Aantekeningen slidecast 10-15 PDF

Slidecast 10 -- Rol van het ruggenmerg bij aansturing van motorneuronen ======================================================================= [Het uitvoerkanaal van het somato-motorisch systeem] (somatisch/animaal zenuwstelsel) wordt gevormd door de motorneuronen in de voorhoorn van het ruggenmer...

Slidecast 10 -- Rol van het ruggenmerg bij aansturing van motorneuronen ======================================================================= [Het uitvoerkanaal van het somato-motorisch systeem] (somatisch/animaal zenuwstelsel) wordt gevormd door de motorneuronen in de voorhoorn van het ruggenmerg en in de hersenstam. - **Somato-motorisch systeem**: verantwoordelijk is voor de aansturing van de bewuste bewegingen van skeletspieren. Het maakt deel uit van het **somatische zenuwstelsel**, dat sensorische en motorische signalen verwerkt die we bewust kunnen waarnemen en controleren. - Motorische cortex, motorische banen, ruggenmerg, perifere motorische zenuwen en skeletspieren - Motorneuronen van het uitvoerkanaal van somato-motorisch systeem zijn lower-motorneurons [Elk motorneuron] enerveert een aantal spiervezels die allemaal dezelfde fysiologische en biochemische eigenschappen hebben. **Motorunit:** Het motorneuron en de daardoor geïnnerveerde spiervezels samen - Het aantal spiervezels per motorneuron verschilt binnen een spier en is afhankelijk van de eigenschappen van de spiervezels - Kleine motorunits: motorneuron met klein cellichaam, innerveert weinig spiervezels en levert weinig kracht. - Spiervezels zijn oxidatief waardoor ze langzaam en onvermoeibaar zijn type I vezels - Geschikt voor langdurige, lichte activiteiten zoals houdingshandhaving - Grote motorunits: motorneuron met groot cellichaam, innerveert veel spiervezels en leveren veel kracht - Spiervezels zijn glycolytisch waardoor ze snel en snel vermoeid zijn type II vezels - Geschikt voor intensieve inspanningen zoals sprinten of zware krachttraining Motorunits van een spier worden gerekruteerd volgens het **size-principle** voor een efficiënte energieverdeling. - Kleine motorunits worden als eerste geactiveerd en als de kracht toeneemt worden grote motorunits gerekruteerd. Hoe weet het ZS welke motorunit wanneer gerekruteerd moet worden voor het size-principle? - Mechanisme van het size-principle: het zenuwstelsel bepaalt welke motorunits worden gerekruteerd door de mate van opwinding (excitatie) in de motorneuronpool te reguleren, waarbij kleinere motorneuronen met een lage drempel als eerste worden geactiveerd en grotere motorneuronen pas bij hogere krachtbehoefte. - **Motorneuronpool**: groep motorneuronen in het ruggenmerg die samen één specifieke spier of spiergroep aansturen. Elk motorneuron in de pool innerveert een aantal spiervezels in die spier, en gezamenlijk zorgen deze motorneuronen voor de volledige controle over de spieractiviteit. Om doelgerichte beweging te maken moet de activiteit van verschillende spieren worden gecoördineerd, er zijn patronen van aansturing nodig. En bij het generen van die patronen zijn verschillende delen van het ZS hiërarchisch en parallel betrokken. *Bijdrage van ruggenmerg bij aansturing van motorneuronen* - Inter-limb coördinatie locomotie: interneuronen propriospinaal systeem - Ritmische flexie-extensie per extremiteit: centrale patroon generator (CPG) - Coördinatie spieren rond meer gewrichten: flexie+extensiereflex-schakeling - Coördinatie spieren rond gewricht: myotatische eenheid (alpha + gamma motorneuronen) - Recrutering motorneuronen: size principle op basis van grootte motorneuronen **[Myotatische eenheid]** (zie afbeelding): functionele groep van spieren en hun bijbehorende reflexbogen die samenwerken om gewrichten te controleren en bewegingen mogelijk te maken - Alpha-motorneuronen activeren extrafusale spiervezels (EMF) om kracht te leveren - De vuurfrequentie van 1a-afferenten is een maat voor de lengte en snelheid van de spier. 1a-afferenten schakelen mono synaptisch met a-motorneuronen van de spier waaraan ze ontspringen - Gamma-motorneuronen activeren de intrafusale spiervezels (IMF) en kunnen apart de statische en dynamische responsen instellen - Als neuronen van de extensor spieren rond een gewricht actief zijn, dan neemt de activiteit van de neuronen van de flexoren af door remming en omgekeerd werkt dit ook via 1a-inhiberende interneuronen **(reciproke inhibitie)** - Dit zorgt ervoor dat de rek van een spierspoeltje van een extensor niet alleen zorgt voor ene toename van kracht van extensor maar ook voor afname van de kracht van flexor zodat die niet tegenwerkt - Renshaw cellen worden geactiveerd via alpha-motorneuron en die inhiberen vervolgens hetzelfde a-motorneuron (**recurrerende inhibitie**). Renshaw cellen zijn verantwoordelijk voor de limitering van vuurfrequentie van alpha-motorneuronen. - Hoge vuurfrequenties zijn niet handig omdat te veel calcium in de spier duur is omdat dit teruggepompt moet worden en dat kost ATP - Gelimiteerde vuurfrequentie op het niveau van de neuronen via deze cellen zorgt ervoor dat er geen onnodige vrijmaking is van calcium in die spiervezels die door het a-motorneuron geïnnerveerd worden Wat doet de lumbosacrale grijze stof in het ruggenmerg? - Elementaire coördinatiepatronen - Myotatische reflex (spierspoelen, monosegmentaal) - Golgi-pees reflext (golgi-peeslichaampjes) - Flexiereflex (FRA, multisegmentaal) - Extensiereflex (FRA!) - Centrale patroon generatoren (CPGs) *Bij een gespinaliseerd dier is het ruggenmerg cervicaal/verlaagd thoracaal dwars doorgesneden zodat er geen invloed is van hogere centra. In sommige experimenten werd ruggenmerg ook nog in lengterichting doorgesneden zodat de grijze stof die de rechter poot innerveert ook geen contact kon maken met de grijze stof die de linker poot innerveert* - *Ondanks deze ingrepen kon men toch de reflexen opwekken die hierboven genoemd zijn.* [Myotatische reflex (knie-pees reflex)] De sensor is een spiespoeltje in de quadriceps waarin zich de sensorische uiteinden van een 1a-afferent neuron bevindt. Het cellichaam van het neuron ligt in het spinaal ganglion. **Monosynaptische schakeling** 1. Het axon van 1a-afferent gaat via de dorsale wortel het ruggenmerg in 2. Axon synapsieert op het cellichaam van extensor motorneuronen (E) die naar de quadriceps gaan. **Polysynaptische schakeling** 1. Het axon van 1a-afferent gaat via de dorsale wortel het ruggenmerg in 2. Axon van 1a-afferent vertakt zich 3. Axon synapsieert met een inhiberend interneuron 4. Inhiberend interneuron synapsieert met motorneuron van flexor (F) die naar biceps gaat [Respons van 1a-afferenten] is te zien op afbeelding hiernaast Bij A is de lengte van de spier weergegeven: eerst is de spier kort, in het midden wordt deze gerekt en aan het eind is de spier op een langere lengte ingesteld. Bij B is het vuren van het neuron zichtbaar. Elk streepje is een actiepotentiaal. - Als de spier kort is, vuurt het neuron niet - Tijdens de verlenging is de vuurfrequentie extra hoog **dynamische respons** - Als de spier op grote lengte wordt gebracht vuurt het afferent met een frequentie die hoger wordt naarmate de ingesteld lengte groter is **statische respons** De vuurfrequentie van een 1a-afferent bevat dus informatie over de lengte en snelheid waarmee de spier wordt uitgerekt Hoe worden lengte en snelheid omgezet in vuurfrequentie? Afbeelding laat een spierspoeltje zien. Het spierspoeltje ligt *parallel* aan de extrafusale spiervezels waarmee je spierkracht levert In het spierspoeltje bevinden zich hele dunne spiervezeltjes: **intrafusale spiervezels** - **Nuclear bag spiervezels**: hebben een elastisch zakje in het midden. Hier zijn 2 types van - Statische: **static nuclear bag fiber** - Dynamische: **dynamic nuclear bag fiber** - **Nuclear chain vezels**: intrafusale spiervezel zonder zakje Type 1a-afferenten hebben takjes om de nuclear chain vezels, statische nuclear bag en om dynamic nuclear bag gewikkeld - **Takjes** om de dynamic nuclear bag vezels geeft de dynamische respons zoals hierboven beschreven Type 2-afferenten hebben takjes rond nuclear chain vezels en rond statische nuclear bag vezels gewikkeld - Hebben dus alleen een statische respons [Mechanisme van spierrek tot actiepotentiaal (omzetten van lengte en snelheid in vuurfrequentie)] 1. Spier wordt uitgerekt 2. Spierspoelen en intrafusale spiervezels worden langer 3. Uiteinden van afferenten (gewikkeld om intrafusale spiervezels) worden langer a. Afferenten hebben stretch-gated kanaaltjes die doorlaatbaar zijn voor natrium en voltage-gated kanaaltjes waarmee actiepotentialen opgewekt kunnen worden 4. Door rek op afferenten gaan meer natriumkanaaltjes open 5. Inputstroom wordt groter 6. Depolarisatie van het membraan 7. Drempelwaarde wordt bereikt 8. Actiepotentiaal is gegenereerd [Vuurfrequentie 1a-afferenten bij vaste lengte afhankelijk van ys-activiteit ] 1a-afferenten hebben ook een dynamische respons. Tijdens de uitrekking is hun vuurfrequentie een maat voor de snelheid van uitrekking van de spier. Waar komt deze dynamische gevoeligheid vandaan? Het middelste stuk van dynamische nuclear bag vezels is elastisch. Spiervezels hebben een viskeus gedrag (kracht-snelheid relatie). - Als je ze activeert tijdens verkorting, leveren ze minder kracht bij een bepaalde lengte dan bij een isometrische contractie (spier levert wel kracht maar er is geenverlenging/verkorting van spier) bij dezelfde lengte. - Als je ze activeert tijdens verlenging, leveren ze meer kracht bij een gegeven lengte dan bij een isometrische contractie bij dezelfde lengte Dit