Informatie

Hoe en waar delen zenuwen paden naar de hersenen?


Ik ben geïnteresseerd in het begrijpen hoe pijnreceptoren signalen sturen naar de somatosensorische cortex (het deel van de hersenen dat verschillende zenuwsignalen registreert, zoals pijn, druk, temperaturen, enz.).

In het bijzonder ben ik geïnteresseerd in het al dan niet delen van twee verschillende zenuwen/receptoren, of niet, "communicatiekanalen" met de cortex.

Stel dat ik met de top van mijn vinger een hete kachel aanraak en, laten we zeggen, slechts 10 "temperatuurgevoelige zenuwen" worden getriggerd om pijnsignalen naar mijn hersenen te sturen:

  • Stuurt elk van deze 10 zenuwen 10 verschillende signalen naar mijn hersenen, waarbij ze 10 volledig 10 kanalen naar beneden reizen?; of
  • Stuurt elk van deze 10 zenuwen 10 verschillende signalen naar bijvoorbeeld mijn ruggenmerg, waar ze vervolgens worden gecombineerd tot 1 groot pijnsignaal en doorgestuurd naar de hersenen?; of
  • Heel iets anders?

Hier is een vreselijke illustratie van de vraag die ik stel:

In scenario #1 sturen beide zenuwen 2 verschillende signalen naar de hersenen, en die signalen worden tijdens hun hele reis naar de hersenen gescheiden/geïsoleerd gehouden.

In scenario #2 sturen beide zenuwen 2 verschillende signalen naar het ruggenmerg, maar de wervelkolom combineert ze en stuurt slechts 1 signaal door naar de hersenen.

Ik weet zeker dat het in werkelijkheid geen van deze scenario's is, en iets veel complexer is. Maar ik ben nieuwsgierig en wil het weten!


De eerste laag van sensorische integratie van neurale interconnectie ligt in de spinale dorsale hoorns (voor somatosensorische stimuli) en het spinale anterolaterale systeem (voor pijnlijke stimuli). Het lijkt veel meer op optie #2 dan optie #1.

Addenda: Aangezien je veel vraagt ​​over neuroanatomie en neurofysiologie, raad ik die 2 beginnersboeken aan:

  • Neuroanatomie Tekst en Atlas, John Martin
  • neurowetenschapDale Purves

Term Paper over het zenuwstelsel | Mensen | Biologie

In deze term paper gaan we het hebben over: Hoe werkt het zenuwstelsel? Wat zijn de onderdelen van het zenuwstelsel en hoe werken ze samen met de hersenen zelf?

Het lichaam heeft twee belangrijke boodschappersystemen waarmee de hersenen instructies kunnen sturen naar de verschillende organen, klieren en spieren door het hele lichaam. Terwijl hormonen door de bloedbaan stromen om de individuele cellen te bereiken om de nodige instructies voor een verscheidenheid aan taken door te geven, is er een andere methode beschikbaar voor de hersenen voor het verzenden van commando's. Die secundaire optie is het zenuwstelsel.

Het belangrijkste onderdeel van het zenuwstelsel zijn de hersenen zelf. Dit is de krachtpatser van het hele zenuwstelsel en het controlecentrum van het hele lichaam. Het zenuwstelsel zelf heeft zowel vrijwillige als onvrijwillige acties. Een van de belangrijkste onderdelen is het centrale zenuwstelsel (CZS).

Het CZS is gemaakt van de combinatie van de hersenen plus het ruggenmerg. Een perifeer zenuwstelsel (PNS) bestaat voornamelijk uit zenuwen die door het hele lichaam lopen. Deze zenuwen zijn ingesloten in bundels lange vezels, die bekend staan ​​als axonen.

Deze axonen zorgen in wezen voor een verbinding van het CZS naar ons hele lichaam en al onze organen. Hoewel berichten van de hersenen naar het lichaam moeten worden verzonden, heeft het lichaam een ​​manier nodig om te reageren. Daarom worden de zenuwen die de boodschappen van de hersenen doorgeven, motorische of efferente zenuwen genoemd. De zenuwen die berichten naar de hersenen terugsturen, worden sensorische zenuwen genoemd. De meeste zenuwbundels vervullen eigenlijk beide functies, vandaar de term gemengde zenuwen.

Nu is het PNS ook verdeeld in drie delen, het somatische, autonome en enterische. Somatic zijn verantwoordelijk voor vrijwillige beweging. De automaat houdt zich bezig met de onwillekeurige aspecten van het zenuwstelsel. Het kan ook weer worden gescheiden in het sympathische en het parasympathische.

Sympathisch zenuwstelsel is vooral in een hoge versnelling tijdens noodsituaties om het lichaam te mobiliseren om energie te krijgen. Het parasympathische zenuwstelsel is actief tijdens de ontspannen toestand.

De combinatie van deze twee systemen zorgt voor de vlucht- en vechtreacties van het individu, naast vele andere functies die gedurende de dag plaatsvinden. Beschouw dit deel van het zenuwstelsel als de achtergrondtoepassing die altijd achter de schermen draait, maar met de mogelijkheid om het hoofdsysteem op de hoogte te stellen wanneer dat nodig is.

Ten slotte is het enterische zenuwstelsel verantwoordelijk voor het maagdarmstelsel. Dit werkt ook onvrijwillig omdat het de spijsvertering en de beweging van voedsel door dat systeem regelt. Maar om echt te begrijpen hoe dit systeem in ons hele lichaam functioneert, is het belangrijk om vanaf het cellulaire niveau meer te weten te komen over het zenuwstelsel.

Laten we beginnen met de soorten cellen die vaak in het zenuwstelsel worden aangetroffen.

Cellen:

Het zenuwstelsel bevat twee soorten cellen, de gliacellen en de neuronen. De fundamentele eigenschap van neuronen is hoe ze communiceren met andere cellen door middel van synapsen. Dit zijn membraan-naar-membraan-overgangen die een snelle overdracht van signalen via elektrische of chemische middelen op moleculair niveau mogelijk maken. Neuronen kunnen ook een axon bevatten, dat duizenden potentiële synaptische contacten mogelijk maakt.

Voordat je begint te denken dat neuronen uit hetzelfde weefsel zijn gesneden, moet je begrijpen dat ze in een grote verscheidenheid met verschillende functies bestaan. Sommige van deze neuronen zijn sensorische neuronen die fysieke prikkels omzetten in neurale signalen. Een ander type neuron is het motorneuron, dat neurale signalen in actie brengt, hetzij door de spieren of de klieren zelf.

De gliacellen bieden ondersteuning en voeding, vormen myeline, werken om de homeostase te handhaven en nemen deel aan signaaloverdracht binnen het zenuwstelsel. Binnen een menselijk brein wordt bijvoorbeeld geschat dat het totale aantal neuronen ongeveer gelijk is aan het aantal gliacellen.

