1-3: organisatie czs - hersenfuncties - sensoriële codering

Het centrale zenuwstelsel

• Het centrale zenuwstelsel bestaat uit het cerebrum, cerebellum, hersenstam en rug merg.

Structuur van het cerebrum

• Het cerebrum bestaat uit twee helften: de linker- en rechter hersenhelft.
• Elke hersenhelft bestaat uit vier lobben: frontale, pariëtale, temporale en occipitale lood.

Structuur van de cerebrale cortex

• De cortex is verdeeld in zes lagen: de molecular layer, de external granular layer, de external pyramidal layer, de internal granular layer, de internal pyramidal layer en de multiform layer.
• De lagen verschillen in de structuur en functie.

Laag I - Moléculaire laag

• De moleculaire laag bestaat uit dendritische uitlopers.
• Deze laag is belangrijk voor de ontvangst van signalen uit andere delen van de hersenen.

Laag II - Externe granulaire laag

• De externe granulaire laag projecteert naar andere corticale gebieden via cortico-corticale projecties.
• Deze laag is belangrijk voor de communicatie tussen verschillende delen van de hersenen.

Laag III - Externe pyramide laag

• De externe pyramide laag projecteert naar andere corticale gebieden via cortico-corticale projecties.
• Deze laag is belangrijk voor de communicatie tussen verschillende delen van de hersenen.

Laag IV - Interne granulaire laag

• De interne granulaire laag is een belangrijke inputlaag voor de thalamus.
• Deze laag ontvangt signalen uit andere delen van de hersenen en verwerkt deze.

Laag V - Interne pyramide laag

• De interne pyramide laag projecteert via piramidale neuronen naar subcorticale structuren zoals de basale ganglia, hersenstam en ruggenmerg.
• Deze laag is belangrijk voor de uitvoering van bewegingen en andere motorische functies.

Laag VI - Cortico-thalamische neuronen

• De cortico-thalamische neuronen projecteren naar de thalamus en ontvangen signalen uit de thalamus.

Allocortex

• De allocortex is een fylogenetische cortex die evolutionair eerder is ontstaan dan de neocortex.
• Voorbeeld: de drielaagige archicortex van de hippocampus.

Zones van Brodmann

• De cortex is verdeeld in 52 gebieden op basis van cytoarchitectonische verschillen.
• Elk gebied heeft een specifieke functie en ontvangt signalen uit andere delen van de hersenen.

Witte stof

• De witte stof bestaat voornamelijk uit gemyeliniseerde axonen en gliacellen.
• De witte stof is belangrijk voor de wiring van de grijze informatiehubs.

Projectiebanen

• Er zijn verschillende soorten projectiebanen, zoals:
  • Rostro-caudaal via projectiebanen
  • Interhemisferisch via commissuurbanen
  • Intrahemisferisch via korte associatievezels (U-vezels) en lange associatiebanen
• Voorbeeld: de zone van Wernicke is een belangrijk taalgebied in de dominante hemisfeer in de gyrus temporalis superior.

Basale ganglia

• De basale ganglia bestaan uit de nucleus caudatus en de globus pallidus.
• De basale ganglia zijn belangrijk voor de regulatie van bewegingen, emotie, motivatie en leren.

Thalamus en hypothalamus

• De thalamus is een belangrijk synaptisch tussenstation voor verschillende informatie: sensorisch, motorisch en limbisch.
• De hypothalamus is belangrijk voor de regulatie van homeostase, endocriene systemen, emotie en gedrag.

Cerebellum

• Het cerebellum bestaat uit twee hemisferen en een mediane vermis.
• Het cerebellum is belangrijk voor de controle en coördinatie van bewegingen.

Hersenstam

• De hersenstam bestaat uit kernen van craniale zenuwen III tot XII.
• De hersenstam is belangrijk voor de regulatie van verschillende functies, zoals ademhaling, hartslag en bloeddruk.

Functionele beeldvorming

• Functionele beeldvormingstechnieken, zoals fMRI en PET, kunnen worden gebruikt om de activiteit van de hersenen te meten.
• Deze technieken hebben een hoge temporele resolutie, maar een lagere spatiale resolutie.

Magneto-encefalografie (MEG)

• MEG meet de activiteit van piramidale neuronen in sulci.
• MEG heeft een hogere spatiale resolutie dan EEG.

