Neurofysiologie Inhoudstafel PDF

11 MOTORISCH SYSTEEM 11.1 SPINALE CONTROLE VAN BEWEGING Belangrijke basisbegrippen: - Onderscheid tussen gladde spieren, hartspier en dwarsgestreepte skeletspieren. - Spiervezels die samen spier vormen. - Beweging in gewrichten (flexie-extensie). - Synergetische en antagon...

11 MOTORISCH SYSTEEM 11.1 SPINALE CONTROLE VAN BEWEGING Belangrijke basisbegrippen: - Onderscheid tussen gladde spieren, hartspier en dwarsgestreepte skeletspieren. - Spiervezels die samen spier vormen. - Beweging in gewrichten (flexie-extensie). - Synergetische en antagonistische spieren. - Indeling in axiale, proximale en distale spieren. 11.1.1 HET LAGERE MOTORNEURON (LMN) 11.1.1.1 SOMATOTOPIE VD MOTORNEURONEN Motorneuronen vd spieren van romp en ledematen liggen in ventrale hoorn vh ruggenmerg. Hier is een somatotopie vd motorneuronen: - Extensoren ventraal « Flexoren dorsaal - Axiale spieren mediaal « Ledematen lateraal Groepering van motorneuronen voor armen en benen à intumescentia cervicalis en basalis (verdikking). Efferente vezels en proprioceptieve informatie vd spierspoelen verlopen via myotomen. 11.1.1.2 SOORTEN LAGERE MOTORNEURONEN Alfa-motorneuronen Gamma-motorneuronen Spieren bezenuwen: rode of witte spiervezels Spierspoelen bezenuwen Motorische eenheid Intrafusale spiervezels - Grote spier: 100e vezels bezenuwen om spierspoel - Oogspieren, fijne bewegingen: enkelen op rek te houden Oogspieren, hoofd… à kern in kernen van craniale zenuwen NT: acetylcholine - thv motorische eindplaat - EPSP à twitch (blijvende contractie à tetanisch) 83 11.1.1.3 KRACHT REGELING - Toename # AP’s van alfa-motorneuronen o Temporele summatie: verhoogde presynaps activiteit à hogere spanning in spier. - Rekruteren van meer en grotere synergetische motorische eenheden. o Size-principe: klein à groot (daarom minder controle bij maximale contractie). 11.1.1.4 INPUT EN OUTPUT ALFA-MOTORNEURONEN Input via: - Spierspoelen via dorsale hoorn (info over spierlengte) - Hogere motorneuronen (in motorische cortex en hersenstam) - Interneuronen in ruggenmerg = belangrijkste (deel van spinale motorische programma’s) Output: Type I = trage motorische eenheden Type II = snelle motorische eenheden Rode spiervezels Witte spiervezels +++ mitochondria - - mitochondria Langere contractietijd = slow-twitch Kortere en snellere contractietijd = fast-twitch Nuttig in onderste ledematen Spieren voor sprinten en gewichtheffen. Type IIa = fatigue-resistent (FR) Type IIb = fast-fatigable (FF) Atrofie en hypertrofie ifv absolute niveau Intermediaire grootte Grote cellichamen van activiteit. Oxidatief Snellere axonale geleiding Type 2X (FF) Ontlading hoge freq tot 60 AP/sec Glycolytisch Glycolytisch 84 11.1.2 DE PROPRIOCEPTIEVE REFLEXEN 11.1.2.1 MONOSYNAPTISCHE MYOTATISCHE REFLEX Ia-afferenten RM binnen via dorsale hoorn à maken monosynaptische connecties met a-motorneuronen van dezelfde spier. Zijn de dikste vezels met snelste geleiding. Monosynaptische myotatische reflex = stretch- of rekreflex: 1. Pees van quadriceps aanslaan à quadriceps rekt uit. 2. Uitrekken van spierspoel. 3. Openen van mechanosensitieve ionenkanalen à depolariseren Ia-vezels. 4. a-motorneuron geactiveerd 5. Spier trekt terug samen Spierspoelen meten lengte van spier: Liggen parallel met gewone spiervezels. Activiteit geregeld door gamma-motorneuronen. Gamma-motorneuronen bezenuwen samen met a- motorneuronen de intrafusale spiervezels. 