Als het gaat om het beschrijven van de taak van de gliacellen, is de beste manier om het uit te leggen dat zij het ondersteunend personeel voor de neuronen zijn. Ze zorgen niet alleen voor voeding en houden de neuronen op hun plaats, ze helpen ook bij het bestrijden van ziekteverwekkers die de neuronen kunnen aanvallen, en bij het opruimen van de dode neuronen.

De belangrijkste functie van de gliacel is echter de aanmaak van een vetachtige substantie die myeline wordt genoemd. Deze stof wikkelt zich rond axonen om elektrische isolatie te bieden om snelle overdracht van actiesignalen mogelijk te maken. Wanneer myeline is beschadigd, kan het niet noodzakelijkerwijs opnieuw groeien, dus de schade kan permanent zijn.

Er zijn ziekten die myeline daadwerkelijk van neuronen verwijderen, waardoor een persoon in zijn eigen hoofd wordt gevangen. Behandelingen blijven worden onderzocht om manieren te vinden om dit probleem op te lossen voor mensen met een specifieke genetische stoornis.

Laten we nu naar de keten gaan om een ​​beter begrip te krijgen van het centrale zenuwstelsel (CZS) en het perifere zenuwstelsel, bekend als het PNS.

Centraal zenuwstelsel en perifeer zenuwstelsel:

Het CZS omvat zowel het ruggenmerg als de hersenen. Het wervelkanaal is de thuisbasis van het ruggenmerg, terwijl de hersenen zich in de schedelholte bevinden. De bescherming voor het CZS, het lichaam heeft de hersenvliezen, dat is een drielaags systeem van membranen.

Een van deze lagen is de buitenste laag die bekend staat als de Dura mater. De schedel wordt ook beschermd door de schedel, gemaakt van een hard en sterk botmateriaal. Het ruggenmerg heeft ook bescherming in de vorm van wervels, een ander type sterk bot. Dit is het deel van het zenuwstelsel dat de meesten van ons kennen.

Het PZS beschrijft alle andere aspecten van het zenuwstelsel die niet in het CZS zijn opgenomen. Axonbundels worden binnen het PZS beschouwd, ook al zijn er enkele axonbundels die in verschillende delen van het CZS te vinden zijn, waaronder de hersenen en het ruggenmerg.

Het PNS kan nog verder worden onderverdeeld, in twee delen die bekend staan ​​als het somatische en viscerale. De somatische omvat zenuwen die verband houden met de gewrichten, huid en spieren. Dorsale wortelganglia worden beschouwd als de cellichamen van somatische sensorische neuronen. Het viscerale wordt vaak het autonome zenuwstelsel genoemd. Het bevat neuronen die te maken hebben met de interne organen, klieren en bloedvaten.

Nu kan het viscerale weer in twee delen worden verdeeld. Bij het in kaart brengen hiervan kan het soms lijken op een lange stamboom. De twee delen van het viscerale zijn het sympathische zenuwstelsel en het parasympathische zenuwstelsel.

Het sympathische zenuwstelsel is verantwoordelijk voor de vecht- of vluchtreactie van het lichaam. Wanneer het echter onze afweermechanismen niet hoeft te activeren, is het sympathische zenuwstelsel actief bij het handhaven van de homeostase van het lichaam.

Het parasympathische systeem complimenteert het sympathische systeem door het voeden en fokken of rust- en verteringsreacties in het lichaam te stimuleren. Dus de spijsvertering en andere interne processen gebeuren automatisch zonder onze bewuste gedachte om het in stand te houden. Ademen is een andere activiteit waarbij het lichaam afhankelijk is van de automatische systemen om het in stand te houden, vooral als we slapen of ons bewustzijn betrokken raakt bij andere activiteiten.

Maar hoewel het een complex zenuwstelsel is, dat meestal wordt aangetroffen bij wezens met wervels, zijn er andere wezens die variaties van het zenuwstelsel vertonen. Wetenschappers noemen ze vaak voorbeelden van eenvoudigere neurale verbindingen of alternatieven voor een compleet zenuwstelsel. We zullen ze neurale voorlopers noemen.

Neurale voorlopers:

Als je naar een spons kijkt, zie je niet de typische aanduidingen van neurale paden. In feite is de spons geclassificeerd als helemaal geen zenuwstelsel. De typische synaptische knooppunten ontbreken, dus er zijn geen neuronen in deze wezens. Berichten moeten echter door het lichaam van een spons worden gestuurd. Dus hoe is het gedaan?

Sponzen vormen groepen eiwitten die samenklonteren. Wanneer voltooid, lijkt de structuur sterk op een postsynaptische dichtheid, die vergelijkbaar is met het ontvangende uiteinde van een synaps. Toch blijft het gebruik van deze specifieke eiwitcluster door de spons onduidelijk. Wat wel bekend is, is dat sponzen momenteel communiceren met behulp van calciumgolven en andere soorten impulsen. Dit maakt eenvoudige handelingen mogelijk, zoals het volledig samentrekken van het lichaam.

Laten we echter eerlijk zijn. Sponzen gaan niet echt op veel plaatsen. Het is hun taak om oceaanwater te filteren, waardoor ze zichzelf voeden en tegelijkertijd de oceaan schoonmaken. Maar in de oceaan zijn meer complexe wezens die ook voorbeelden hebben van neurale voorlopers.

Een voorbeeld hiervan zijn kwallen. Deze wezens hebben een diffuus zenuwnet, in plaats van een centraal zenuwstelsel. Het zenuwnet is meestal gelijkmatig over het lichaam verspreid. Gemaakt van sensorische neuronen die gevoelig zijn voor visuele, tactiele en chemische signalen motorneuronen die de contracties van de lichaamswand activeren en tussenliggende neuronen die de communicatie tussen de andere twee verzorgen.

Hoewel dit een vrij ongestructureerd zenuwstelsel is, toont het duidelijk aan dat synapsen voorkomen bij andere wezens. De complexiteit van een menselijk zenuwstelsel is echter uniek vanwege de verscheidenheid aan berichten die er constant doorheen in beweging zijn. Berichten over zo'n aanzienlijk aantal onderwerpen, van eten tot het begrijpen van informatie van de verschillende zintuigen en er vervolgens naar handelen.

Dus hoe beheert het zenuwstelsel al deze inkomende en uitgaande informatie? Het antwoord is in een term genaamd Bilateria.

Bilateria:

Voor een overgrote meerderheid van dieren met een zenuwstelsel is er een scheiding tussen hun linker- en rechterkant. Simpel gezegd, de rechter- en linkerkant zijn bijna spiegelbeelden van elkaar. Elke kant had zijn eigen koord of ganglion voor elke kant, met het grootste deel van het ganglion vooraan en vaak aangeduid als de hersenen. Ons zenuwstelsel volgt een soortgelijk patroon.

Het ruggenmerg heeft gesegmenteerde ganglia door het hele lichaam die elk deel van het lichaam toegang geven tot motorische en sensorische zenuwen. Deze segmenten voeden de hoofdstam en sturen berichten naar de hersenen. Afhankelijk van het wezen bevindt het hoofdzenuwkoord zich aan de onderkant of bovenkant van het lichaam.

