Het zenuwstelsel: Centraal en Perifeer

Het Zenuwstelsel

• Het zenuwstelsel kan worden onderverdeeld in het centraal zenuwstelsel (CZS) en het perifeer zenuwstelsel (PZS).
• Het CZS bestaat uit de hersenen en het ruggenmerg.
• Het PZS verbindt de hersenen en het ruggenmerg met de rest van het lichaam.
• Het PZS is onderverdeeld in het somatisch zenuwstelsel (SZS) en het autonoom zenuwstelsel (AZS).
• Het somatisch zenuwstelsel houdt zich bezig met communicatie met de buitenwereld.
  • Het bevat afferente zenuwen die informatie van de huid, skelet en spieren naar het CZS brengen.
  • Het bevat efferente zenuwen die motorische informatie van het CZS naar de spieren brengen.
  • De processen in dit systeem zijn vrijwillig.
• Het autonoom zenuwstelsel is belangrijk voor de interne regulatie van het lichaam.
  • Het enterisch zenuwstelsel, een onderdeel hiervan, reguleert het spijsverteringssysteem.
  • Het AZS bestaat uit afferente zenuwen die sensorische informatie van de organen naar het CZS brengen.
  • Het AZS bestaat uit efferente zenuwen die motorische signalen van het CZS naar de organen brengen.
• Afferente zenuwen bewegen richting het CZS, terwijl efferente zenuwen van het CZS af bewegen.
• Het autonoom zenuwstelsel is verantwoordelijk voor onbewuste processen en is onderverdeeld in het sympathische en parasympathische zenuwstelsel.
• Het sympathisch zenuwstelsel bereidt de organen voor op actie ("fight-or-flight").
  • Het versnelt de ademhaling en hartslag en remt het spijsverteringsstelsel.
  • Het wekt energie op.
• Het parasympathisch zenuwstelsel is belangrijk voor de ruststand.
  • Het verlaagt de hartslag, activeert het spijsverteringsstelsel en bespaart energie.
• Zowel het sympathische als het parasympathische zenuwstelsel zijn altijd actief.

Assen van het Zenuwstelsel

• Het zenuwstelsel heeft drie assen: anterieur-posterieur, dorsaal-ventraal, en mediaal-lateraal.
• De indeling van de assen is gebaseerd op dieren die op vier poten lopen.
• Bij mensen, die op twee benen lopen, is de oriëntatie van de hersenhelften anders is dan die van de ruggengraat en hersenstam.
• Anterieur verwijst naar de richting van de neus, posterieur naar de staart.
• Dorsaal verwijst naar de richting van de rug of de bovenkant van het hoofd, ventraal naar de borst of onderkant van het hoofd.
• Superieur en inferieur worden gebruikt voor de top en bodem van het hoofd om verwarring te voorkomen.
• Mediaal verwijst naar de middenlijn van het lichaam, lateraal verwijst naar de zijkant, weg van de middenlijn.

Vlakken van de Hersenen

• Het brein kan worden bekeken en bestudeerd vanuit drie anatomische vlakken: sagittaal, horizontaal en coronaal.
• Het sagittaal vlak verdeelt het brein in een linker- en rechterhelft.
  • Het wordt gebruikt om de mediale structuren van het brein te visualiseren, zoals het corpus callosum.
  • Dit vlak geeft zicht vanaf de zijkant.
• Het horizontale vlak verdeelt het brein in een boven- en onderzijde.
  • Het is nuttig om de locaties van ventrikels en de hersenstam te bekijken.
  • Dit vlak geeft zicht van bovenaf.
• Het coronale vlak verdeelt het brein in een voor- en achterzijde.
  • Het geeft inzicht in de symmetrie en verdeling van de hersenkwabben.
  • Dit vlak geeft zicht vanaf de voorkant.

Bescherming van het Zenuwstelsel

• Het centrale zenuwstelsel wordt beschermd door drie lagen, de meninges (hersenvliezen).
• De buitenste laag is het harde hersenvlies (dura mater), een taai membraan.
• Direct daaronder ligt het spinnenwebvlies (arachnoid membrane).
• Onder het spinnenwebvlies ligt de subarachnoïdale ruimte, met grote bloedvaten en cerebrospinaal vocht (hersenvocht, CSV).
  • Hersenvocht ondersteunt het brein en dient als een kussen.
• De binnenste laag is het zachte hersenvlies (pia mater), die zich aan het zenuwstelsel hecht.
• De bloed-hersenbarrière beschermt de hersenen extra.
  • De bloedvaten in het brein zijn dichter dan in de rest van het lichaam, waardoor bepaalde giftige stoffen (zoals proteïnen) niet in de hersenen kunnen komen.
  • Bepaalde moleculen zoals glucose, die essentieel zijn voor de hersenen, kunnen wel worden doorgelaten via actief transport.