11.1.2.2 PEESORGAANREFLEX Ib-afferenten RM binnen via ventrale hoorn à inhiberen a-motorneuronen, tussenkomst van interneuron. Bezenuwen de peeslichamen van Golgi, op overgang tussen spier en pees. Peesorgaanreflex: - Spierspanning ­ à peesorgaan laat spierspanning ¯ Spierspanning ¯ à peesorgaan laat contractie ­ - Belangrijke krachtsensoren voor fijne manipulaties. 11.1.2.3 RECIPROKE INHIBITIE Ia-afferenten maken naast synaps op a-motorneuronen van spier zelf, ook di-synaptische inhibotorische connecties met a-motorneuronen van antagonistische spier. Reciproke inhibitie ook gebruikt door de dalende banen vanuit hersenen om myotatische reflex te overwinnen: 1. Contractie biceps door rechtstreekse projecties van hersenen op a-motorneuronen vd biceps. 2. Triceps tegelijk geïnhibeerd via inhibitorische interneuronen. 11.1.2.4 PROPRIOCEPTIEVE RECEPTOREN EN INFO VANUIT DE HUID Proprioceptieve receptoren in kapsels rond gewrichten en ligamenten. à Geven info over richting en snelheid van beweging in dat gewricht. Huid rond gewricht à detectie hoek waarin gewricht zich bevindt. 85 11.1.3 DE EXTEROCEPTIEVE REFLEXEN 11.1.3.1 NOCICEPTIEVE FLEXIEREFLEX - Prikkels zijn uitwendig (« proprioceptieve reflexen: continu meting spierparameters, functie = ‘hold’). - Voorbijgaande detectie van prikkel. - Enkel contracties worden in werking gezet (functie = ‘move’). Nociceptieve flexiereflex = flexie-terugtrekreflex: 1. Pijnafferenten maken via excitatorische interneuronen, polysynaptische connecties met a- motorneuronen op verschillende niveaus in RM. 2. Ipsilaterale flexoren kunnen samentrekken (heup-, knie- en enkelgewricht). 3. Hierbij ook contralaterale extensoren geactiveerd met inhibitie van contralaterale flexoren. Flexie-terugtrekreflex is trager dan myotatische reflex door aanwezigheid van interneuronen en omdat pijnvezels tragere geleiding hebben. 11.1.3.2 GEKRUISTE EXTENSORREFLEX = De inhibitie van contralaterale flexoren bij de nociceptieve flexiereflex. 11.1.4 SPINALE MOTORISCHE PROGRAMMA’S Flexie-reflex met gekruiste extensorreflex = basis voor stapgedrag à Koppeling flexie in been aan extensie in ander been. 11.1.4.1 CENTRAAL PATROONGENERATOREN Zijn interneuronen die motorneuronen en hun spieren activeren in gepaste volgorde en die ritmische motorische activiteit vertonen. CPG neuronen bezitten pacemakeractiviteit: - Spontaan afwisselen actief en inactief. - Gegenereerd door binding van glutamaat aan NMDA receptoren op interneuronen in RM. o Glutamaat bindt o Na+ en Ca2+ instroom via NMDA-kanalen o Ca2+ activeert K+ kanalen à hyperpolarisatie vd cel o Mg2+ ionen kunnen hierdoor NMDA-kanalen blokkeren à GEEN Ca2+ instroom meer o K+ kanalen sluiten 86 Neuronale basis stapgedrag: 1. Input van hogere motorneuronen. 2. Excitatorische interneuron van flexoren eerst geactiveerd. 3. Geeft aanleiding tot transiënte inhibitie van excitatorische interneuron van extensoren (rood). 4. Na deze inhibitie, zal excitatorisch interneuron van extensoren, de flexoren inhiberen. In combinatie met gekruiste extensorreflex zal beweging van ene been alterneren met ander been. Voor onverwachte osbtakels, moeten corticale controlemechanismen in werking treden. 11.2 CONTROLE VD BEWEGING DOOR DE HERSENEN 3 fasen bij beweging uitvoeren: 1. Doel van beweging formuleren (op basis van vroegere ervaringen, huidige behoeften). 2. Hersenen zetten doel om in motorisch plan. 3. Executie van beweging. 11.2.1 DALENDE SUPRASPINALE BANEN 11.2.1.1 VENTROMEDIAAL SYSTEEM Projecties van hersenstam op interneuronen van RM. Is betrokken bij controle van houding en locomotorisch gedrag. - Tractus vestibulospinalis medialis à controle van positie vh hoofd en nekspieren. - Tractus vestibulospinalis lateralis à evenwicht en houding van lichaam via extensor-responsen. - Tectospinale baan vanuit colliculus superior à oriënteren vh hoofd en ogen naar posities id ruimte. - Tractus reticulospinalis o Pontiene reticulospinale projecties à antizwaartekrachtreflexen stimuleren à controle vd rechtopstaande houding. o Medullaire projecties à tegengesteld effect à werken in op flexoren. 