Er zijn verschillende soorten, elk met hun eigen variaties van dit type zenuwstelsel. Hoe complexer het zenuwstelsel, hoe beter de ontwikkelde zintuigen. Voor veel geleedpotigen, een groep die wordt gedefinieerd door insecten en schaaldieren, betekent dit dat ze samengestelde ogen en antennes hebben. Met deze geavanceerde zintuigen kunnen ze allerlei informatie uit de wereld om hen heen verwerken. We zien dit de hele tijd bij vliegen, omdat ze snel bewegen bij elk teken van gevaar vanwege de vaardigheden die in hun samengestelde ogen worden aangetroffen.

Zenuwstelsels kunnen meer of minder complex zijn, afhankelijk van het wezen en de complexiteit van de orgaanstructuur. De neurale paden van een kwal zijn bijvoorbeeld veel minder complex dan die in een beter functionerend zoogdier, inclusief mensen. Maar als we het erover hebben, heeft het zenuwstelsel een aantal behoorlijk basisfuncties.

De functies van het zenuwstelsel:

Wanneer we het analyseren, is dit systeem een ​​belangrijke bron van communicatie in het lichaam. Op het meest basale niveau is het een systeem waarbij signalen van de ene cel naar de andere worden verzonden, waardoor kettingen worden gecreëerd waarmee berichten van het ene deel van het lichaam naar het andere kunnen worden verzonden.

Wat dit onderscheidt van het hormoonachtige bericht, is het punt-tot-punt-signaleringsproces. Denk er zo over. Wanneer de overheid een boodschap naar een grote groep van de bevolking wil brengen, gebruiken ze een omroepsysteem. Dit verspreidt de boodschap via meerdere forums, maar er is geen garantie dat iedereen de boodschap zal horen.

Wanneer iemand echter een telefoontje krijgt, is het bericht duidelijk aan hem of haar gericht. Het resultaat is dat er een bevestiging is dat het bericht is ontvangen. Ons zenuwstelsel werkt ongeveer hetzelfde. Terwijl hormonen meer een uitzendingstype van levering bieden, geeft het zenuwstelsel veel meer directe berichten aan specifieke doelen door het hele lichaam.

Het is niet alleen gericht, maar het beweegt veel sneller dan een hormoonbericht. Wetenschappers hebben ontdekt dat het snelste zenuwsignaal in één seconde door het lichaam beweegt met snelheden van meer dan 100 meter. Dit is sneller dan zowat elk ander type beweging. Hierdoor is het lichaam in staat om snel en in realtime veranderingen en aanpassingen door te voeren in ons hele systeem en met minimale vertraging.

Toch is het zoveel meer dan een snel berichtensysteem. Dit is bedoeld om het lichaam te beheersen, zowel door informatie uit de omgeving op te halen, maar ook om de informatie vervolgens te verwerken om de juiste reactie te vinden.

Vervolgens worden berichten naar verschillende delen van het lichaam gestuurd om de responsactie te vergemakkelijken. Het verbazingwekkende aan dit proces is dat het zo snel gaat. De meesten van ons staan ​​er niet eens bij stil hoeveel werk er gaat zitten in de vertaling van de input van onze ogen, oren en aanraking door de hersenen.

Signalen worden via de axonen verzonden in een chemisch of elektrisch signaal. Terwijl elektrische synapsen directe en specifieke verbindingen maken, zijn chemische synapsen het meest voorkomende type en zijn ze ook diverser in hun mogelijkheden.

Op moleculair niveau hebben deze cellen specifieke receptoren en zenders die alle signalen faciliteren die elke seconde door ons lichaam flitsen. Maar hoewel dit allemaal fascinerend is, is er één aspect van het zenuwstelsel dat we nog niet echt hebben onderzocht. Toch verdient het een speciale discussie vanwege de kritieke betekenis ervan. Ja, we hebben het over het controlecentrum van het zenuwstelsel en ons lichaam als geheel, de hersenen!


Een zenuwbaan verbindt de darm met de hersenen & rsquos Pleasure Centers

Hoe bepalen we wat we graag eten? Hoewel smakelijke voedingsmiddelen meestal bovenaan de lijst staan, suggereren een aantal onderzoeken dat voorkeuren over consumptie verder gaan dan smakelijkheid. Wetenschappers hebben ontdekt dat zowel mensen als dieren keuzes kunnen maken over wat ze moeten consumeren op basis van de calorische inhoud van voedsel, onafhankelijk van smaak.

Onderzoek van vele decennia heeft aangetoond dat voedingsstoffen in het maagdarmkanaal de smaakvoorkeuren van dieren kunnen bepalen. Een van de eerste bevindingen van dit effect dateert uit de jaren zestig, toen Garvin Holman van de Universiteit van Washington rapporteerde dat hongerige ratten de voorkeur gaven aan het consumeren van een vloeistof in combinatie met voedsel dat in de maag werd geïnjecteerd in plaats van een oplossing in combinatie met een maaginfusie van water.

Meer recentelijk hebben Ivan de Araujo, een neurowetenschapper aan de Icahn School of Medicine op de berg Sinaï, en zijn collega's aangetoond dat calorieën de smakelijkheid kunnen overtreffen: hun werk heeft aangetoond dat muizen de voorkeur geven aan het consumeren van bittere oplossingen in combinatie met een suikerinfusie die in de darm wordt geïnjecteerd in plaats van een calorie -gratis zoete oplossing.

Jarenlang hebben De Araujo en zijn groep geprobeerd te ontrafelen hoe de inhoud van de darm plezier in de hersenen produceert. Bij muizen hebben ze gevonden dat suiker in het spijsverteringskanaal de beloningscentra van de hersenen kan activeren. Bij dieren die zijn gefokt zonder het vermogen om zoetheid te proeven, veroorzaakten zoete snacks nog steeds activiteit in het ventrale striatum, een hersengebied dat betrokken is bij beloningsverwerking. Maar volgens De Araujo bleef het specifieke pad dat signalen tussen de darmen en de hersenen doorstuurde een mysterie.

Nu hebben De Araujo en zijn collega's de nervus vagus, een bundel vezels die de hersenstam verbindt met de darmen en andere belangrijke organen in het lichaam, geïdentificeerd als een potentieel kanaal van deze door de darmen overgebrachte pleziergerelateerde signalen naar de hersenen en tenminste in muizen. Met behulp van optogenetica, een techniek waarbij dieren genetisch worden gemanipuleerd zodat lichtflitsen specifieke cellen kunnen activeren, ontdekten de onderzoekers dat het stimuleren van neuronen in de darm-innerverende takken van de nervus vagus de afgifte van de neurotransmitter dopamine uit de substantia nigra, een brein, kan induceren. regio die betrokken is bij beweging en beloning.

De bevindingen, die onlangs werden gepubliceerd in Cel, onthullen ook dat dieren herhaaldelijk hun neus in gaten staken om deze cellen zelf te stimuleren en dat ze de voorkeur gaven aan smaken in combinatie met de activering van dit circuit. "[Onze studie] biedt een mechanisme waarmee we begrijpen waarom de aanwezigheid van calorieën of voedingsstoffen in de darm ons gedrag verandert", zegt De Araujo.