Cellen van het Zenuwstelsel

• Er zijn twee typen cellen in het zenuwstelsel: neuronen (zenuwcellen) en gliacellen.
• Neuronen zijn gespecialiseerd in het ontvangen, geleiden en overdragen van elektrochemische signalen.
• Gliacellen ondersteunen en beschermen neuronen en spelen een belangrijke rol in de stabiliteit en functionaliteit van het zenuwstelsel.
• Belangrijke typen gliacellen zijn:
  • Oligodendrocyten: produceren myeline in het CZS voor snelle signaalgeleiding.
  • Schwann-cellen: produceren myeline in het PZS en ondersteunen het herstel van beschadigde axonen.
  • Microglia: kleine immuuncellen die reageren op schade en ontstekingen, en betrokken zijn bij celdood, synapsvorming en eliminatie.
  • Astrocyten: reguleren chemische signalen, ondersteunen synapsen, moduleren neuronactiviteit en bevorderen cognitieve processen.

Structuur van een Neuron

• Dendrieten: vertakkende vezels aan het uiteinde van een neuron die informatie van andere neuronen ontvangen via postsynaptische receptoren.
  • Dendritische stekels vergroten de beschikbare oppervlakte voor synapsen.
• Soma (cellichaam): bevat de celkern en verwerkt de binnenkomende informatie.
  • Het celmembraan scheidt het cellichaam van de buitenwereld.
• Axon: een lange uitloper vanuit de celkern die informatie naar een ander neuron, orgaan of spier verzendt.
  • Axonen zijn bedekt met myelineschede, wat de geleidingssnelheid en efficiëntie verhoogt.
  • Knooppunten van Ranvier zijn openingen tussen de myelinesegmenten.
  • Aan het einde van de axon bevinden zich presynaptische terminalen (knopen), waar chemicaliën worden vrijgegeven aan de volgende neuron.
• Een neuron heeft meerdere dendrieten, maar slechts één axon die kan vertakken.
• Neuronen raken elkaar niet direct aan; signalen worden doorgegeven via synapsen.

Soorten Neuronen

• Naast afferente en efferente neuronen zijn er ook motorische neuronen, sensorische neuronen en interneuronen.
• Motorische neuronen: hebben het cellichaam in het ruggenmerg en sturen informatie via een axon naar de spieren (efferent).
• Sensorische neuronen: bevinden zich in de hoofdstam en zijn gespecialiseerd voor een specifiek type stimulatie (bijvoorbeeld licht, aanraking, geluid) en gaan van de zintuigen naar de hersenen (afferent).
• Interneuronen: hebben een korte of geen axon en integreren neurale activiteit binnen één structuur.

Klassen Neuronen

• Neuronen kunnen worden ingedeeld aan de hand van het aantal uitsteeksels dat zij hebben:
  • Unipolair neuron: één uitloper vanuit het cellichaam.
  • Bipolair neuron: twee uitlopers vanuit het cellichaam.
  • Multipolair neuron: twee of meer uitlopers vanuit het cellichaam (de meeste neuronen zijn multipolair).

Neuro-anatomische Structuren

• In het centrale zenuwstelsel worden clusters aan cellichamen nuclei genoemd.
• In het perifere zenuwstelsel worden zulke clusters ganglia genoemd.
• In het centrale zenuwstelsel worden bundels van axonen tracts genoemd.
• In het perifere zenuwstelsel worden deze bundels zenuwen genoemd.

Het Ruggenmerg

• Het ruggenmerg is een onderdeel van het CZS en communiceert met alle zintuigen en spieren, behalve die in het hoofd.
• Het ruggenmerg is verdeeld in segmenten, elk met een sensorische en motorische zenuw aan beide zijden.
• Het centrale kanaal van het ruggenmerg bevat grijze stof, bestaande uit cellichamen, ongemyeliniseerde interneuronen en dendrieten.
  • Deze H-vormige kern heeft twee dorsale hoorns (boven) en twee ventrale hoorns (onder).
• Neuronen in de grijze stof zenden axonen naar het brein of andere delen van het ruggenmerg door de witte stof.
• De witte stof, bestaande uit gemyeliniseerde axonen, omringt de grijze stof.
• Aan beide zijden van het ruggenmerg ontstaat een bundel zenuwen (dorsal root ganglion) die vastzit aan de kern via een dorsale wortel (sensorisch/afferent) en een ventrale wortel (motorisch/efferent).

