Neurofysiologie

• https://seti.net/Neuron%20Lab/NeuronReferences/Neuroscience%20-%20Bear.pdf
• samenvatting banen ruggenmerg
  • somesthesie
    • lemniscaal systeem
      • fijne tast en vibratie
      • bewuste proprioceptie
    • anterolateraal systeem
      • pijn, temperatuur, druk
  • motorisch
    • ventromedial pathways
      • tr. tectospinalis (van colliculi superiores t.h.v. tectum)
        • gekruist
        • "orienting response": hoofd draaien naar visuele stimulus
      • tr. vestibulospinalis (van vestibulaire kernen in hersenstam)
        • medialis (hoofdpositie)
        • lateralis (evenwicht extensoren)
        • via FLM
        • ipsilateraal activatie extensoren
      • tr. reticulospinalis
        • medullary: flexoren
        • pontine: anti-zwaartekracht reflexen (extensoren)
        • niet: ascenderende banen (arousal)
    • lateral pathways
      • tr. corticospinalis (CTS)
        • M1 -> capsula interna -> kruisen onderaan hersenstam
        • naar alpha motor neuronen (10%)
        • naar interneuronen (90%)
        • letsel: problemen met fijne motoriek (o.a. pincetbeweging met vingers)
      • tr. rubrospinalis (uit nc. ruber; baan is niet belangrijk bij mens)
    • dorsale spinocerebellaire verbindingen
      • onbewuste proprioceptie
    • ventrale spinocerebellaire verbindingen
      • feedback inaccurate bewegingen

✅ Introductie

1 PJ ✅ Organisatie centrale zenuwstelsel

• niet besproken in les?
  • weinig of geen oude examenvragen uit dit hoofdstuk

1.1 Structurele organisatie van cerebrale cortex

• 10^11 neuronen
• soorten stof
  • grijze stof
    • cerebrale cortex
      • 90% neocortex
        • 6 lagen
          • 1 dendritische uitlopers
          • 2-3 cortico-corticale projecties
          • 4 [afferent] inputlaag voor thalamus
          • 5 [efferent] output via piramidale neuronen naar subcorticale groepen (basale ganglia, herstenstam, ...)
          • 6 cortico-thalamische neuronen
      • 10% allocortex
        • 3 lagen
        • onderverdeling (geen leerstof)
          • paleocortex
            • bv. bulbus olfactorius en cortex piriformis
          • archicortex
            • bv. hippocampus
          • periallocortex
      • Brodmann: 52 areas
        • 1, 2, 3a, 3b: S1
        • 4: M1
        • 5: PPC > SSA
        • 6: PMC
        • 7: PPC > SSA
        • 8: FEF
        • 17: V1
        • 18: V2?
        • 19: V3?
        • 41: A1
  • witte stof
    • gemyeliniseerde axonen
    • gliacellen
    • projectiebanen (voor-achter)
    • interhemisferisch
      • commissuurbanen (links-rechts)
    • intrahemisferisch
      • associatiebanen (lang)
      • U-vezels (kort)

1.2 Functionele neuroanatomie

1.2.1 Telencephalon: cerebrum, basale ganglia en limbisch systeem

• mens vs rat
  • grotere cerebrale hemisferen
  • sulci en gyri
  • kleinere olfactieve cortex
  • hemisferische lateralisatie
• frontale kwab
  • M1 (area 4)
  • premotorische cortex (PMC)
  • supplementary motor area (SMA)
  • frontal eye fields (FEF)
  • prefrontale cortex (PFC)
  • Broca
• parietale kwab
  • S1 (area 1-3)
  • S2 boven sulcus lateralis
  • sensorische associatiezones
• occipitale kwab
  • V1 (area 17) rond sulcus calcarinus
  • visuele associatiecortex
• temporale kwab
  • mediale delen (hippocampus en amygdala)
    • limbisch system
    • geheugen
    • emotie
  • A1 (gyri van Heschl)
  • auditieve associatiezones
  • zone van Wernicke (in dominante hemisfeer)
• insula ("fifth lobe")
  • in sulcus lateralis
  • mediaal: basale ganglia
    • putamen
    • globus pallidus
    • nc. caudatus
    • functie
      • regulatie beweging
      • emotie
      • motivatie
      • leren

1.2.2 Diencephalon: thalamus en hypothalamus

• thalamus
  • eivormig
  • tussenstation
• hypothalamus
  • in wand derde ventrikel
  • thermoregulatie
  • regulatie endocrien systeem
  • regulatie gedrag (4xF)
    • feeding
    • fornication
    • fight
    • flight
    • cf. H12 (fright i.p.v. feeding)
  • HEAL
    • homeostase
    • endocrien
    • autonoom
    • limbisch

1.2.3 Cerebellum

• twee hemisferen
• mediaan: vermis
• grijze stof (cortex) en witte stof
• nc. dentatus
  • getande vorm
• nc. interpositus
• nc. fastigii
• functie
  • controleren en coordineren ipsilaterale bewegingen

1.2.4 Hersenstam

• onderdelen
  • mesencephalon
  • pons
  • medulla oblongata
• formatio reticularis
  • ascending reticular activating system (ARAS)
• kernen n. III-XII
• details: zie neuroanatomie

1.2.5 Ruggenmerg

• perifeer zenuwstelsel
  • spinale zenuwen
    • dorsale wortel (afferent)
      • = radix posterior?
      • cellichamen van sensorische vezels in dorsal root ganglion (DRG)
    • ventrale wortel (efferent)
    • vormt dermatoom
• grijze stof centraal
  • H-vorm
  • ingedeeld in laminae
  • achterhoorn
    • synaps voor sensorische neuronen
  • voorhoorn
    • motorneuronen
• witte stof rondom
• segmenten
  • 8C (!)
  • 12T
  • 5L
  • 5S
  • 1Co

2 PJ ✅ Technieken

2.1 Inleiding

2.2 Letselstudies

• bij mens: na ongeluk
• bij proefdieren: doelbewust
  • irreversiebel
  • reversiebele (chemische) inactivaties
    • o.a. door koeling

2.3 EEG en MEG

• vooral signalen van gesynchroniseerde groepen neuronen in cortex
• elektro-encephalogram (EEG)
  • resolutie
    • spatieel: laag
    • temporeel: hoog
  • evoked potential (EP)
    • 1 stimulus meerdere keren herhalen
    • gemiddelde van repons nemen
• magneto-encephalogram (MEG)
  • hogere spatiale resolutie dan EEG
  • vooral piramidale neuronen in sulci

2.4 Invasieve elektrode registraties

• extracellulair
  • intracraniele EEG (iEEG)
    • macro elektroden op cortex (ECOG)
    • diepte elektroden
  • spikes
    • single unit activity (SUA)
    • multi unit activity (MUA)
    • kan acuut of chronisch
  • local field potential (LFP)
• intracellulair
  • weinig gebruikt in neurowetenschappen

2.5 PET en fMRI

• functionele beelvorming
• werken indirect o.b.v. bloedvoorziening
  • fMRI: blood oxygen level dependent (BOLD) signaal
• voordelen
  • hele hersenen tegelijk meten
  • ook dieper dan enkel cortex
• resolutie
  • temporeel: laag (6-10s)
  • spatieel: matig (mm)

2.6 TMS en tDCS

• transcranieel
• transcranial magnetic stimulation (TMS)
• transcranial direct current stiumlation (tDCS)

2.7 Optogenetica

• (de)activatie via lichtgevoelige eiwitten
• inbrengen via virale vector

3 PJ ✅ Sensoriele coding

3.1 Sensoriele eenheid

• begrippen
  • sensoriele eenheid
    • eerste orde sensorieel neuron + verbonden receptoren
    • drie structuren
      • pre-receptor structuur
    • output: receptorpotentiaal
      • geen drempel
      • summatie
  • actiepotentiaal (AP)
    • amplitude receptorpotentiaal -> frequentie AP
    • wel drempel
    • saturatie
    • refractaire periode
  • receptief veld
    • deel van receptor oppervlak dat de sensoriele eenheid stimuleert
  • innervatie densiteit
  • stimulus
    • energieverdeling
    • beperkt in tijd en ruimte
      • bandbreedte
• coderen aspecten energiedistributie
  • modaliteit
    • gecodeerd door labeled lines
      • a.h.v. specificiteit van sensoriele eenheid
  • locatie (topografie)
    • spatiele distributie
    • grootte van stimulus
    • densiteit receptoren -> resolutie
    • voorbeelden van topografie
      • somatisch systeem
      • auditief systeem
      • visueel systeem
  • intensiteit
    • ~ actiepotentiaal frequentie
    • ~ aantal geactiveerde neuronen
  • tijdsverloop / duur
    • adaptatie
      • fasisch (totale adaptatie)
      • tonisch (geen adaptatie)
      • fasico-tonisch

3.2 Algemene kenmerken van sensoriele systemen

• (niet besproken in les)
• multipele representaties (mappen)
  • spatiale kaart in cortex
• parallelle info verwerking
• seriele schakeling
• plasticiteit
  • o.a. na letsel
• magnificatie (disproportioneel)
  • representatie in cortex ~ innervatiedensiteit
• columnaire representatie
• laterale inhibitie
  • center-surround organisatie
  • inhibitorische interneuronen
  • doel: contrastvergroting
• psychofysica
• stimulus vs sensoriele gewaarwording
• psychometrische functie
  • wet van Weber ($\frac{\Delta S}{S} = k$)

I Sensoriele en motorische systemen

4 PJ ✅ Visueel

4.1 Oog

4.1.1 Licht

• amplitude
• golflengte zichtbaar licht
  • 400 nm: blauw
  • 700 nm: rood
• reflectie
• absorptie
• refractie
• twee retina's (zie verder)
  • nachtzicht
  • dagzicht

4.1.2 Anatomie oog

• hier enkel belangrijk om fysiologie te begrijpen
• structuren
  • sclera
  • drie paar extra-oculaire spieren
  • cornea = hoornvlies
  • voorste oogkamer met kamervocht
  • pupil
    • regelt lichthoeveelheid
    • miosis = contractie
    • mydriasis = dilatatie
    • test: pupilreflex
      • 
      • bij comapatienten
      • niet via cortex
      • van retina
      • unilateraal naar pretectale cellen in hersenstam
      • bilateraal naar nc. autonomicus (III, Edinger-Westphal)
      • via n. oculomotorius naar spieren in iris
        • != ciliaire spieren?
      • consensueel: effect aan beide kanten gelijk
        • anders defect in efferente baan (n. oculomotorius)
  • iris
  • lens
    • ciliaire spieren
  • corpus vitreum = glasvocht
    • tussen lens en retina
  • retina
    • papil = papilla nervi optici
      • n. opticus (II)
      • bloedvaten
      • blinde vlek
        • in nasaal veld
        • filling in effect door hersenen
    • fovea
      • geen bloedvaten
• oogafwijkingen
  • strabismus (scheel kijken)
    • kan amblyopie (lui oog) geven bij kinderen
  • cataract: troebele lens
  • glaucoom: chronisch verhoogde oogdruk
    • axonen sterven af
      • van perifeer naar centraal
    • screening vanaf 40j
  • presbyopie
    • vermindere elasticiteit lens
    • vaak door ouderdom
  • myopie = bijziendheid
    • oogbol te lang
    • oplossing: divergerende lens
  • hypermetropie = verziendheid
    • oogbol te kort
    • oplossing: convergerende lens

4.1.3 Beeldvorming

• focusafstand
  • tussen brekingsoppervlak en punt van convergentie
• dioptrie (D) = 1 / focusafstand (m)
• breking door cornea: +42 D
  • 1 m / 42 = 0.024 m = 24 mm
• breking door convexe lens
  • standaard: +18 D
  • maximale accomodatie: +32 D
    • door ciliaire spieren -> bollere lens
    • samen met convergentie: twee ogen draaien naar binnen
      • accomodatie-convergentiesynkinese
  • beeld omgekeerd op retina
• lichtbron dichtbij -> meer divergerend -> meer breking nodig
• correctie via LASIK operatie
• visuele graad
  • voordeel: onafhankelijk van afstand tot voorwerp
  • $0.5^\circ = 140 \mu m$ op retina
  • $\tan(1^\circ) \approx \frac{1}{57}$
    • 1 cm op 57 cm afstand ~ 1 graad
    • 2 cm op 114 cm afstand ~ 1 graad
• visuele veld
  • 1 oog
    • horizontaal: 150 graden
    • nasaal < temporaal