betekent dat ze tijdens de verlenging, het middenstuk meer uitrekken, dan als ze isometrisch contraheren op de nieuwe lengte. tijdens verlenging is er even meer rek van de membraan van de afferent. Dit verklaart waarom 1a-afferenten een dynamische respons hebben. De vuurfrequentie is tijdelijk een maat voor de uitrekkingssnelheid. *Vuurfrequentie 1a-afferenten bij vaste lengte afhankelijk van yd-activiteit* Met activatie van yd-motorneuronen kan je specifiek de vuurfrequentie van de 1a-afferenten bij een vaste snelheid beïnvloeden. [Instelling van ys en yd afhankelijk van taak ] Tijdens bewegingssturing ben je de activiteit van a-motorneuronen, ys-motorneuronen en yd-motorneuronen aan het instellen. [Golgi-peesreflex (gaat uit van een 1b-afferent)] 1b-afferent is ook een mechanoreceptor maar deze heeft zijn sensorische uiteinden geweven door de pees *in serie* met de spiervezels. **Golgi-peeslichaampje:** de weving van de sensorische uiteinden door de pees, in serie met de extrafusale spiervezels Stretch-gated natrium-kanaaltjes in deze receptor gaan open als de pees gerekt wordt en daarmee membraan gerekt wordt. de vuurfrequentie van de 1b-afferent is dus een maat voor de hoeveelheid rek van de pees en die wordt bepaald door de hoeveelheid kracht de spier levert vuurfrequentie is dus mede een maat voor de kracht die een spier levert 1b-afferenten schakelen via inhiberende interneuron op motorneuronen van de spier waarop 1b-afferenten ontspringt [Samenvatting betekenis van vuurfrequenties van type neuronen] - Vuurfrequentie van 2-afferent: maat voor de lengte van de spier - Vuurfrequentie van 1a-afferent: maat voor lengte van de spier en contractiesnelheid van de spier - Vuurfrequentie van 1b-afferent (golgi-pees): maat voor de kracht van de spier [Flexiereflex (FRA, flexie-reflex afferenten) en Extensiereflex (FRA!)] Op de afbeelding is te zien dat: - Flexie-reflex afferenten activeert via een excitatoir interneuron de flexor van de knie - Flexie-reflex afferenten remt via een inhiberend interneuron de extensor van de knie - Flexie-reflex afferent activeert interneuronen die de middenlijn kruizen en in het linkerbeen het omgekeerde veroorzaken: **gekruiste extensiereflex** - Excitatie van de knie extensoren - Inhibitie van de knie flexoren Ook al weet je precies hoe de anatomische verbindingen zitten tussen neuronen, dan kun je nog steeds niet voorspellen welke functie de schakeling heeft. Dit wordt namelijk meebepaald door de activatie van neuronen vanuit andere delen van he ZS en dit is niet te zien onder een microscoop Bevinden zich in het ruggenmerg centrale patroon generatoren (CPGs)? **CPG**: een netwerk dat zonder supra-spinale invloeden en zonder afferente input, ritmische patronen kan genereren - Bij een experiment met de kat is al bewezen dat het zonder supra-spinale invloeden werkt want daar werd het ruggenmerg doorgesneden - Het kan nog wel zo zijn dat er sprake is van een flexie-extensie reflex Hoe komen we erachter of de ritmische bewegingen worden gegenereerd door de reflex keten of door CPG? Je moet ervoor zorgen dat het ruggenmerg geen informatie uit de spieren kan ontvangen. Dit kan op 2 manieren - Dorsale wortels doorsnijden (hier lopen sensorische neuronen door) - Curare injecteren in de spier; dit blokkeert de acetylcholine receptoren in de spiervezels waardoor de spiervezels niet meer worden geactiveerd, er zal dan ook geen beweging meer zijn waardoor er geen spieren gerekt worden en dus ook geen reflex kan ontstaan er is dan geen beweging meer maar je kan nog wel de activiteit meten aan de zenuwen die naar de spieren gaan waar de axonen van motorneuronen doorheen lopen - Deze informatie is te zien op een neurogram Er zijn verschillende schakelingen die hetzelfde functionele gedrag kunnen genereren: - Half-center model - 2 excitatoire interneuronen die elkaar wederzijds inhiberen via inhiberende interneuronen. - De inhiberende interneuronen inhiberen ook zichzelf - De 2 excitatoire interneuronen ontvangen continu (tonische) input vanuit andere delen van het zenuwstelsel - Meer tonische input verhoogt de frequentie van wisseling tussen de 2 excitatoire interneuronen Slidecast 11 -- Rol van hersenstam bij aansturing van motorneuronen en gebruik van vestibulum ============================================================================================= Een gespinaliseerde kat heeft geen tonus meer. Neurotransmitters om de CPGs aan te sturen worden in een intact organisme vrijgegeven in synapsen van neuronen die hun cellichaam hebben in supra-spinale structuren. Axonen van die neuronen descenderen in de witte stof van het ruggenmerg. De meeste descenderende axonen komen vanuit de hersenstam. [Hersenstam en vestibulum regelen:] - Tonusregulatie van axiale spieren en gordelspieren (proximale spieren) geregeld door verschillende baansystemen: - Tonusfaciliterend systeem: formatio reticularis pons - Tonuinhiberend systeem: formatio reticularis medulla - Vestibulospinaal systeem: vanuit vestibulaire kernen (interactie met de nekreflexen) - Locomotor centra: Mesencephalon Locomotor Region (MLR) - Hoofdpositie: vestibulocollische en vestibulospinale reflexten (vanuit utriculus en sacculus) - Oogbewegingen: vestibula-oculaire reflex (VOR) (vanuit semicirculaire kanalen) Hoe weet men welke baansystemen er zijn en welke rol die hebben? Hersenstam van een dier werd dwars doorgesneden op verschillende hoogtes - **Metenchephale kat**: doorgesneden tussen mesencephalon en metencephalon dus alleen het ruggenmerg (myelencephalon en metencephalon) is betrokken bij de aansturing van motorneuronen van spieren van de romp en extremiteiten - Deze kat heeft **decerebatiestijfheid**: spasticiteit waarbij er een verhoogde tonus is in de pootjes als de kat in de lucht gehouden wordt en als de kat op de grond gezet wordt, worden de pootjes helemaal stijf. - Er is te hoge tonus van de alpha-motorneuronen van de extensoren en ook hoge tonus van de gamma-motorneuronen en neuronen die betrokken zijn bij de myotatische reflex - **Mesenchephale kat:** doorgesneden boven de colliculus superior dus mesenchephalon is in dit geval ook nog verbonden met het ruggenmerg - Deze kat kan zelfstandig staan, eigen hoofd rechtop houden, lichaam uitlijnen onder zijn hoofd en kan zijn spiertonus aanpassen bij kanteling van de ondergrond zodat hij niet omvalt - Visuele input voor aansturing van de spieren kan niet gebruikt worden omdat de visuele informatie via de nervus opticus binnenkomt en dit wordt verwerkt boven de gemaakte snede [Ventromediaal dalende banen: axiale en gordelspieren ] Structuren en ventromediaal dalende banen: - Tonus van spieren wordt verhoogd door activatie van: - Vestibulaire kernen + tr. Vestibulospinalis - Formatio reticularis pons + tr. reticulospinalis - Tectum + tr. tectospinalis - Tonus van spieren wordt verlaagd door activatie van: - Formatio reticularis medulla + tr. reticulospinalis Cellichamen van kernen van deze structuren sturen axonen naar het ruggenmerg die afdalen in de ventromediale witte stof (zie donkerblauw op afbeelding) - Ze maken voornamelijk bilateraal synapsen op interneuronen en motorneuronen die ventromediaal in de grijze stof van het ruggenmerg liggen - Vooral motorneuronen van proximale spieren (axiale en gordelspieren) - Vooral anti-zwaartekracht spieren Op basis van de resultaten van o.a. het onderzoek van Takakusaki heeft men besloten dat er 3 dalende systemen zijn. Elk van de 3 systemen maakt gebruik van schakelingen in het ruggenmerg (rechts op afbeelding) en staat zelf onder invloed van hogere centra (links op afbeelding). De 3 systemen zijn: - **'Muscle tone inhibitory system'** dat uitgaat van de nucleus pontopeduncularis. Dit systeem exciteert inhiberende interneuronen op het niveau van het ruggenmerg en die inhiberende interneuronen gaan zowel naar alpha-motorneuronen als gamma-motorneuronen en interneuronen. - Als hersenstam wordt doorgesneden tussen metencephalon en mesencephalon, dan valt de excitatie van dit systeem weg waardoor er te weinig tonus-remming is en dus te veel tonus oorzaak van decerebratiestijfheid bij metencephale kat - **'Muscle tone facilitatory system'** die je kan activeren vanuit het mesencephaal locomotor region (MLR) of uit de formatio reticularis in de pons. - **'rhytm generating system'** - Als er voldoende tonus van de extensoren is opgebouwd vanuit het tonus faciliterend systeem, dan wordt het ritme genererend systeem actief waarmee de CPGs in het ruggenmerg worden aangestuurd die dan weer gebruik maken van de basale schakelingen in het ruggenmerg voor gecoördineerde extensie en flexie van de extremiteiten Hoe kan een kat zijn hoofd rechtop houden zonder visuele input? Welke sensorische informatie heeft hij daarvoor? Vestibulaire informatie. De stand van het hoofd wordt gecodeerd in een neuraal signaal in utriculus en sacculus  [**Vestibulum** (evenwichtsorgaan) (bestaat uit 3 semi circulaire kanalen en 2 knobbels: uriculus en sacculus)] De werking van vestibulum berust op de werking van haarcellen - **Haarcel**: een epitheelcel die soort synaps vormt met de dendriet van een ganglioncel die door de n. vestibulocochelaris naar de hersenstam loopt. - **Cilia**: de uitsteeksels van de haarcel. Deze zijn omringd door endolymfe. Er is 1 dik uitsteeksel: **kinocilium** en veel dunne uitsteeksels: **stereocilia** - Cilia kunnen allemaal roteren rond hun oorsprong aan de haarcel. - Tussen kinocilium en stereocilia onderling bevinden zich een soort veertjes die verbonden zijn met kalium-kanaaltjes. - Als het kinocilium weg van de stereocilia wordt getrokken