87 11.2.1.2 LATERAAL SYSTEEM Betrokken bij willekeurige bewegingen van vooral distale spieren. Staat onder directe corticale controle. Corticospinale tractus (CST) = belangrijkste baan. à 1 miljoen axonen die afdalen van cortex in capsula interna en kruisen op overgang vd hersenstam en RM. - Meeste axonen vertrekken in area’s 4 (M1) en 6 (pre-motorische cortex). - Deel vertrekt uit somatosensoriële cortex. - Corticomotorneuronen (10%) projecteert rechtstreeks naar motorneuronen in RM en hebben oorsprong id voorste bank vd sulcus centralis. - 90% vd CST maakt synaps op interneuronen in RM. Letsels van CST in piramidale baan à deficits in willekeurige bewegingen, van vooral distale flexorspieren, met verstoring van gefractioneerde bewegingen (bv. grijpen van klein voorwerp met alle vingers). Corticorubrospinale baan is functioneel gelijkaardig, minder belangrijk bij mens. 11.2.2 DE CORTICALE MOTORISCHE GEBIEDEN 11.2.2.1 ORGANISATIE VD PRIMAIRE MOTORISCHE CORTEX (M1) Meeste vezels van CST komen van M1, niet allemaal. Sommigen ook van pre-motorische en pariëtale cortex. Elektrische stimulatie thv gyrus precentralis (area 4 = M1) à spiercontracties contralateraal. Hier is de drempel om contracties uit te lokken het laagst. Mogelijk om motorische cortex bij de mens te stimuleren door elektrische velden te induceren via transcraniële magnetische stimulatie (TMS). M1 is topografisch georganiseerd en heeft somatotopie: unilateraal, contralateraal en omgekeerd. - Been ligt mediaal (ACA = a cerebri anterior aangetast) (falx uitval) - Arm ligt paramediaan (ACM aangetast) - Grote handknobbel halverwegen tussen middellijn en sulcus lateralis - Gelaat lateraal boven sulcus lateralis (ACM aangetast) (lateraal uitval) M1 is plastisch à reorganisatie bij motorische defecits en bij intensief trainen van bewegingen. M1 is columnair georganiseerd à kolommen ^ op corticale vlak. - Efferenten vertrekken uit laag 5 (cellen van Bertz) à waar grote piramidale neuronen gelegen zijn. - Afferenten komen binnen in laag 2 en 3 à Bestaan uit cutane, proprioceptieve en kinesthetische signalen vanuit somatosensoriële cortex. à Afkomstsig uit delen vh lichaam die max geprikkeld worden als er weerstand is tegen beweging. Belangrijkste corticale input M1: premotorische, supplementaire motorcortex (SMA), S1. Input vanuit thalamus komt via nucleus ventralis lateralis die info doorgeeft vanuit cerebellum. Spier kan vanop verschillende plaatsen in M1 gestimuleerd worden. De meeste stimulaties activeren verschillende spieren tegelijk, CST-axonen divergeren naar verschillende motorneuronen, die meer dan 1 spier bezenuwen. 88 11.2.2.2 INITIATIE VD BEWEGING DOOR M1 M1-neuronen antwoorden vlak vóór en tijdens de beweging. - Kracht = # AP’s à ­ AP’s M1-neuronen vuren = ­ kracht - Richting = gecodeerd door populatie van neuronen in M1 (populatieactiviteit). Richtingsvector van individueel neuron bepalen: o Lengte van vector = # AP’s o Richting- en zin van vector = voorkeursrichting van neuron o Gemiddelde richtingsvector = populatievector à bepaalt en voorspelt accuraat richting van beweging (brain machine interface technology) o Vectoriële som geeft de richting van de beweging weer. Populatievector = blauwe pijl Beweging = stippellijn 11.2.2.3 PREMOTORISCHE EN POSTERIEURE PARIËTALE CORTEX 