4.1.4 Microscopische anatomie retina

• retina = uitstulping hersenen
• axonen -> n. opticus (II)
• macula lutea = gele vlek
  • door minder bloedvaten
  • fovea centralis
    • centrum van retina
    • binnenste lagen: lateraal
      • voordeel: directe lichtinval op fotoreceptoren
    • max acuiteit
• papilla nervi optici = blinde vlek
• structuren
  • fotoreceptoren
    • staafjes
    • kegeltjes
    • densiteit ~ dichter bij fovea
    • waarom niet overal kegeltjes
      • zou te veel hersenvolume vragen
        • resusaap: 50%
        • mens: 30%
          • nu al prematuur geboren door te grote schedel
  • duplex retina
    • scotopisch: staafjes
    • fotopisch: kegeltjes
    • mesopisch zicht: beide
  • bipolaire cellen
  • ganglioncellen
    • 2 ganglioncellen per kegeltje
    • 1 kegeltje per ganglioncel in fovea
    • 600 staafjes per ganglioncel in periferie
      • convergentie
  • interneuronen
    • horizontale cellen: tussen fotoreceptoren en bipolaire cellen
    • amacriene cellen: tussen ganglioncellen en bipolaire cellen

4.1.5 Spatiotemporeel vermogen

• spatiale resolutie = acuiteit
  • factoren
    • kwaliteit lenzen
    • densiteit receptoren
    • neuronale factor
  • kleine afstand tussen twee punten die nog apart waargenomen kunnen worden
    • perfect oog: 0.007 graden
      • $0.007^\circ \cdot \frac{140 \mu m}{0.5^\circ} \approx 2 \mu m$ op retina
      • 1 mm op 10m afstand
    • 20/20 zicht: 0.083 graden op 20 ft
  • test
    • twee punten
    • Landolt test: $\subset$ vs $\supset$
    • gratings (strepen patroon) met toenemend aantal cycli/graad
      • max: 60 cycli/graad
  • gevoeligheid = 1 / drempel
  • spatiale contrastgevoeligheidscurve
• temporele resolutie
  • test: flitsen
    • max = kritische flikkerfusiefrequentie (KFFF)

4.1.6 Fotochemie in staafjes en kegeltjes

• details niet belangrijk
• cf. G protein + second messenger
• cacade: visueel systeem trager (ms) dan o.a. auditief systeem
• staafjes
  • donker: dark current: -30mV
  • licht: hyperpolarisatie
    • volledig gesatureerd bij daglicht -> enkel kegeltjes actief
• fotopigment
  • = opsine eiwit
  • staafjes: rhodopsine
  • kegeltjes: iodopsine
    • trichromatisme: drie soorten o.b.v. gevoeligheid aan golflengte
      • S: 430 mm (blauw)
      • M: 530 mm (groen)
      • L: 560 mm (rood)
    • kleurenblind
      • dichromatisme: X-gebonden defect in rood of groen
  • bleaching
    • lichtenergie -> receptorpotentiaal
    • retinal molecule
      • ~vitamine A
      • licht -> conformatieverandering -> activatie opsine
  • amplificatie
  • Young-Helmholtz theorie van kleurperceptie
    • kleur ~ relatieve activiteit van S, M, L fotopigmenten
• adaptatie
  • donkeradaptatie door staafjes: scotopisch zicht
    • 30 min
    • factor $10^6$
    • werking
      • dilatatie pupil
      • regeneratie niet-geactiveerde rhodopsine
      • aanpassingen in retinale netwerk
    • alle kegeltjes uitgeschakeld
  • lichtadaptiatie door kegeltjes: fotopisch zicht
    • werking
      • constrictie pupil
      • Ca2+-gemedieerde mechanismen
  • ook lokaal
  • kleuradaptatie

4.1.7 Bipolaire cellen

• twee principes
  • center-surround antagonisme
  • ON- en OFF-responsen
    • 
    • ON
      • licht aan: deperpolarisatie
      • licht uit: hyperpolarisatie
    • OFF
      • licht aan: hyperpolarisatie
      • licht uit: depolarisatie
• receptieve veld
  • klein (minder dan 1 visuele graad)
  • circulair
  • center-surround (dus niet homogeen)
    • twee concentrische delen
      • centrum
      • surround (via inhibitorische horizontale cellen)
  • veelgemaakte fout: receptief veld heeft niets te maken met manuele stimulatie van een neuron
• twee soorten bipolaire cellen
  • ON
    • centrum ON, surround OFF
    • metabotrope receptoren
      • fotoreceptor: glutamaat -> hyperpolarisatie bipolaire cel
  • OFF
    • centrum OFF, surround ON
    • ionotrope receptoren (AMPA-kainaat)
      • fotoreceptor: glutamaat -> depolarisatie bipolaire cel

4.1.8 Ganglioncellen

• aantal: $10^6$
• enige output van retina
  • vuren actiepotentialen
    • basisactiviteit
    • sneller bij stimulus
      • versnelling kan sneller gedetecteerd worden dan vertraging
• zoals bipolaire cellen
  • ON- en OFF-ganglion cellen
  • receptief veld
    • inhomogeen
    • klein
    • circulair
    • center-surround antagonisme
      • 
      • reageren zwak op diffuse belichting
        • perceptie van licht en donker is dus relatief
      • reageren sterk op contrast van boorden
• types
  • M-type (magno)
  • P-type (parvo)
  • non-M-non-P-type
    • gevoelig voor kleur
  • intrinsically photosensitive retinal ganglion cells (ipRGC)
    • expressie van melanopsine
    • grote receptieve velden
    • trage antwoorden
    • circadiane ritmes

• parallelle verwerking
  • beide ogen (voor dieptezicht)
  • ON- en OFF-ganglioncellen
  • M- en P-type ganglioncellen

4.2 Centraal visueel systeem

4.2.1 Visuele projecties en CGL

• visueel veld
  • totale
  • linker
  • rechter
  • ipsilateraal
  • contralateraal
  • monoculaire zones (uiterst links/rechts)
  • binoculair veld
• homologe punten in beide ogen
  • o.a. fovea's
  • alle punten op zelfde afstand als fixatiepunt
  • chiasma opticum
    • partiele kruising
    • letsels
      • 
      • linker n. opticus -> linker monoculaire zone weg
      • achter chiasma -> contralaterale veld weg
        • uitzondering: foveale sparing
      • in chiasma -> enkel nog signalen uit temporale retina's -> bitemporele hemi-anopsie
• van chiasma opticum via tractus opticus naar
  • thalamus > corpus geniculatum laterale (CGL): bewuste visuele perceptie
  • hypothalamus > nc. suprachiasmaticus: dag/nacht ritme
  • hersenstam > pretectum: pupilreflex
  • colliculus superior (CS): oogbewegingen (10%)
• blindsight na letsel V1
  • contralaterale hemianopsie
  • kunnen via obewuste visuele perceptie toch bepaalde stimuli "zien"
• CGL
  • info uit contralaterale hemiveld
  • info uit twee ogen nog gescheiden
  • receptieve velden
    • cf. ganglioncellen
    • klein
    • concentrisch
    • center-surround
    • ON- en OFF-cellen
    • dus vooral gevoelig voor contrasten
  • soorten CGL neuronen
    • 
    • magnocellulair (M)
    • parvocellulair (P)
    • koniocellulair
  • zes lagen
    • retinotopie per laag
      • loodrechte penetratie: zelfde plaats alternerend in linker- en rechteroog
  • 
• CGL -> V1: radiatio optica
• CGL -> colliculus superior
• link dyslexie ~ magnocellulaire (M) cellen

4.2.2 Primaire visuele cortex

4.2.2.1 Anatomie

• bij mens: rond sulcus calcarinus
• retinotopie
  • unilateraal en contralateraal
  • omgekeerd: plaats retina -> plaats V1
  • proportioneel: innervatiedensiteit (vooral centraal)
  • multipel: V1, V2, ...
  • plastisch
  • columnair
    • oculaire dominantiekolommen
      • experiment: radioactief proline
      • in laag IV C?
      • verdwijnen bij strabismus tijdens kritieke periode
        • resultaat: amblyopie
        • behandeling: gezonde oog regelmatig afplakken
    • orientatiekolommen
      • kleuring: cytochroomoxidase
      • densere gebieden: "blobs"
        • in midden kolom
        • P en V input van laag IV C
        • K input van CGL
        • monoculair
        • circulair receptief veld
        • center-surround
        • kleurperceptie (golflengte), kleur opponentie
      • interblobs
      • recent onderzoek: onderscheid minder eenduidig
• zes lagen (of negen met sublagen meegeteld)
  • I
  • II: input ogen vermengd
  • III: input ogen vermengd
  • IV A
  • IV B: input ogen vermengd
  • IV C$\alpha$: magnocellulaire input (ogen nog gescheiden)
  • IV C$\beta$: parvocellulaire input (ogen nog gescheiden)
  • V
  • VI
• twee soorten neuronen
  • spiny stellate cells: klein, laag IV C
  • piramidale cellen: buiten laag IV C
  • inhibitorische neuronen

4.2.2.2 Fysiologie

• orientatiegevoelig (70%)
  • buiten laag IV C
  • reageren op geelongeerde stimuli (strepen)
  • voorkeursorientatie per cel (met brede tuning)
  • in breedterichting
    • simple cells
      • ON/OFF gescheiden
      • opgebouwd door convergentie van CGL neuronen met velden die op 1 lijn liggen
      • lichte en donkere strepen
    • complex cells
      • ON/OFF niet gescheiden
      • opgebouwd door convergentie van simple cells
      • contrast-onafhankelijk
  • in lengterichting
    • endfree cells: lengte summatie
    • end-stopped cells: minder response bij grotere lengtes
• niet-orientatiegevoelig
  • receptief veld
    • binnen IV C: klein, concentrisch
    • buiten IV C: groot, homogeen
• parameters
  • orientatie
    • scherpe of brede tuning
    • columnair
      • loodrechte penetratie: zelfde voorkeursorientatie
      • tangentiele penetratie: pinwheel structuur
      • geen verband met oculaire dominantiekolommen
  • spatiele frequentie
  • richting van beweging
    • fysieke beweging, niet waargenomen beweging (zoals MT/V5)
    • zowel richting als zin (dus links-> rechts != rechts->links)
    • loodrecht op voorkeursorientatie
    • laag IV B
    • magnocellulaire input (motion)
  • snelheid van beweging
    • zelfde cellen als hierboven
  • diepte
    • monoculaire diepte-cues
      • textuur
      • perspectief
      • parallax
    • binoculaire dispariteit
      • punten in fixatievlak (horopter): geen dispariteit
      • receptieve velden links/rechts lichtjes verschoven
      • tuned excitatory
      • tuned inhibitory
      • far
      • near
      • tuned far
      • tuned near

4.2.3 Extrastriate visuele cortex

• grotere velden
• langere latencies (100ms)
• minder retinotopie
• twee stromen
  • onderscheid niet zo zwart/wit
  • binoculaire dispariteit in beide

4.2.3.1 Dorsale stroom

• beweging/actie (complex)
• posterieur parietale cortex (PPC)
• magnocellulair
• V1 -> V5 -> MST -> PPC
  • V5 = MT: waargenomen (niet noodzakelijk fysieke) beweging (eenvoudig)
    • receptieve velden
      • groter
      • contralateraal
      • columnair
        • bewegingsrichting
        • binoculaire dispariteit
  • MST
    • complexe bewegingen: rotatie, expansie, contractie ("optic flow" bij vooruitbeweging)
    • receptieve velden
      • heel groot
      • bilateraal (!)
  • intraparietale sulcus (IPS)
    • medial intraparietal (MIP)
      • armbewegingen: reaching
    • lateral intraparietal (LIP)
      • oogbewegingen
        • delay-activiteit
    • anterior intraparietal (AIP)
      • grasping
• HOW / WHERE
  • navigatie
  • oogbewegingen
  • bewegingsperceptie

