The Nervous System and the Senses

Hoofdstuk 382010/2011

NEURONEN, BOUW & FUNCTIE

Deel 1

2

Waarom een zenuwstelsel?

• Welke eigenschappen moet een zenuwstelsel hebben?

– snel – accuraat

3

Zenuwcellen (Neuronen)

• Structuur & functie– veel binnenkomende

signalen– één uitgaand signaal

4

dendrieten

cellichaam

axon

synaptisch eindknopje

richting signaal

richtingsignaal

dendriet cellichaam axon synaps

myeline-schede

Type neuronen

dendrieten

sensorische neuronen cellichaam

axon

cellichaam

schakelcellen

cellichaam

motorische neuronen

dendrieten

5

• Meest gespecialiseerde dierlijkecel

• Langste cel– neuron blauwe vinvis

• 10-30 meter

– axon giraf• 5 meter

– neuron mens• 1-2 meter

Weetjes…

6

Transmissie van een signaal

• Denk aan domino! – start het signaal

• het eerste domino steentje een duw geven start van de impuls

– voortzetting van het signaal• volgen domino steentjes het signaal?

nee, het beweegt als een golf door de stenen – herstarten van het systeem

• voor een nieuw signaal gegeven kan worden moeten alle stenen weer rechtgezet wortden moet ook in het axon gebeuren

7

Geleiding van een impuls

• Neuron heeft een vergelijkbaar systeem– eiwitkanalen staan klaar – als het eerste kanaal geopend is volgen

de andere kanalen één voor één• alles-of-niets wet

– de impuls beweegt over het neuron– de eiwitkanalen moeten in hun oude

positie hersteld worden

8

Cellen: omringd door ionen

• Cellen leven in een zee van ionen– anionen (negatief)

• hogere concentratie in de cel• Cl-, geladen aminozuren (aa-)

– kationen (positief)• hogere concentratie in de extracellulaire vloeistof• Na+

9

Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+Na+ Na+ K+ Na+ Na+

Cl-K+ Cl- Cl- Cl-

K+

aa-K+ Cl- Cl-

aa- aa-aa-

aa- aa-K+

K+

kanaal lekt K+

+–

Cellen hebben een lading!

• Tegengestelde ladingen op de binnen- en buitenzijde van het celmembraan

• membraan is gepolariseerd• negatief binnen; positief buiten• opgeslagen energie (zoals een batterij)

10

+ + + + + + + ++ + + + + + +

+ + + + + + + ++ + + + + + +

– – – – – – – ––– – – – –

– – – – – – – ––– – – – –

Voltage meten

11

niet gestimuleerd neuron = rustpotentiaal van -70mV

Impulsgeleiding

• Prikkel: stimulatie van de zenuw– bereikt drempelpotentiaal

• opening Na+ kanalen in het celmembraan• Na+ ionen diffunderen in de cel

– omkering van de membraanpotentiaal• positief binnen; negatief buiten • cel is gedepolariseerd

12

– + + + + + + ++ + + + + + +

– + + + + + + ++ + + + + + +

+ – – – – – – –– – – – – – –

+ – – – – – – –– – – – – – –Na+

Gate

+ –

+

+

channel closed

channel open

Impulsgeleiding

• Voortzetting: impuls beweegt over het neuron– omkering membraanpotentiaal opent

het eerstvolgende Na+ kanaal • spanningsafhankelijk ionkanaal

– Na+ ionen diffunderen in de cel– impuls beweegt zich over het neuron =

actiepotentiaal

13

– – + + + + + +– + + + + + +

– – + + + + + +– + + + + + +

+ + – – – – – –+ – – – – – –

+ + – – – – – –+ – – – – – –Na+

impuls

Impulsgeleiding

• Herstel membraanpotentiaal: 2e ‘golf’ over het neuron– K+ kanalen openen

• K+ kanalen openen trager dan Na+ kanalen– K+ ionen diffuncderen uit de cel– herstel membraanpotentiaal = repolarisatie

• negatief binnen; positief buiten

14

+ – – + + + + +– – + + + + +

+ – – + + + + +– – + + + + +

– + + – – – – –+ + – – – – –

– + + – – – – –+ + – – – – –Na+

K+

impuls

Ionkanalen

• Ionkanalen openen & sluiten in reactie op veranderingen in de membraanpotentiaal– Na+ kanalen openen snel in reactie op depolarisatie

& sluiten langzaam

– K+ kanalen openen langzaam reactie op depolarisatie & sluiten langzaam

15

+ + + + + – + ++ + + + – – +

+ + + + + – + ++ + + + – – +

– – – – – + – –– – – – + + –

– – – – – + – –– – – – + + –Na+

K+

impuls

Volledig herstel neuron

• Na+ en K+ concentraties moeten hersteld worden– Na+ moet de cel uit– K+ moet de cel in– beide bewegen tegen hun concentratiegradient in

• we hebben een pomp nodig!