11.2.2.3.1 M1 Input: - Premotorische cortex - S1 (area 3, 1 en 2) - Basale ganglia à selectie beweging - Cerebellum à coördinatie beweging 11.2.2.3.2 PREMOTORISCH Input: Letsel premotorische cortex à complexere - Area 5 en 7 pariëtale cortex (hogere orde visuele input) deficits dan M1-letsel. Bv. voedsel grijpen door - Prefrontaal: area 46 à werkgeheugen doorzichtige plaat, precies geen visuospatiale - Basale ganglia en cerebellum informatie gebruiken. Output: M1 en RM Men onderscheidt premotorisch: - Laterale gebieden (PMA) & Mediale supplementaire motorische area (SMA) - Ventrale & Dorsale premotorische cortex. 89 Area 6 stimulatie à complexe, natuurlijke bewegingen zoals grijpbewegingen met bewegingen in verschillende gewrichten tegelijk. SMA stimulatie onder de motorische drempel à drang om te bewegen. Intern gegeneerde bewegingen zoals aangeleerde sequenties van bewegingen, worden gecontroleerd in SMA. SMA letsel à verlies van initiatie van beweging. De premotorische gebieden cruciaal voor plannen van de beweging. Premotorische neuronen vertonen set-gerelateerde activiteit = Delay-activiteit in het interval tussen de instructie-stimulus (geeft aan welke beweging zal moeten worden gemaakt) en het go-signaal (g eeft aan dat beweging op dat moment moet worden gemaakt). Premotorische cortex belangrijk voor omzetten van sensoriële info à motorisch plan. Sensoriële info vanuit posterieure pariëtale cortex en S1. Reikbewegingen Grijpbeweging Dorsale premotorische cortex (PMd) Ventrale premotorische cortex (PMv) Input van area MIP Input van area AIP Berekenen van: Berekenen van: - plaats van object - vorm en grootte om te vertalen in - afstand tot object motorische commando’s voor: - startpositie vd arm - 1) vingers voldoende spreiden 2) vingers sluiten rond voorwerp Bepaald door extrinsieke parameters: Bepaald door intrinsieke eigenschappen van object. - plaats en afstand vh object Tijdens reikbeweging: Tijdens grijpbeweging: - Neuronen in MIP in mediale bank van - Neuronen in area AIP en PMv actief intrapariëtale suclus in PMd antwoorden = selectief voor type grijpbewegingen = belangrijk voor richting en beweging arm. à Power grip tegenover precision grip. Spiegel-neuronen in ventrale premotorische cortex - Reactie wanneer proefdier grijpbeweging maakt + iemand observeert die zelfde actie uitvoert. - Belangrijk voor acties herkennen en interpreteren à betekenis geven aan acties. - Belangrijk bij imitatie van gedrag. - Aangetroffen pariëtale cortex, deel van corticaal netwerk = mirror-neuronsysteem. 11.2.2.3.3 INPUT UIT PREFRONTALE CORTEX = Hoogste controle eenheid. 1. Selecteert doelen die subject wilt berieken. 2. Premotorische cortex zet dit ifv context om in een motorisch plan. 3. M1 zorgt uiteindelijk voor uitvoering van plan. Belangrijkste subcorticale input naar area 6 komt vanuit VL-kern in thalamus. Yellow: transitive distal movement Purple: reaching movements Orange: tool use Green: intransitive movements Blue: portion of the superior temporal sulcus (STS) responding to observation of upper-limb movements 90 11.2.3 DE BASALE GANGLIA 11.2.3.1 ANATOMISCHE ORGANISATIE De basale ganglia bestaan uit diep gelegen grijze kernen: Striatum = nc caudatus + putamen Globus Pallidus (GP) - Ventromediaal deel nc caudatus + putamen - GPi = mediale globus pallidus = ventraal striatum à nc accumbens - GPe = laterale globus pallidus - Neuronen projecteren naar GPi & SNr + GPe Nucleus Subthalamicus (STN) = lensvormige kern Substantia Nigra (SN) - Op grens tussen mesen- en diencephalon - SNr = pars reticulata à ventraal gelegen, - Input vanuit GPe minder