4.2.3.2 Ventrale stroom

• vorm, kleur, textuur
• inferotemporale cortex (IT)
• parvocellulair
• WHAT
  • objectherkenning
    • oude hypothese: grandmother cells
      • geen evidentie voor
    • nieuwe hypothese: gedistribueerd
• V1 -> V2 -> V4 -> IT
  • V1: georienteerde lijnen
  • V2: illusoire contouren
  • V4: eenvoudige vormen
    • grotere receptieve velden
    • orientatie
    • kleur
      • achromatopsie: verlies kleurperceptie door corticaal letsel
    • curvatuur
    • dispariteit
  • IT: complexe vormen
    • gezichten
      • fusiform face area (FFA)
    • handen
    • gradueel complexer van posterieur naar anterieur
    • receptieve velden
      • groot
      • rond fovea
      • bilateraal (!)
    • invarianties: neuron met voorkeursvorm onafhankelijk van manier van aanbieden
      • positie
      • grootte
      • cue (die vorm bepaalt)
• top-down effecten
• pathologie
  • prosopagnosia
    • probleem met gezichtsherkenning
    • letsel in ventrale stroom
  • visuele agnosie bij gevorderde Alzheimer's
    • problemen met objectherkenning

5 PJ Auditief

• geluid
  • frequentie
  • intensiteit
  • dB

Anatomie

Buitenoor

• pinna = oorschelp
  • versterking
  • lokalisatie
• uitwendige gehoorgang
• membrana tympatica

Middenoor

• membrana tympatica -> foramen ovale
  • malleus
  • incus
  • stapes
  • amplificatie x20
  • impedantie matching (lucht -> vloeistof)
• attenuatiereflex
  • m. tensor tympani
  • m. stapedius

Binnenoor

• modiolus (beenderige kern)
• labyrinth (evenwichtsorgaan)
  • zie H6
• cochlea
  • U-vormige buis
  • opgerold
  • ovale venster -> ronde venster
  • dwarsdoorsnede
    • 3 kamers
      • scala vestibuli
        • perilymfe
      • scala media
        • endolymfe
      • scala tympani
        • perilymfe
    • basilaire membraan
      • orgaan van Corti
        • receptorcellen
          • haarcellen (100 stereocilia)
            • inner hair cells (IHC)
              • 1 rij
              • 95% vezels n. cochlearis
              • ganglion 10:1 IHC
              • type I vezels (myeline)
            • outer hair cells (OHC)
              • 3 rijen
              • 5% vezels n. cochlearis
              • ganglion 1:N OHC (convergentie)
              • type II vezels (geen myeline)
              • motor eiwit (prestin)
              • functie: versterking (x100)
                • elektromotiliteit
              • ontvangen efferenten uit n. cochlearis
                • van nc. olivaris superior
                • regeling gevoeligheid
      • smaller en meer rigide aan basis (t.h.v. ovale venster)
        • gevoelig voor hogere frequenties
      • apex
        • lagere frequenties
    • helicotrema

N. cochlearis

• ganglion spirale in modiolus
  • bipolaire neuronen
  • type I (gemyeliniseerd) -> IHC
  • type II (niet-gemyeliniseerd) -> OHC
• loopt samen met n. vestibularis
  • n. vestibulocochlearis (VIII)
• naar hersenstam (tussen pons en medulla oblongata)
  • ipsilateraal
  • nc. cochlearis ventralis (grotendeels)
  • nc. cochlearis dorsalis
    • ontvangt maar enkele zijtakken
  • tonotopie

Centrale banen

• nc. cochlearis ventralis
  • ipsilaterale nc. olivaris superior
  • contralaterale nc. olivaris superior
• nc. olivaris superior
  • medialis (MSO): interaural time differences (ITD)
  • lateralis (LSO): interaural level differences (ILD)
    • feedback naar OHC
• nc. cochlearis dorsalis + nc. olivaris superior
  • naar colliculus inferior (CI)
    • naar thalamus > corpus geniculatum mediale (CGM = MGN)
      • cf. thalamus > corpus geniculatum laterale (CGL) bij visuele systeem
  • naar colliculus superior (CS)
    • beperkt
    • visuele integratie
• codering
  • intensiteit
    • aantal AP
    • aantal neuronen
  • freq
    • karakterisitieke freq (CF) per neuron
    • tonotopie
      • cf. werking basilair membraan
        • range te beperkt voor alle frequenties
      • ook in thalamus > CGM
      • ook in cortex
    • phase locking
      • gebruik ook temporale structuur
      • enkel bij lage freq
      • freq AP = freq geluid
        • herkent specifiek moment in periode van golf

• binaurale lokalisatie
  • intensiteitsverschil links-rechts (ILD)
  • faseverschil links-rechts (ITD)
    • nc. olivaris superior medialis (MSO)
      • delay lines
      • coincidentie detectors

Auditieve cortex

• bilateraal letsel -> doofheid
• unilateraal letsel -> problemen met lokalisatie
• thalamus > corpus geniculatum mediale (CGM)
• radiato acustica
• autitieve cortex
  • temporale kwab
  • auditory core
    • A1
      • area 41
      • gyri temporales transversi (Heschl)
        • bovenkant g. temporalis superior
      • columnair
        • isofrequentiebanden
          • lage freq: rostraal + lateraal
          • hoge freq: caudaal + mediaal
  • auditory (para)belt
    • associatiecortex
    • complexere stimuli

6 PJ Vestibulair

• positie en beweging hoofd
  • cf. proprioceptie: lichaam
• labyrint
  • in binnenoor
  • otolith organen
    • functie
      • zwaartekracht
      • positie hoofd (tilt)
      • lineaire acceleratie
      • schuine hoofdbewegingen
    • onderdelen
      • sacculus
        • verticaal epitheel
      • utriculus
        • horizontaal epitheel
    • bevatten otolithen (kristallen)
  • semicirculaire kanalen (x3)
    • functie
      • rotationele acceleratie hoofd
    • loodrecht op elkaar
    • ampulla (verdikking)
      • haarcellen
        • cilia in gelatineuze cupula
    • pull-push mechanisme
      • activatie links = inhibitie rechts
• centrale banen
  • n. vestibularis (van n. vestibulocochlearis (VIII))
  • nc. vestibularis
    • medialis
      • tractus vestibulospinalis medialis
        • naar nekspieren
      • naar oculomotore zenuwen (III, IV, VI)
    • lateralis
      • tractus vestibulospinalis lateralis
        • evenwicht (via extensoren in ledematen)
      • naar vestibulocerebellum
    • naar thalamus > nc. ventralis posterior (VP)
      • naar cortex
        • area 3a in S1
        • parietale cortex
        • insulaire cortex
• vestibulo-oculaire reflex (VOR)
  • ogen kijken naar vast punt bij rotatie hoofd
  • nc. vestibularis -> PPRF -> FLM -> oogspierkernen
    • PPRF = paramedian pontine reticular formation
  • calorische proef (zie neuro anatomie)

7 TT ✅ Gustatief

7.1 Inleiding

7.2 Perifeer sensorieel apparaat

• G protein-coupled receptor (GPRC)
  • PLC
  • IP3
  • Na+ kanalen openen
  • Ca2+ vrijzetting
• zout
  • lage concentratie: lekker
  • hoge concentratie: niet lekker (activatie bitter + zuur?)
• drie niveaus
  • 
  • smaakpapil
    • locatie: tong, pharynx, gehemelte
    • soorten
      • papillae fungiformis (paddestoelvormig)
      • papillae foliatae (bladvormig)
        • aan rand achteraan
      • papillae circumvallatae (omwald)
        • achteraan
  • smaakknop = taste bud
    • meerdere per papil
  • smaakcel = receptor
    • microvilli
    • leeft 2 weken
    • 100 per smaakknop
    • meerdere soorten smaakcellen per smaakkop
    • selectiviteit
      • 1 cel - 1 smaak (specifiek)
      • 1 cel - meerdere smaken (brede tuning)

Codering

• algemeen: soorten codering
  • labeled lines
    • eenvoudigste model
    • receptor + afferente vezel + kern reageren allemaal enkel op slechts één specifieke stimulus
    • geschikt bij narrow tuning
    • perifeer?
  • populatiecodering of combinatiecodering
    • mogelijke oplossing bij brede tuning
      • dus bij receptoren die reageren op meerdere stimuli
    • bepaal subjectieve ervaring a.h.v. combinatie van activaties van verschillende receptoren
    • centraal?
• toepassing
  • gustatief bij knaagdieren: vooral labeled lines
  • gustatief bij mensen: labeled lines + populatiecodering

7.3 Centrale gustatieve banen

• via craniale zenuwen
  • n. facialis (VII) > chorda tympani
    • voorste 2/3 tong
  • n. glossopharyngeus (IX)
    • achterste 1/3 tong
  • n. vagus (X)
    • pharynx (incl. epiglottis)
• naar hersenstam > nucleus tractus solitarius (NTS)
  • verder naar thalamus > VPM (cf. somatosensorisch - gelaat - n. trigeminus (V))
    • verder naar primaire gustatieve cortex (G1) t.h.v insula en operculum
      • verder naar orbito-frontale cortex (OFC)
        • multimodaal: gustatief + olfactief + visueel + somatosensorieel
        • smaaksensatie
        • motivationele toestand
  • naar andere centra in hersenstam: reflexen (salivatie, slikken, braken)
  • naar hypothalamus: eetgedrag, verzadiging
• conditionering (associatief leren)
  • smaak ~ misselijkheid: heel sterk, langdurig effect
  • smaak ~ pijn: minder sterk

8 TT ✅ Olfactief

8.1 Inleiding

8.2 Reukorgaan

• stimulus = odorant
• reukepitheel
  • soorten cellen
    • basale cellen
    • steuncellen
      • aangetast door COVID-19
    • receptorcellen (ORN)
      • echte neuronen
      • vernieuwen elke 6 weken (uitzonderlijk voor neuronen)
      • cilia
        • in mucuslaag
      • transductie: $G_{olf}$ -> cAMP -> Na+/Ca2+
      • adaptatie
        • via desensitisatie van receptor
        • werkt snel
      • aantal soorten receptoreiwitten (= aantal receptorgenen)
        • mens: 350
        • knaagdier: 1000
      • 1 receptorcel : 1 soort receptoreiwit
      • 1 receptoreiwit : N geuren
        • hangt ook af van concentratie
      • cf. gustatief
        • geen echte neuronenn
        • vernieuwen elke 2 i.p.v. 6 weken
        • microvilli i.p.v. cilia
        • beide: brede tuning met populatiecodering

8.3 Centrale olfactieve banen

• verloop
  • cilia van receptorcel
  • fila olfactoria
    • niet gemyeliniseerd
  • door lamina cribrosa
  • synaps in bulbus olfactorius
    • drielagige paleocortex
    • glomerulus
      • 2 glomeruli per (soort?) receptorcel (per kant?)
      • elke glomerulus is verbonden met 1 specifieke soort van receptorcellen
    • mitral cells = mijtercellen
    • tufted cells
    • granule cells = korrelcellen
      • != korrelcellen in hoofdstuk 11
      • interneuronen
      • functie: contrastversterking (cf. visueel)
      • inhiberen mijtercellen
        • descenderende controle vanuit cortex
        • a.h.v. glutamaat
      • toepassing: gebruik cannabis -> inhibitie korrelcellen -> betere geurdetectie -> hongergevoel
  • tractus olfactorius
  • naar cortex piriformis = primaire olfactieve cortex (O1)
    • vooral ipsilateraal, maar ook contralaterale verbindingen
    • drielagige paleocortex
    • functie: geurdetectie
    • (!) niet via thalamus (enige uitzondering bij zintuigen)
    • later wel naar
      • thalamus
      • orbito-frontale cortex (OFC)
        • direct of indirect via thalamus
        • multimodaal (zie gustatief)
        • functie: geurperceptie, identificatie, discriminatie
        • smaak ~ geur ~ beloning
      • limbisch systeem (emotionele component)
        • amygdala
        • hypothalamus: eetgedrag, reproductie
      • hippocampus
• codering
  • brede tuning
    • want veel meer geuren dan soorten receptoren
    • populatiecodering nodig
  • spatieel
    • activatiemap van glomeruli
    • somatotopie: odotopie
  • temporeel
• klinisch
  • Parkingson's, Alzheimer's: olfactieve dysfunctie als vroegtijdig symptoom