in de richting waarin de veertjes staan kalium-kanaaltjes worden open getrokken potentiaal van de haarcel gaat richting de kalium-equilibriumpotentiaal depolarisatie voltage-gated calcium-kanaaltjes gaan open intracellulaire calciumconcentratie stijgt meer blaasjes met neurotransmitter versmelten met het membraan meer neurotransmitter uitgestoten richting dendriet van ganglioncel vuurfrequentie van ganglioncel wordt hoger - Het omgekeerde gebeurt (**hyperpolarisatie**) als het kinocilium in de richting van de stereocilia beweegt, dan daalt de potentiaal van de haarcel omdat de kalium-kanaaltjes dichtgaan en daarmee daalt ook de vuurfrequentie van de ganglioncel In de utriculus en sacculus bevindt zich een **macula**: sensorische epitheel laag - Als hoofd recht opstaat, richt de macula van de utriculus in het horizontale vlak en die van de sacculus in het verticale vlak - In de macula bevinden zich de haarcellen die hun kinocilium allemaal aan dezelfde kant hebben (allemaal dus dezelfde richtingsgevoeligheid) [Reflexen die de oorsprong hebben in de semicirculaire kanalen ] - **Vestibulo-collische reflexen**: stabiliseert hoofdpositie in de ruimte terwijl het lichaam beweegt - Afbeelding van object(en) op retina moet: - Scherp zijn - Adequate intensiteit hebben - Stil staan - Vaste oriëntatie hebben Semicirculaire kanalen zijn gevuld met endolymfe en in elk kanaal bevindt zich een **ampulla**. In die ampulla is een crista met haarcel-epitheel. Alle haarcellen in 1 ampulla hebben dezelfde richtingsgevoeligheid. Als het hoofd rechtsom versneld wordt dan wil de endolymfe stil blijven staan in de wereld en duwt zij van links tegen de **cupula** van de horizontale semicirculaire kanalen. De cupula verbuigt hierdoor.  De mens heeft **vestibulo-oculaire reflexen**: oogbeweging die het beeld op het netvlies stabiliseert als het hoofd beweegt. Dankzij dit reflex kan je bijvoorbeeld blijven lezen terwijl je hoofd roteert. Slidecast 12 -- Rol van cortex cerebri bij het sturen van onze houding en bewegingen door gecoördineerde activatie van dwarsgestreepte spiervezels ================================================================================================================================================== Cortex cerebri kan zowel hiërarchisch (via de hersenstam) als parallel (rechtstreeks) invloed uitoefen op activiteit van motorneuronen in het ruggenmerg de cortex cerebri houdt zich bezig met het plannen en initiëren van bewegingen om daarmee doelen te halen, ook bij complexe taken met visuele informatie speelt de cortex cerebri een cruciale rol [Oorsprong, verloop en targets van banen ] Rol van cortex cerebri uitgelegd op basis van voorbeeld: - Sta op je tenen, steek linker arm naar voren zonder om te vallen Er gebeuren 2 dingen: arm spieren activeren en houding van rest van lichaam aangepast zodat zwaartepunt van totale lichaam niet voorbij de tenen komen doordat de arm naar voren wijst - We gaan leren dat de houdingsaanpassingen eerst plaatsvinden: **anticipatory postural adjustments (APA)** - De hersenstam is goed in houdingsregulatie en wordt dan ook tijdens de taak door de cortex cerebri aangestuurd via **corticobulbaire banen:** banen van cortex naar hersenstam Op afbeelding is de oorsprong en het verloop te zien van de corticobulbaire banen. - 1/3 van de banen ontspringt uit de primaire motorische cortex (M1) in de gyrus precentralis - 1/3 ontspringt uit de premotorische gebieden die daarvoor liggen - 1/3 ontspringt uit de somato-sensorische cortex in de gyrus postcentralis De neuronen die zich in deze gebieden bevinden, in de rechter hemisfeer, sturen axonen door de rechter capsula interna naar de linker én rechter oorsprongskernen van de ventro-mediaal dalende banen die op hun beurt in het ruggenmerg de interneuronen en motorneuronen van de proximale spieren aansturen voor de benodigde APA De afbeelding laat zien dat de spieractiviteit voor de APA vooruit lopen op de spieractiviteit van de arm. De APA worden door de hersenstam uitgevoerd op commando van de cortex Hoe worden de motorneuronen van de armspieren geactiveerd? - De linker armspieren worden direct aangestuurd vanuit de rechter cortex cerebri - De cortex heeft namelijk ook rechtstreekse projecties naar de interneuronen en motorneuronen in de hersenstam en ruggenmerg - Deze projecties vertrekken vanuit dezelfde gebieden als de corticobulbaire projecties - Er zijn projecties die ongekruist afdalen en bilateraal projecteren naar de linker én rechter motorneuronen en interneuronen (zie afbeelding met verloop van descenderende systemen uit cortex cerebri) zodat bewegingen symmetrisch uitgevoerd kunnen worden. Dit baansysteem heet **de tractus corticospinalis medialis** en ligt ventromediaal in de witte stof - Voor bewegingen waarbij de linkerkant iets anders uitvoert dan de rechterkant: **tractus corticospinalis lateralis.** - Linker arm uitsteken bijvoorbeeld doe je met motorneuronen in de linker voorhoorn van het cervicale ruggenmerg. Deze motorneuronen ontvangen projecties uit de rechter cortex cerebri. Die projecties dalen af door de rechter capsula interna, lopen door de rechter pedunculus cerebri, kruisen ter hoogte van de medulla oblongata, in de decussatio pyramidalis en dalen dan verder aan de linkerkant van het ruggenmerg in de laterale witte stof. Op de afbeelding hiernaast is de tractus corticospinalis lateralis weergegeven in de witte stof van het ruggenmerg. De axonen hiervan vertakken zich en die vertakkingen kunnen in verschillende segmenten van het ruggenmerg motorneuronen en interneuronen in verschillende motorneuronpools aansturen. De projecties van de tractus corticospinalis lateralis zijn vooral naar motorneuronen van distale spieren (zoals vinger spieren) en van pro-zwaartekracht spieren. [Motorische homunculus? Organisatie van de motorische cortex ] Wat stelt de motorische homunculus precies voor? Het is een schematische weergave die laat zien welke delen van de primaire motorische cortex, verschillende delen van het lichaam aansturen. Wat betekent het dat hij disproportioneel is? De afbeelding van het gezicht is groter dan de afbeelding van het been terwijl de volumes van de lichaamsdelen anders verdeeld zijn. Deze disproportie zegt dat er veel meer corticale cellen zijn die projecteren naar gezichtsspieren dan naar de beenspieren Dankzij wat voor experimenten weten wij dat dit bestaat? De homunculus is ontdekt in studies waarbij het schedeldak eraf gehaald werd voor hersenoperaties en waarbij er rechtstreek de cortex gestimuleerd werd. Korte pulsjes met positieve stroom werden toegebracht en deze zorgen ervoor dat spieren korte twitches vertoonden. [Codering in M1 (primaire motorische cortex): muscles or movements?] Vormt de primaire cortex een soort toetsenbord waarmee je de kracht van individuele spieren regelt? Zo ja, waar wordt dan bedacht welke spier wanneer hoeveel kracht moet leveren? Er worden akkoorden van lower motorneurons gemaakt. Hoe harder de toets wordt ingedrukt, des te groter de kracht waarmee het akkoord wordt gespeeld Door welke experimenten zijn we hier achter gekomen? Men heeft gezocht en gevonden naar een correlatie tussen de vuurfrequentie van neuronen in de primaire cortex en de kracht die door individuele spieren wordt geleverd. In de afbeelding hiernaast is te zien dat de beweging wordt uitgevoerd met de flexor van de pols en de activiteit in de flexor van de pols wordt voorafgegaan door een verhoogde vuurfrequentie van het upper motorneuron (CTN). Je kan ook zien dat het upper motorneuron én de pols flexor meer actief worden als de beweging een beetje wordt tegengewerkt met een extern extensiemoment waarmee de flexoren meer belast worden (en dus meer kracht moeten leveren). Verder is ook te zien dat de upper motorneuron en de pols flexor geen activiteit vertonen als je extern flexiemoment oplegt. De extensor is dan in de startsituatie onnodig om de pols stil te houden en de beweging vindt vanzelf plaats als de extensor ontspant. Er is ook een experiment om erachter te komen welke spieren aangestuurd worden door een upper motor neuron. Dit kan door de activiteit te meten in een upper motorneuron en ook de EMG activiteit te meten in verschillende spieren. Je kunt dan de activiteit gemeten in het upper motorneuron gebruiken voor **spike-triggered averaging (STA) van het EMG** hulpmiddel voor het karakteriseren van de responseigenschappen van een neuron met behulp van de pieken die worden uitgezonden als reactie op een in de tijd variërende stimulus. In dit experiment is te zien dat een spike in het upper motorneuron systematisch vervolgd wordt door een verhoging in het EMG van de spier van de duim Dus, regelt de cortex cerebri de activiteit van losse spieren of coördineert het bewegingen? Functionele gebieden in motorische schors: - M1: primair motorische cortex - Muscles: kracht (F), dF/dt - Movements: voorkeursrichtingen en populatiecodes - Premotorische gebieden (hiervan wordt gedacht dat deze de sequentie van akkoorden bepalen) - Planning en sturing complexe bewegingen - SMA (supplementair motorisch gebied): bilaterale + intern gestuurde bewegingen (BG). Basale ganglia zijn hier ook bij betrokken - Intern gestuurde beweging is bijvoorbeeld piano spelen - PMA (premotorisch gebied): visueel gestuurde bewegingen (o.a. spiegelneuronen) - Visueel gestuurde beweging is bijvoorbeeld het nadoen van een bepaalde beweging die iemand anders voordoet Uit de activiteit van neuronen uit M1 kan je ook afleiden in welke richting een beweging wordt uitgevoerd, daar moet je wel een aantal dingen voor doen. - Primaat