Introductiecollege
Als eerst is er waarneming van informatie. Vervolgens wordt de informatie geïntegreerd. Het
grootste deel komt niet bij het bewustzijn, maar wordt weg gefilterd. Van de andere informatie word
je wel bewust en hier wordt dan een reactie
op gegeven: verwerking. Deze kan
automatisch zijn, zoals bij een reflex, of er
moet over nagedacht worden.
Hiernaast zie je een dwarsdoorsnede van het ruggenmerg.
Dorsale kant (rug): input van sensorische neuronen.
Centraal: informatieverwerking, integratie van sensorische neuronen.
ventrale kant (buik): output richting motorische neuronen.
Centraal zenuwstelsel: ruggenmerg + hersenen.
Perifere zenuwstelsel: verbinding tussen czs en spieren en organen
Het connectoom: verbindingen tussen verschillende hersengebieden.
Hersenstam: midbrain, pons en medulla. Hier worden alle vitale
functies gereguleerd, zoals de ademhaling, hartregulatie en spuugreflex.
Informatie komt via hersenzenuwen binnen. Cerebellum: belangrijk
voor ruimtelijke oriëntatie en voor evenwicht. Zit achter de hersenstam
Thalamus: alle informatie uit het lager liggende czs komt hier binnen.
Het filtert informatie en geeft nuttige info door aan de corticale
gebieden. Ligt op de middenhersenen.
Hypothalamus: belangrijk voor hormonale regulatie, stress,
voedselinname en het slaap-waak ritme. Ligt voor de thalamus.
Basale ganglia: caudate en putamen. Deze zijn belangrijk voor regulatie
van motoriek. Liggen over de thalamus.
Eromheen liggen de hippocampus en amygdala, onderdeel van het
limbisch systeem: emotionele systeem van de hersenen.
Amygdala: voor angst, aanleren van wat veilig is en voor het geven van
emotionele waarde aan signalen.
Hippocampus: kortetermijngeheugen en ruimtelijke oriëntatie.
Celebrale cortex: verschillende locaties met verschillende
functies. Ligt over de subcorticale gebieden:
Occipitaalkwab: bevat de primaire visuele cortex, waar
visuele informatie wordt verwerkt en wordt doorgestuurd.
Temporaalkwab: verweking van geluid en spraak.
Frontale kwab: meest ontwikkelt, voor regulatie van
emoties, sociale contacten en planningsvermogen.
1
,Zelfstudiemodule 1 – Neurofysiologie en signaaloverdracht
1. Dendrieten: geven informatie in de
vorm van elektrische impulsen door
De bouw van een neuron: zenuwcel
van andere neuronen naar de soma.
2. Cellichaam/soma: omringt de kern en
is verantwoordelijk voor veel van de
neuronale huishoudelijke functies, bv
de eiwitsynthese en verwerking.
3. Nucleus: ligt DNA opgeslagen en de
eiwitsynthese vindt hier plaats.
4. Nucleolus: bestaat uit RNA, DNA en
eiwitten en bevat de moleculaire
machinerie die nodig is voor de
vorming van ribosomen.
5. Nissl bodie: granulair lichaam,
gemaakt van ribosomen. Ze zijn rijk
aan RNA en zitten vast aan het RER. Ze produceren eiwitten en aminozuren en geven ze af.
6. Axon heuvel: gespecialiseerd deel van het cellichaam dat verbinding maakt met het axon.
Hier worden membraanpotentialen, gepropageerd vanuit synaptische inputs, opgeteld,
voordat ze naar het axon worden verzonden. Hier starten actiepotentialen.
7. Axon: voert actiepotentialen weg van de soma naar andere neuronen of bv spieren.
8. Neurilemma/neurolemma/omhulsel van Schwann/Schwann schede: de buitenste gekiemde
cytoplasmatische laag van Schwann-cellen rond het axon van het neuron. Het ligt onder de
myelineschede. Het beschermt perifere zenuwvezels. Beschadigde zenuwvezels kunnen
regenereren als het cellichaam niet beschadigd is en het neurilemma intact blijft.
9. Schwann cellen: elke cel vormt één segment van een myelineschede. Ze zijn betrokken bij de
geleiding van oa zenuwimpulsen langs axonen, zenuwontwikkeling en regeneratie.