9 TT ✅ Somesthesie

9.1 Inleiding

• indeling
  • interoceptie: uit eigen lichaam
  • exteroceptie: van buitenaf
  • proprioceptie
• dorsal root ganglion (DRG)
  • = ganglion spinale
  • gemeenschappelijk eerste neuron voor alle modaliteiten

9.2 Tastzin

9.2.1 Huidreceptoren voor fijne tastzin en vibratie

• low threshold mechanoreceptoren (LTM)
• Piezo2 mechanosensitieve ionenkanalen
• vier groepen

• (haarfollikelreceptoren)
• (microneurografie (Vallbo))
  • bepaling receptieve velden
• spatiale resolutie (acuiteit)
  • test: tweepuntsdiscriminatie
    • vingertop > vingerbasis > palm

9.2.2 Afferenten voor alle soorten tastzin

• perifere zenuwstelsel
• 
• soorten
  • zie tabel
  • gemyeliniseerde vezels
    • snelheid (m/s) = 6x diameter (um)
    • groep I ($A\alpha$)
      • proprioceptoren
    • groep II ($A\beta$)
      • mechanoreceptoren
        • fijne tastzin
        • vibratie
      • naar diepere lagen (IV, V) dorsale hoorn
    • groep III ($A\delta$)
      • pijn
      • temperatuur
      • naar oppervlakkige lagen (I, II) dorsale hoorn
  • niet-gemyeliniseerde vezels
    • traag
      • niet geschikt voor discriminatieve tastzin, wel affectieve tastzin
    • groep IV ($C$)
      • pijn
      • plezier (streling)
      • temperatuur
      • jeuk
      • streling (3 cm/s)
• andere onderverdeling voor spierspoelen en motorische vezels (klasse I- IV)

9.2.3 Lemniscale baan

• functie
  • fijne tastzin en vibratie
  • bewuste proprioceptie
• achtergrondinfo: thalamus
  • alle sensoriele systemen (behalve olfactief) verlopen via thalamus
  • nucleus intralaminaris (IL)
    • zie deel over pijn
  • nucleus ventralis posterior (VP)
    • nucleus ventralis posterolateralis (VPL)
      • lichaam
      • banen kruisen in hersenstam
    • nucleus ventralis posteromedialis (VPM)
      • gelaat via n. trigeminus (V)
        • n. ophtalmica (V1)
        • n. maxilaris (V2)
        • n. mandibularis (V3)
      • banen kruisen in hersenstam
• drie neuronen
  • (1) DRG ($A\beta$ axonen)
    • (1a) mechanoreceptor -> DRG
      • via perifeer zenuwstelsel
    • (1b) DRG -> medulla oblongata
      • via funiculus posterior = dorsale streng
        • somatotopie
          • L-S: mediaal
          • C-T: lateraal
          • dus arm lateraal van been (uitzondering!)
  • (2) dorsale streng kernen: medulla oblongata -> thalamus > VPL
    • laterale inhibitie (center-surround voor contrastverhoging)
    • via lemniscus medialis
    • kruising
      • arm mediaal van been
  • (3) thalamus > VPL -> S1
    • via ?

9.2.4 Somatosensoriele cortex

• neocortex: 6 lagen
  • S1: dikke laag 4 (door afferenten vanuit thalamus)
• primaire somatosensoriele cortex (S1)
  • gyrus postcentralis
  • Brodmann areas
    • 
    • area 3a
      • bewuste proprioceptie
        • ook via lemniscale banen
      • vlak bij M1 (area 4)
    • area 3b
      • "S1 proper"
      • fijne tastzin en vibratie
      • type 1 receptoren (SA1 + RA1)
        • dus oppervlakkig
        • dus kleine receptieve velden
    • area 1
      • textuur (RA1)
    • area 2
      • richting, orientatie, beweging
      • vorm en grootte
    • verbindingen
      • area 3 -> 1
      • area 3 -> 2
      • area 1 -> 2
      • S1 -> posterieure parietale cortex (PPC)
      • S1 <-> M1 via U-vezels (voor proprioceptie)
  • somatotopie
    • cf. sensory homunculus
    • volgorde
      • ruggenmerg: been mediaal, gelaat lateraal
      • thalamus: gelaat mediaal (VPM), been lateraal (VPL)
      • S1: been mediaal, gelaat lateraal
    • eigenschappen
      • unilateraal contralateraal
      • multipele mappen: 1 map per area (3a, 3b, 1, 2)
      • omgekeerd
        • gelaat "beneden" (lateraal)
        • benen "boven" (mediaal)
      • magnificatie: proportioneel met innervatiedensiteit
        • mens
          • hand en gelaat (vooral mond): groot
          • lichaam: klein
        • knaagdieren: snorharen = vibrissae
        • slingeraap: staart
      • plastisch
        • mogelijkheid tot reorganisatie
        • na training
        • na amputatie
      • columnaire organisatie
        • afwisselend
          • in S1: vibratie, druk, vibratie, ...
          • in area 3b: RA, SA, RA, ...
• S2
  • functie: objectherkenning
    • via vorm, textuur
    • leren via hippocampus
  • waar
    • parietale operculum
    • insulaire cortex
  • eigenschappen
    • somatotopie
    • vaak bilateraal (spiegelend)
      • cf. S1: unilateraal
• somatosensoriele associatiegebieden (SSA)
  • functie: objectmanipulatie
  • waar
    • in posterieure parietale cortex (PPC)
    • area 5, 7
  • eigenschappen
    • complexe stimuli
    • grote receptieve velden
    • multimodaal
      • somatosensorieel
      • visueel
    • ook bilateraal?
  • typische problemen na letsels
    • a-stereognosie: objecten onherkenbaar o.b.v. tast
    • contralateraal unilateraal neglect / anosognosie
      • voor bij letsel in niet-dominante hemisfeer (vaak rechts)
• vergelijking met visueel systeem
  • gedeelde eigenschappen
    • multipel
    • plasticiteit
    • lagen en columnaire organisatie
    • ...

9.2 Proprioceptie

• zie H10

9.3 Pijn

• pijn (complexe ervaring) vs nociceptie (pijnsensatie)
  • emotioneel-affectieve component
    • limbisch systeem
      • anterior cingulate cortex (ACC)
      • ...

Nociceptoren

• vrije zenuwuiteinden
• weefselschade
• soorten
  • polymodale nociceptoren ($C$)
  • mechanische nociceptoren ($A\delta$) = high threshold mechanoreceptoren (HTM)
    • intense druk
    • trauma
  • chemische (vaak polymodaal)
    • K+
    • ATP
    • proteasen
    • bradykinine
    • prostaglandines
    • protonen
    • mastcellen (histamine)
  • thermische ($A\delta, C$)
    • TRPV1 kanalen (vanaf 43 graden)
      • binden capsaicine
      • polymodaal
• niet in hersenen
• axonen
  • scherpe, snelle pijn: $A\delta$ (door myeline)
  • doffe, trage pijn: $C$
    • affectieve component

Anterolateraal systeem

• functie
  • temperatuur
  • pijn
  • grove tastzin = druk
• eerste orde
  • dorsal root ganglion (DRG)
    • celkern $A\delta, C$ axonen
    • neurotransmitter: glutamaat, substance P, CGRP
    • lamina I-VI van dorsale hoorn
      • $A\delta, C$: oppervlakkig (I-II)
      • $A\beta$: dieper (III-V)
        • lamina V
          • ingewanden
          • wide dynamic range (WDR) neuronen
          • gerefereerde pijn
• tweede orde
  • kruisen direct in ruggenmerg
  • stijgen contralateraal
    • tractus spinothalamicus
      • somatotopie
        • arm mediaal van been
      • naar
        • thalamus > nucleus ventralis posterolateralis (VPL)
      • functie: discriminatie en lokalisatie van pijn
  • speciaal geval: pijn in gelaat
    • tractus trigeminothalamicus
      • n. trigeminus -> hersenstam -> thalamus > VPM (zoals bij lemniscaal systeem)
• derde orde
  • thalamus -> S1
• andere ascenderende pijnpathways
  • mediale pijn pathway
    • ruggenmerg -> thalamus > IL
  • paleospinale polysynaptische pathway
    • ruggenmerg -> hersenstam
      • peri-aqueductal gray (PAG)
      • rostrale ventromediale medulla (RVM)
      • formatio reticularis
        • arousal
    • hersenstam -> lymbische gebieden (voor emotioneel-affectieve component van pijn)
      • amygdala
      • insula
      • anterior cingulate cortex (ACC)
        • cingulotomie
          • ingrijpend, dus enkel als last resort
          • patienten voelen nog pijn, maar trekken zich er niets meer van aan

Regulatie

• downregulatie
  • in dorsale hoorn
  • (1) segmentale controle
    • pijnpoort theorie: wrijven over pijnlijke plaats -> analgesie
      • pijn loopt via dunne $C$ vezels
      • wrijving stimuleert dikkere $A\beta$ vezels
      • resultaat: inhibitie $C$ vezels via interneuronen in dorsale hoorn
      • WDR neuronen van tr. spinothalamicus
  • (2) descenderende controle (PAG-RVM)
    • therapeutisch: lokale verdoving (Na+ kanaal blockers)
    • PAG -> RVM of locus ceruleus -> dorsale hoorn
      • peri-aqueductal gray (PAG)
        • activeert bij fight-or-flight (orthosympathicus)
      • rostrale ventromediale medulla (RVM)
        • nucleus raphe magnus
      • locus ceruleus (zie ook hfst 17)
        • noradrenerge (NA) celgroepen in hersenstam
  • (3) systemisch: endorfines / opioiden
    • opioid receptoren in PAG, RVM, dorsale hoorn
      • overdosis: blokkeren a.h.v. antagonist (bv. Naloxone)
• upregulatie
  • perifere sensitisatie
    • trigger: inflammatie
      • "inflammatoire soep van stoffen" (cf. chemische nociceptoren)
    • gevolgen
      • allodynie: pijn door pijnloze stimulus
      • hyperalgesie: toegenomen reactie op pijnprikkels
  • centrale sensitisatie
    • NMDA receptoractivatie
    • verlies van inhibitie
    • gliacelactiviteit in dorsale hoorn
• subtypes pijn
  • nociceptieve pijn
  • neuropathische pijn
    • soorten
      • perifeer (door perifere sensitisatie)
        • door trauma, infectie, genetisch, toxisch, ...
        • failed back surgery syndrome
      • centraal (door centrale sensitisatie)
        • beroerte
          • post stroke pijn
        • trauma
          • fantoompijn
        • neurodegeneratief (Parkingson's, ...)
        • auto-immuun (MS, ...)
        • inflammatie
    • oorzaak: sensitisatie (d.m.v. plasticiteit)
    • gevolg: hyperalgesie / allodynie
      • overgevoeligheid voor aanraking zonder pijnprikkel
      • pijnstillers helpen niet
• klinische toepassingen
  • NSAID
    • prostaglandine E2 (PGE2) remmers
  • opioiden
    • t.h.v. PAG, RVM
  • antidepressieva
  • anti-epileptica
  • lokale anesthesie
    • Na+ kanaal blockers
  • capsaicine
    • werkt door depletie
  • deep brain stimulation (DBS)
  • ...