Micro-elektrode registraties

• Micro-elektrode registraties meten de activiteit van neuronale populaties.
• Deze techniek kan worden gebruikt om de activiteit van neuronale populaties te meten tijdens verschillende taken.

Transcraniële magnetische stimulatie (TMS)

• TMS is een niet-invasieve techniek die wordt gebruikt om de activiteit van de hersenen te stimuleren.
• TMS heeft een goede temporele resolutie, maar een lagere spatiale resolutie.

Organisatie van het centrale zenuwstelsel

Structuur van de cerebrale cortex

• Grijze stof: bestaat uit 6 lagen, waarvan laag I de dendritische uitlopers zijn, en laag V projecteert via piramidale neuronen naar subcorticale structuren.
• Allocortex: fylogenetische cortex, zoals de drielagige archicortex van de hippocampus.
• Zones van Brodmann: 52 gebieden, ingedeeld op basis van cytoarchitectonische verschillen.

Witte stof

• Bestaat voornamelijk uit gemyeliniseerde axonen en gliacellen.
• Witte stofbanen projecteren:
  • Rostrocaudaal via projectiebanen.
  • Interhemisferisch via commissuurbanen.
  • Intrahemisferisch via korte associatievezels (U-vezels) en lange associatiebanen.

Functionele neuroanatomie

Telencephalon

• Cerebrum, basale ganglia en limbisch systeem.
• Frontale kwab:
  • Primaire motorische cortex (M1).
  • Premotorische cortex (PMC).
  • Supplementary Motor Area (SMA).
  • Frontale oogvelden (FEF).
  • Prefrontale cortex (PFC): executieve functies, werkgeheugen, cognitie, persoonlijkheid.
• Pariëtale kwab:
  • Primaire somatosensorische cortex (S1).
  • Secundaire somatosensorische cortex (S2).
  • Sensorische associatievezels.
• Occipitale kwab:
  • Primaire visuele cortex.
  • Visuele associatiecortex.
• Temporale kwab:
  • Primaire auditieve cortex (A1).
  • Auditieve associatievezels.
  • Zone van Wernicke.
  • Occipitotemporale cortex.
• Insula:
  • Beschouwd als de 5e lobe.
  • Vormt een driehoekig eiland gelegen in de diepte van de laterale sulcus.
• Basale ganglia:
  • Putamen.
  • Globus pallidus.
  • Rol bij regulatie van bewegingen, emotie, motivatie en leren.

Diencephalon

• Thalamus:
  • Eivormig, centraal in brein als synaptisch tussenstation.
  • Belangrijk voor bewustzijn en slaap-waakritmen.
• Hypothalamus:
  • Thermoregulatie.
  • Regulatie endocriene systemen.
  • Regulatie gedrag.
  • HEAL: Homeostase, Endocrien, Autonoom en Limbisch.

Cerebellum

• Achterste schedelgroeve.
• Bestaat uit 2 hemisferen en mediaan gelegen vermis.
• Grijze en witte stof.
• Belangrijke rol in motorisch systeem.

Hersenstam

• Kernen van craniale zenuwen III tot XII.
• Verscheidene banen.
• Projectiebanen.
• Mezenencephalon.
• Pons.
• Medulla oblongata.

Ruggenmerg

• Spinale zenuwen.
• Elke spinale zenuw heeft dorsale (afferente) wortel en ventrale (efferente) wortel.
• Cellichamen van sensibele vezels bevinden zich in spinale ganglion.

Technieken om hersenfuncties te bestuderen

Inleiding

• Grafiek is belangrijk voor examen!
• Technieken om hersenen te bestuderen, bezitten elk een specifieke spatiale en temporele resolutie.

Letselstudies

• Laesies kunnen postmortem met beeldvorming gecoördineerd worden aan functieverlies.
• Bij proefdieren kunnen experimentele selectieve letsels worden gemaakt.
• Dmv injecties kunnen tijdelijk reversibele (in)activatie verkregen worden.

EEG en MEG

• Elektro-encephalografie (EEG):
  • Niet-invasieve meting van hersenactiviteit.
  • Slechte spatiale resolutie.
  • Hoge temporele resolutie.
  • Diagnose van epilepsie en slaapproblemen.
• Magneto-encephalografie (MEG):
  • Hogere spatiale resolutie dan EEG.
  • Heeft een goede temporele resolutie.
  • Meet vooral activiteit van piramidale neuronen in sulci.