Toekomstige studies zullen moeten uitwijzen welke soorten darmstimuli, zoals de aanwezigheid van specifiek voedsel of de maagrek die optreedt na een maaltijd, dit pad zullen activeren, merkt Gary Schwartz op, een neurowetenschapper aan het Albert Einstein College of Medicine die was niet bij het werk betrokken. &ldquoAls iemand wist wat voor soort prikkels we de darmen zouden moeten geven om [voedsel] lonend of niet lonend te maken, kunnen we misschien helpen bij het beheersen van overeten of ervoor zorgen dat mensen die niet willen eten, meer gaan eten.&rdquo

Wetenschappers weten al lang dat de darm- en ndashvagus-hersenroute verantwoordelijk is voor het produceren van gevoelens van volheid, maar deze nieuwe studie en andere recente onderzoeken zijn begonnen met het ontdekken van nieuwe rollen voor dit systeem in hersenfuncties van hogere orde, zegt Scott Kanoski, een neurowetenschapper aan de Universiteit van Zuid-Californië die maakte geen deel uit van het onderzoek. Eerder dit jaar ontdekte zijn team dat dit circuit ook enkele geheugenfuncties aanstuurt. Het selectief afsnijden van de takken van de vagus die verbonden waren met de darm, ontdekten ze, verslechterde het vermogen van de dieren om herinneringen te vormen aan nieuwe objecten of locaties.

Natuurlijk is aanvullend onderzoek nodig om te bevestigen dat dit type circuit dezelfde gedragseffecten bij mensen heeft. In de tussentijd wordt vagale stimulatie al gebruikt om emotionele en eetstoornissen zoals depressie en obesitas te behandelen. En er is een groeiende interesse in het gebruik van deze techniek als therapie voor angststoornissen en een verscheidenheid aan bijkomende aandoeningen, zelfs de ziekte van Alzheimer en gerelateerde geheugenstoornissen, zegt Kanoski. &ldquoMeer informatie over de biologie van het systeem kan gevolgen hebben voor toekomstige toepassingen.&rdquo

Een belangrijke vraag die overblijft over deze darm- & ndashvagus & ndash-hersenbanen is: hoe wordt informatie over de darminhoud doorgegeven aan de sensorische takken van de nervus vagus? Een mogelijkheid is dat de vagus hormonen in de darm waarneemt, zegt De Araujo. Een ander werd geschetst in een recente Wetenschap studie waarin Diego Bohéquez, een neurowetenschapper aan de Duke University, en zijn collega's ontdekten dat sommige entero-endocriene cellen, die in de wanden van het maagdarmkanaal worden aangetroffen, direct synapsen vormen met de nervus vagus van muizen. Door een omgevingsstimulus in dit geval te introduceren, zou suiker en mdashin in de darm dit circuit kunnen activeren. Bohórquez&mdash, die ook co-auteur was in de studie van De Aruajo, noemde deze synapsvormende darmcellen &ldquoneuropoden.&rdquo

Naast het doorgeven van informatie over voedingsstoffen in het maagdarmkanaal, kunnen deze nieuw geïdentificeerde vagale circuits ook betrokken zijn bij bacteriële signalering van de darm naar de hersenen, zegt John Cryan, een neurowetenschapper aan het University College Cork in Ierland die niet betrokken was bij beide onderzoeken. .

Een groot aantal onderzoeken biedt nu ondersteuning voor de bevindingen dat de microscopisch kleine organismen in onze darmen het gedrag en de geestelijke gezondheid kunnen beïnvloeden en er zijn al aanwijzingen dat de vagus een mogelijke route is waarlangs deze effecten optreden. In een onderzoek uit 2011 toonden Cryan en zijn collega's aan dat het doorsnijden van de nervus vagus van muizen de angstverminderende effecten van de probiotische bacterie blokkeerde. Lactobacillus rhamnosus. Deze studie toonde aan dat de vagus van cruciaal belang is voor signalering naar de hersenen door bepaalde bacteriestammen. Maar hoe microben signalen naar de vagus sturen, blijft een open vraag.

"Het zou interessant zijn om te zien of metabolieten uit het microbioom deze neuropodcellen [of de] beloningsroute zouden kunnen activeren", zegt Cryan. &ldquoIk denk dat dit heel spannend is voor het microbioomveld.&rdquo


Verstrooid licht gebruiken om kruispunten van zenuwvezelpaden in de hersenen in kaart te brengen

Krediet: M. Menzel/Jülich Onderzoekscentrum

Een team van onderzoekers uit Duitsland, Nederland en Italië heeft een manier ontwikkeld om verstrooid licht te gebruiken om kruispunten van zenuwvezelroutes in de hersenen in kaart te brengen. In hun artikel gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven, beschrijft de groep hun werk met lichtverstrooiing in transmissiemicroscopie en wat het onthulde in het menselijk brein.

Een deel van de studie van het menselijk brein omvat werk om de architectuur vast te stellen van de driedimensionale paden die zenuwvezels vormen. Het standaardinstrument voor dergelijk onderzoek is polarisatiemicroscopie, waarmee 3D-beelden met micrometerresolutie kunnen worden gemaakt. Maar een falend punt voor dergelijk werk zijn kruispunten - waar het ene glasvezelnetwerk fysiek het andere kruist. De huidige technologie maakt het niet mogelijk om te bepalen welke vezel bovenop ligt, zoals te zien is bij snelwegbruggen, of dat de vezels elkaar gewoon kruisen, zoals landwegen. In deze nieuwe poging hebben de onderzoekers een manier gevonden om kruispunten van paden in ongekend detail in kaart te brengen.

Om de tekortkomingen van traditionele polarisatiemicroscopie te verhelpen, zochten de onderzoekers naar gegevens in conventionele transmissiemicroscopie die nog niet eerder waren bestudeerd. Ze ontdekten dat de effecten van het tijdens microscopie doorgelaten licht afhankelijk zijn van de hoek van de vezels ten opzichte van de richting van de voortplanting van het licht. Ze gebruikten die informatie om numerieke simulaties te maken die aantoonden dat de aanvullende informatie kon worden gebruikt om onderscheid te maken tussen kruisende vezels in het vlak en vezels die buiten het vlak wezen. Ze gebruikten wat ze uit de simulaties leerden om aanvullende microscopiestudies uit te voeren met echt zenuwweefsel. Daarbij demonstreerden ze een techniek die het mogelijk maakte om de subcultuur van hersenweefsel in ongekend detail te reconstrueren, inclusief de hoeken die betrokken zijn bij het kruisen van zenuwvezels.

De onderzoekers suggereren dat hun inspanningen kunnen leiden tot een beter begrip van de architectuur van de hersenen door de creatie van een echte 3D-weergave van de hersenen mogelijk te maken. Ze suggereren verder dat hun werk kan leiden tot verbeteringen bij het interpreteren van medische scans zoals MRS en dat hun techniek ook nuttig kan zijn in andere toepassingen, zoals het bestuderen van fibreuze weefselmonsters.