celrijk, lijkt op GPi - SNc = pars compacta à cellen die dopamine synthetiseren en projecteren naar striatum Basale ganglia input verloopt vooral via striatum en STN. Belangrijkste outputstructuren zijn GPi/SNr. Basale ganglia vormen + thalamus + cortex = een groep circuits. Elk circuit ontstaat in bepaald gebied vd cortex à projecties naar onderdelen vd basale ganglia en thalamus. De thalamus projecteert terug naar de cortex. We onderscheiden: Motorisch circuit Oculomotorische circuit 1. (Pre-)motorische gebieden projecten via Belangrijk bij saccadische oogbewegingen. putament naar GPi/SNr. 1. Input van frontal eye fields. 2. Via VL-kern van thalamus eindigen in (pre-) 2. Projecteren naar nc caudatus. motorische cortex, voornamelijk SMA. 3. Dan naar GPi/SNr. 4. Dan naar thalamus en erug eindigen in frontal Basale ganglia à selecteren correcte eye fields. bewegingspatroon + onderdrukken ongewenste bewegingen. Prefrontale of executieve circuit Limbische circuit Speelt rol bij cognitie en planning. Belang bij motivatie en emoties. 1. Input van verschillende associatiegebieden: 1. Input van limbische associatiecortex, waaronder vooral dorsolaterale prefrontale cortex (DLPFC). anterior cinguale cortex (ACC). 2. Naar nc caudatus. 2. Naar ventraal striatum. 3. Via GPi naar thalamus. 3. Naar ventraal pallidum. 4. Terug eindigen in prefrontale cortex. 4. Naar thalamus. 5. Eindigt terug in ACC en mediale orbitofrontale cortex (MOFC). 91  11.2.3.2 BASALE GANGLIA PATHWAYS Verschillende pathways binnen de circuits: Directe pathway Indirecte pathway Hyperdirecte pathway Van het skeletomotorische circuit. Striatum à Gpe à STN à GPi Rechtstreeks van cortex à STN Striatum à GPi à thalamus à cortex. D1-receptoren (excitatorisch) D2-receptoren (inhibitorisch) Desinhibitie vd thalamus à bevordert Inhibitie vd thalamus à verhindert initiatie van bewegingen optreden van bewegingen - Verbindingen tussen verschillende onderdelen van dit circuit = inhibitorisch met GABA. - Projectie van STN à GPi = excitatorisch met glutamaat. - Dopamine afkomstig van SNc à faciliteert beweging op 2 manieren van verminderde inhibitie: o Stimuleert directe pathway via D1-receptoren in striatum à thalamus gedisinhibeerd. o Inhibeert indirecte pathway via D2-receptoren à inhibitie thalamus door indirect, valt weg. Veel GPi-neuronen hebben in rust hoge spontane activiteit à voortdurende rem op de VL-kern vd thalamus. Tijdens uitvoeren bewegingen, zoals flexie van de pols à activiteit ­ in de meeste GPi-neuronen, maar in een deel GPi-neuronen à activiteit ¯. Fasische ¯ activiteit à rol spelen in disinhibitie van de thalamus à gewilde beweging wordt gefaciliteerd. Neuronen die fasische verhoging van activiteit vertonen à tegengestelde effect = ­ inhibitie van thalamocorticale neuronen à inhibitie van ongewilde bewegingen. 92 Op verschillende niveaus in het skeletomotorische circuit (cortex, striatum, pallidum) wordt activiteit van veel neuronen (30-50%) gemoduleerd door de richting van beweging. Deze neuronen zijn richtingsselectief. - In putamen en GPi vertonen de neuronen o Ofwel richtingsselectieve antwoorden. o Ofwel set- gerelateerde activiteit: activiteit verhoogt na een instructiestimulus en persisteert tot aan executie vd beweging, zoals in de premotorische gebieden. - In GPi o Neuronen die input krijgen van SMA à set-gerelateerde activiteit vertonen. o Neuronen die input krijgen van M1 à richtingsselctieve activiteit vertonen. à Dit pleit voor verschillende subcircuits binnen het skeletomotorische circuit. De combinatie van een directe en een indirecte pathway: - Scaling vd snelheid en amplitudo van de beweging toelaten. 