Micro-elektrode registraties

• Invazieve rechtstreekse metingen van neuronale activiteit met micro-elektroden in hersenparenchym.
• Registraties kunnen acuut of chronisch gebeuren.
• LFP is maat voor activiteit van neuronen in gebied van enkele mm rond een tip van de elektrode.

Functionele beeldvorming

• PET (Positron Emission Tomography):
  • Lage temporele en spatiale resolutie.
  • Geven overzicht van activiteit van gehele hersenen tijdens bepaalde taken.
  • Indirecte technieken: meten effecten op bloedvoorziening.
• fMRI (functional magnetic resonance imaging):
  • BOLD-signaal (Blood Oxygen Level Dependent).
  • Signaal bepaald door verhouding tussen oxy- en deoxyhemoglobine.

TMS en TDCS

• TMS (transcraniële magnetische stimulatie):
  • Niet-invasief: gebruikt bij gezonde vrijwilligers.
  • Verandering in magnetische veldsterkte en stroom induceren.
  • Groot elektromagneet op schedel.
  • Korte intense stroompuls gegenereerd door spoel.
  • Goede temporele resolutie.
  • Geen fijne spatiale resolutie.

Organisatie van het Centrale Zenuwstelsel

• Het centrale zenuwstelsel bestaat uit de hersenen en het ruggenmerg
• De hersenen bestaan uit de cerebrale cortex, witte stof en hersenstam
• De cerebrale cortex is verdeeld in grijze stof en witte stof

Structuur van de Cerebrale Cortex

• De grijze stof bestaat uit de neocortex en de allocortex
• De neocortex is verdeeld in 6 lagen (I-VI)
  • Laag I: dendritische uitlopers
  • Laag II: projecteert naar andere corticale gebieden (cortico-corticale projecties)
  • Laag III: projecteert naar andere corticale gebieden (cortico-corticale projecties)
  • Laag IV: belangrijke inputlaag voor thalamus
  • Laag V: projecteert via piramidale neuronen naar subcorticale structuren (basale ganglia, hersenstam, ruggenmerg) en vormt belangrijke outputlaag
  • Laag VI: corticothalamische neuronen
• De allocortex is fylogenetische cortex (bijvoorbeeld de 3-lagige archicortex van de hippocampus)
• De cortex is verdeeld in 52 gebieden op basis van cytoarchitectonische verschillen (zones van Brodmann)

Functies van de Witte Stof

• De witte stof bestaat voornamelijk uit gemyeliniseerde axonen en gliacellen
• De witte stofbundels projecteren rostrocaudaal via projectiebanen, interhemisferisch via commissuurbanen en intrahemisferisch via korte associatievezels (U-vezels) en lange associatiebanen

Hersenstam en Ruggenmerg

• Het mesencephalon bestaat uit het aquaduct, tectum, tegmentum, crus cerebri en substantia nigra
• Het pons bestaat uit vestibulaire kernen, corpus trapezoïdeum en nucleus olivaris superior
• Het medulla oblongata bestaat uit nucleus olivaris inferior en kruisingen van lemniscale systeem en piramidale baan
• Het ruggenmerg bestaat uit spinale zenuwen, elk met een dorsale (afferente) wortel en ventrale (efferente) wortel, en cellichamen van sensibele vezels in spinale ganglion (DRG)

---

Technieken om Hersenfuncties te Bestuderen

• Letselstudies: lesies kunnen postmortem met beeldvorming worden gecorreleerd aan functieverlies
• EEG en MEG: Elektro-encephalografie (EEG) meet de elektrische activiteit van de hersenen, Magnetencephalografie (MEG) meet de magnetische velden gegenereerd door elektrische stromen in de hersenen
• Micro-elektrode registraties: rechtstreekse metingen van neuronale activiteit met micro-elektroden in hersenparenchym
• Functionele beeldvorming (PET en fMRI): positron emissie tomografie (PET) en functioneel magnetische resonantie beeldvorming (fMRI) meten de activiteit van de hersenen tijdens bepaalde taken
• Transcraniële magnetische stimulatie (TMS) en transcraniële directe stroomstimulatie (tDCS): niet-invasieve technieken om hersenen te stimuleren
• Optogenetica: een nieuwe techniek om specifieke neuronen te activeren of inactiveren met licht