10. Insnoeringen van Ranvier: regelmatige onderbrekingen in het myeline-omhulsel rond een
axon die sterk verrijkt zijn in ionkanalen.
11. Terminal branches/telodendria: eindtakken van de axon die het signaal doorgeven aan de
axon terminals
12. Axon terminals: gezwollen uiteinde van een telodendron die samenkomt met het dendriet of
cellichaam van een ander neuron en een synaptische verbinding vormt. Ze bevatten
synaptische blaasjes die de neurotransmitters opslaan voor afgifte aan de synaps. Ze geven
dus het signaal door aan de volgende cel.
De rustpotentiaal
Bij 'rust' omstandigheden handhaven alle cellen een potentiaalverschil/rustpotentiaal/potentiaal
over hun membraan. Dit is essentieel voor signaalgeleiding in zenuwcellen. De rustpotentiaal van
zenuwcellen ligt ongeveer rond de -65mV. Het spanningsverschil wordt bepaald door een ongelijke
verdeling van ionen tussen het intracellulaire en extracellulaire compartiment.
De membraanpotentiaal wordt bepaald door 3 factoren:
1. De concentratie van ionen binnen en buiten de cel
2. De membraandoorlaatbaarheid voor de verschillende ionen
3. De activiteit van ionenpompen
2
, Concentratie buiten de cel het hoogst: Na+, Cl- en Ca2+.
Concentratie binnen de cel het hoogst: K+ en negatief
geladen anionen (aminozuren en eiwitten).
Natrium-Kaliumpomp: via ATP worden 3 Na+-ionen in de
cel uitgewisseld tegen 2 K+-ionen van buiten de cel.
Kalium heeft een concentratie van 150 mmol/l in de cel en 5 mmol/l erbuiten. Door deze sterke
concentratiegradiënt beweegt kalium uit de cel door kalium leak channels. Positief geladen K+ komt
buiten de cel en negatief geladen anionen blijven in de cel. Uiteindelijk bouwt er een negatieve lading
op in de cel, waardoor de positief geladen K+ ionen weer terug de cel in getrokken worden. Dit wordt
het elektrostatisch gradiënt genoemd. Als de concentratie kalium in de cel gelijk is aan de
concentratie kalium buiten de cel is er sprake van een evenwichtspotentiaal/nernstpotentiaal. Dit is
dus het elektrisch potentiaal voor het aantrekken van K+ de cel in die nodig is om de concentratie van
K+ die uit te cel beweegt uit te balanceren. Het evenwichtspotentiaal van een ion is dus afhankelijk
van de concentratiegradiënt voor het ion en permeabiliteit van de cel voor het ion.
Evenwichtspotentialen kunnen met de Nernst
vergelijking worden berekend. Let op! Chloor is
negatief dus wordt het evenwichtspotentiaal ook
negatief.
Het rustpotentiaal over het celmembraan zal
ergens tussen al deze individuele
membraanpotentialen liggen, afhankelijk van
hoeveel van elk van deze ionen over het
celmembraan beweegt op een bepaald moment.
K+ is meestal het grootste deel van de ionen dat
over het celmembraan beweegt.
Het veranderen van de celpermeabiliteit,
door het verwijderen of toevoegen van
ionkanalen, kan de cel zijn rustpotentiaal
veranderen.
Rustpotentiaal: de som van de
evenwichtspotentialen van alle individuele
ionen bij elkaar opgeteld, afhankelijk van de
permeabiliteit van elk ion.
Dus bv K+ is 90% van de ionen, met
evenwichtspotentiaal -92mV, dan is het
aandeel van K+ -81 mV.
3
, Teken een celmembraan en geef daarin de verschillende
ionenpompen, ionkanalen en ionstromen weer die
betrokken zijn bij het in stand houden van de rustpotentiaal.
De belangrijkste transportmechanismen die de
ionengradienten over het plasmamembraan handhaven en
dus de rustpotentiaal, zijn de ATP-gedreven Na+/K+ en Ca2+-
pompen. Het membraan is relatief permeabel voor K+, omdat
sommige typen kaliumkanalen open zijn in rust, maar
ondoorlaatbaar voor andere kationen. De ongelijke
ionconcentraties aan beide zijden van het membraan leiden
tot de evenwichtspotentialen die worden weergegeven.
Hoe draagt semipermeabiliteit van het celmembraan bij aan de rustpotentiaal van zenuwcellen?