trainen om zijn hand vanuit het midden van een cirkel te bewegen naar een lampje aan de rand - Tijdens het experiment moet je de activiteit van 1 neuron in M1 extracellulair meten. Dit moet voor elk van de 8 doelposities op de afbeelding en de meting moet ook een aantal keer herhaald worden per doelpositie Figuur 17.3: - Op de horizontale as is de tijd te zien - De rode lijn geeft start van beweging naar lampje aan - Voor de beweging naar elke richting is een diagram te zien - In elke diagram is een rasterplot te zien 5 trials - Elk verticaal streepje in rasterplot is het actiepotentiaal van die neuron - Bij 0° zien we dat we vuurfrequentie afneemt voorafgaand aan de start van de beweging (ook bij de 2 andere paar gemarkeerde diagrammen) - Bij 180° zien we dat de vuurfrequentie voor de start van de beweging toeneemt (ook het geval bij de 3 andere geel gemarkeerde diagrammen) - In de grafiek is de vuurfrequentie van het neuron te zien (verticale as) en de richting waarin de beweging plaatsvindt (horizontale as) - Het neuron is **'broadly tuned'**: de vuurfrequentie gaat niet omhoog voor 1 specifieke beweging maar gaat omhoog voor verschillende bewegingsrichtingen - We zien enkel dat dit specifieke neuron de hoogste vuurfrequentie heeft voorafgaand aan de start van de beweging in ongeveer 180° **voorkeursrichting** Als dit proces herhaald wordt voor nog eens 100+ neuronen dan komt dit resultaat eruit: - Populatievector uitrekenen (rode pijl) voor elke bewegingsrichting - Maak per bewegingsrichting een wolkje van vectoren (dunne zwarte lijntjes) - De richting van elk dun zwart lijntje is de voorkeursrichting van 1 neuron - De lengte van elk lijntje is de vuurfrequentie van het neuron - Je kan alle vectorpijltjes bij elkaar optellen tot de populatievector De populatievector wijst bijna precies in de richting van de beweging die gemaakt moest worden voor alle verschillende bewegingsrichtingen het is dus niet dat je aan de activiteit van 1 neuron uitzonderlijk kunt zien in welke richting beweging zal worden gemaakt maar de bewegingsrichting is wel gecodeerd in de populatievector Graziano: correlaties tussen vuurfrequentie van cellen en de kracht/bewegingsrichting betekent niet dat het oorzakelijke verbanden zijn [Pathologie voorbeelden van motorische cortex of descenderende banen ] Verschijnselen die zich voordoen bij beschadiging van lower motor neurons **lower motor neuron syndrome:** - Spieren worden niet meer goed geactiveerd en leveren minder kracht ***(= hypotonie)*** of leveren helemaal geen kracht **(= atonie)** - Er is dus te weinig tonus en kracht en dus ook te weinig reflex activiteit **(=hyporeflexie)** of helemaal geen reflexactiviteit **(= areflexie)** omdat de efferente tak van de reflexen niet meer goed functioneert - Er ontstaat een slappe verlamming en na verloop van tijd **atrofiëren** de spieren die niet meer worden aangestuurd **Upper motor neuron syndrome =** piramidale stoornis Bij beschadiging van upper motor neurons of descenderende banen - Er ontstaat een **parese*:*** tonus en reflexen in met name de anti-zwaartekracht spieren zijn verhoogd - In het been zijn dit de extensoren, het been wordt dan te lang omdat er dan plantairflexie is van de enkel. Als gevolg hiervan moet het been worden omgezwaaid om te kunnen lopen **circumductie** - In de armen zijn dit bijvoorbeeld de flexoren van de elleboog. De armen wordt dan gebogen gehouden - Omdat er verhoogde tonus is in deze spieren, atrofiëren ze niet - Mogelijke oorzaken: uitval van de cortex/capsule interna/tractus corticospinalis - Verlies van de hiërarchische controle van de cortex over de tonus regulerende kernen in de hersenstam - Als een deel van de cortex beschadigd is, door een doorbloedingsstoornis als gevolg van een afsluiting van een arterie, ontstaat er hypotonie in het ruggenmerg en een slappe verlamming van de spieren **spinal shock** - Chronische verschijnselen (na spinale shock) - Uitval gefractioneerde vingerbewegingen en andere distale spieren - Spastische parese (= plegie) van anti-zwaartekracht spieren - Verhoogde tonus (hypertonie) - Hyperreflexie - Clonus - Circumductie bij lopen - Babinski reflex - Voorkomende termen: - monoparese/monoplegie (alleen 1 been/arm is aangedaan), - hemiparese/hemiplegie (1 helft van lichaam is aangedaan), - paraparese (beide benen zijn aangedaan als gevolg van dwarslaesie in thoracale of lumbale wervelkolom) - tetraparese/tetraplegie (beide armen en benen zijn aangedaan als gevolg van een hoog cervicale dwarslaesie) [Stoornissen in het autonoom zenuwstelsel waarmee de organen worden aangestuurd, de blaas bijvoorbeeld.] Afbeelding laat zien welke delen van het zenuwstelsel betrokken zijn bij het aansturen van de blaas - blaaswand moet contraheren - een interne sfincter moet ontspannen - externe sfincter moet ontspannen **Sympathische motorneuronen** remmen de spieractiviteit van de blaas en stimuleren de interne sfincter waardoor de urine vastgehouden wordt **Parasympatische motorneuronen** stimuleren de contractie van de blaas en remmen de interne sfincter om urine te lozen. **Somato-motorische neuronen** houden de externe sfincter gesloten **Viscero-afferente mechano-receptoren** in de blaas laten hun vuurfrequentie afhangen van de vulling van de blaas waardoor de activiteit verschuift van sympathisch naar parasympatisch als de vuurfrequentie toeneemt - De tonus van de blaaswand neemt toe en die van interne sfincter neemt af. De externe sfincter houdt nu de urinelozing nog tegen Afferente informatie over de rek van de blaas gaat ook naar de hersenstam, daar bevindt zich een centrum dat via descenderende input naar de sympathische en parasympatische motorneuronen gecoördineerde en volledige blaasleging kan genereren. Dit centrum staat onder invloed van de hypothalamus, amygdala en prefrontale gebieden. Als deze 3 eenheden samen bepalen dat het veilig en gepast is om urine te lozen, kan het centrum via descenderende banen de blaas meer activeren, waardoor er inhibitie plaats vindt van de interne en externe sfincter en dit leidt tot gecoördineerde, volledige blaasleging tenzij je in de cortex onder invloed van de wil de externe sfincter nog dicht kan houden. [Pathologie van de blaasleging ] - Beschadiging van lower motor neurons: geen reflexmatige blaasleging **slappe blaas** - Dwarslaesie van het ruggenmerg: invloeden van hogere centra vallen weg waardoor er sprake is van een **spastische blaas** (automatic reflex bladder). De blaas leegt dan op onverwachte momenten want sensorische info bereikt de cortex niet en het legen valt niet te stoppen want signalen kunnen niet van boven naar beneden en andersom - Blaas leegt zich ook niet volledig omdat het hersenstamcentrum de leging niet coördineert grotere kans op urineweginfecties - Laesie van de cortex: er treedt een gecoördineerde, volledige blaasleging op (hersenstamcentrum doet zijn werk) maar de patiënt kan niet bepalen wanneer de leging plaatsvindt. [Rol cortex cerebri bij locomotie (mens)] Hoe de locomotie bij de mens geregeld is, is nog niet goed bekend moeilijk te onderzoeken (in tegenstelling tot bij een kat) Wat we wel weten: - Mensen lopen bipedaal en we doen dit efficiënter dan andere dieren die bipedaal lopen - Dit is dankzij aanpassingen in het spier-skeletsysteem in de evolutie - Bipedale gang eist grote precisie (bijv. elevatie van de voet) - Te veel elevatie is niet energie zuinig - Te weinig elevatie zorgt voor struikelen - Mens heeft ook spinale patroongeneratoren - Hogere centra (cortex cerebri) spelen rol bij normale locomotie - Na decorticatie (bijv. dwarslaesie) is lopen niet meer mogelijk Slidecast 13 -- Rol van het cerebellum bij bewegingssturing =========================================================== Het cerebellum heeft geen rechtstreekse projecties naar motorneuronen. Er zijn alleen projecties naar interneuronen in de hersenstam en via de thalamus naar de cortex cerebri. Er gaan signalen van de cortex naar het cerebellum en van het cerebellum terug naar de cortex (vooral premotorische gebieden). Anders dan bij het ruggenmerg, de hersenstam en cortex cerebri, heeft stimulatie van het cerebellum geen spiercontracties en dus ook geen bewegingen tot gevolg maarrr cerebellum is wel nodig voor de motoriek. [Functionele anatomie van het cerebellum ] Cerebellum bevat meer dan 80% van alle neuronen van het brein. Het cerebellum is verbonden met - het mesencephalon via pedunculi cerebelaris superiores - het metencephalon via pedunculi cerebelaris medii - het myelencephalon via pedunculi cerebelaris inferiores. Het cerebellum is niet mediaan gescheiden zoals de grote hersenen maar het is wel opgedeeld in lobben en andere structuren: - Lobus anterior (bestaat uit kleine lobjes lobili en die lobili hebben kleine gyri) - Lobus posterior - Vermis - Lobus flocculonodularis - Nodulus in midden - Flocculus aan beide kanten - Witte stof: arbor vitae Cerebellum wordt doorbloedt vanuit de arteria vertebralis en arteria basilaris - Arteria cerebellaris superior voorziet lobus anterior van bloed - Arteria cerebellaris anterior inferior voorziet flocculus van bloed - Arteria cerebellaris posterior inferior voorziet lobus posterior van bloed [3 functionele divisies van het cerebellum:] **Vestibulocerebellum**: in lobus flocculonodularis met als diepe kernen de vestibulaire kernen - Betrokken bij hoofd en oogbewegingen en handhaving van balans wat ook nodig is voor locomotie - Ontvangt input vanuit het vestibulum (evenwichtsorgaan) **Spinocerebellum**: bestaande uit vermaal deel (projecteert via nucleus fastigues naar de hersenstam) en