---

Sensoriële Codering

• Sensoriële eenheid: het eerste-orde sensorieel neuron en de daarmee verbonden receptoren
• Receptorpotentiaal en actiepotentiaal: veranderingen in membraanpotentiaal en alles-of-niets fenomeen met vaste amplitude
• Receptief veld: het deel van het receptoroppervlak van waaruit de sensoriële eenheid kan worden gestimuleerd
• Tijdsverloop coderen door trein van actiepotentialen
• Omvang en intensiteit van de stimuli coderen door frequentie en aantal actiepotentialen
• Adaptatie: snelle en trage adapterende receptoren detecteren veranderingen in stimulusintensiteit

Gemeenschappelijke Elementen van Sensoriële Systemen

• Multipele representaties (kaarten): de informatie afkomstig van de zintuigen wordt verwerkt in de cortex op een geordende manier
• Parallelle informatieverwerking: verschillende representaties of spatiale kaarten van het receptoroppervlak
• Seriële schakelingen van kernen: afferente projecties verlopen via relaiskernen naar de cortex en binnen de cortex serieel over verschillende gebieden
• Plasticiteit: reorganisatie van de corticale map na een letsel van afferenten

Deel 1: Hersenen

• De zone van Wernicke is een belangrijk taalgebied in de dominante hemisfeer, gelegen in gyrus 22 van de temporale kwab.
• De occipitotemporale cortex, gelegen in de lagere temporaal, is verantwoordelijk voor het herkennen van levende wezens, objecten en plaatsen.
• De insula, ook bekend als de 5e kwab, is een driehoekig eiland in de laterale sulcus.
• De basale ganglia, bestaande uit de putamen en de globus pallidus, spelen een rol bij de regulatie van bewegingen, emotie, motivatie en leren.

Deel 2: Diencephalon en Cerebellum

• Het diencephalon bestaat uit het thalamus en de hypothalamus.
• Het thalamus is een eivormig gebied in het centrum van de hersenen, dat fungeert als een synaptisch tussenstation voor verschillende soorten informatie, zoals sensorische, motorische en limbische informatie.
• Het hypothalamus is verantwoordelijk voor thermoregulatie, regulatie van endocriene systemen en regulatie van gedrag, zoals eten, drinken, seksueel gedrag, vechten en vluchten.
• Het cerebellum is gelegen in de achterste schedelgroeve en bestaat uit twee hemisferen en het vermis, een mediaan gelegen deel.
• Het cerebellum heeft een belangrijke rol in het motorisch systeem en controleert en coördineert bewegingen van vooral ipsilaterale lichaamshelft.

Deel 3: Hersenstam

• De hersenstam bestaat uit de medulla oblongata, de pons en het mesencephalon.
• De medulla oblongata heeft kernen van craniale zenuwen III tot XII en verschillende banen, zoals de lemniscale systeem en het anterolaterale systeem.
• Het mesencephalon heeft een aquaduct omgeven door PAG, een tectum en een tegmentum.

Deel 4: Ruggegraat

• De ruggengraat is het deel van het perifere zenuwstelsel dat bestaat uit spinale zenuwen.
• Elke spinale zenuw heeft een dorsale (afferente) wortel en een ventrale (efferente) wortel.
• Cellichamen van sensibele vezels bevinden zich in spinale ganglion.

Deel 5: Technieken om hersenfuncties te bestuderen

• Letselstudies: laesies kunnen postmortem worden gecorreleerd aan functieverlies.
• EEG en MEG: elektro-encephalografie is een niet-invasieve meting van hersenactiviteit waarbij elektroden worden aangebracht op de scalp.

Deel 6: Sensoriële systemen

• Inneratie: het aantal sensorische eenheden per oppervlakte-eenheid van het receptoroppervlak.
• Modaliteit: een klassieke zintuig wordt gecodeerd door soort receptor.
• Locatie: waar receptoren worden geactiveerd.
• Stimulus: een speciale energieverdeling die beperkt is in ruimte en tijd.

Deel 7: Gemene schappelijke elementen van sensoriële systemen

• Multipele representaties (kaarten): de informatie afkomstig van de zintuigen wordt verwerkt in de cortex op een geordende manier.
• Parallelle informatieverwerking: is gerelateerd aan de multipele representaties.
• Serieel schakelingen van kernen: afferente projecties verlopen via relaiskernen naar de cortex en binnen de cortex serieel over verschillende gebieden.
• Plasticiteit: reorganisatie van de corticale map bij een letsel van afferenten.