Het celmembraan is relatief impermeabel voor Na+ en Ca2+. Door actief transport van deze ionen
ontstaat er een ongelijke verdeling over het membraan. K+ daarentegen gaat wel gemakkelijk over
het membraan van neuronen. Deze selectieve permeabiliteit draagt bij aan een ongelijke verdeling
van ionen over het membraan.
Het actiepotentiaal
Dendrieten ontvangen signalen van
andere neuronen via neurotransmitters
die binden op receptoren. Als het
gecombineerde effect van deze meerdere
dendrieten de algehele lading van de cel
voldoende verandert, triggert het een
actiepotentiaal. Ionkanalen openen,
waardoor geladen ionen in en uit de cel
kunnen stromen om het chemische
signaal te veranderen in een elektrisch
signaal. Deze raast door het axon met een
snelheid tot 100 m/s. Hierdoor komt de neurotransmitter aan de andere kant van het neuron vrij en
kan het signaal verder worden doorgegeven. Neuronen gebruiken dus neurotransmitters om met
elkaar te communiceren, maar gebruiken actiepotentialen om dat signaal in de cel te verspreiden.
De neurotransmitter bindt aan een receptor op de dendriet. Dit opent een ligand-gated ion kanaal
om bepaalde ionen naar binnen te laten stromen. De extra positieve lading die naar binnen stroomt,
maakt de cel minder negatief, bijv. -62 mV ipv -65 mV en daarom minder 'polair'. Het verkrijgen van
een positieve lading wordt depolarisatie genoemd.
Neurotransmitters openen meestal verschillende ligand-gated ionkanalen in één keer, dus ionen als
Na+ en Ca2+ stromen naar binnen, maar K+ stroomt naar buiten.
Positieve nettolading → EPSP: exciterende postsynaptische potentiaal.
Negatieve nettolading → IPSP: inhiberende postsynaptische potentiaal. Bv als er alleen Cl- kanalen
openen. Het celpotentiaal wordt meer negatief, dus het hoogt de drempelwaarde, of het
repolariseert: het membraanpotentiaal keert terug naar zijn rustpotentiaal na een actiepotentiaal.
4
Als eerst is er waarneming van informatie. Vervolgens wordt de informatie geïntegreerd. Het
grootste deel komt niet bij het bewustzijn, maar wordt weg gefilterd. Van de andere informatie word
je wel bewust en hier wordt dan een reactie
op gegeven: verwerking. Deze kan
automatisch zijn, zoals bij een reflex, of er
moet over nagedacht worden.
Hiernaast zie je een dwarsdoorsnede van het ruggenmerg.
Dorsale kant (rug): input van sensorische neuronen.
Centraal: informatieverwerking, integratie van sensorische neuronen.
ventrale kant (buik): output richting motorische neuronen.
Centraal zenuwstelsel: ruggenmerg + hersenen.
Perifere zenuwstelsel: verbinding tussen czs en spieren en organen
Het connectoom: verbindingen tussen verschillende hersengebieden.
Hersenstam: midbrain, pons en medulla. Hier worden alle vitale
functies gereguleerd, zoals de ademhaling, hartregulatie en spuugreflex.
Informatie komt via hersenzenuwen binnen. Cerebellum: belangrijk
voor ruimtelijke oriëntatie en voor evenwicht. Zit achter de hersenstam
Thalamus: alle informatie uit het lager liggende czs komt hier binnen.
Het filtert informatie en geeft nuttige info door aan de corticale
gebieden. Ligt op de middenhersenen.
Hypothalamus: belangrijk voor hormonale regulatie, stress,
voedselinname en het slaap-waak ritme. Ligt voor de thalamus.
Basale ganglia: caudate en putamen. Deze zijn belangrijk voor regulatie
van motoriek. Liggen over de thalamus.
Eromheen liggen de hippocampus en amygdala, onderdeel van het
limbisch systeem: emotionele systeem van de hersenen.
Amygdala: voor angst, aanleren van wat veilig is en voor het geven van
emotionele waarde aan signalen.
Hippocampus: kortetermijngeheugen en ruimtelijke oriëntatie.
Celebrale cortex: verschillende locaties met verschillende
functies. Ligt over de subcorticale gebieden:
Occipitaalkwab: bevat de primaire visuele cortex, waar
visuele informatie wordt verwerkt en wordt doorgestuurd.