paravermaal deel (projecteert via nucleus interpositus naar hersenstam) - Betrokken bij uitvoering van beweging - **Vermale deel**: bij aansturing van rugspieren en ontvangt info vanuit vestibulum, visueel systeem en axiale spieren - **Paravermale deel**: bij aansturing van distale spieren en ontvangt info vanuit die distalen spieren **Cerebrocerebellum**: in laterale delen van hemisferen die projecteert via de nucleus dentatus naar de motorische en pre-motorische cortex. - Betrokken bij planning van bewegingen (motor-planning) - Ontvangt info uit de cortex In het cerebellum zijn ook somatotopische afbeeldingen: - Vooraan in het vermale deel de axiale spieren van het lichaam (rugspieren) en in paravermale deel de distale spieren (extremiteiten) - Achteraan links en rechts in het paravermale deel nog... Wat zijn deze afbeeldingen dan als er geen spiercontracties ontstaan als je delen van cerebellum stimuleert? De afbeeldingen geven weer waar somato-sensorische informatie binnenkomt en heeft elders in het lichaam afferente informatie opgewekt en meet waar in de cerebellaire cortex activiteit ontstaat. Cerebellum is betrokken bij alle motorische taken via een zijpad dat zich bevindt aan de kant waar de spieren worden aangestuurd rechter cerebellum bemoeit zich met aansturing van spieren aan rechterzijde van lichaam  [Vestibulocerebellum.] Basis van elke beweging wordt gevormd door balans dankzij vestibulo-spinale en vestibulo-oculaire reflexen. Hiervoor gebruik je axiale spieren (rugspieren) en oogspieren. Deze worden aangestuurd vanuit de vestibulaire kernen via de mediale en laterale vestibulo-spinale banen. Informatie die nodig is voor balanshandhaving en oogbeweging komt uit het evenwichtsorgaan (otolietorgaan en semicirculaire kanalen), die hun info projecteren naar vestibulaire kernen. Deze informatie wordt ook geprojecteerd naar het vestibulocerebellum in de lobus flocculonodularis en projecties van vestibulocerebellum gaan via pedunculus cerebellaris inferior naar vestibulaire kernen. Dus informatie van het evenwichtsorgaan gaat rechtstreeks naar de vestibulaire kernen en via de lobus flocculonodularis naar de vestibulaire kernen. Boven op de vestibulaire reflexen volgt houding en locomotie en ook besturing van de mond. [Spinocerebellum vermis][. ] Voor houdingsregulatie en locomotie zijn de proximale spieren van belang waarvan de tonus wordt geregeld door de tonus faciliterende en tonus inhiberende systemen in de hersenstam, die hun invloed uitoefenen via de reticulo-spinale en vestibulo-spinale banen, die ventro-mediaal in de witte stof van het ruggenmerg naar beneden gaan en daar projecteren naar de motorneuronen in het ventro-mediale deel van de grijze stof. Om de aansturing goed te laten verlopen is informatie nodig over de toestand van de spieren. Deze informatie gaat via het vermale deel van het spinocerebellum, via de pedunculus cerebelaris inferior waarin onder andere de spino-cerebelaire banen lopen met informatie uit de proximale spieren die terecht komt in het centrale deel van de somatotopische afbeelding. Het vermale deel projecteert naar de nucleus fastiguus en van daar naar de oorsprongskernen van de ventro-mediaal dalende banen. Dus er is een rechtstreekse projectie naar de ventro-mediaal dalende banen en een projectie via het vermale deel van het cerebellum en de nucleus fastiguus. Ventro-mediale spieren kan je ook aansturen vanuit de cortex, via de tractus cortico-spinalis medialis dat ook bilateraal naar motorneuronen van proximale spieren projecteert. De cortex gebruikt daarvoor somato-sensorische informatie vanuit de spieren die wordt aangevoerd naar gyrus postcentralis. De pre-motorische gebieden ontvangen projecties vanuit de contralaterale nucleus fastiguus die via de pedunculus cerebelaris superior en de rechter thalamus, de informatie naar de linker cortex cerebri brengt. [Spinocerebellum paravermaal]. Voor alle andere bewegingen maken we vooral gebruik van onze distale spieren die we aansturen via de tractus cortico-spinalis lateralis vanuit de contra-laterale cortex (dus [linker] cortex cerebri stuurt via tractus cortico-spinalis lateralis de [rechter] spieren aan). De cortex maakt daarvoor weer gebruik van informatie uit die distale spieren die binnenkomt in de gyrus postcentralis. De informatie over de toestand van de rechter distale spier gaat via spino-cerebulaire banen door de pedunculus cerebelaris inferior naar de somatotopische afbeeldingen in het paravermale deel van het spinocerebellum aan de rechter kant. Dit projecteert naar de rechter nucleus interpositus die via pedunculus cerebelaris superior naar de linker thalamus projecteert en vandaar weer naar de linker cortex cerebri waarmee de rechter spieren worden aangestuurd. Dus signalen uit de linker cortex cerebri die naar de rechter spieren gaan, worden beïnvloed door het paravermale deel van het rechter spinocerebellum. [Cerebrocerebellum. ] Ontvangt input vanuit de controlaterale cortex via de pedunculus cerebelaris medius. Dus vanuit linker cortex gaan axonen naar nucleus pontis aan de linker kant en die sturen hun axonen via de rechter pedunculus cerebelaris medius naar de rechter helft van het cerebellum. Rechter cerebrocerebellum stuurt axonen naar de rechter nucleus dentatis die zijn axonen door de pedunculus cerebelaris superior naar de linker thalamus stuurt en van daar weer projecteert naar de linker pre-motorische gebieden (waaronder ook gebied van Broca voor spraakspieren). [Pathologie van het cerebellum (uitval van lobben)] Beschadiging van het cerebellum leidt tot **ataxie**: bewegen wordt ongeordend, er is geen goede coördinatie meer in tijd en plaats, timing van spiercontracties wordt verstoord, er is te weinig tonus (hypotonie) en er is dysmetrie (bewegingen zijn niet goed van maat) bij snelle doelgerichte bewegingen. De meeste beschadigingen aan het cerebellum ontstaan door blokkades in arteriën. - Blokkade van artieria cerebelaris anterior inferior vestibulocerebellum valt uit (aan dezelfde kant) - Evenwichtsstoornissen, ataxie van de rompspieren en nystagmus - Cerebellaire nystagmus: moeite hebben met ogen focussen op 1 doel - Lopen meestal wijdbeens om vallen te voorkomen - Als je zo'n patiënt op z'n rug laat liggen en loopbewegingen laat uitvoeren gaat dit goed dus het probleem zit hem in de aansturing van rugspieren op basis van vestibulaire informatie en niet in de aansturing van loopbewegingen - Blokkade van arteria cerebelaris superior lobus anterior valt uit - Dronkemansgang, dyscoördinatie benen, ataxie van de proximale spieren waarmee je houdings- en locomotie bewegingen maakt - Als je zo'n patiënt op z'n rug laat liggen en loopbewegingen laat uitvoeren lukt dit niet. - Deze patiënten lopen meestal met stijve benen - Blokkade van arteria cerebelaris posterior inferior lobus posterior valt uit - Hypotonie (verlaagde spiertonus), ataxie van alle extremiteiten en bewegingen met de mond, temporele en spatiele dyscoördinatie, intentietremor (moeite met doelbewegingen zoals vinger op neus leggen), dysdiadochokinese (moeite met snelle herhaalde bewegingen), dysartria (spraakstoornissen) en gestoorde klokfuncties (inschatten hoelang een toon duurt of hoe een ritmisch patroon vervolgd wordt) [Mogelijke rol van het cerebellum bij bewegingssturing] **Tegenkoppeling**. Bij een beschadiging aan het cerebellum is het onmogelijk geworden om te adapteren en om nieuwe bewegingen te automatiseren. In de grafieken is te zien dat normale patiënten hun gooi kunnen aanpassen om te compenseren voor de bril die ervoor zorgt dat het doelwit ergens anders lijkt te zijn. Bij patiënten is te zien dat er geen aanpassing plaatsvindt en de blijven consistent mis gooien. Bij ataxie is er sprake van intentietremor, de oscillatie/tremor wordt veroorzaakt door een vertraagd tegenkoppelingssysteem [*Motorisch leren*: schakelingen in het cerebellum] Neuronen die centraal staan in de schakelingen zijn Purkinjecellen die hun cellichamen hebben in de cerebellaire cortex en projecteren naar diepe kernen in het cerebellum. Deze projectie is inhibatoir, dus purkinjecellen inhiberen diepe kernen en daarom leidt stimulatie van de cerebellaire cortex ook niet tot spiercontracties. Purkinjecellen hebben enorme dendrietenboom waar veel synapsen van andere cellen op kunnen eindigen. Elke purkinjecel heeft 2 verschillende inputs: - Een vanuit de nucleus pontis: sturen een **mosvezel** door de pedunculus cerebelaris medius aan de andere zijde van het cerebellum en die mosvezel maakt synapsen op een parallelvezel die vervolgens synapsen maakt op heel veel purkinjecellen. - Actiepotentiaal in parallelvezel zorgt voor een simpele actiepotentiaal in purkinjecel - Een vanuit nucleus oliva: sturen **klimvezel** via de pedunculus cerebelaris inferior om hele sterke synapsen te maken met de purkinjecel. 