Hersenontwikkeling en plasticiteit delen vergelijkbare signaalroutes

Oktober 2017. Leren en geheugen zijn twee belangrijke functies van de hersenen die gebaseerd zijn op de plasticiteit van de hersenen. Wetenschappers van de Goethe-universiteit Frankfurt rapporteren in het nieuwste nummer van het wetenschappelijke tijdschrift Mobiele rapporten hoe een drietal sleutelmoleculen deze processen aanstuurt. Hun bevindingen bieden nieuwe aanknopingspunten voor de therapie van de ziekte van Alzheimer.

De hersenen kunnen zich aanpassen aan nieuwe situaties door de contactpunten tussen zenuwcellen (synapsen) te veranderen, te bouwen of te verkleinen. In het bijzonder wordt de signaalsterkte gereguleerd door de overvloed aan receptoren in het membraan van zenuwcellen voortdurend te veranderen. Dit verklaart waarom het gemakkelijker is om informatie die we vaak gebruiken te onthouden in tegenstelling tot informatie die we jaren geleden hebben geleerd en niet meer hebben gebruikt.

Amparo Acker-Palmer's onderzoeksgroep aan het Institute of Cell Biology and Neuroscience van de Goethe University richtte zich in hun onderzoek op AMPA-receptoren, de belangrijkste zenders van de stimulerende signalen. Zenuwcellen in de hippocampus, het hersengebied dat verantwoordelijk is voor leren en geheugen, zijn in staat om het aantal van hun "ingeschakelde" receptoren te veranderen door ze uit te rekken of in te trekken als antennes, waardoor de sterkte van een signaal wordt geregeld. De wetenschappers uit Frankfurt ontdekten nu dat drie sleutelmoleculen betrokken zijn bij deze regulatie: GRIP1, ephrinB2 en ApoER2, waarbij de laatste een receptor is voor het signaalmolecuul Reelin.

"Deze resultaten zijn fascinerend omdat het al jaren bekend is dat zowel ephrinB2 als Reelin essentieel zijn voor de ontwikkeling van de hersenen", legt Amparo Acker-Palmer uit. "Bovendien heeft eerder werk in mijn laboratorium aangetoond dat er een interactie is tussen de Reelin-signaleringsroute en ephrinB's wanneer neuronen migreren tijdens hersenrijping."

Interessant is dat een enkel mechanisme heel verschillende functies binnen een cel kan vervullen. Een eerdere studie door Amparo Acker-Palmer's team toonde al aan dat macromoleculaire complexen bestaande uit ephrinB2 en ApoER2 processen reguleren die betrokken zijn bij neuronale migratie. In de huidige studie remden de wetenschappers selectief de interactie tussen de twee eiwitten en konden daarmee aantonen dat deze eiwitten, samen met GRIP1, ook de hersenplasticiteit bij volwassenen beïnvloeden. Wanneer de interactie tussen deze eiwitten werd geremd, konden neuronen niet reageren op veranderingen in de activiteit van hun netwerk. Ze vertoonden ook defecten in de plasticiteit op lange termijn, de cellulaire basis voor leren en geheugen.

"Zowel ApoER2- als ephrinB2-moleculen zijn in verband gebracht met de ontwikkeling van de ziekte van Alzheimer, hoewel de werkingsmechanismen nog niet duidelijk zijn", zegt Amparo Acker-Palmer. "Met ons onderzoek ontdekten we niet alleen nieuwe interacties van sleutelmoleculen voor de regulatie van leren en geheugen, maar werpen we ook licht op mogelijke nieuwe therapeutische doelen voor de behandeling van de ziekte van Alzheimer."


26.3 Het centrale zenuwstelsel

In deze sectie onderzoek je de volgende vragen:

  • Wat zijn de belangrijkste hersengebieden?
  • Wat zijn de belangrijkste functies van het ruggenmerg, de hersenkwabben, het cerebellum en de hersenstam?

Aansluiting voor AP ® Cursussen

Het centrale zenuwstelsel (CZS) bestaat uit de hersenen en ruggengraat, die beide worden beschermd door respectievelijk de schedel en de wervelkolom. Het CZS ontvangt sensorische informatie, integreert deze informatie en initieert een motorische reactie, waarbij de hersenen dienen als het controlecentrum voor het verwerken van sensorische informatie en het sturen van reacties. Verschillende delen van de hersenen van gewervelde dieren (inclusief de onze) hebben verschillende functies, en de hersenontwikkeling bij dieren onthult een unieke evolutionaire progressie. Voor AP hoef je niet alle verschillende delen van de hersenen en hun functies te onthouden. Als student biologie moet je echter een algemeen begrip hebben van de drie belangrijkste delen van de hersenen en hun functies.

Bij zoogdieren omvatten de delen van de hersenen de grote hersenen of cortex (die kunnen worden onderverdeeld in vier primaire lobben: frontale, temporale, occipitale en pariëtale), basale ganglia, thalamus, hypothalamus, limbisch systeem, cerebellum, en hersenstam. Informatie die via het ruggenmerg naar de hersenen gaat, wordt naar een van de gespecialiseerde gebieden van de grote hersenen geleid, bijvoorbeeld associatiegebieden voor het gehoor zijn gelokaliseerd in de temporale kwab. Het cerebellum helpt bij het coördineren van de skeletspieractiviteit, en de medulla oblongata en pons in de hersenstam zijn centra voor vitale functies, zoals ademhaling en hartslag. Hoewel lokalisatie van functies plaatsvindt, hebben de meeste complexe functies, zoals taal, betrekking op neuronen in meerdere hersengebieden. In termen van energie, aangezien de hersenen ongeveer 20 procent van de lichaamsbronnen (ATP) verbruiken, is het dan een wonder dat je uitgeput bent na het doen van een AP ® -test? Informatie van de hersenen gaat door het ruggenmerg en maakt verbindingen met perifere zenuwen. Het ruggenmerg verzendt sensorische en motorische input en regelt motorreflexen, zoals de automatische reacties wanneer de pupillen van uw oog samentrekken in fel zonlicht of wanneer u met uw hand trekt weg van iets warms.

De gepresenteerde informatie en de voorbeelden die worden benadrukt in de sectie ondersteunen concepten die worden beschreven in Big Idea 3 van het AP ® Biology Curriculum Framework. De AP ® Leerdoelen die in het Curriculum Framework worden vermeld, bieden een transparante basis voor de AP ® Biologie-cursus, een op onderzoek gebaseerde laboratoriumervaring, educatieve activiteiten en AP ® -examenvragen. Een leerdoel voegt vereiste inhoud samen met een of meer van de zeven wetenschapspraktijken.