Temporaalkwab: verweking van geluid en spraak.
Frontale kwab: meest ontwikkelt, voor regulatie van
emoties, sociale contacten en planningsvermogen.
1
,Zelfstudiemodule 1 – Neurofysiologie en signaaloverdracht
1. Dendrieten: geven informatie in de
vorm van elektrische impulsen door
De bouw van een neuron: zenuwcel
van andere neuronen naar de soma.
2. Cellichaam/soma: omringt de kern en
is verantwoordelijk voor veel van de
neuronale huishoudelijke functies, bv
de eiwitsynthese en verwerking.
3. Nucleus: ligt DNA opgeslagen en de
eiwitsynthese vindt hier plaats.
4. Nucleolus: bestaat uit RNA, DNA en
eiwitten en bevat de moleculaire
machinerie die nodig is voor de
vorming van ribosomen.
5. Nissl bodie: granulair lichaam,
gemaakt van ribosomen. Ze zijn rijk
aan RNA en zitten vast aan het RER. Ze produceren eiwitten en aminozuren en geven ze af.
6. Axon heuvel: gespecialiseerd deel van het cellichaam dat verbinding maakt met het axon.
Hier worden membraanpotentialen, gepropageerd vanuit synaptische inputs, opgeteld,
voordat ze naar het axon worden verzonden. Hier starten actiepotentialen.
7. Axon: voert actiepotentialen weg van de soma naar andere neuronen of bv spieren.
8. Neurilemma/neurolemma/omhulsel van Schwann/Schwann schede: de buitenste gekiemde
cytoplasmatische laag van Schwann-cellen rond het axon van het neuron. Het ligt onder de
myelineschede. Het beschermt perifere zenuwvezels. Beschadigde zenuwvezels kunnen
regenereren als het cellichaam niet beschadigd is en het neurilemma intact blijft.
9. Schwann cellen: elke cel vormt één segment van een myelineschede. Ze zijn betrokken bij de
geleiding van oa zenuwimpulsen langs axonen, zenuwontwikkeling en regeneratie.
10. Insnoeringen van Ranvier: regelmatige onderbrekingen in het myeline-omhulsel rond een
axon die sterk verrijkt zijn in ionkanalen.
11. Terminal branches/telodendria: eindtakken van de axon die het signaal doorgeven aan de
axon terminals
12. Axon terminals: gezwollen uiteinde van een telodendron die samenkomt met het dendriet of
cellichaam van een ander neuron en een synaptische verbinding vormt. Ze bevatten
synaptische blaasjes die de neurotransmitters opslaan voor afgifte aan de synaps. Ze geven
dus het signaal door aan de volgende cel.
De rustpotentiaal
Bij 'rust' omstandigheden handhaven alle cellen een potentiaalverschil/rustpotentiaal/potentiaal
over hun membraan. Dit is essentieel voor signaalgeleiding in zenuwcellen. De rustpotentiaal van
zenuwcellen ligt ongeveer rond de -65mV. Het spanningsverschil wordt bepaald door een ongelijke
verdeling van ionen tussen het intracellulaire en extracellulaire compartiment.
De membraanpotentiaal wordt bepaald door 3 factoren:
1. De concentratie van ionen binnen en buiten de cel
2. De membraandoorlaatbaarheid voor de verschillende ionen
3. De activiteit van ionenpompen
2
, Concentratie buiten de cel het hoogst: Na+, Cl- en Ca2+.
Concentratie binnen de cel het hoogst: K+ en negatief
geladen anionen (aminozuren en eiwitten).
Natrium-Kaliumpomp: via ATP worden 3 Na+-ionen in de
cel uitgewisseld tegen 2 K+-ionen van buiten de cel.
Kalium heeft een concentratie van 150 mmol/l in de cel en 5 mmol/l erbuiten. Door deze sterke
concentratiegradiënt beweegt kalium uit de cel door kalium leak channels. Positief geladen K+ komt
buiten de cel en negatief geladen anionen blijven in de cel. Uiteindelijk bouwt er een negatieve lading
op in de cel, waardoor de positief geladen K+ ionen weer terug de cel in getrokken worden. Dit wordt
het elektrostatisch gradiënt genoemd. Als de concentratie kalium in de cel gelijk is aan de
concentratie kalium buiten de cel is er sprake van een evenwichtspotentiaal/nernstpotentiaal. Dit is
dus het elektrisch potentiaal voor het aantrekken van K+ de cel in die nodig is om de concentratie van
K+ die uit te cel beweegt uit te balanceren. Het evenwichtspotentiaal van een ion is dus afhankelijk
van de concentratiegradiënt voor het ion en permeabiliteit van de cel voor het ion.