Ontwikkeling van het Brein

• In het vroege embryo bevindt zich een met vocht gevulde buis die zich ontwikkelt tot het brein.
• De eerste indicatie hiervan zijn drie zwellingen aan de bovenkant van deze buis, die zich ontwikkelen tot de voorhersenen, middenhersenen en achterhersenen.
• Later in de ontwikkeling groeien de zwellingen van de voorhersenen en achterhersenen uit tot twee aparte zwellingen.
• De buis is in het volwassen brein nog aanwezig als het centrale kanaal (de met vocht gevulde kern van de ruggengraat) en als ventrikels (vier met vocht gevulde holtes in de hersenen).
• Cellen in de ventrikels produceren hersenvocht dat de hersenen beschermt tegen schokken.

Achterhersenen (Hindbrain)

• Het myelencephalon ontwikkelt zich tot de medulla en is het meest posterieure deel van het brein.
  • De medulla ligt net boven het ruggenmerg en functioneert als een aanzetstuk van het ruggenmerg dat tot in het brein loopt.
  • Het bestaat vooral uit kanalen die signalen verplaatsen tussen de rest van het brein en het lichaam.
  • De medulla regelt vitale reflexen zoals ademhalen, hartslag, overgeven, hoesten, niezen en speekselaanmaak via de hersenzenuwen.
  • De hersenzenuwen (cranial nerves) bestaan uit twaalf paar zenuwen direct verbonden met de hersenen en hebben sensorische, motorische of gemengde functies.
  • De twaalf hersenzenuwen zijn essentieel voor zintuiglijke waarneming en bewegingen in het hoofd en de nek.
  • De medulla stuurt hiermee sensaties van het hoofd, spierbewegingen in het hoofd en parasympathische signalen naar de organen.
• Het metencephalon bestaat net als het myelencephalon uit kanalen.
  • Door deze structuren ontstaat er een uitpuiling die de pons (brug) heet.
  • De pons ligt anterieur en ventraal ten opzichte van de medulla en bevat nuclei voor enkele hersenzenuwen.
  • Door de pons kruisen axonen van beide hersenhelften naar de tegenovergestelde kant van de ruggengraat.
  • Hierdoor stuurt de linkerhersenhelft de spieren in de rechterkant van het lichaam aan, en vice versa.
  • Het cerebellum is een grote, diep gevouwen structuur in de achterhersenen die bijdraagt aan de aansturing van beweging en de controle van balans en coördinatie.
  • Schade aan het cerebellum kan leiden tot cognitieve disfuncties, wat suggereert dat het betrokken is bij meer dan alleen sensomotorische controle.
• De medulla, pons, middenhersenen en andere centrale structuren van de voorhersenen vormen samen de hersenstam.

Middenhersenen (Midbrain)

• Het mesencephalon bestaat uit het tectum en het tegmentum.
• Het tectum is het dak van de middenhersenen en hiermee de dorsale oppervlakte van de middenhersenen.
  • Het tectum heeft twee zwellingen aan elke kant: de superior colliculus (betrokken bij zicht en beweging) en de inferior colliculus (betrokken bij gehoor).
• Het tegmentum ligt onder (ventraal van) het tectum.
  • Het tegmentum bevat de derde en vierde hersenzenuwen, delen van de reticulaire formatie en verlengingen van de wegen tussen de voorhersenen en de ruggengraat of achterhersenen.
  • Het bevat ook periaqueductal gray, grijze stof die om het cerebrale aquaduct ligt (kanaal dat de derde en vierde ventrikels verbindt), en een rol speelt bij pijn verminderende effecten van opiaten.
  • Het tegmentum bevat tevens de substantia nigra en de rode nucleus, die beide belangrijk zijn voor sensomotorische systemen.

Voorhersenen (Forebrain)

• De voorhersenen zijn het meest prominente gedeelte van de hersenen van zoogdieren.
• Het bestaat uit een rechter en een linker hemisfeer.
• Elke hemisfeer ontvangt sensorische informatie van de contralaterale (tegenovergestelde) kant van het lichaam en stuurt de spieren aan aan de contralaterale kant.

Diencephalon

• Het diencephalon bestaat uit de thalamus en de hypothalamus.
• De thalamus bestaat uit twee kwabben en vormt de top van de hersenstam.
  • Elke kwab bevindt zich aan één zijde van het derde ventrikel.
  • De kwabben zijn met elkaar verbonden door de massa intermedia die door het ventrikel heen loopt.
  • De oppervlakte van de thalamus is een witte laag die uit gemyeliniseerde axonen bestaat.
  • De thalamus omvat verschillende paren aan nuclei die voornamelijk naar de cortex projecteren.
  • Het is de hoofdbron voor input naar de cerebrale cortex.
• De hypothalamus ligt onder de anterieure thalamus en is betrokken bij gemotiveerd gedrag (zoals eten en slapen).
  • Dit doet het door de hoeveelheid hormonen die de hypofyse uitscheidt te reguleren.
  • De hypothalamus bevat ook het optische chiasme, het punt waarop de optische zenuwen van beide ogen bij elkaar komen en kruisvormen naar de andere kant van het brein.
  • Ook bevat het de mamillaire lichamen.