Groot idee 3 Levende systemen slaan informatie op, halen deze op, verzenden en reageren op informatie die essentieel is voor levensprocessen.
Blijvend begrip 3.E Overdracht van informatie leidt tot veranderingen binnen en tussen biologische systemen.
Essentiële kennis 3.E.2 Dieren hebben zenuwstelsels die externe en interne signalen detecteren, informatie doorgeven en integreren, en reacties produceren.
Wetenschapspraktijk 1.1 De student kan representaties en modellen maken van natuurlijke of kunstmatige fenomenen en systemen in het domein.
Leerdoel 3.49 De student kan een visuele representatie creëren om te beschrijven hoe het gewervelde brein informatie integreert om een ​​reactie te produceren.
Essentiële kennis 3.E.2 Dieren hebben zenuwstelsels die externe en interne signalen detecteren, informatie doorgeven en integreren, en reacties produceren.
Wetenschapspraktijk 1.2 De student kan representaties en modellen van natuurlijke of kunstmatige fenomenen en systemen in het domein beschrijven.
Leerdoel 3.46 De student kan beschrijven hoe het gewervelde brein informatie integreert om een ​​reactie te produceren.
Essentiële kennis 3.E.2 Dieren hebben zenuwstelsels die externe en interne signalen detecteren, informatie doorgeven en integreren, en reacties produceren.
Wetenschapspraktijk 1.1 De student kan representaties en modellen maken van natuurlijke of kunstmatige fenomenen en systemen in het domein.
Leerdoel 3.50 De student kan een visuele representatie creëren om te beschrijven hoe het gewervelde brein informatie integreert om een ​​reactie te produceren.

Zoals hierboven vermeld, bestaat het centrale zenuwstelsel (CZS) uit de hersenen, waarvan een deel is weergegeven in figuur 26.19 en het ruggenmerg, en is bedekt met drie lagen beschermende bedekkingen, de zogenaamde hersenvliezen (van het Griekse woord voor membraan). De buitenste laag is de dura mater (Latijn voor "harde moeder"). Zoals het Latijn suggereert, is de primaire functie van deze dikke laag het beschermen van de hersenen en het ruggenmerg. De dura mater bevat ook aderachtige structuren die bloed van de hersenen terug naar het hart voeren. De middelste laag is de web-achtige spinachtige mater. De laatste laag is de pia mater (Latijn voor "zachte moeder"), die rechtstreeks contact maakt met de hersenen en het ruggenmerg als plasticfolie en deze bedekt. De ruimte tussen de arachnoid en pia maters is gevuld met hersenvocht (CSF). CSF wordt geproduceerd door een weefsel genaamd choroid plexus in met vloeistof gevulde compartimenten in het CZS genaamd ventrikels. The brain floats in CSF, which acts as a cushion and shock absorber and makes the brain neutrally buoyant. CSF also functions to circulate chemical substances throughout the brain and into the spinal cord.

The entire brain contains only about 8.5 tablespoons of CSF, but CSF is constantly produced in the ventricles. This creates a problem when a ventricle is blocked—the CSF builds up and creates swelling and the brain is pushed against the skull. This swelling condition is called hydrocephalus (“water head”) and can cause seizures, cognitive problems, and even death if a shunt is not inserted to remove the fluid and pressure.

Brein

The brain is the part of the central nervous system that is contained in the cranial cavity of the skull. It includes the cerebral cortex, limbic system, basal ganglia, thalamus, hypothalamus, and cerebellum. There are three different ways that a brain can be sectioned in order to view internal structures: a sagittal section cuts the brain left to right, as shown in Figure 26.21B, a coronal section cuts the brain front to back, as shown in Figure 26.20een, and a horizontal section cuts the brain top to bottom.

Cerebrale cortex

The outermost part of the brain is a thick piece of nervous system tissue called the hersenschors, which is folded into hills called gyri (singular: gyrus) and valleys called sulci (singular: sulcus). The cortex is made up of two hemispheres—right and left—which are separated by a large sulcus. A thick fiber bundle called the corpus callosum (Latin: “tough body”) connects the two hemispheres and allows information to be passed from one side to the other. Although there are some brain functions that are localized more to one hemisphere than the other, the functions of the two hemispheres are largely redundant. In fact, sometimes (very rarely) an entire hemisphere is removed to treat severe epilepsy. While patients do suffer some deficits following the surgery, they can have surprisingly few problems, especially when the surgery is performed on children who have very immature nervous systems.

In other surgeries to treat severe epilepsy, the corpus callosum is cut instead of removing an entire hemisphere. This causes a condition called split-brain, which gives insights into unique functions of the two hemispheres. For example, when an object is presented to patients’ left visual field, they may be unable to verbally name the object (and may claim to not have seen an object at all). This is because the visual input from the left visual field crosses and enters the right hemisphere and cannot then signal to the speech center, which generally is found in the left side of the brain. Remarkably, if a split-brain patient is asked to pick up a specific object out of a group of objects with the left hand, the patient will be able to do so but will still be unable to vocally identify it.

Link naar leren

See this website to learn more about split-brain patients and to play a game where you can model the split-brain experiments yourself.

Each cortical hemisphere contains regions called lobes that are involved in different functions. Scientists use various techniques to determine what brain areas are involved in different functions: they examine patients who have had injuries or diseases that affect specific areas and see how those areas are related to functional deficits. They also conduct animal studies where they stimulate brain areas and see if there are any behavioral changes. They use a technique called transcranial magnetic stimulation (TMS) to temporarily deactivate specific parts of the cortex using strong magnets placed outside the head and they use functional magnetic resonance imaging (fMRI) to look at changes in oxygenated blood flow in particular brain regions that correlate with specific behavioral tasks. These techniques, and others, have given great insight into the functions of different brain regions but have also showed that any given brain area can be involved in more than one behavior or process, and any given behavior or process generally involves neurons in multiple brain areas. That being said, each hemisphere of the mammalian cerebral cortex can be broken down into four functionally and spatially defined lobes: frontal, parietal, temporal, and occipital. Figure 26.21 illustrates these four lobes of the human cerebral cortex.

De frontal lobe is located at the front of the brain, over the eyes. This lobe contains the olfactory bulb, which processes smells. The frontal lobe also contains the motor cortex, which is important for planning and implementing movement. Areas within the motor cortex map to different muscle groups, and there is some organization to this map, as shown in Figure 26.22. For example, the neurons that control movement of the fingers are next to the neurons that control movement of the hand. Neurons in the frontal lobe also control cognitive functions like maintaining attention, speech, and decision-making. Studies of humans who have damaged their frontal lobes show that parts of this area are involved in personality, socialization, and assessing risk.

De parietal lobe is located at the top of the brain. Neurons in the parietal lobe are involved in speech and also reading. Two of the parietal lobe’s main functions are processing somatosensatie—touch sensations like pressure, pain, heat, cold—and processing proprioception—the sense of how parts of the body are oriented in space. The parietal lobe contains a somatosensory map of the body similar to the motor cortex.

De occipital lobe is located at the back of the brain. It is primarily involved in vision—seeing, recognizing, and identifying the visual world.

