vogelbekdier, detecteert spierspanning van hun prooi)
o Afgestemd op een welbepaalde range
§ Vb. Gehoor bij mensen beperkt tot +/- 20 kHz
2.3 ZINTUIGELIJKE VERWERKING
Gespecialiseerde verwerking: Hoe van ervaring naar zien? Homunculus?
• Müller (1803-1858): doctrine van de specifieke energieën
o Verschillende sensoren communiceren via verschillende “energieën” met het brein
o Let op voor de homunculus!
• Heden:
o Alle zintuigen communiceren in dezelfde “taal” = actiepotentialen
o Specifieke patronen van actiepotentialen in specifieke delen van onze hersenen
worden ervaren als de diverse zintuiglijke indrukken = Vertaling van actiepotentialen
naar ervaring
§ Vb. Visuele hallucinatie door elektrische stimulatie
Codering = vertaling van actiepotentialen (omzetten van sensorische info in iets wat je ervaart/
betekenis kan hebben)
• Obv Intensiteit:
o Gebaseerd op frequentie, aantal en threshold (vb: minder gevoelig neuron dat vuurt =
belangrijke info zoals dieper gelegen neuron bij pijn) van vurende neuronen
• Obv Locatie:
o Vb. Somatotopische organisatie tastzin = waar receptor ligt speelt rol
Vb: codering op basis van intensiteit: Frequentie vuren van neuronen en
subjectieve drukervaring gaan gelijk op
9
, Gebaseerd op de powerpoints en lessen van Prof. Elien Heleven
Receptief veld = neuronen kunnen maar deel van ruimte waarnemen:
• Locatie waar de stimulus zich moet bevinden om receptorcel te kunnen beïnvloeden
o Vb: receptief veld van fotoreceptor is erg beperkt
• Groter/ kleiner (vb. Receptief veld van vinger is kleiner versus rug)
• Kenmerk van cellen over gehele verwerkingsketen vb: visueel neuron in brein reageert enkel op
rechter visueel veld
o Algemene regel: groter receptief veld naarmate hogerop in de verwerkingsketen
o vb: receptief veld op de rug is groter
Codering = Adaptatie:
• Perceptuele systemen zijn vooral gevoelig voor verandering/verschillen/contrasten tov van
vorige situatie (evolutionair belang) « “absolute”, getrouwe representatie van de werkelijkheid
o Vooral reactie op veranderingen in de omgeving die opgevangen wordt door de
zintuigen = relevant
• Ze “wennen” dus aan het algemene niveau van stimulatie
o Veelal uitdoven respons bij continue stimulatie (spaarzaamheid want celprocessen
kosten energie)
o Laat ook afstemming op een bepaalde stimuluscontext toe (vb. Verblinding door
ochtendlicht na aanpassing aan lichtinval tijdens nacht)
Relatieve gevoeligheid = Mechanisme dat gevoelig is voor verandering
Vb illusie: Ervaren door ® 80% mensen ervaren perceptie van groter
wordende vlek
Visueel systeem anticipeert op donkerheid op basis van eerdere ervaringen
(vb: tunnel binnen rijden), pupillen vergroten, visueel systeem zal meer licht
binnen laten = gedrag. ® Waarneming is gestuurd door verwachting!
Verwevenheid waarneming = handelen (verweving tussen waarneming en actie die daarop volgt)
• Gepaste actie vergt sensorische informatie (zie vb. Ian Waterman: sensorisch deficiet waardoor
actie, stappen, niet meer lukt)
• Sensorische informatie vergt vaak actie (vb. adaptatie visueel systeem bij illusive)
Vb illusie: Ervaring dat kat verdwijnt, mogelijk blijven tanden zichtbaar.
Troxler-effect: Tanden blijven laatst te zien doordat het contrast op dit
onderdeel van de foto het grootst is = grootst mogelijke verschil, dooft dus
moeilijk uit. Ogen maken microsaccades, kleine bewegingen, waardoor
fotoreceptoren kleine verschillen in lichtinformatie krijgen = Veranderingen
in lichtinfo, deze saccades onderdrukken ® minder verandering ®
adaptatie ® andere waarneming
Verwevenheid organisme en omgeving
• Vb. Doordat mens zich ontwikkelde op aarde
• Duur dag-nachtcyclus, is automatisch 24u
• Kleurzicht dat erg goed afgestemd is op een groene omgeving
10