9.4 Temperatuurzin

• via anterolateraal systeem (zoals pijn)
• thermoceptoren (geen details op examen)
  • warmtereceptoren
    • TRPV1-4
      • TRPV1-2 (boven 43)
        • $A\delta, C$ vezels
      • TRPV3 (boven 35)
        • $C$ vezels
    • temperatuur ~ activiteit
    • capsaicine (chilipepers) activeert TRPV1
  • koudereceptoren
    • TRPM8 (onder 25)
    • $A\delta, C$ vezels
    • actief onder 30 graden
    • cf. muntsmaak
• incomplete adaptie
  • gevoelig aan plotse schommelingen (vooral warm -> koud)
• receptorvelden
  • klein (1 mm)
  • gescheiden
  • niet uniform verdeeld (cf. uniforme nociceptoren)
• nattigheid = koude + mechanische stimulatie

9.5 Jeuk

• exogene en endogene substanties
  • o.a. vrijzetting histamine
• C vezels

10 TT ✅ Proprioceptie

• hoofd -> vestibulair systeem
  • positiezin
  • bewegingszin
• lichaam -> proprioceptie
  • positiezin
  • bewegingszin
• test: myotatische reflex (bicepspees, tricepspees, kniepees, achillespees)
  • via Ia afferenten (extreem snel)
  • spinale reflexboog
    • komt binnen in ventrale hoorn
    • monosynaptisch
  • naar $\alpha$-motorneuronen
• onbewuste proprioceptie (cerebellum)
  • dorsale spinocerebellaire verbindingen
  • details: zie hoofdstuk 11
• bewuste proprioceptie (cerebrum)
  • lemniscaal systeem -> thalamus -> S1 > area 3a -> S1 > area 2
  • S1 -> M1 via U-vezels
• area 2 letsel
  • moeite bij grijpen balletje uit trechter met contralaterale hand
  • experiment: Muscimol (GABA antagonist) inactiveert corticale neuronen

11 TT ✅ Motoriek

11.1 Spinale controle van beweging

• elementen spier
  • extrafusale vezels van spier
  • intrafusale vezels van spierspoelen (in parallel)
    • meten rek
    • Ia axon
    • activeren $\alpha$-motor neuron om spier opnieuw samen te doen trekken
  • Golgi-pees organen (in serie)
    • op overgang tussen spier en pees
    • meten contractie
    • Ib axon
    • functie: fijne manipulaties
      • stijgende spanning -> minder contractie
        • inhibitie $\alpha$-motor neuron via interneuron
      • dalende spanning -> meer contractie

11.1.1 Lower motor neuron (LMN)

• lower motor neuron in ventrale hoorn ruggenmerg
  • intumescentia cervicalis: verdikking in ruggenmerg voor spieren bovenste lidmaat
  • intumescentia lumbalis: verdikking in ruggenmerg voor spieren onderste lidmaat
  • somatotopie van motorneuronen in ventrale hoorn
    • 
    • mediaal: axiale spieren
    • lateraal: spieren ledematen
    • ventraal: extensoren
    • dorsaal: flexoren
  • twee soorten
    • $\alpha$-motor neuron: contractie spier (extrafusale vezels)
      • motor unit = motorische eenheid: 1 neuron + gestreepte spiervezels
      • motorneuronpool: alle neuronen van 1 spier
      • inputs
        • interneuronen (vooral)
        • hogere motorneuronen in hersenstam en cortex
        • spierspoelen (via dorsale hoorn, dus sensorieel)
    • $\gamma$-motor neuron: contractie spierspoel (intrafusale vezels)
      • lopen ook via myotomen, niet via dermatomen
• regeling van kracht
  • ACh -> excitatorische eindplaatpoentiaal (EPSP) -> twitch
  • temporele summatie: aantal actiepotentialen (AP)
  • rekrutering van meerdere motorische eenheden
    • size principe: van kleine naar grotere motorische eenheden
• types spiervezels
  • type I: slow-twitch
    • rood (veel mitochondria)
    • 20 AP/s
    • weinig vermoeibaar
    • voorbeeld: m. soleus
  • type II: fast twitch
    • wit (minder mitochondria)
    • 60 AP/s
    • sneller vermoeibaar
    • voorbeeld: m. gastrocnemius
    • type IIa: relatief trager vermoeibaar = fatigue-resistant (FR)
    • type IIb of IIx: relatief sneller vermoeibaar = fast fatiguable (FF)
  • ook veel hybride vezels
  • fast/slow intrinsiek aan $\alpha$-motor neuron, niet aan spiervezels
    • experiment: kruising zenuwvezels soleus/gastrocnemius

11.1.2 Proprioceptieve reflexen

• monosynaptische myotatische reflex = stretch reflex
  • 
  • tik op pees
    • uitrekking spier
    • uitrekking spierspoel
    • Ia axon naar dorsale hoorn
    • synaps met alpha motor neuron in ventrale hoorn
    • reciproke inhibitie van antagonist spier
      • via interneuronen
  • heel snel, want
    • Ia axonen: dikste vezels
    • monosynaptisch (slechts 1 synaps)
  • krachtig
  • $\gamma$-motor neuron -> spierspoel samentrekken (samen met rest spier door alpha motor neuron)
    • gamma loop
    • doel: spier en spierspoel in sync houden (~gelijke lengteverhouding)
• ook proprioceptieve info uit
  • gewrichtskapsel
  • huid

11.1.3 Extroceptieve reflexen

• o.i.v. uitwendige prikkels
• functie: "move" (i.p.v. "holding" bij proprioceptie)
• flexor terugtrekreflex
  • = nociceptieve flexiereflex
  • = tripel reflex
  • veel trager, want
    • via $A\delta$ vezels
    • via interneuronen
  • zuiver spinaal
• gekruiste extensorreflex
  • om niet om te vallen bij flexor terugtrekreflex
  • contralateraal

11.1.4 Spinale motorische programms's

• basispatronen via "spinaal motorische programma"
  • ademhaling
  • stappen
  • kauwen
  • slikken
• stapreflex
  • grotendeels spinaal
    • wel input van hersenen voor bijsturing (descending signals)
  • gebaseerd op circuits van extroceptieve reflexen
  • central pattern generator (CPG)
    • interneuronen in ruggenmerg
    • ritme: pacemaker activiteit
      • glutamaat bindt aan NMDA receptor
      • Na en Ca instroom via NMDA kanalen -> depolarisatie
      • Ca activeert K kanalen -> hyperpolarisatie
    • patroon
      • inhibitorische interneuronen
      • afwisseling flexie, extensie (binnen 1 been)
    • gekruiste extensorreflex -> wisseling tussen twee benen

11.2 Controle van beweging door horsenen

• stappenplan
  • formuleer doel @ prefrontale cortex
  • stel motorisch plan op @ premotorische gebieden (+ parietale cortex)
  • uitvoering @ M1 (+ basale ganglia + cerebellum)

11.2.1 Dalende supraspinale banen

• ventromedial pathways (ventraal+mediaal in ruggenmerg)
  • tr. tectospinalis (van colliculi superiores t.h.v. tectum)
    • gekruist
    • "orienting response": hoofd draaien naar visuele stimulus
  • tr. vestibulospinalis (van vestibulaire kernen in hersenstam)
    • medialis (hoofdpositie)
    • lateralis (evenwicht extensoren)
    • via FLM
    • ipsilateraal activatie extensoren
  • tr. reticulospinalis
    • medullary: flexoren
    • pontine: anti-zwaartekracht reflexen (extensoren)
    • niet: ascenderende banen (arousal)
• lateral pathways
  • tr. corticospinalis (CTS)
    • M1 -> capsula interna -> kruisen onderaan hersenstam
    • naar alpha motor neuronen (10%)
    • naar interneuronen (90%)
    • letsel: problemen met fijne motoriek (o.a. pincetbeweging met vingers)
  • tr. rubrospinalis (uit nc. ruber; baan is niet belangrijk bij mens)

11.2.2 Corticale motorische gebieden

Cortex
├── Somatosensorisch
│   └── S1 (primaire somatosensoriele cortex)
│       ├── Area 3a
│       ├── Area 3b
│       ├── Area 1
│       └── Area 2
│
├── Somatosensoriele associatie
│   └── SSA / PPC (posterieur pariëtale cortex, area 5 en 7)
│       └── IPS (sulcus intraparietalis)
│           ├── MIP (medial intraparietal cortex)
│           │   └── koppelt naar PMd -> reaching
│           └── AIP (anterior intraparietal cortex)
│               └── koppelt naar PMv -> grasping
│
├── Motorisch
│   ├── M1 (primaire motorische cortex, area 4)
│   ├── Premotor areas (area 6)
│   │   ├── lateraal: PMC (premotorische cortex)
│   │   │   ├── PMd (dorsale premotorische cortex) -> reaching
│   │   │   └── PMv (ventrale premotorische cortex) -> grasping
│   │   └── mediaal: SMA (supplementary motor area)

                        (mediaal)
                          [SMA]
                            │
                            └───────▶
                                     \
   (frontaal/lateraal)      ┌─────────▼─────────┐        (pariëtaal)
         [PMC] ───────────▶ │         M1        │ ◀───────── [S1]
                            └─────▲────────┬────┘
                                  │        │
                     ┌────────────┘        └────────────┐
                     │                                  │
                     │                                  ▼
             [Thalamus (VL)]                 tractus corticospinalis
                ▲      ▲                                │
                │      │                                ▼
       [Cerebellum] [Basale ganglia]              [Ruggenmerg]
                                                        │
                                                        ▼
                                                    [Spieren]

• M1
  • afferenten
    • SMA (en PMC?)
    • S1
    • thalamus > nc. ventralis lateralis (VL)
      • cerebellum
      • basale ganglia?
    • niet: PPC?
  • efferenten
    • motorneuronen
      • mozaiek
• premotorische cortex (PMC)
  • afferenten
    • parietale cortex (area 5 en 7)
      • PPC/SSA
    • prefrontale cortex (PFC, area 46)
    • basale ganglia
    • cerebellum
  • efferenten
    • M1
    • ruggenmerg (beperkt)

11.2.2.1 Organisatie van primaire motorische cortex (M1)

• area 4
• functie: eenvoudige spiercontracties
• definitie: reactie bij laagste artificiele stimulus
• eigenschappen (cf. somatosensorisch systeem)
  • somatotopie
    • unilateraal contralateraal
    • omgekeerd: gelaat lateraal ("beneden") vs been mediaal ("boven")
    • proportioneel ~ innervatiedichtheid
      • vooral gelaat, hand
      • "handknobbel"
    • multipele mappen: map per regio (M1, PMv, PMd, ...)
    • plasticiteit
  • columnair
    • efferent: laag 5 (piramidale cellen van Betz)
    • afferent: laag 2-3
      • proprioceptieve input van S1
      • cutane input
  • mozaiek
    • 1 spier kan worden geactiveerd door stimulatie van meerdere zones in M1
    • stimulatie van 1 zone activeert meerdere spieren
      • vaak wel agonisten
  • dichter bij s. centralis ~ lagere stimulatiedrempel
    • "corticomotorneuronen"
    • vaker direct naar $\alpha$-motor neuronen i.p.v. naar interneuronen

11.2.2.2 Initiatie van beweging door M1

• neuronen in M1 coderen voor kracht en richting
• kracht ~ aantal actiepotentialen
• richting
  • examenvraag (!)
  • elke neuron codeert voor exact 1 voorkeursrichting
  • brede tuning: bewegingen kunnen tot 45 graden afwijken van voorkeursrichting
  • hoe dan toch fijne bewegingen maken?
    • oplossing: populatiecodering
      • voorstellen a.h.v. vectoren
        • 1 neuron = 1 vector
        • richting = voorkeursrichting neuron
          • verandert niet
        • lengte = aantal actiepotentialen
          • veel bij voorkeursrichting
          • weinig in tegenovergestelde richting
        • vectoren van alle neuronen optellen tot 1 populatievector