De tijdelijk lobe is located at the base of the brain by your ears and is primarily involved in processing and interpreting sounds. It also contains the zeepaardje (Greek for “seahorse”)—a structure that processes memory formation. The hippocampus is illustrated in Figure 26.24. The role of the hippocampus in memory was partially determined by studying one famous epileptic patient, HM, who had both sides of his hippocampus removed in an attempt to cure his epilepsy. His seizures went away, but he could no longer form new memories (although he could remember some facts from before his surgery and could learn new motor tasks).

Evolutie verbinding

Cerebrale cortex

Compared to other vertebrates, mammals have exceptionally large brains for their body size. An entire alligator’s brain, for example, would fill about one and a half teaspoons. This increase in brain to body size ratio is especially pronounced in apes, whales, and dolphins. While this increase in overall brain size doubtlessly played a role in the evolution of complex behaviors unique to mammals, it does not tell the whole story. Scientists have found a relationship between the relatively high surface area of the cortex and the intelligence and complex social behaviors exhibited by some mammals. This increased surface area is due, in part, to increased folding of the cortical sheet (more sulci and gyri). For example, a rat cortex is very smooth with very few sulci and gyri. Cat and sheep cortices have more sulci and gyri. Chimps, humans, and dolphins have even more.

Basal Ganglia

Interconnected brain areas called the basale ganglia (of basale kernen), shown in Figure 26.20B, play important roles in movement control and posture. Damage to the basal ganglia, as in Parkinson’s disease, leads to motor impairments like a shuffling gait when walking. The basal ganglia also regulate motivation. For example, when a wasp sting led to bilateral basal ganglia damage in a 25-year-old businessman, he began to spend all his days in bed and showed no interest in anything or anybody. But when he was externally stimulated—as when someone asked to play a card game with him—he was able to function normally. Interestingly, he and other similar patients do not report feeling bored or frustrated by their state.

Thalamus

De thalamus (Greek for “inner chamber”), illustrated in Figure 26.24, acts as a gateway to and from the cortex. It receives sensory and motor inputs from the body and also receives feedback from the cortex. This feedback mechanism can modulate conscious awareness of sensory and motor inputs depending on the attention and arousal state of the animal. The thalamus helps regulate consciousness, arousal, and sleep states. A rare genetic disorder called fatal familial insomnia causes the degeneration of thalamic neurons and glia. This disorder prevents affected patients from being able to sleep, among other symptoms, and is eventually fatal.

Hypothalamus

Below the thalamus is the hypothalamus, shown in Figure 26.24. The hypothalamus controls the endocrine system by sending signals to the pituitary gland, a pea-sized endocrine gland that releases several different hormones that affect other glands as well as other cells. This relationship means that the hypothalamus regulates important behaviors that are controlled by these hormones. The hypothalamus is the body’s thermostat—it makes sure key functions like food and water intake, energy expenditure, and body temperature are kept at appropriate levels. Neurons within the hypothalamus also regulate circadian rhythms, sometimes called sleep cycles.

Limbic System

De limbic system is a connected set of structures that regulates emotion, as well as behaviors related to fear and motivation. It plays a role in memory formation and includes parts of the thalamus and hypothalamus as well as the hippocampus. One important structure within the limbic system is a temporal lobe structure called the amygdala (Greek for “almond”), illustrated in Figure 26.24. The two amygdala are important both for the sensation of fear and for recognizing fearful faces. De cingulate gyrus helps regulate emotions and pain.

Cerebellum

The cerebellum (Latin for “little brain”), shown in Figure 26.21, sits at the base of the brain on top of the brainstem. The cerebellum controls balance and aids in coordinating movement and learning new motor tasks.

Brainstem

The brainstem, illustrated in Figure 26.21, connects the rest of the brain with the spinal cord. It consists of the midbrain, medulla oblongata, and the pons. Motor and sensory neurons extend through the brainstem allowing for the relay of signals between the brain and spinal cord. Ascending neural pathways cross in this section of the brain allowing the left hemisphere of the cerebrum to control the right side of the body and vice versa. The brainstem coordinates motor control signals sent from the brain to the body. The brainstem controls several important functions of the body including alertness, arousal, breathing, blood pressure, digestion, heart rate, swallowing, walking, and sensory and motor information integration.

Science Practice Connection voor AP®-cursussen

Werkzaamheid

Create a representation to illustrate what parts of the brain allow you to perform a favorite daily activity, like kicking a soccer ball, learning a new dance move, or reading the information in this section of the text and jotting down a few notes.

Ondersteuning voor docenten

The activity is an application of AP ® Learning Objective 3.50 and Science Practice 1.1 because students are creating a diagram to describe how the brain integrates and coordinates information to produce a response (for example, modeling the chronology and location of signaling that must take place between different parts of the brain, spinal cord, and muscle groups in order to kick a soccer ball).

Students should identify the cerebellum, hindbrain (pons), thalamus and cerebrum as responsible for kicking a soccer ball. The motor cortex and premotor areas of the cerebrum create the impulses for movement, as well as process the sensory information needed to see the soccer ball. The thalamus, cerebellum and hindbrain coordinate the movement with the body’s current posture to maintain balance and coordination.

Ruggengraat

Connecting to the brainstem and extending down the body through the spinal column is the spinal cord, shown in Figure 26.21. The spinal cord is a thick bundle of nerve tissue that carries information about the body to the brain and from the brain to the body. The spinal cord is contained within the bones of the vertebrate column but is able to communicate signals to and from the body through its connections with spinal nerves (part of the peripheral nervous system). A cross-section of the spinal cord looks like a white oval containing a gray butterfly-shape, as illustrated in Figure 26.25. Myelinated axons make up the “white matter” and neuron and glial cell bodies make up the “gray matter.” Gray matter is also composed of interneurons, which connect two neurons each located in different parts of the body. Axons and cell bodies in the dorsal (facing the back of the animal) spinal cord convey mostly sensory information from the body to the brain. Axons and cell bodies in the ventral (facing the front of the animal) spinal cord primarily transmit signals controlling movement from the brain to the body.

The spinal cord also controls motor reflexes. These reflexes are quick, unconscious movements—like automatically removing a hand from a hot object. Reflexes are so fast because they involve local synaptic connections. De kniereflex die een arts test tijdens een routine lichamelijk onderzoek, wordt bijvoorbeeld gecontroleerd door een enkele synaps tussen een sensorisch neuron en een motorneuron. While a reflex may only require the involvement of one or two synapses, synapses with interneurons in the spinal column transmit information to the brain to convey what happened (the knee jerked, or the hand was hot).

In the United States, there around 10,000 spinal cord injuries each year. Because the spinal cord is the information superhighway connecting the brain with the body, damage to the spinal cord can lead to paralysis. The extent of the paralysis depends on the location of the injury along the spinal cord and whether the spinal cord was completely severed. For example, if the spinal cord is damaged at the level of the neck, it can cause paralysis from the neck down, whereas damage to the spinal column further down may limit paralysis to the legs. Spinal cord injuries are notoriously difficult to treat because spinal nerves do not regenerate, although ongoing research suggests that stem cell transplants may be able to act as a bridge to reconnect severed nerves. Researchers are also looking at ways to prevent the inflammation that worsens nerve damage after injury. One such treatment is to pump the body with cold saline to induce hypothermia. This cooling can prevent swelling and other processes that are thought to worsen spinal cord injuries.