1 klimvezel kan wel 30 synapsen maken op een purkinjecel - Actiepotentiaal in klimvezel zorgt voor een complex spike waarbij er een lange depolarisatie is [Plasticiteit in het cerebellum.] **Long-term synaptic depression** is een vorm van plasticiteit waarbij de sterkte van synaptische transmissie tussen 2 neuronen voortdurend verminderd waardoor de ontvangende cel steeds minder gevoelig is voor stimuli. Mechanisme: activatie van de parallelle vezel leidt tot uitstoting van glutamaat dat zich bindt aan 2 receptortypen: - **AMPA-receptoren**: hierdoor wordt natrium geleidingsvermogen in post synaptische cel groter. Dit leidt tot een simple spike - **mGluR-receptoren (metabotroop):** activeert 2 second-messengers (DAG en IP3) die reageren met calcium dat alleen binnenkomt als een purkinjecel een complex spike vuurt (lange depolarisatie). Resultaat van combinatie (verhoogde intracellulaire calciumconcentratie en 2 second-messengers) zorgt ervoor dat AMPA-receptoren uit de celmembraan worden weggehaald en dit leidt ertoe dat het volgende actiepotentiaal in de parallelle vezel minder AMPA-receptoren kan openen en dus een minder grootte amplitude veroorzaakt in de purkinjecell long term depression Slidecast 14 -- Rol van basale ganglia bij bewegingssturing =========================================================== De basale ganglia hebben net zoals het cerebellum geen rechtstreekse projecties naar motorneuronen. - Output van basale ganglia: projecties via de thalamus naar de cortex en projecties naar motorneuronen in de hersenstam. - Input van basale ganglia: info uit de cortex cerebri. De afbeelding laat gangpatronen zien van patiënten met verschillende aandoeningen. A. Gezond C. Beschadiging aan cerebellum breed en rommelig door ataxie van benen D. Beschadiging aan cortex cerebri aan 1 hemisfeer circumductie van rechter been als gevolg van beschadiging aan linker cortex cerebri E. Beschadiging aan basale ganglia  [Structuren van het cerebellum] (Neo) Striatum - Nucleus caudatus (staartkern) - Putamen Globus pallidus - Extern segment - Intern segment Nucleus subthalamicus Substantia nigra - Pars reticula - Pars compacta [Circuits ] Er worden 4 circuits (loops) door de basale ganglia onderscheiden. Elke loop ontspringt uit een eigen deel van de cortex zoals op de foto te zien. Ook projecteren ze ieder naar een eigen deel van het striatum. Hebben ook ieder hun eigen output kern in het pallidum en elke loop projecteert via een eigen deel van de thalamus terug naar de cortex. Loops van het somato-motorisch systeem: - **Lichaamsbeweging loop**: - Begint in motorische, premotorische en supplementaire motorische cortex - Input kern van basale ganglia = putamen - Output kern is globus pallidus intern segment - Via bepaalde kernen in de thalamus komt informatie weer terug in de cortex (vooral supplementair motorisch gebied) - **Oculomotor loop** - Begint bij de frontal eye-fields en de premotorische en supplementair motorische gebieden die specifiek betrokken zijn bij sturing van oogbewegingen - Input kern van striatum is nucleus caudatus - Output kernen zijn globus pallidus intern segment en substantia nigra pars reticulata - Via bepaalde kernen van de thalamus komt informatie weer terug in de cortex Loops van een niet-motorisch systeem - **Prefrontale loop**: van belang voor ruimtelijk geheugen - **Limbische loop**: van belang voor sturing van emotioneel gedrag ! niet motorische-systeem is voor deze cursus niet belangrijk maar wees je ervan bewust dat beschadiging van basale ganglia niet alleen motorische gevolgen heeft maar kan ook het psychisch functioneren overhoop gooien. Op de afbeelding zie je de motorische loops in meer detail. Ze ontspringen aan somato-motorische en somato-sensorische gebieden. Die projecteren naar het striatum en vanaf daar zijn er 2 paden: - **Directe pad**: direct naar 2 outputkernen (globus pallidus intern segment en substantia nigra pars reticulata). Beide outputkernen projecteren naar de thalamus en van de thalamus terug naar de cortex - Substanustia nigra pas reticulatia projecteert niet alleen naar de thalamus maar ook naar de hersenstam. O.a. naar de nucleus ponto peduncularis (oorsprongskern van tonus inhiberende systeem) en mesencephaal locomotor region - **Indirecte pad**: begint bij projectie naar globus pallidus extern segment die projecteert naar de nucleus subthalamicus die vervolgens projecteert naar globus pallidus intern segment. Afbeelding geeft een schematische weergave van de projecties met inhiberende/excitatoire functie erbij. Vooral veel minnetjes te zien voor inhibatoir effect. Daaronder is hetzelfde schema maar dan gemaakt door Maarten. - Nucleus ponto peduncularis (PPN) en mesencephaal locomotor region (MLR) zijn hierin toegevoegd. - Open driehoek: targetkern wordt geëxciteerd met glutamaat als neurotransmitter of dopamine vanaf Substantia Nigra pars compacta (SNpc) - Gesloten driehoek: targetkern wordt geinhibeerd door GABA neurotransmitter - Alle kernen behalve striatum zijn intrinsiek actief: als een kern niet wordt geinhibeerd dan ontstaat er vanzelf activiteit. [Directe Basale Ganglia-pad (BG-pad)] In de rust situatie is er geen activiteit in de motorische cortex omdat de activiteit van de thalamus onderdrukt wordt door activiteit van de Globus Pallidus intern segment (GPi). Om een beweging te kunnen maken moet de motorische cortex actief worden, dit doen we door, vanuit andere delen van de cortex, het striatum te activeren dit inhibeerd het GPi en daarmee valt de remming van thalamus weg en wordt de motorische cortex geactiveerd. De thalamus wordt dus gedisinhibeerd door activiteit in het striatum principe van **disinhibitie**: in rust is motorcortex stil omdat thalamus stil is en thalamus is stil omdat die geremd wordt door tonische activiteit van GPi. Als er excitatie is van "medium spiny neurons" in striatum door de input vanuit de cortex, dan wordt GPi tijdelijk ontremd waardoor activiteit in de thalamus ontstaat en daarmee krijg je activiteit in de cortex ! remming van een remming = excitatie Dopaminaire input vanuit SNpc naar het striatum die door binding aan D1 receptoren de medium spiny neurons van het striatum een basis activatie geeft. Daarmee zitten de medium spiny neurons dicht tegen een drempelwaarde aan en zijn de gemakkelijk te exciteren. minder dopamine geproduceerd medium spiny neurons zitten verder van drempelwaarde moeilijker om de thalamus te ontremmen (disinhiberen) en dus moeilijker om motorische cortex te activeren Substantia Nigra pars reticulata (SNpr), 1 van de 2 output kernen van BG, projecteert ook naar de hersenstam. In de hersenstam inhibeert SNpr de PPN en het MLR die op hun beurt projecties hebben via de ventro-mediaal dalende paden naar het ruggenmerg. PPN is de oorsprongskern van het tonus-inhiberend systeem. Activatie daarvan leidt dus tot minder tonus. - Inhibitie van PPN: Als er weinig dopamine wordt geproduceerd in SNpc, is er weinig activatie van het striatum weinig remming van SNpr veel remming, en dus weinig excitatie van PPN weinig tonus remming veel tonus (hypertonie) - Inhibitie van MLR: weinig excitatie moeilijk om locomotie te genereren [Indirecte BG-pad] Van de cortex, exciterend naar het striatum, van het striatum, inhiberend naar het Globus Pallidus extern segment (GPe), van GPe, inhiberend naar nucleus subthalamicus, van nucleus subthalamicus, exciterend naar GPi, van GPi, inhiberend naar thalamus en van thalamus, exciterend naar frontale cortex. ! er zijn 3 inhiberende connecties in serie: - \* - \* - = - activatie van het indirecte pad: tegenovergestelde effect als excitatie van directe pad (daar zijn maar 1 inhiberende connecties in serie Als je vanuit de cortex kijkt, zijn het directe en indirecte pad elkaars tegenhanger: - In directe pad zijn 2 inhiberende connecties in serie - In indirecte pad zijn 3 inhiberende connecties in serie Rol van SNpc in indirecte loop: Cellen in striatum die projecteren naar GPe, hebben andere dopamine receptoren D2. Activatie van D2 receptoren door dopamine vanuit SNpc heeft een inhiberend effect Vermindering van dopamine productie heeft via het indirecte pad hetzelfde effect als via het directe pad. [Pathologie ("Extrapiramidale stoornissen")] **Ziekte van Parkinson:** hypokinesie, hypertonie (te weinig beweging, te veel tonus) Er is sprake van een verlies van dopaminergische neuronen in het SNpc te weinig dopamine productie te weinig excitatie van het striatum - Begint vaak voorzichtig, unilateraal maar uiteindelijk kan 90% van dopaminergische neuronen afsterven - Zelfde verschijnselen kunnen ook ontstaan door verlies van D1 receptoren in medium spiny neurons in het striatum Kenmerken van Parkinson: - Motorisch: bradykinesie (langzame bewegingen), hypokinesie (te weinig bewegingen), akinesie (afwezigheid van bewegingen), gebogen houding, rigiditeit en tremor (vooral in rust en wordt minder bij uitvoering van bewuste bewegingen) - Mentaal: depressie en dementie, slaapstoornissen Behandeling: - D1/D2 receptoren: agonisten/antagonisten en aanmaak/afbraak beïnvloeden - L-DOPA (maar: symptomatisch en verlies van gevoeligheid) - Dopamine concentratie in striatum verhogen (dopamine zelf kan niet door bloed-hersenbarrière dus L-DOPA toedienen, dit is een precursor van dopamine die wel door de barrière heen kan) - Implantatie foetale dopaminergische cellen - Inhibitie mono-amine-oxidase (omzetting MPTP, afbraak dopamine) - Chirurgische ingrepen: nucleus subthalamicus, GPi, thalamus - Deep brain stimulation **Ziekte van Huntington:** hyperkinesie, hypotonie (te veel beweging, te weinig tonus) Patiënt maakt veel onvrijwillige bewegingen die hij niet kan onderdrukken. Oorzaken: - Verlies van cellen in striatum ten gevolge van glutamaat excito-toxciciteit - Door erfelijke aandoening van gen dat codeert voor huntingtine - Huntingtine is een eiwit dat een beschermende rol speelt in cellen. Kenmerken van Huntington: - Start 40-50 jaar - 'afwezigheid', prikkelbaarheid, depressie, onhandigheid, plotseling vallen - Niet te onderdrukken, ongewilde bewegingen: chorea, athetose, spraakprobleem - Vermindering cognitieve functies, verlies van vermogen tot redeneren - Overlijden 15-20 jaar na eerste verschijnselen Behandeling: - Geen - Tegenwoordig wel vroegtijdige diagnose door DNA-onderzoek Hoe kan het dat door degeneratie van cellen in het