11.2.2.3 Premotorische (PMC) en posterieur parietele cortex (PPC)

• samengevat
  • prefrontale cortex: doel selecteren
  • premotorische gebieden
    • motorisch plan opstellen
    • set-gerelateerde activiteit (ready/set/go)
      • delay tussen instructie en go
      • PMC neuronen ook richtingsgevoelig (cf. M1)
  • M1: plan uitvoeren
• area 6
  • mediaal: supplementaire motor area (SMA)
    • stimulatie (onder drempel): drang om te bewegen
    • letsel: verlies van initiatie van beweging
    • intern gegenereerde bewegingen (aangeleerd)
  • lateraal: premotor cortex (PMC)
    • inputs (afferent)
      • parietale cortex
      • prefrontale cortex
      • basale ganglia
      • cerebellum
    • outputs (efferent)
      • M1
      • ruggenmerg
    • onderverdeling
      • ventraal (PMv)
        • "grasping": grijpbewegingen met hand
        • intrinsieke parameters (vorm) van object
        • anterior interparietal cortex (AIP)
          • vlak bij S1
        • mirror neurons = spiegelneuronen
          • reageren zowel op zelf doen als zien doen
            • specifieke actie per neuron
              • bv. mens of andere aap pincetbeweging met vingers zien maken
              • maar niet voor zien grijpen met een echt pincet
          • belang voor imitatie, empathie, theory of mind?
          • later ook gevonden in PPC
      • dorsaal (PMd)
        • "reaching": reikbewegingen met arm
          • (arm ligt dorsaal van hand)
        • medial intraparietal cortex (MIP)
        • extrensieke parameters (plaats, afstand object)
    • somatotopie
    • letsel: complexere deficits dan bij M1
    • stimulatie: complexe, natuurlijke bewegingen (o.a. grijpen)
    • sensorimotorische transformaties
      • sensor input -> motorisch plan
• dorsale (where/how) en ventrale (what) stroom
  • zie hfst 4
  • optische ataxia
    • naast lepel grijpen
    • storing in dorsale stroom
• brain-machine interfaces (BMI)
  • geen leerstof

11.2.3 Basale ganglia

11.2.3.1 Anatomische organisatie

• (ventraal) striatum
  • (ventromediale) nc. caudatus (NC)
  • putamen (P)
  • (nc. accumbens)
• globus pallidus
  • internus (GPi)
  • externus (GPe)
• nc. subthalamicus (STN)
  • op grens diencephalon - mesencephalon
• substantia nigra (SN)
  • pars compacta (SNc)
    • celrijk
    • dopamine (DA)
  • pars reticula (SNr)
    • minder celrijk
    • ventraal geleden
    • functie ~= GPi (maar minder belangrijk)
• neurotransmitters

• inputs via striatum, STN
• outputs via GPi, SNr
• ciruits (cortex, thalamus, basale ganglia)
  • (skeleto)motorische circuit
    • (pre-)motor cortex -> P -> GPi/SNr -> thalamus (VL) -> (pre-)motor cortex (~direct pathway)
    • somatotopie
    • selecteren correcte beweging
    • onderdrukken ongewenste beweging
  • oculomotorische circuit
    • FEF -> NC -> GPi/SNr -> thalamus -> FEF (~direct pathway)
    • saccades
  • prefrontale = executieve circuit
    • cognitie en planning
    • associatiegebieden -> NC -> GPi -> thalamus -> prefrontal cortex (~direct pathway)
  • limbische circuit
    • motivatie en emotie
    • limbische associatiecortex -> ventraal striatum -> ventraal pallidum -> thalamus -> anterior cingulate cortex (ACC)

11.2.3.2 Basala ganglia pathways

• 
• 3 types
  • direct
    • cortex -> striatum -> GPi -> thalamus -> cortex
    • functie: initiatie beweging
  • indirect
    • cortex -> striatum -> GPe -> STN -> GPi -> thalamus -> cortex
    • functie: verhinder beweging
  • hyperdirect
    • cortex -> STN -> GPi -> thalamus -> cortex
• verbindingen
  • default: inhibitorisch (GABA)
  • GPi -> thalamus (default, vuurt spontaan)
  • STN -> GPi: excitatorisch (glutamaat)
  • cortex -> striatum: excitatorisch
  • thalamus -> cortex: excitatorisch
• effect dopamine uit SNc
  • stimuleert direct pathway (D1 receptoren)
  • inhibeert indirect pathway (D2 receptoren)
  • dus: facilitatie van beweging

11.2.3.3 Disfunctie van basale ganglia

• Huntington's: chorea (ongewenste bewegingen)
• Parkingson's: bewegingsarmoede door degeneratie van dopaminerge neuronen
  • symptomen
    • hypokinesie
    • bradykinesie
    • akinesie: moeilijkheden met initiatie bewegingen
      • kleine pasjes bij stappen/schuifelen
    • rigiditeit
    • rusttremor
  • behandeling
    • vroeger: GPi of STN vernietigen
    • dopamine vervangende medicatie
      • dopamine oraal werkt niet
      • precursor L-DOPA werkt wel, want kan door BBB
    • deep brain stimulation (DBS) t.h.v. GPi/STN
      • zorgt voor inhibitie van GPi/STN
• MPTP in onzuivere heroine
  • gemetaboliseerd in hersenen tot MPP+
  • neurotoxine voor dopaminerge neuronen in SNc
  • gevolg: parkingsonisme, "frozen addicts"
  • behandeling: zie Parkingson's

11.2.4 Cerebellum

• ipsilateraal georganiseerd
  • cf. cerebrum: contralateraal
  • projecteert wel naar contralaterale thalamus

11.2.4.1 Anatomische organisatie

• details: enkel relevant voor neuroanatomie
• vermis (cf. corpus callosum)
• twee hemisferen
• folia i.p.v. gyri
• cerebellaire kernen
  • nc. fastigii
  • nc. interpositus
  • nc. dentatus in cerebrocerebellum
• drie lagen
  • cf. neocortex: zes lagen
  • zelfde microstructuur in de drie delen
  • (1) buitenste = moleculaire laag
    • dendrieten van purkinjecellen
    • parallele vezels
    • interneuronen
    • basketcells = korfcellen
    • stellate = stercellen
  • (2) purkinjecellaag
    • celkernen van purkinjecellen
      • axonen: GABA-erg
    • naar diepe kernen
      • vestibulocerebellum -> hersenstam > nc. vestibularis lateralis
      • vestibulocerebellum -> hersenstam > nc. vestibularis medialis
      • spinocerebellum > vermis > nc. fastigii?
      • spinocerebellum > pars intermedia > nc. interpositus?
      • cerebrocerebellum > nc. dentatus
    • enige inhibitorische vezels
      • rest is excitatorisch
  • (3) binnenste = granulaire/korrelcel laag
    • korrelcellen
      • parallele vezels
      • T vezels
      • naar moleculaire laag
    • golgicellen
• drie delen
  • (1) vestibulocerebellum
    • vroeg in evolutie (vissen)
    • lobus flocculonodularis
    • functie
      • evenwicht
        • in ruggenmerg > FLM
          • tractus vestibulospinalis lateralis (evenwicht extensoren)
          • tractus vestibulospinalis medialis (hoofdpositie)
        • in hersenstam
          • nc. vestibularis lateralis
            • modulatie van tractus vestibulospinalis (i.f.v. evenwicht)
              • axiale spieren
              • extensoren ledematen
          • nc. vestibularis medialis
            • oogbewegingen
            • bewegingen hoofd
        • hersenstam - cerebellum
          • tractus vestibulocerebellaris
          • via n. vestibularis
      • oogbewegingen
        • verbindingen met oculomotore kernen (via FLM)
  • (2) spinocerebellum
    • bij viervoeters
    • functie
      • houding
      • beweging romp
      • beweging ipsilaterale ledematen
    • inputs
      • somatosensorieel
      • proprioceptie
      • via spinocerebellaire banen
        • ventraal: intern gegenereerd
        • dorsaal: onbewuste proprioceptie
    • structuur
      • vermis
      • pars intermedia
      • diepe kernen
        • nc. fastigii
        • nc. interpositus
    • output (ipsilateraal)
      • vermis > nc. fastigii -> formatio reticularis -> mediale descenderende banen
        • controle axiale spieren en houding
        • vaak beschadigd bij ethyl abuse
      • pars intermedia > nc. interpositus -> laterale descenderende banen
        • via thalamus > VL naar motorische cortex
        • spieren van ledematen
    • somatotopie
      • vemis: axiale spieren
      • hemisferen (paramediaan): ledematen
  • (3) cerebrocerebellum
    • output
      • nc. dentatus
      • via thalamus > VL naar motorische cortex
      • via nc. ruber -> nc. oliva inferior -> cerebellum (klimvezels)
    • functie
      • niet-stereotype bewegingen
        • piano spelen, fietsen, schrijven, ...
        • via laterale motorische systeem
      • motor planning
    • verloop: zie neuro anatomie

11.2.4.2 Cerebellaire microcircuit

• input
  • mosvezels
    • uit ruggenmerg of hersenstam
    • naar korrelcel
    • vormen glomeruli
    • diffuus naar vele purkinjecellen
  • parallelle vezels
    • spontane activiteit: simple spikes
      • 100en Hz
  • klimvezels
    • uit nc. olivaris inferior
    • "klimt" naar/rond 1 specifieke purkinjecel
    • simple of complex spikes
      • lage frequentie (~1 Hz)
    • long term depression (LTD)
      • theorie van Marr en Albus
      • klimvezels leveren error-signaal
      • purkinjecell langere tijd onderdrukt
        • reageert minder op signalen van parallelle vezels
      • vermindert ongewenste bewegingen
      • correcte bewegingen blijven over

11.2.4.3 Disfunctie van cerebellum

• normale werking
  • feed forward
    • anticipeer
    • activeer antagonist kort na agonist voor vlotte beweging en stop
  • betrokken bij motorplanning
  • motorisch leren
    • cerebrocerebellum
    • experiment: darts met prismaglazen
      • normaal
        • correctie na oefenen (via LTD)
        • glazen afnemen: fout in andere richting (ontwenning)
      • dysfunctie
        • geen correctie na oefenen
        • achteraf geen ontwenning nodig
• symptomen steeds ipsilateraal
• inactivatie nc. interpositus en nc. dentatus (door afkoeling)
  • ledematen maken oscillerende bewegingen door overshoots
    • feedback maar geen feedforward
    • "intentionele tremor"
      • cf. Parkingson's in basale ganglia: rust tremor
    • klinische testen
      • vinger naar neus
      • hiel van knie naar voet over scheenbeen
  • andere hersendelen zorgen voor feedback response, maar die komt steeds te laat
• letsel nc. dentatus
  • normaal: cortex -> pontiene kernen -> cerebellum -> thalamus (VL) -> motorische cortex
  • decompositie
    • timings verschillende stappen van beweging verstoord
• letsel spinocerebellum
  • hypotonie
• letsel nc. interpositus
  • dysmetrie: fouten in timing, richting, amplitude van beweging
  • ataxie: slechte coordinatie
• dysdiadochokinese: moeite met uivoeren herhaalde bewegingen
  • bv. pronatie en supinatie hand

II Diffuse modulatorische systemen

12 PJ Chemische controle

12.1 Secretorische hypothalamus

• zones
  • laterale hypothalamus
  • mediale hypothalamus
  • periventriculaire hypothalamus
    • in wand ventrikel III
    • nc. suprachiasmaticus
• homeostase
  • trigger: sensoriele neuronen in periventriculaire zone
  • response
    • humoraal: hypofyse
    • visceromotorisch: ortho- of parasympathisch
    • somatomotorisch
• hypofyse
  • voorste lob
    • controle door hypothalamus (parvocellulaire cellen)
      • communicatie via hormonen in bloedbaan
        • hypothalamus: CRH -> hypofyse: ACTH
    • hormonen
      • geslachtshormonen
        • FSH
        • LH
      • TSH (naar schildklier)
      • ACTH (naar bijnier)
      • growth hormone
      • prolactine
  • achterste lob
    • controle door hypothalamus (magnocellulaire neurosecretorische cellen)
      • communicatie via axonen in steel van hypofyse -> neurohormonen
    • twee hormonen
      • oxytocine
        • knuffelhormoon
        • bevalling
        • lactatie
      • ADH = vasopressine
        • RAAS
        • dorstgevoel
• cortisol ~ stress

12.2 Autonome zenuwstelsel

• visceromotorisch response van hypothalamus
  • periventriculaire
• opdeling
  • (ortho-)sympathisch
    • fight or flight
    • 4x F
      • fight
      • flight
      • fright
      • fuck / fornicate
  • parasympathisch
    • rest and digest
  • enterische divisie
• vezels
  • pre-ganglionair
  • post-ganglionair
• ganglia
  • ortho: dichter bij ruggenmerg
  • para: dichter bij organen
• neurotransmitters
  • in ganglia
    • beide: ACh
  • postganglionair
    • ortho: noradrenaline
    • para: ACh