16

+ + + + + – – ++ + + + + – –

+ + + + + – – ++ + + + + – –

– – – – – + + –– – – – – + +

– – – – – + + –– – – – – + +Na+

Na+Na+

Na+ Na+Na+

K+K+K+K+ Na+ Na+

Na+Na+

Na+Na+

Na+Na+

Na+

Na+

Na+

K+K+K+K+

K+K+

K+ K+

impuls

K+

Na+

Na/K pomp

• Natrium/kaliumpomp– membraaneiwit voor actief transport

• heeft ATP nodig

– 3 Na+ uit de cel pompen– 2 K+ in de cel pompen

17

Actiepotentiaal

1. Rustpotentiaal2. Prikkel bereikt drempelpotentiaal3. Depolarisatie

Na+ kanalen open; K+ kanalen gesloten

4. Na+ kanalen gesloten; K+ kanalen open

5. Repolarisatiemembraanpotentiaal herstelt

6. HyperpolarisatieK+ kanalen sluiten langzaam

18

–70 mV

–60 mV

–80 mV

–50 mV

–40 mV

–30 mV

–20 mV

–10 mV

0 mV

10 mV DepolarizationNa+ flows in

20 mV

30 mV

40 mV

RepolarizationK+ flows out

ThresholdHyperpolarization(undershoot)

Resting potential Resting1

2

3

4

5

6

Mem

bra

ne

po

ten

tial

Refractaire periode

19

–70 mV

–60 mV

–80 mV

–50 mV

–40 mV

–30 mV

–20 mV

–10 mV

0 mV

10 mV DepolarizationNa+ flows in

20 mV

30 mV

40 mV

RepolarizationK+ flows out

ThresholdHyperpolarization(undershoot)

Resting potential Resting1

2

3

4

5

6

Mem

bra

ne

po

ten

tial

Absolute refractaire periode• Na+ kanalen kunnen

niet geopend worden

Relatieve refractaire periode• Sterke stimulus nodig

voor nieuw actiepotentiaal

20

Myelineschede

• Axon omhuld met Schwann cellen– isoleert het axon– versnelt het signaal– signaal sprint van insnoering

naar insnoering– saltatoire impulsgeleiding

• 150 m/s vs. 5 m/s

21

richting impuls

myelineschede

Het einde van het neuron…

• Impuls moet overspringen naar een volgende cel– synaps

• contactplaats tussen neuronen

22

Zenuwuiteinde in rust

Pre-synaptisch membraan

Post-synaptisch membraan

Synaps

axon dendriet

= blaasje met neurotransmitters = natrium-

ion= natriumporie (dicht)

= calcium-ion (Ca2+ )

= natriumporie (open)

+ + +- - -

23

Impuls → Calcium-ionen opgenomen in cel

Pre-synaptische membraan

Post-synaptische membraan

Synaps

impuls

axon dendriet

= blaasje met neurotransmitters = natrium-

ion= natriumporie (dicht)

= calcium-ion (Ca2+ )

= natriumporie (open)

+ + +- - -

24

Neurotransmitters afgegeven aan synaps

Pre-synaptische membraan

Post-synaptische membraan

Synaps

axon dendriet

= blaasje met neurotransmitters = natrium-

ion= natriumporie (dicht)

= calcium-ion (Ca2+ )

= natriumporie (open)

+ + +- - -

25

Neurotransmitters binden aan Na+-porie in post-synaptische

membraan

Pre-synaptische membraan

Post-synaptische membraan

Synaps

axon dendriet

= blaasje met neurotransmitters = natrium-

ion= natriumporie (dicht)

= calcium-ion (Ca2+ )

= natriumporie (open)

+ + +- - -

26

Instroom Na+-ionen leidt tot een nieuwe impuls

Pre-synaptische membraan

Post-synaptische membraan

Synaps

axon dendriet

= blaasje met neurotransmitters = natrium-

ion= natriumporie (dicht)

= calcium-ion (Ca2+ )

= natriumporie (open)

impuls

- - -+ + +

27

Neurotransmitters afgebroken

Pre-synaptische membraan

Post-synaptische membraan

Synaps

axon dendriet

= blaasje met neurotransmitters = natrium-

ion= natriumporie (dicht)

= calcium-ion (Ca2+ )

= natriumporie (open)

+ + +- - -

= afgebroken n.tr.

28

29

Neurotransmitters

• EPSP’s (Exciterende Postsynaptische Potentiaal)– openen Na+ kanalen– veroorzaken depolarisatie en eventueel een

actiepotentiaal– de neurotransmitter is doorgaans acetylcholine

• IPSP’s (Inhiberende Postsynaptische Potentiaal)– openen K+ kanalen– veroorzaken hyperpolarisatie

30

Summatie

31

Neurotransmitters

• Acetylcholine – signaal naar skeletspieren

• Adrenaline) & noradrenaline– vecht-of-vlucht reactie

• Dopamine– beïnvloedt slaap, stemming, aandacht en leren

• Serotonine– beïnvloedt slaap, stemming, aandacht en leren

32

Neurotransmitters

• Zwak punt in het zenuwstelsel– elke stof die neurotransmitters beïnvloedt of

imiteert kan het zenuwstelsel verstoren• gassen: NO, CO• drugs:

– stimulerend» amfetamines, caffeine, nicotine

– dempend» quaaludes, barbituraten

• hallucinogenen: LSD, peyote• antidepressiva (SSRI): Prozac, Zoloft• giffen

33

slangengif blokkeert de actievesite van acetylcholinesterase

Acetylcholinesterase

• Enzym wat acetylcholine afbreekt– acetylcholinesterase inhibitor = neurotoxine

• slangengif, sarin, insecticiden

34acetylcholinesterase

actieve site

neurotoxine

ZENUWSTELSEL, BOUW EN FUNCTIE

Deel 2

35

Zenuwstelsel

Centraalzenuwstelsel

Hersenen Ruggenmerg

Periferezenuwstelsel

Somatische(bewuste)

zenuwstelsel

Motorischetak

Sensorischetak

Autonome(onbewuste)zenuwstelsel

Sympatischzenuwstelsel

Parasympatischzenuwstelsel

Sympatischactiviteit & energie

productie“vechten of vluchten”

Parasympatischkalmeren & rust

“rusten & verteren”

Sympatischactiviteit & energie

productie“vechten of vluchten”

Parasympatischkalmeren & rust

“rusten & verteren”36

37

Centraal Zenuwstelsel

1. Hersenstam2. Kleine hersenen3. Grote hersenen4. Ruggenmerg

38

1. Hersenstam

• De “lagere hersenen”–medulla oblongata– pons–middenhersenen

• Functies– homeostase– coördinatie van bewegingen– doorgifte signalen naar “hogere”

hersendelen39

Medulla oblongata & Pons

• Coördineert homeostatische functies– activiteit hart en bloedvaten – ademhaling– slikken– braken– vertering

• doorgifte signalennaar “hogere” hersendelen

40

Middenhersenen

• Verwerkt sensorische informatie– regulatie van zintuiglijke en motorische

functies– visuele en auditieve reflexen– pupilverwijding– het gehoor

41

2. Kleine hersenen

• Coördinatie van bewegingen– evenwicht

42

3. Grote hersenen

• Grootste deel van de menselijke hersenen• Opgedeeld in:– hemisferen– links = rechterzijde van

het lichaam– rechts = linkerzijde van

het lichaam• Hersenbalk (corpus callosum)

– verbinding tussen beidehersenhelften

43

Lateraliteit

• Linker hersenhelft– taal, verbale geheugentaken, interpreteren van

informatie, logica, etc.• Rechter hersenhelft – gezichtsherkenning, aandacht,

ruimtelijke geheugentaken, terugzoeken informatie, etc.

44

Specialisatie grote hersenen

• Verschillende regio’s in de grote hersenen hebben elk hun eigen functie

• Kwabben– frontaalkwab– temporaalkwab– occipitaalkwab– pariëtaalkwab

45

46

Limbisch systeem

• Emotie, motivatie, genot, emotioneel geheugen– hippocampus: vorming langetermijngeheugen– hypothalamus: reguleert autonome zenuwstelsel

d.m.v. hormonen– amygdala: betrokken bij agressie en angst– thalamus: coördinatie informatiestroom hersenen

47

4. Ruggenmerg

48

Type neuronen

dendrieten

sensorische neuronen cellichaam

axon

cellichaam

schakelcellen

cellichaam

motorische neuronen

dendrieten

49

Reflex

50Effector(spier)

Ruggemerg

SchakelcelGrijze stof

Witte stof

Motorischeneuron

Sensorischeneuron

Receptorin huid

Stimulus

ZINTUIGEN: HET OOGDeel 3

51

Bouw van het oog

52

Accomodatiespier

Lensbandje

HoornvliesIris

Pupil

Voorste oogkamer

Lens

Glasachtig lichaam Blinde

vlek

Harde oogvlies

Vaatvlies Netvlies

Gele vlek

Oogzenuw

Bloedvaten

53

Netvlies

Oogzenuw

Licht

Licht

Naar hersenen

Sensorische zenuwcel

Axonen oogzenuw

Verbindingscellen

Pigmentepitheelcellen

Neuronen

Netvlies

FotoreceptorenKegeltjeStaafj

e

Vaatvlies

Horizontale cel

Bipolaire cel

Amacriene cel

54

Donker

Licht

Rhodopsine inactief

Na+ kanalen open

Depolarisatie

Afgifte glutamaat

Depolarisatie/Hyperpolarisatie

Rhodopsine actief

Na+ kanalen dicht

Hyperpolarisatie

Geen afgifte glutamaat

Depolarisatie/Hyperolarisatie

55

Rechter visuele veld

Linker visuele veld

Rechteroog

Linkeroog

Oogzenuw

Chiasma opticum

Primaire visuele cortex

Lenswerking

56

Accomodatiespier spant

Lensbandjes ontspannen

Lens wordt dikker en ronder

Accomodatiespier ontspant

Lensbandjes spannen

Lens wordt platter

Bijziend vs. verziend

57

Netvlies

Netvlies

Brandpunt voor het netvlies Brandpunt

achter het netvlies

Bijziend

Verziend

Einde