1. Signalen die geassocieerd zijn aan een gewilde beweging. 2. Via beide pathways convergeren op dezelfde neuronen in GPi. 3. Beweging zowel gefaciliteerd als afgeremd. - Focussen van neurale activiteit wanneer de 2 pathways verschillende neuronen in GPi bereiken. o Directe pathway kan bijdragen aan selectie vd gewilde beweging. o Terwijl de indirecte pathway tegelijk niet-gewilde bewegingen onderdrukt. 11.2.3.3 DISFUNCTIE VD BASALE GANGLIA Chorea van Huntington, dystonie en hemiballisme: ¯ output via GPi à excessieve abnormale bewegingen. Bewegingsarmoede door ­ output via GPi. Ziekte van Parkinson 1. Degeneratie van dopaminerge neuronen in substantia nigra. 2. ­ inhibite vanuit basale ganglia op motorische activiteit die gegenereerd wordt id cortex. 3. Hypokinesie en bradykinesie. Akinesie door moeilijkheden om bewegingen te initiëren en selecteren van bewegingen. Behandeling uit medicatie: L-dopa en dopamine-agonisten of diepe hersenstimulatie (DBS) thv STN of GPi. MPTP wordt door de hersenen gemetaboliseerd tot MPP+ MPP+ = neurotoxine à selectief dopaminerge neuronen in SNc treffen à parkinsonisme, hetgeen initieel beschreven werd bij druggebruikers na inname van onzuivere heroïne, de zogenaamde frozen addicts. 11.2.3.4 COGNITIE EN STEMMING (NIET-MOTORISCH) - Prefrontaal circuit à executieve functies, problem-solving. - Lateraal orbitofrontaal circuit à empathisch en social-aangepast gedrag. - Anterior cingulate circuit à gemotiveerd gedrag (beloning). - Andere à interval timing. 93  11.2.4 HET CEREBELLUM 11.2.4.1 ANATOMISCHE ORGANISATIE Het cerebellum bestaat uit de mediaan gelegen vermis + laterale hemisferen. Diep in de witte stof liggen de cerebellaire kernen. De oppervlakte vd cerebellaire cortex is enorm vergroot door de folia. Het organisatiepatroon wordt ook beschreven als de neuronale kristal door het zeer stereotype drielagige patroon. Buitenste moleculaire laag Purkinjecellaag Binnenste granulaire laag - Parallelle vezels - Celkern vd purkinjecel - Korrelcellen - Dendriet vd purkinjecel à waaier van dendrieten in à parallelle vezels of T-vezels - Interneuronen moleculaire laag. naar moleculaire laag. - Basket-/korfcellen - Projecties via GABA-erge axonen - Golgicellen - Stellate-/stercellen naar diepe cerebellaire kernen = output vh cerebellum. Vestibulocerebellum bestaat uit lobus flocculonodularis, die input krijgt vanuit vestibulair systeem. 1. Tractus vestibulocerebellaris a. Rechtstreekse neuronen via n. vestibularis b. Onrechtstreekse projecties via vestibulaire kernen 2. Vesitbulaire kernen a. nc vestibularis lat à modulatie tr vestibulospinalis à lumbale RM à axiale spieren en extensoren vd ledematen à evenwicht. b. nc vestibularis med à oogebewegingen en bewegingen vh hoofd. 3. Tractus vestibulospinalis lateralis & medialis. 4. Ook verbindingen met oculomotore kernen via a. vesitbulaire kernen b. fasciulus longitudinalis medialis Het vestibulocerebellum is belangrijk bij bewaren vh evenwicht en stabiliteit vd blikrichting bij hoofdbeweging. 94 Spinocerebellum belangrijk bij de houding, bewegingen vd romp en bewegingen vd ipsilaterale ledematen. Input: 1. Ruggenmerg à spinocerebellaire banen via mosvezels; 2 soorten info aanbrengen: a. Via tr spinocerebellaris posterior à onbewuste proprioceptieve info. b. Interne feedbacksignalen via tr spinocerebellair anterior à correctie van inaccurate bewegingen. 2. Somatosensoriële en proprioceptieve input ontvangen in spinocerebellum. Output: Vermis Pars intermedia vd cerebellaire hemisferen Projecteert op nc fastigii Diepe cerebellaire kernen: 1. Verbinding mediale descenderende banen via - nc fastigii formation reticularis (venteromediaal systeem) - nc interpositus à Controle axiale spieren + houding. 