12.3 Diffuse modulatorische systemen

• eigenschappen
  • kern: klein aantal neuronen
  • centraal gelegen (vaak hersenstam)
  • invloed op groot aantal neuronen
  • neurotransmitter extracellulair vrijgezet -> verspreiden
• (1) noradrenerge locus coeruleus
  • in pons
  • bilateraal
  • projecties naar hele hersenen
  • response op nieuwe, onverwachte stimuli
  • aandacht, arousal, bioritme
  • onderdeel van ascenderende reticulaire activatiesysteem (ARAS)
• (2) serotonerge raphe nuclei
  • in hersenstam
  • bilateraal
  • caudale kernen
    • naar ruggenmerg
    • regulatie pijn
  • rostrale kernen
    • naar hersenen
  • response op nieuwe, onverwachte stimuli
  • onderdeel van ascenderende reticulaire activatiesysteem (ARAS)
• (3) dopaminerge kernen
  • locatie
    • substantia nigra > pars compacta (SNc)
      • naar striatum (zie H11)
    • ventraal tegmentum
      • minst diffuus van de vier systemen
      • naar frontale gebieden
      • naar limbisch systeem
  • beloning, verslaving
  • pathologie: schizofrenie
• (4) cholinerge kernen (ACh)
  • eerste systeem
    • nc. basalis (Meynert)
      • Alzheimer's: al vroeg degeneratie
        • gevolg: geheugenproblemen
    • mediale septale kernen (basal forebrain complex)
    • regeling excitabiliteit
  • tweede systeem
    • pontomesencephaal complex
    • in pons en mesencephalon
    • regelt excitabiliteit thalamus

12.4 Drugs en diffuse modulatorische systemen

• LSD
  • psilocybine in paddenstoelen
  • mescaline in cactus
  • hallucinogeen
  • gelijkaardig aan serotonine (agonisten)
  • inhibeert rapheneuronen
  • veel serotonine receptoren in inferotemporale cortex
• cocaine en amfetamines
  • noradrenerg
  • dopaminerg
  • meer sympathische activiteit
  • cocaine
    • = dopamine reuptake inhibitor
  • amfetamines
    • dopamine reuptake inhibitor
    • meer dopamine productie
    • noradrenaline reuptake inhibitor
  • tolerantie -> craving/verslaving

13 PJ Motivatie

• componenten
  • hedonische impact (liking)
    • opioiden receptoren in nc. accumbens
  • incentive salience (wanting)
    • dopamine effecten in nc. accumbens

Energiehomeostase en eetgedrag

Lange termijn regulatie

• lipostatische hypothese
  • vet produceert leptine
    • meer vet ~ meer leptine
      • lange termijn regeling
      • gelijkaardig: vet ~ insuline
    • naar hypothalamus > nc. arcuatus
      • zie tabel
      • letsel hypothalamus
        • mediaal ("verzadigingscentrum"): obesitas
        • lateraal ("hongercentrum"): anorexia
    • leptine vermindert voedselopname
    • lichaam reageert vooral op te lage concentratie (schaarste), minder op te hoge
    • ob/ob muizen met defect in leptine gen -> obees
      • parabiose experiment (siamees normaal+ob/ob) -> vermagering ob/ob muis
• obesitas in mensen
  • meestal geen gen defect
  • wel hoge leptine spiegel
  • verminderde leptinegevoeligheid
  • verstoorde glucosetolerantie

Korte termijn regulatie (diurn patroon)

• vasten -> orexigne signalen
  • ghreline (honger hormoon)
    • productie in maag
• na maaltijd -> verzadigingssignalen
  • maagdistensie
  • darmpeptiden (CKK) -> n. vagus (X)
  • insuline
  • glucose
• fasen eetgedrag
  • cephalische fase: zien/ruiken -> saliva
  • gastrische fase: vullen maag
  • substraatfase: opname voedingsstoffen -> glycemie+
• slaapdeprivatie
  • leptine -
  • ghreline +

✅ Zelfstimulatie en beloning

• dopamine = the molecule of more
  • belangrijk bij beloning
• experimenten (Olds en Milner)
  • dopaminerge stimulatie > eten en drinken
• reward sites
  • septale kernen
  • mesocorticolimbisch circuit
  • laterale hypothalamus
  • medial forebrain bundle (verbinding tussen onderdelen)
• ventral tegmental area (VTA) -> medial forebrain bundle -> ventrale striatum (nc. accumbens)
  • VTA reageert initieel enkel op beloning
  • conditionering: signaal -> beloning
  • VTA reageert achteraf enkel op signaal, niet op beloning
  • predictiefouten
• letsel dopaminerge vezels
  • minder "wanting"
    • minder "seeking behaviour"
  • zelfde "liking"
    • geregeld door opioiden i.p.v. dopamine
• rol dopamine bij (extreme) obesitas?
  • desensitisatie van dopamine receptoren
• orbitofrontal cortex (OFC)
  • activiteit ~ subjectieve ratings voor aangenaamheid
    • voedsel
    • muziek
    • geld
    • drugs
    • ...

✅ Serotonine en eetgedrag

• stijgt in anticipatie
• piekt tijdens maaltijd
  • vooral bij veel koolhydraten (i.t.t. eiwitrijk)
• injectie serotonine
  • gevolgen
    • minder eetlust (cf. dopamine: meer)
    • positieve stemming
  • automedicatie: voedsel met tryptofaan (serotonine precursor) en weinig andere aminozuren
    • o.a. pure chocolade
    • staat in competitie met andere AZ om door BBB te geraken
• link met eetstoornissen (anorexia nervosa en boulimia)

14 PJ ✅ Emotie

14.1 Anatomie limbisch systeem

• = achtergrondinfo
• functies
  • emotie
  • gedrag
  • geheugen
• lobus limbicus
  • ring rond hersenstam
    • limbus = rand
  • amygdala
    • temporale kwab
    • voor en boven hippocampus
    • onderdelen (geen leerstof)

14.2 Emoties en gevoelens

14.2.1 Emotionele toestand en emotionele ervaring

• emotionele toestand/expressie (fysiologie)
• emotionele ervaring (gevoelens)
• theorie James-Lange: stimulus -> expressie -> ervaring
• theorie Cannon-Bard: stimulus -> ervaring -> expressie
• onduidelijke welke correct, maar sowieso interactie
• bewust vs onbewust (subliminaal)
  • experiment: neutrale en kwade gezichten vs huidconductantie
    • aversieve conditioneringsfase
      • toon neutrale en kwade gezichten
      • koppel kwade gezichten aan onaangenaam geluid
      • gevolg: huidconductantie stijgt bij kwade gezichten
    • testfase
      • toon subliminaal een kwaad gezicht (30ms), direct gevolgd door neutraal gezicht
      • kwaad gezicht kan niet bewust waargenomen worden
      • gevolg: huidconductantie stijgt toch
• klinische toepassing: plankenkoorts
  • (1) patient merkt expressie (rood worden, bevende handen, trillende stem)
  • (2) patient wordt nog zenuwachtiger
  • oplossing
    • benzodiazepines: werkt wel, maar te verslavend
    • beta blockers: onderdrukt ook fysiologische symptomen
• letselstudie: Phineas Gage
  • letsel frontale kwab ~ verandering persoonlijkheid
    • prefrontale cortex
    • orbitofrontale cortex (OFC)
  • ongeduldig
  • onvoorspelbaar
  • decorumverlies

14.2.2 Theorieen

• basisemoties vs dimensioneel (geen leerstof)
  • basisemoties
    • fMRI onderzoek
      • angst ~ amygdala
      • afkeer ~ anterieure insula
      • droefheid ~ mediale prefrontale cortex
  • dimensioneel
    • waarde: pos/neg
    • arousal: hoog/laag

14.2.3 Neurofysiologie van angst

• syndroom van Kluver-Bucy
  • bilaterale temporale lobectomie
    • psychische blindheid: deficit in objectherkenning
    • hyperseksualiteit
    • orale tendensen
    • verminderde angst
    • hypermetamorphosis
• limbisch systeem
  • emotionele betekenis toekennen aan stimuli
  • amygdala ~ angst (incl. aangeleerd via conditionering)
    • letsel
      • affectvervlakking (stoicijns)
      • verminderde agressie en angst
      • moeite met herkennen emotionele gelaatsexpressies (vooral angst)
    • microstimulatie amygdala
      • verhoogde waakzaamheid
      • meer angst en agressie
• flow (niet besproken)
  • verschillende associatiezones
  • basolaterale amygdala
    • naar centrale amygdala
    • naar cortex -> bewuste emotionele ervaring
  • centrale amygdala (nucleus centralis?)
    • autonome response (zweten, tachycardie, pupildilatatie)
    • hormoonproductie via HPA-as (hypothalamus - pituitary - adrenal)
    • gedragsrespons via projecties naar peri-aqueductal gray (PAG) -> freezing
      • via medullaire tractus reticulospinalis
    • verhoogde waakzaamheid via diffuse modulerende systemen
• syndroom van Capgras: bekend gezicht -> vermoeden van imposter
• angststoornissen
  • 
  • stress ~ cortisol
  • HPA axis (details niet belangrijk)
    • hypothalamus -> CRH -> pituitary=hypofyse -> ACTH -> adrenal cortex
      • corticotropin releasing hormone (CRH)
      • adrenocorticotropic hormone (ACTH)
  • acuut -> beter omgaan met uitdaging
  • chronisch -> degradatie neuronen in hippocampus
    • hippocampus kan HPA minder inhiberen
  • medicatie
    • werking
      • versterken de werking van GABA (dus soort agonist)
        • = inhibitorische neurotransmitter
    • soorten
      • anxiolytica
        • benzodiazepines
      • alcohol

14.2.4 Neurofysiologie van woede/agressie

- soorten agressie - predatorische agressie (effectief aanvallen om te doden; interspecies) - affectieve agressie (show off; intraspecies) - agressie ~ testosteron - bij meeste dieren - vager bij mensen - agressie ~ amygdala - elektrische stimulatie amygdala -> meer affectieve agressie - letsel amygdala -> minder affectieve agressie - bij apen: bilateraal letsel amygdala -> val in sociale hierarchie - psychochirurgie (jaren '40) - frontale lobotomie via orbita - amygdalectomie - veel neveneffecten (zie casus Phineas Gage) - agressie ~ hypothalamus/VTA - experiment - sham rage bij wegname cerebrale hemisfeer kat/hond/rat - geen sham rage als posterieure hypothalamus ook weggenomen wordt - mediale hypothalamus ~ affectieve agressie - projecteert naar PAG - laterale hypothalamus ~ predatorische agressie - projecteert naar ventral tegmental area (VTA) - agressie ~ 1/serotonine - aap met serotonine antagonisten - zijn agressiever - maar dalen toch in hierarchie - "vervelend" gedrag

III ✅ Integratieve systemen

15 TT ✅ Geheugen

15.1 Inleiding

• soorten geheugen
  • (1) declaratief (expliciet, wat)
    • pathologie: amnesia
      • 
      • (a) retrograde
      • (b) anterograde
  • (2) niet-declaratief (impliciet, hoe)
    • 
    • (2a) proceduraal
      • pathologie: Parkingson's
      • vaardigheden en gewoonten @ striatum
      • automatische reacties @ reflexbogen
      • motorische en perceptuele vaardigheden
    • (2b) associatief leren (stimulus -> respons)
      • (2b1) klassieke conditionering (Pavlov)
      • (2b2) instrumentele = operante conditionering (Skinner box)
        • simulus -> gedrag -> gevolg
        • positive/negative reinforcement
        • motivatie
        • dopamine
        • gewoontevorming (habit learning)
        • basale ganglia
    • (2c) niet-associatief leren
      • (2c1) habituatie = gewenning: minder gevoelig over tijd
      • (2c2) sensitisatie: gevoeliger over tijd
      • minder belangrijk
  • (3) werkgeheugen
    • prefrontale cortex
• KT vs LT geheugen
  • korte termijn (KT)
  • lange termijn (LT)
  • omzetting KT -> LT = consolidatie
    • details: geen leerstof
  • aanwezig in zowel impliciet als expliciet geheugen
  • komt bij beide types geheugen (impliciet+expliciet) voor

15.2 Werkgeheugen

• waar
  • prefrontale cortex
  • posterieure parietale cortex
  • over hele hersenen