Telencephalon

• Het telencephalon is het grootste deel van het menselijk brein en bevat de meeste complexe functies (zoals vrijwillig gedrag, sensorische informatieverwerking en complexe cognitieve processen).
• Een groot deel bestaat uit de cerebrale cortex (hersenschors).
  • De cerebrale cortex is het buitenste gedeelte van de voorhersenen en wordt door de hoeveelheid aan neuronen zonder myeline gezien als grijze massa.
  • De cerebrale cortex bevat vele groeven, waardoor de oppervlakte van de cortex wordt vergroot, zonder het algemene volume van de hersenen te vergroten.
  • De grote groeven in de cortex worden fissuren (spleten) genoemd, de kleine groeven sulci (enkelvoud: sulcus) genoemd.
  • De nokken tussen de groeven in worden de gyri (enkelvoud: gyrus) genoemd.
  • De cortex bestaat uit twee hemisferen die worden gescheiden door een longitudinale fissure.
  • De twee hemisferen worden verbonden door het corpus callosum, een cerebrale commissure bestaande uit vezel tracts.
  • Beide hemisferen bevatten een centrale- en laterale fissure die de hemisferen in vier kwabben verdelen.
  • De vier kwabben van de cerebrale cortex zijn:
    • Frontale kwab: aan de voorkant van het hoofd, met de precentrale gyrus en de aangrenzende frontale cortex voor fijne motorische functies, en de prefrontale cortex voor complexe cognitieve functies zoals plannen en redeneren.
    • Pariëtale kwab: tussen de occipitale kwab en centrale sulcus, met de postcentrale gyrus (primaire somatosensorische cortex) die sensaties van het lichaam analyseert. Speelt een rol in het waarnemen van de locatie van objecten en het eigen lichaam, en het sturen van aandacht.
    • Temporale kwab: aan de zijkant van het hoofd, met de superieure temporale gyrus (luisteren en taal), de inferieure temporale cortex (identificatie van complexe visuele patronen) en de mediale temporale cortex (geheugen).
    • Occipitale kwab: achter in het hoofd, betrokken bij het analyseren van visuele informatie, perceptie en inbeelding.
  • De kwabben werken samen en zijn geen functionele units met slechts één functie.
  • De cerebrale cortex bevat zes lamellen (lagen) van cellichamen die parallel liggen aan het oppervlakte van de cortex en via een laagje vezels van elkaar worden gescheiden.
  • De lamellen verschillen van locatie tot locatie in de cortex in dikte en aanwezigheid.
• De hippocampus is betrokken bij sommige vormen van geheugen, vooral met betrekking tot ruimtelijke locaties of specifieke gebeurtenissen.
• Het limbisch systeem is betrokken bij motivaties en emoties als eten, drinken, seksuele activiteit, angst en agressie.
  • Het is een circuit aan middenlijnstructuren rondom de thalamus.
  • Grote structuren binnen het systeem zijn de amygdala, hippocampus, de fornix, de cingulate cortex en het septum.
  • De amygdala is een nucleus in de vorm van een amandel in de anterieure temporale kwab en is betrokken bij emotie, vooral bij angst.
• De volgende structuren in het circuit zijn de cingulate cortex (een strip aan cortex in de cingulate gyrus) en de fornix (grootste kanaal van het limbisch systeem).
• Daarna komt het septum (verbonden met de amygdala en hippocampus door middel van kanalen).
• De amygdala is ook onderdeel van de basale ganglia.
• Vanuit de amygdala loopt (posterior en daarna anterior) de caudate (staart) die een ringvormige structuur vormt.
• Aan de caudate zijn de putamen verbonden.
• De caudate en putamen samen worden het striatum genoemd.
• De basale ganglia heeft ook een bleke cirkelvormige structuur die de globus pallidus heet, deze speelt een rol in het uitvoeren van vrijwillige motorische reacties en het maken van keuzes.
• De basale ganglia is betrokken bij beweging, leren en onthouden hoe iets uitgevoerd moet worden (in tegenstelling tot feiten leren).

Binding Probleem

• Het binding probleem verwijst naar de vraag hoe verschillende aspecten van sensorische informatie worden gecombineerd tot één samenhangende perceptie, ondanks dat deze aspecten door verschillende delen van de hersenen worden verwerkt.
• Een hypothese is dat synchronisatie van neurale activiteit tussen hersengebieden zorgt voor deze integratie, maar dit is nog onderwerp van lopend onderzoek.