2. Ook verbinding met M1. Projecteert op nc interpositus à Controle proximale spieren. 1. Verbinding met laterale desc. banen. à Ontvangt sensoriële input van ledematen. 2. Uit nc interpositus projecties naar contralaterale magnocellulaire nc ruber + VL-kern thalamus. à Connecties met M1 en premotorische cortex. Cerebrocerebellum = grootste deel van cerebellum. Bestaat uit: - Laterale cerebellaire hemisferen - Nc dentatus Verloop van vezels: - Corticopontiene vezels geven info à pontiene kernen: somatosensoriële, motorische en visuele informatie + info uit associatiezones en cingulum. - Pontocerebellaire projecties, mosvezels à contralaterale cerebellum. - Nc olivaris inferior, klimvezels à cerebellaire cortex. o Laterale cerebellaire cortex o Nc dentatus o Gekruiste verbinding naar parvocellulaire nc ruber + VL-kern thalamus. i. VL-kern à connecties met motorische gebieden. ii. Nc ruber à via tr tegmentalis centralis à terug naar ipsilaterale nc olivaris inferior. Verantwoordelijk voor niet-stereotype bewegingen via lateraal motorisch systeem + motorplanning. Het cerebrocerebellum speelt een belangrijke rol bij het motorisch leren, zoals piano spelen, met de fiets leren rijden en schrijven. Steeds meer experimentele gegevens wijzen op een rol van het laterale cerebellum in cognitieve processen, zoals timing, de tijdperceptie en woordassociaties leren. 95 11.2.4.2 HET CEREBELLAIRE MICROCIRCUIT Cerebellum krijgt input via mosvezels en klimvezels. Mosvezels Klimvezels Afkomstig van: Afkomstig van: - RM - Nc olivaris inferior - Hersenstam iva het vestibulair systeem, formatio reticulair of pontiene kernen. Voorzien somatosensoriële, proprioceptieve, visuele - Info van cerebellaire cortex bereikt en andere informatie. cerebellum via pontiene kernen. Synapsen: Synapsen: Excitatorische synapsen op dendrieten van Als klimpop rondom cellichaam en proximale korrelcellen in granulaire laag dendrieten vd purkinjecel à vormen 100e à vormt mosachtig roset. excitatorische synapsen. Cerebellaire glomeruli = synapsen van mosvezels, Elke purkinjecel krijgt input van 1 klimvezel. korrelcellen en golgicellen in granulaire laag Axonen van korrelcellen vormen T-vezels / parallelle vezels à lopen in moleculaire laag richting folia à kunnen grote aantallen dendrieten stimuleren. Simple spike: Complex spike: Parallelle vezels produceren korte postsynaptische Elke AP in klimvezels genereert lange spanningsafh potentiaal à spatiale en temporele summatie calciumconductantie in het soma en dendrieten vd noodzakelijk om purkinjecel te laten antwoorden. purkinjecel à lange depolarisatie. Spontane activiteit Zeer lage spontane activiteit à cte stroom van simple spikes in purkinjecellen. à Laagfreq (1-3 spikes/sec), grote amplitude. à Hoogfreq: wordt beïnvloed door sensoriële stimulatie en motorische activiteit (sterke Long-term depression (LTD) in gestimuleerde veranderingen tot 100 spikes/sec). synapsen induceren van parallelle vezels à internalisatie van AMPA-receptoren in postsynaptische membraan à motorisch leren. Effect: Effect: Freq van simple spikes kan duur en sterkte van Niet voldoende info leveren over sensoriële sensoriële stimulatie of centraal gegenereerd gedrag stimulatie of bewegingen. coderen. Fungeren als errordetector. Geven info van positie van arm bv. (Marr&Albus theorie) Errorsignaal tijdens beweging à tegelijk actieve parallelle vezels à onderdrukt à foutieve bewegingen onderdrukt & juiste beweging zonder errorsignaal blijft actief. 