striatum, hyperkinesie en hypotonie ontstaan? - De cellen in striatum die degenereren bij de ziekte van Huntington zijn specifiek de cellen die naar GPe gaan. Minder remming van GPe meer remming van nucleus subthalamicus minder excitatie van GPi en SNpr minder remming van thalamus excitatie van frontale cortex ongewilde bewegingen - Minder remming van MLR choreatische locomotie - minder remming (dus excitatie) van PPN hypotonie Slidecast 15 -- Sensorisch systeem: van fysische energie naar perceptie ======================================================================= [3 vormen van sensoriek] - **Exterosensoriek**: informatie over de toestand van de buitenwereld (modaliteiten, submodaliteiten) - 5 zinnen/modaliteiten: ruiken, proeven, zien, horen en voelen - Submodaliteiten: druk voelen, pijn voelen, temperatuur waarnemen, verschillende smaken proeven etc. - **Propriosensoriek**: informatie over de toestand van ons bewegingsapparaat + vestibulaire informatie - **Interosensoriek**: informatie over inwendige organen, holtes, bloed etc [Voorbewerking prikkels door zintuigorganen ] Zintuigorganen voor extrosensoriek - Oog gezichtszin - Oog zorgt voor scherpe afbeelding op visuele veld van retina, zodanig dat 1 punt op retina correspondeert met maar 1 punt op visuele veld - Lichtinformatie uit 1 punt in visuele veld heeft invloed op potentiaal van fotoreceptoren en ganglioncellen in 1 klein stukje van retina - Oor gehoorzin - Oor zorgt voor omzetting van trillingen in de lucht naar trillingen van het membraan die mee spiraliseert binnen de cochlea (slakkenhuis) - De uitslag van het membraan wordt omgezet in verbuiging van het kinocilium van de haarcellen op het membraan. - Begin van membraan is dik en relatief stijf: hoge frequenties hebben vooral invloed op dit deel van membraan - Einde van membraan is dun en relatief flexibel: lage frequenties hebben vooral invloed op dit deel van membraan - Zo ontstaat er frequentieanalyse: 1 bepaalde frequentie leidt tot activatie van 1 bepaalde populatie van haarcellen op 1 bepaalde plek langs het membraan - Tong smaakzin - Heeft receptoren op verschillende plaatsen die reageren op binding van smaakstoffen aan ligand-gated kanaaltjes - Receptoren voor zoete/zoute/umami stoffen zitten vooral aan voorkant van de tong - Receptoren voor zure stoffen vooral aan zijkant van de tong - Receptoren voor bittere stoffen vooral aan achterkant van de tong - Neus reukzin - Neus is zo gebouwd dat de lucht netjes verwarmd wordt en wervelingen maakt waardoor hij precies en perfect contact maakt met receptoren in het reukepitheel. - Huid tastzin - Heeft allerlei receptororganen waardoor verschillende typen van aanraking en energie kunnen worden omgezet in receptorpotentialen [Propriosensoriek ] - Evenwichtsorgaan: - Geeft positie van hoofd in de ruimte door otolietorganen via de afschuiving van endolymfe met otoconia wordt omgezet in rotatie van het kinocilium en daarmee potentiaal veranderingen van bepaalde populaties van haarcellen en ganglioncellen - Rotaties van het hoofd worden door de traagheid van endolymfe in semi-circulaire kanalen omgezet in activatie van bepaalde haarcellen en ganglioncellen - Sensoren in spieren: spierspoel afferenten en golgi-pees afferenten - Gewrichtssensoren [Transductie: Modaliteiten en submodaliteiten: receptoren en specifieke gevoeligheid ] Voorbeeld van modaliteit en submodaliteit: - Tastzin temperatuur, druk, pijn etc. - Smaakzin zuur, zoet, zout, bitter en umami Receptoren hebben een specifieke gevoeligheid, dit zorgt ervoor dat sensoren in de huid bijvoorbeeld niet gevoelig zijn voor licht, terwijl receptoren in het oog dat wel zijn. De specifieke gevoeligheid van receptoren wordt bepaald door het soort ion-kanaal in het membraan en het mechanisme waardoor ze open gaan. - **Mechanoreceptoren**: specifiek gevoelig voor rek van het membraan. Alle mechanoreceptoren hebben stretch-gated natrium-kanaaltjes. Rek van membraan depolarisatie van receptoruiteinde - Waar depolarisatie een maat voor is hangt af van zintuigorgaan: - Mechanoreceptor van spierspoeltje wordt receptorpotentiaal bepaald door de lengte en/of snelheid van lengteverandering van extrafusale spiervezels - Mechanoreceptor van golgi-pees apparaat wordt receptorpotentiaal bepaald door de kracht van de spier - Mechanoreceptor reageert niet op aanwezigheid van bepaalde chemische stoffen of licht - Receptoren in reukepitheel en tong: specifiek gevoelig voor binding van bepaalde stoffen aan ligand-gated kanaaltjes waardoor (in)direct het geleidingsvermogen van het membraan voor ionen veranderd - **Fotoreceptoren**: specifiek gevoelig voor lichtprikkels = elektromagnetische golven van bepaalde frequenties. Bevinden zich in de retina. De elektromagnetische golven zorgen ervoor dat G-eiwit gekoppelde receptoren worden geactiveerd second-messenger cascade ontstaat natrium kanaaltjes gaan dicht - Temperatuur receptoren - Osmoreceptoren (voor osmotische druk) - Etc. [Transductie: Receptorpotentialen, actiepotentialen, codering prikkelsterkte ] Omzetting van fysische energie van een receptorpotentiaal gebeurt soms door speciale cellen zoals: fotoreceptoren, haarcellen en reukcellen - Deze cellen vuren dan zelf geen actiepotentialen maar hebben via een synaps effect op de membraanpotentiaal van afferente neuronen die wel actiepotentialen genereren - In sommige gevallen wordt de receptorpotentiaal in het afferente neuron zelf gegenereerd (bij mechanoreceptoren in de huid) Op afbeelding is een mechanoreceptor van de huid te zien. De receptor zit verstopt in een lichaampje van vater-pacini (ronde structuur). De dendriet is gemyeliniseerd maar uiteinde bevat geen myeline en geen voltage-gated kanaaltjes. Uiteinde bevat wel stretch-gated kanaaltjes waardoor de receptor depolariseert als de kanaaltjes open gaan als gevolg van druk op de huid. - Hoe meer druk meer strecht-gated Na-kanaaltjes open meer depolarisatie (te zien aan onderkant van afbeelding) Vanuit dit gedeelte van receptor, loopt er stroom naar naastliggende delen van de receptor waar wel voltage-gated kanaaltjes zitten die open gaan als membraan de drempelwaarde bereikt. Hier ontstaat dan actiepotentialen. De tijd tussen 2 opeenvolgende actiepotentialen wordt bepaald door mate van depolarisatie van receptoruiteinde. - Hoe meer depolarisatie meer stroom sneller wordt membraan opgeladen naar drempelwaarde korter de tijd tussen 2 opeenvolgende actiepotentialen Actiepotentialen worden saltatoir voortgeleid naar het CZS. Als je meet aan receptoruiteinde zie je alleen receptorpotentiaal, als je iets verderop meet zie je receptorpotentiaal door elektrotonische voorgeleiding met daarbovenop ook de actiepotentialen. Nog verderop meet je alleen nog de actiepotentialen. Dit verhaal over mechanoreceptor in de huid geldt ook voor spier-spoel afferenten en golgi-pees afferenten. [Transductie: Adaptatie: eigenschappen receptor en membraan neuron ] Bij sensorische neuronen kan adaptatie optreden. Bij A is een snelle adaptatie te zien: een pacini-receptor vuurt even als de prikkel wordt aangebracht, stopt met vuren als de prikkel constant wordt gehouden, en vuurt weer even als de prikkel verdwijnt - Door de snelle adaptatie geeft het neuron vooral informatie over veranderingen van prikkelsterkte. Het grootste deel van adaptatie wordt veroorzaakt door het visco-elastische lichaampje waarin het receptoruiteinde zich bevindt. Als het lichaampje eraf wordt gehaald is nog maar een beetje adaptatie te zien (B). De langzame adaptatie die dan overblijft heeft te maken met de eigenschappen van speciale kanaaltjes. In de huid zijn er naast snel-adapterende pacini-receptoren ook receptoren die nauwelijks adapteren Ruffini-receptoren. Zowel Pacini-lichaampjes als Ruffini eindes liggen diep onder het huidoppervlak en hebben een **groot receptie veld**: ze reageren op prikkels uit een groot deel van het huidoppervlak. Meer oppervlakkig gelegen receptoren met kleinere receptieve velden: lichaampjes van Meissner (snel adapterend) en Merkel schijven (langzaam adapterend) [Codering van natuurlijke prikkels in tijd en "neurale ruimte"] Experiment met braille Het patroon wat zich in de fysiek ruimte bevindt is terug te vinden in de neurale ruimte van Merkel afferenten. er is een somato-topische representatie van de huid van de vinger in de Merkel afferenten die zich bevinden in de zenuw waardoor de vinger geïnnerveerd wordt. Zo is er ook een somato-topische representatie van de huid van de vinger in de neurale ruimte van andere mechanoreceptoren, bijvoorbeeld ook in temperatuur- en pijnreceptoren. Allerlei aspecten van een natuurlijk object worden dus gecodeerd en vervoerd in een somato-topische afbeelding in populaties van verschillende typen afferenten. [Transmissie en transformatie (op weg naar de thalamus)] *[Primaire afferente neuronen en receptieve velden ]* Primaire afferenten zijn neuronen die contact maken met de receptoroppervlak en informatie naar het CZS vervoeren. Het receptieve veld van primaire afferent is het gedeelte van het receptoroppervlak waarvoor geldt dat de prikkeling zorgt voor verandering van de vuurfrequentie van de afferent. Op de afbeelding (B) zijn de receptieve velden van 3 primaire afferente neuronen in de huid van de vingertop te zien. Bij A zijn deze uitvergroot, er is te zien dat receptieve velden overlappen. Wat is de minimale afstand tussen 2 afzonderlijke prikkels die het mogelijk maakt om ze ook als afzonderlijke prikkels waar te nemen? Deze afstand heet de **2-punts discriminatie afstand**. - Als de prikkels binnen 1 receptief veld worden aangebracht (zoals in rode en groene situatie) dan worden de prikkels niet als afzonderlijk waargenomen - Afzonderlijke prikkels kunnen alleen waargenomen worden als er een tussenliggend receptief veld is wat niet geprikkeld wordt (blauwe situatie) Niet alle receptieve velden op het lichaam zijn even groot. Op de vingertoppen bijvoorbeeld is de 2-punts discriminatie afstand een paar mm, op de pols een paar cm en op de rug vele centimeters. Zie grafiek op afbeelding, hoe groter de staaf, hoe groter de 2-punts discriminatieafstand en dus moeilijker om 2 prikkels van elkaar te onderscheiden op dat lichaamsgebied. - Dit heeft te maken met de dichtheid van receptoren in een bepaald lichaamsdeel - Grotere dichtheid (betekent ook kleinere receptieve velden) = kleinere 2-punts discriminatie afstand Fysische energie is omgezet in actiepotentialen die langs primaire afferente neuronen worden vervoerd, hoe nu verder? In het somato-sensorisch systeem worden de signalen vervoerd van de receptoruiteinden naar het cellichaam (bevindt zich in spinaal ganglion) en van het cellichaam naar het ruggenmerg. - Niet zo urgente informatie (jeuk en temperatuur informatie bijv) wordt via dunne niet-gemyeliniseerde neuronen vervoerd naar het CZS met een lage snelheid - Informatie uit Pacini-lichaampjes en spierspoelen wordt vervoerd via dikke zwaar-gemyeliniseerde neuronen die snel geleiden Elke spinale zenuw verzamelt sensorische informatie maar uit een klein stukje van het lichaam. - Voor de huidinformatie wordt dit een **dermatoom** genoemd: huidgebied dat door een specifieke zenuw wordt geïnnerveerd - Beschadiging aan de afferenten van een spinale zenuw leidt dan tot uitval van de sensoriek in 1 dermatoom. Op basis van locatie van uitval kan je nagaan welke spinale zenuw is beschadigd Het pad wat axonen van de spinale ganglioncellen afleggen als ze eenmaal in het ruggenmerg zijn aangekomen hangt af van het soort afferent. - **Vitale/protopatische systeem**: minder urgente informatie (jeuk en temperatuur bijv) schakelen bij binnenkomst in het ruggenmerg over secundaire afferente neuronen waarvan de axonen de middenlijn kruisen in de commisura alba, net buiten de grijze stof in de voorkant van het ruggenmerg. De axonen accenderen vervolgens in de laterale witte kolom van het ruggenmerg (tractus spinothalamicus) naar de thalamus waar ze overschakelen op tertiaire afferente neuronen waarvan de axonen eindigen in de gyrus postcentralis. - **Gnostische/epikritische systeem**: afferenten met urgente informatie (spierspoel en pacini afferenten bijv) sturen hun axonen via de achterstrengen in het ruggenmerg helemaal naar de hersenstam naar de achterste kernen aan de ipselaterale zijde (dus nog niet gekruist). - De informatie uit de arm gaat naar de nucleus cuniatus - De informatie uit het been gaat naar de nucleus gracius. - Informatie uit de rechterkant van het lichaam komt in de linker thalamyus en de linker gyrus post-centralis en omgekeerd. *[Secundaire neuronen en receptieve velden ]* In de meeste schakelstations vindt transformatie van receptieve velden plaats. De secundaire afferente neuronen in de achterstrengkernen hebben bijvoorbeeld **"centre-surround" receptieve velden**. Als je in het centrum van het receptieve veld op de huid (de x's op afbeelding) een prikkel aanbrengt, dan neemt de vuurfrequentie van de secundaire afferent toe **(excitatory surround).** Als je in de gebieden daaromheen (de driehoekjes op afbeelding) een prikkel aanbrengt, dan neemt de vuurfrequentie juist af **(inhibatory surround)**.  Afbeelding hierboven laat zien welke schakeling hiervoor verantwoordelijk is. Primaire afferenten uit het centrum van het receptieve veld maken een excitatoire verbinding met secundaire afferenten die de informatie naar de thalamus vervoeren, maar die secundaire afferenten schakelen ook op inhiberende interneuronen die naastliggende cellichamen van secundaire afferenten inhiberen. - Het aanbrengen van een grote platte prikkel op de huid, komt netjes door naar het CZS maar vervolgens wordt de activiteit van secundaire afferenten onderdrukt door die inhiberende interneuronen - Alleen op de randen van een grote platte prikkel blijven de secundaire afferenten vuren, dit verklaart waarom de je randen van je stoel waarop je zit beter voelt dan het middengedeelte van het zitvlak Zulke centre-surround receptoren zijn er ook in het visuele systeem [Schakelstations: contrastverhoging en hiërarchische controle ] In de schakelstations wordt mede dankzij die centre-surround receptieve velden, het contrast bewaard wat je nodig hebt voor 2-punts discriminatie. Als 2 stimuli naar elkaar toegebracht worden op de huid wordt het centrale secundaire neuron van 2 kanten geinhibeerd en dat zorgt ervoor dat je de 2 pieken van activiteit bewaard in het CZS. In schakelstations kan ook de informatieoverdracht beïnvloed worden vanuit hogere centra: - Vanuit de cortex kan je informatie uit bepaalde secundaire afferenten onderdrukken of juist niet via inhiberende interneuronen zo zorg je ervoor dat je niet de hele tijd wordt gebombardeerd door oninteressante informatie en toch in staat bent om die informatie door te laten doorkomen als je er wel in geïnteresseerd bent. - Je hebt niet in de gaten dat je heel de tijd met je oog knippert totdat je je aandacht erop vestigt [Parallelle baansystemen ] **Vitale ( = protopatische) sensibiliteit**: vertelt dat er [iets] is, maar niet [wat] het is - Grove tast, jeuk, temperatuur en pijn - Verloop in ruggenmerg: lateraal (gekruist) in tractus spinothalamicus - Projecties in hersenstam: formatio reticularis (bij tonus regulerende kernen) - Lage voortgeleidingssnelheid **Epikritische (=gnostische) sensibiliteit** - Fijne tast, discriminatie, vibratie, bewuste propriocepsis (= voorwerpen op de tast herkennen) - Verloop in ruggenmerg: achterstrengbanen (ongekruist) - Projecties hersenstam: dorsale kernen - Hoge voortgeleidingssnelheid Stel je voor dat een patiënt zich bij de dokter meldt met brandwondjes aan de vingers van zowel rechter- als linkerhand. De dokter onderzoekt het hele lichaam van de patiënt en het blijkt dat alleen de vitale sensibiliteit van beide armen is uitgevallen. Dan weet de dokter precies waar het zenuwstelsel beschadigd is. Waar zal dit zijn? Beschadiging vindt zich in de commissura alba in het cervicale ruggenmerg waar de secundaire afferenten van het protopatische systeem kruisen. Informatie over hoge temperatuur en pijn van de vinger komt niet voorbij de kruising en dus trekt de patiënt zijn vingers niet terug als die aan het verbranden zijn. Iemand met een beschadiging van de achterstrengen heeft nog wel vitale sensibiliteit in zijn hele lichaam, maar hij kan geen voorwerpen meer op de tast herkennen. Halfzijdige dwarslaesie: waar zul je welke sensibiliteit nog hebben als het thoracale ruggenmerg aan de rechterzijde is doorgesneden? De sensibiliteit in de armen is onaangetast maar distaal van de laesie valt de epikritische sensibiliteit aan de rechterkant uit en de vitale sensibiliteit aan de linkerkant. [Interpretatie (in sensorische cortex)] *[Labeled line codes ]* Alle informatie die we verzamelen met receptoren wordt geordend en alle sensorische informatie waarvan we ons bewust worden (met uitzondering van een beetje reukinfo) komt via een eigen stuk van thalamus binnen in een eigen gedeelte van de cortex cerebri. De interpretatie van de informatie hangt af van de plaats in de cortex waar de informatie binnenkomt. - Een actiepotentiaal in de primaire visuele cortex wordt geïnterpreteerd als een lichtprikkel, dit geldt ook als de oorzaak van de prikkel niet een feitelijke lichtprikkel is maar bijvoorbeeld een klap op het oog waardoor soms ganglioncellen in de retina kunnen worden geactiveerd je ziet dat sterretjes - Als neuronen in de somato-sensorische cortex elektrisch gestimuleerd worden dan voelt iemand jeuk/druk in dat stukje lichaamsoppervlak wat normaal gesproken dat stukje van de cortex van informatie voorziet. *[Topografische afbeeldingen ]* Wanneer de informatie is binnengekomen in de cortex, is deze nog opgesplitst in modaliteiten en sub modaliteiten. Hoe wordt er betekenis gegeven aan de informatie, hoe worden voorwerpen herkend? In de primaire somato-sensorische cortex liggen 4 afbeeldingen naast elkaar in gebieden: area 1, area 2, are 3a en area 3b. - In 3b vind je kolommen van cellen die de receptoreigenschappen van de primaire afferenten in de huid representeren. Er zijn kolommen met cellen die reageren op snel veranderende prikkels, kolommen met cellen die reageren op statische prikkels etc. [Ontstaan ingewikkelde receptieve velden ] Corticale cellen in gebied 3b, reageren op puntvormige stimuli op de huid, maar in de andere gebieden zijn de receptieve velden complexer. In gebied 1 bijvoorbeeld, zijn neuronen die alleen reageren als tegelijkertijd de vingertoppen van meerdere vingertoppen worden aangeraakt. Dergelijke hogere orde receptieve velden ontstaan door projecties vanuit hogere orde receptieve velden. In gebied 1 ligt bijvoorbeeld een neuronen dat input ontvangt van neuronen uit gebied 3b, die elk simpele receptieve velden hebben in de afzonderlijke vingertoppen. Het neuron in gebied 1 bereikt alleen de drempelwaarde als alle inputs actief zijn wat normaal gesproken het geval is als een ruimtelijk voorwerp met de vingertoppen wordt vastgehouden. Als zo'n neuron in gebied 1 actief wordt, weet je, er bevindt zich een ruimtelijk voorwerp in de hand. Er zijn ook neuronen die alleen vuren als er stimuli in een bepaalde richting, en zelfs met een bepaalde snelheid, over de hand bewegen.