15.2.1 Prefrontale cortex

• taken
  • delayed response taken
  • Wisconsin card sorting task
    • kaarten sorteren op kleur, vorm of aantal
    • regel niet gegeven
      • leren door feedback
      • verandert doorheen spel
• letsel
  • problemen met delayed response taken
  • fMRI: toegenomen BOLD signaal in frontale gebieden bij uitvoeren taken
  • preservatie: niet meegaan met veranderende regel in test

15.2.2 Andere corticale gebieden

• delayed saccade taken
  • delayactiviteit in Lateral Intraparietal (LIP) cortex
    • neuronen blijven actief tussen verdwijnen target en cue
    • ook in temporale cortex
• delayed match to sample (DMS)
• delated non-match to sample (DNMS)

15.3 Declaratieve geheugen

• Lashley: geheugen als gedistribueerd netwerk
• Hebb
  • engram: sensoriele neuronen ook betrokken bij geheugen
  • wet van Hebb: fire together, wire together
    • cell assembly
    • consolidatie

15.4 Mesiale temporale structuren (hippocampus)

• TODO consolidatie
• samengevat
  • wel in hippocampus
    • nieuwe herinneringen maken
    • spatiaal geheugen
    • relationeel leren
  • niet in hippocampus
    • IQ
    • werkgeheugen
    • procedureel geheugen

15.4.1 Anatomie

• episodisch geheugen = interactie tussen
  • associatie cortices
    • o.a. inferotemporale cortex
  • mesiale temporale structuren > hippocampus
• structuren
  • 
  • hippocampus
    • cornu ammonis (CA)
      • CA1
      • CA2
      • CA3
    • gyrus dentatus
    • subiculum
  • entorhinale cortex (EC)
    • naar CA1 via perforant pathways
      • direct
      • indirect: EC -> gyrus dentatus -> mosvezels -> CA3 -> schaffercollateralen -> CA1
    • tweede deel circuit
      • CA1 -> subicum -> EC
    • link met corticale associatiezones
  • perirhinale cortex
• stimulatie temporale lob -> oude, complexe herinneringen
  • maar: resectie != verlies herinnering
• sommige neuronen in hippocampus reageren op heel specifieke concepten (gezichten beroemdheden, geschreven naam, ...)

15.4.2 Letselstudies

• theorie van Lashley
  • experiment: plaats letsel maakt niet uit, grootte wel
  • stelling 1: geheugen is gedistribueerd (correct)
  • stelling 2: geen specifieke plaatsen (fout)
    • declaratief vs proceduraal: ander substraat
• studie: bilaterale resectie hippocampus
  • IQ stabiel
  • werkgeheugen intact
  • proceduraal geheugen intact
    • mirror drawing task
  • anterograde amnesie
  • effect bevestigd bij apen met delayed non-match to sample (DNMS) taak
    • selecteer object dat niet eerder getoond werd (= non-match)
    • moeilijker naarmate delay langer wordt (s -> min)
  • conclusie: verschillende vormen geheugen ~ verschillende anatomische substraten

15.4.3 Spatiaal geheugen

• experimenten
  • radial arm maze = radiaal labyrint
    • doel
      • elke gang max 1x checken
      • leren waar voedsel ligt
    • variant met lampje
  • Morris water maze
    • verborgen platform
    • cues in rand van bad voor orientatie
• spatiaal leren aangetast na letsel
  • dus wel in hippocampus
  • place cells in CA1
  • place field van place cell (neuron)
    • plaats die grootste response geeft
    • = waar het dier zich denkt te bevinden
    • cf. receptive field
  • grid cells in EC
    • knooppunten in virtueel hexagonaal grid
    • taxi chauffeurs: grotere hippocampus
• relationeel leren
  • link tussen verschillende sensoriele prikkels
• conclusie
  • hippocampus kan zeggen wat er waar en wanneer heeft plaatsgevonden
  • "maakt reizen mogelijk"
    • reizen in ruimte: navigatie
    • mentaal reizen in tijd
      • declaratief geheugen
        • episodisch
        • semantisch
• theta cyclus

15.5 Procedurale geheugen

• associatieve leren en habit learning
  • stimulus-response
  • basale ganglia (striatum) betrokken
  • belang van beloning (via dopamine uit substantia nigra)
    • gaat dus moeizaam bij Parkingson's patienten
  • voorbeelden
    • muis in T-doolhof: links/rechts o.b.v. toonhoogte
      • initieel: reactie striatum t.h.v. turn
      • na leren: reactie striatum bij start en einde
    • weer voorspellen o.b.v. kaarten
      • 
      • dubbele dissociatie
      • amnesie
        • weten niet meer welke kaarten gezien
        • leren wel weersvoorspelling
      • Parkingson's
        • weten wel welke kaarten gezien
        • leren niet weersvoorspelling
  • rol dopamine bij verslaving en motivatie

16 TT ✅ Taal en spraak

• les: 30min

16.1 Historiek

• lateralisatie en lokalisatie merkbaar vanaf 3 maanden
• Broca's area
  • motorische spraakcentrum
    • in frontale kwab
    • grenst aan andere motorische gebieden
      • vlak bij zone voor pharynx en mond
  • letsel -> Broca-afasie
    • casus: Mr. Tan
    • begrip: ok
    • output: nok
      • anomie: benoemingsproblemen (met intacte spraak)
      • agrammatisme
      • telegramstijl
      • parafasieen
      • content words
• Wernicke's area
  • sensorisch spraakcentrum
    • posterieur in gyrus temporalis superior
    • grenst aan andere somatosensoriele gebieden
  • letsel -> Wernicke-afasie
    • begrip: nok
      • parafasieen
    • output: ok
• connectie: fasciculus arcuatus
  • != nc. arcuatus bij motivatie/eetgedrag
  • rond sulcus lateralis
  • letsel -> conductie afasie
    • deficit bij herhalen van gesproken woorden
• oude model
  • spraak: Wernicke -> Broca -> motorische cortex
  • lezen: visuele cortex -> Broca -> motorische cortex
  • luisteren: auditieve cortex -> Broca -> motorische cortex
  • realiteit complexer
• nieuwe model (geen leerstof)
  • parallele stromen
  • dorsaal I: productie en herhaling
  • dorsaal II: syntax
  • ventraal: geluid -> betekenis
• analoge problemen na letsels bij dove mensen voor gebarentaal

16.2 Letselstudies

• taal in dominante hemisfeer
  • vaak links
    • 95% in rechtshandigen
    • 60% in linkshandigen
      • 20% rechter hemisfeer
      • 20% bilateraal
  • niet-dominante hemisfeer
    • prosodie
      • ritme
      • intonatie
      • emotionele connotatie
  • anatomische asymmetrie
• experiment: Wada test
  • sodium amobarbital (= barbituraat) in a. carotis interna
  • legt bevloeiiingsgebied stil

16.3 Split brain studies

• corpus callosum doorgesneden
• weinig merkbare gevolgen (bij mens en dier)
• experiment
  • toon figuur in linker hemiveld
  • wordt enkel gezien door rechter hemisfeer
  • patient zegt: ik zie niets
  • patient kan met linkerhand (dus rechter hemisfeer) wel object aanduiden/fysiek herkennen (stereognosie)
• niet-dominante hemisfeer
  • lezen
  • getallen, letters, korte woorden begrijpen
  • niet: praten

16.4 Elektrische stimulatie

• bij wakkere neurochirurgie
• stimulatie rond sulcus lateralis kan taal- en spraakstoornissen veroorzaken
  • speech arrest
  • dysfasie
  • vocalisaties
• heterogeen
  • gelijkaardige effecten op verschillende locaties
  • verschillende effecten op naburige locaties

16.5 Functionele beeldvorming

• PET + fMRI
• bilaterale activaties
• woorden tonen -> visuele activaties
  • gyrus fusiformis
    • visual word form area (vWFA)
      • cf. fusiform face area (FFA)
• taken
  • woorden genereren in bepaalde categorie
  • passief luisteren naar verhaal
  • zinnen herhalen in stilte
  • verb-to-noun = verb generation task
    • stoel -> zitten
• spraak
  • woorden spreken = woorden herhalen - passief luisteren
  • SMA
  • M1
• doven en blinden: reorganisatie
  • voorbeelden
    • doven: gebarentaal zien -> auditieve gebieden actief
    • blinden: Braille lezen -> visuele gebieden actief

17 PJ ✅ Slaap en bioritme

17.1 Hersenritmes

• EEG
  • amplitude ~ aantal neuronen synchroon geactiveerd
  • frequenties
    • delta: < 4 Hz (diepe slaap)
    • theta: 4-8 Hz (slaap en wakker)
    • alfa: 8-13 Hz (rustig wakker)
    • beta: 13-30 Hz (wakker)
    • gamma: 30-120 Hz (actief)
  • in grote lijnen
    • non-REM slaap/coma: hoge amplitude, lage f
    • wakker en REM slaap: lage amplitude, hoge f
  • pacemakers (o.a. thalamus)
  • functie: hypotheses
    • cortex ontkoppelen van sensoriele input
    • bindingshypothese: verschillende gebieden synchroniseren
    • geen functie maar bijproduct
  • epileptische aanvallen
    • gegeneraliseerde vs partiele aanval
    • tonisch/clonische spiercontracties
    • extreem synchroon
    • symptoom i.p.v. ziekte

17.2 Slaap

• stoornissen
  • narcolepsie: plots in slaap vallen overdag
    • afwijking in orexine (receptor) gen
  • cataplexie: spierparalyse met intact bewustzijn
  • slaap paralyse: wakker worden tijdens REM, spierparalyse
  • REM-slaap-gedrag stoornis: geen paralyse tijdens dromen
  • verschuiving ritme
    • adolescenten: later
    • ouderen: vroeger
  • somniloqui: praten in slaap
  • slaapwandelen
  • sleep terrors

17.2.1 Slaapstadia

• totale duur: meetal 6.5 - 8.5u
  • veel variatie
• slaapstadia
  • cycli (REM + non-REM) van 90min

• beide belangrijk voor leren en geheugen
• waarom slapen?
  • onduidelijk
  • herstel theorieen
  • adaptatie theorieen
    • nacht = gevaarlijk
  • dromen
    • waarschijnlijk random activaties uit pons
    • cortex probeert verhaal te maken
• REM en non-REM slaap belangrijk voor leren en geheugen

17.2.2 Neurale mechanismen van slaap

• neurale mechanismen
  • diffuse modulatorische systemen in hersenstam
    • formatio reticularis
    • neurotransmitters
      • wakker
        • noradrenaline
        • serotonine
      • begin REM slaap
        • acetylcholine
    • houden cortex wakker
    • letsel: coma
  • V1: REM < non-REM
  • extrastriate cortex: REM > non-REM
    • dromen
  • inhibitie door adenosine
    • opbouw overdag (DNA, ATP, neurotransmitter, ...)
    • caffeine = adenosine inhibitor
  • andere slaapbevorderende stoffen
    • NO
      • retrograde messenger
      • stimuleert vrijzetting adenosine
    • muramylpeptides
      • uit celwand bacterien bij infecties
    • cytokines (o.a. IL-1) bij infectie
    • melatonine
      • behandeling voor jetlag (maar zonlicht is best)
• verschil in genexpressie
  • immediate early genes: vooral wakker
  • andere genen: tijdens slaap

17.3 Circadiaanse ritmes

• patroon in biochemische processen
  • temperatuur
  • urineproductie
  • hormoonspiegels
• interne klok in hersenen
  • heeft "zeitgebers" nodig
    • indien geen zeitgebers
      • eerst normaal 24u ritme
      • daarna free running (20 wakker, 12u slaap)
        • loopt niet gelijk met temperatuur cyclus -> dus meerdere klokken
• nc. suprachiasmaticus (SCN)
  • in hypothalamus
  • krijgt rechtstreeks info uit retina (~zonlicht)
  • klokgenen
    • moleculaire cyclus
    • mRNA transcriptie -> eiwit -> vertraging -> inhibitie transcrptie
    • aparte klok per cel
      • wel globaal aangestuurd door SCN
        • vooral via temperatuur
        • maar ook via autonoom zenuwstelsel, cortisolproductie bijnier, ...