96 11.2.4.3 DISFUNCTIE VH CEREBELLUM 11.2.4.3.1 FEED-FORWARD RESPONS Inactivatiestudies van diepe cerebellaire kernen à cerebellum komt tussen op feed-forward manier id coördinatie vd beweging à Nauwkeurige timing tussen agonist en antagonist bij snelle bewegingen. Normaal: 1. Beweging geïnitieerd door contractie vd agonist. 2. Gestopt door precies getimede contractie vd antagonist: begint al vroeg, voordat sensoriële feedback de hersenen bereikt. Experiment: aap getraind om stick vast te houden en krachten te weerstaan. à Kracht die elleboog in extensie brengt à Veroorzaakt snel rekreflex in biceps met korte latentie à Arm wordt snel en precies teruggebracht naar oorpronkelijke positie. Precisie hangt af van gelijktijdige contractie van triceps à overshoot van elleboog voorkomen. Triceps activeert vlak na activatie vd biceps, wanneer elleboog nog steeds in extensie wordt gebracht. = Anticiperende of feed-forward respons. Het cerebellum heeft een predicitieve functie en anticipeert op beweging van elleboog voordat deze zelfs begint. Abnormaal: 1. Nc interpositus en nc dentatus inactiveren door afkoeling. 2. Triceps trekt pas samen wanneer deze uitgerokken wordt door bicepscontractie, tijdens overshoot. Er is geen anticiperende contractie. 3. Contractie triceps, samen met elasticiteit in arm à arm te veel in extensie à nieuwe flexierepons… 4. Oscillatie en perturbatie van de elleboog. 11.2.4.3.2 LATERALE CEREBELLUM IS DEEL VAN KRINGLOOP MET MOTORISCHE CORTEX 1. Neuronen id motorische cortex, somatosensoriële cortex en posterieure pariëtale cortex projecteren massaal naar de pontiene kernen. 2. Dan naar het cerebellum. 3. Via VL-kern vd thalamus projecteert cerebellum terug naar de motorische cortex. Deze kringloop is belangrijk voor de correcte uitvoering van willekeurige bewegingen. 97 Veel bewegingen bestaan uit een vloeiende sequentie van acties, zoals het grijpen van een voorwerp. Bij handbewegingen zijn neuronen in nc dentatus actief VOOR neuronen in M1. Inactivatie van nc dentatus à vertraagt initiatie van beweging. à Laterale cerebellum speelt rol bij plannen en programmeren van handbewegingen, de motorplanning. Letsels van het laterale cerebellum à deficits in het initiëren van bewegingen en in timing vd verschillende bewegingscomponenten. Letsels vd nc dentatus à decompositie vd beweging: timing van de verschillende componenten verstoord, zodat elk onderdeel bewust moet worden gestuurd. 11.2.4.3.3 MOTORISCH LEREN IN CEREBELLUM Het cerebellum speelt een belangrijke rol in motorisch leren. Cerebellaire symptomen lokaliseren zich ipsilateraal: Grote cerebellaire letsels à niet adapteren aan dragen van prismaglazen die licht afbuigen; stoornis van precieze timing van knipperreflex na toon/luchtstroom op oog bij ooglidconditionering. Letsels vh spinocerebellum en cerebellaire hemisferen à hypotonie door verminderde activiteit in rubro- en corticospinale banen. Komt door disfacilitatie id motorische cortex omdat invloed van nc interpositus wegvalt, met gevolg ¯ excitabiliteit van motorneuronen en ¯ spiertonus. Letsels nc interpositus à dysmetrie: foute timing, richting en amplitudo van beweging + ook ataxie: slechte coördinatie van beweging. Falen van hogerbeschreven feed-forwardmechanismen à intentionele tremor. Letsels van nc interpositus: à Afstand, snelheid en/of kracht niet correct beoordeeld. à Complexe bewegingen opgedeeld in afzonderlijke componenten, niet soepel. à Onwillekeurige schommelbewegingen. à Problemen met coördinatie, balans, controle beweging (zat). à Stoornis bij snelle opeenvolgende bewegingen. 98