Evenwichtspotentialen kunnen met de Nernst
vergelijking worden berekend. Let op! Chloor is
negatief dus wordt het evenwichtspotentiaal ook
negatief.
Het rustpotentiaal over het celmembraan zal
ergens tussen al deze individuele
membraanpotentialen liggen, afhankelijk van
hoeveel van elk van deze ionen over het
celmembraan beweegt op een bepaald moment.
K+ is meestal het grootste deel van de ionen dat
over het celmembraan beweegt.
Het veranderen van de celpermeabiliteit,
door het verwijderen of toevoegen van
ionkanalen, kan de cel zijn rustpotentiaal
veranderen.
Rustpotentiaal: de som van de
evenwichtspotentialen van alle individuele
ionen bij elkaar opgeteld, afhankelijk van de
permeabiliteit van elk ion.
Dus bv K+ is 90% van de ionen, met
evenwichtspotentiaal -92mV, dan is het
aandeel van K+ -81 mV.
3
, Teken een celmembraan en geef daarin de verschillende
ionenpompen, ionkanalen en ionstromen weer die
betrokken zijn bij het in stand houden van de rustpotentiaal.
De belangrijkste transportmechanismen die de
ionengradienten over het plasmamembraan handhaven en
dus de rustpotentiaal, zijn de ATP-gedreven Na+/K+ en Ca2+-
pompen. Het membraan is relatief permeabel voor K+, omdat
sommige typen kaliumkanalen open zijn in rust, maar
ondoorlaatbaar voor andere kationen. De ongelijke
ionconcentraties aan beide zijden van het membraan leiden
tot de evenwichtspotentialen die worden weergegeven.
Hoe draagt semipermeabiliteit van het celmembraan bij aan de rustpotentiaal van zenuwcellen?
Het celmembraan is relatief impermeabel voor Na+ en Ca2+. Door actief transport van deze ionen
ontstaat er een ongelijke verdeling over het membraan. K+ daarentegen gaat wel gemakkelijk over
het membraan van neuronen. Deze selectieve permeabiliteit draagt bij aan een ongelijke verdeling
van ionen over het membraan.
Het actiepotentiaal
Dendrieten ontvangen signalen van
andere neuronen via neurotransmitters
die binden op receptoren. Als het
gecombineerde effect van deze meerdere
dendrieten de algehele lading van de cel
voldoende verandert, triggert het een
actiepotentiaal. Ionkanalen openen,
waardoor geladen ionen in en uit de cel
kunnen stromen om het chemische
signaal te veranderen in een elektrisch
signaal. Deze raast door het axon met een
snelheid tot 100 m/s. Hierdoor komt de neurotransmitter aan de andere kant van het neuron vrij en
kan het signaal verder worden doorgegeven. Neuronen gebruiken dus neurotransmitters om met
elkaar te communiceren, maar gebruiken actiepotentialen om dat signaal in de cel te verspreiden.
De neurotransmitter bindt aan een receptor op de dendriet. Dit opent een ligand-gated ion kanaal
om bepaalde ionen naar binnen te laten stromen. De extra positieve lading die naar binnen stroomt,
maakt de cel minder negatief, bijv. -62 mV ipv -65 mV en daarom minder 'polair'. Het verkrijgen van
een positieve lading wordt depolarisatie genoemd.
Neurotransmitters openen meestal verschillende ligand-gated ionkanalen in één keer, dus ionen als
Na+ en Ca2+ stromen naar binnen, maar K+ stroomt naar buiten.
Positieve nettolading → EPSP: exciterende postsynaptische potentiaal.
Negatieve nettolading → IPSP: inhiberende postsynaptische potentiaal. Bv als er alleen Cl- kanalen
openen. Het celpotentiaal wordt meer negatief, dus het hoogt de drempelwaarde, of het
repolariseert: het membraanpotentiaal keert terug naar zijn rustpotentiaal na een actiepotentiaal.
4