Pathways in the Central Nervous System

In this section on pathways, we will cover the important pathways that make up the central nervous system. The ascending and descending tracts are the first two articles, which cover the anatomy of the sensory and motor pathways of the central nervous system respectively. There are also articles on the visual pathways and auditory pathways to help you understand the intricacies of these important senses.

The ascending tracts refer to the neural pathways by which sensory information from the peripheral nerves is transmitted to the cerebral cortex. In some texts, ascending tracts are also known as somatosensory pathways or systems. Functionally, the ascending tracts can be divided into the type of information they transmit – conscious or unconscious. In this article, we shall look at the anatomy of the ascending tracts, and consider their clinical implications.

We will discuss the descending tracts. The descending tracts are the pathways by which motor signals are sent from the brain to lower motor neurones. The lower motor neurones then directly innervate muscles to produce movement. There are no synapses within the descending pathways. At the termination of the descending tracts, the neurones synapse with a lower motor neurone. Thus, all the neurones within the descending motor system are classed as upper motor neurones. Their cell bodies are found in the cerebral cortex or the brain stem, with their axons remaining within the CNS.

The auditory pathway conveys the special sense of hearing. Information travels from the receptors in the organ of Corti of the inner ear (cochlear hair cells) to the central nervous system, carried by the vestibulocochlear nerve (CN VIII). This pathway ultimately reaches the primary auditory cortex for conscious perception. In addition, unconscious processing of auditory information occurs in parallel. In this article, we will discuss the anatomy of the auditory pathway – its components, anatomical course and relevant anatomical landmarks.


Functie

Cranial nerves are responsible for the control of a number of functions in the body. Some of these functions include directing sense and motor impulses, equilibrium control, eye movement and vision, hearing, respiration, swallowing, smelling, facial sensation, and tasting. The names and major functions of these nerves are listed below.

  1. Olfactory Nerve: Sense of smell
  2. Optic Nerve: Visie
  3. Oculomotor Nerve: Eyeball and eyelid movement
  4. Trochlear Nerve: Eye movement
  5. Trigeminal Nerve: This is the largest cranial nerve and is divided into three branches consisting of the ophthalmic, maxillary and mandibular nerves. Functions controlled include facial sensation and chewing.
  6. Abducens Nerve: Eye movement
  7. Facial Nerve: Facial expressions and sense of taste
  8. Vestibulocochlear Nerve: Equilibrium and hearing
  9. Glossopharyngeal Nerve: Swallowing, sense of taste, and saliva secretion
  10. Vagus Nerve: Smooth muscle sensory and motor control in throat, lungs, heart, and digestive system
  11. Accessory Nerve: Movement of neck and shoulders
  12. Hypoglossal Nerve: Movement of tongue, swallowing, and speech

  1. Term Paper on the Brain and Nervous System
  2. Term Paper on the Functions of the Major Parts of the Brain
  3. Term Paper on the Spinal Cord
  4. Term Paper on the Nerves
  5. Term Paper on the Reflex Action

1. Term Paper on the Brain and Nervous System:

The various organs of the body must work in coordination if an organism is to survive effectively in its environment. To achieve this, the body has a series of receptors which pass information about the environment to a coordinating centre called the central nervous system or CNS. The CNS is made up of the brain and the spinal cord. After receiving the information, the CNS directs a response in the appropriate effectors (muscles or glands).

The nervous system is made up of the central nervous system, or CNS (made up of the brain and spinal cord), and a system of nerves. Nerves carry impulses between receptor organs (e.g. the eyes), the CNS, and effectors (muscles or glands).

The most highly developed part of the CNS is the brain.

2. Term Paper on the Functions of the Major Parts of the Brain:

The cerebrum is in the form of two matching halves – known as the cerebral hemispheres and is responsible for:

(i) The coordination of the organs of the body

(ii) The control of voluntary actions

(iii) The reception of sensation.

At the very front of the cerebrum is cerebrum the region responsible for memory and morals (the ‘higher mental activities’). At the back lies the region responsible for sight.

The cerebellum is the region of balance and instinct.

The medulla joins the brain to the spinal cord. It controls unconscious activities such as heartbeat, peristalsis and breathing.

The hypothalamus lies under the cerebrum and is the part of the brain responsible for monitoring changes, particularly in the blood. It may be regarded as the ‘homeostat’ of the body.

e. Hypofyse:

Situated beneath the hypothalamus, the pituitary gland is made up partly of nerve tissue. It is sometimes called the ‘master’ gland because it manufactures chemicals called hormones and releases them into the blood. These hormones control the activity of many glands and other organs throughout the body, such as those responsible for growth (e.g. of bones) and development (e.g. sexual development). Therefore, the pituitary gland has a very important part to play in coordination. It is regularly ‘instructed’ by the hypothalamus.

3. Term Paper on the Spinal Cord:

In the same way that a series of nerves (cranial nerves) serve the brain, impulses are relayed to, and conducted from the spinal cord by nerves called spinal nerves. Spinal nerves are connected with receptors and effectors in parts of the body other than the head.

In emergency situations, the spinal cord can receive and transmit impulses to bring about rapid, often protective responses called reflex actions. The central region of the spinal cord (the grey matter) contains nerve cells (relay neurones) involved solely in this process. The outer region of the spinal cord (the white matter) contains nerve cells involved in either supplying sensory information to the brain, or passing impulses on to muscles which are instructed by the brain (i.e. voluntary actions).

4. Term Paper on the Nerves:

A nerve is like a telephone cable- it contains a large number of small ‘wires’ called neurones. Each neurone is an individual nerve cell with its own cytoplasm, cell membrane and nucleus.

Neurones which conduct impulses from sensory receptors to the brain or spinal cord are called sensory neurones.

Neurones which then direct those impulses either to other parts of the brain or to other parts of the spinal cord are called relay neurones.

Neurones which conduct impulses from the brain or spinal cord to effectors are called motor (or efferent) neurones.

Neurones are insulated by a fatty (‘myelin’) sheath. They are long, they target the exact area to be affected and they conduct their impulses very quickly. These features are vital if an action is to be taken very quickly to prevent damage, as in a reflex action.

5. Term Paper on the Reflex Action:

Definitie van Reflex Action:

A reflex action is a coordinated response to a specific stimulus.

In the example of the iris reflex, the brain is the part of the CNS involved, and the reflex action is called a cranial reflex.

When the spinal cord alone directs the response, the action is described as a spinal reflex. For example, when we quickly remove our finger from a hot object.

The sequence of events in a spinal reflex is:

1. A stimulus is received by the sensory receptor (in the example given above, the hot object provides the stimulus and the sensory receptor is located in the finger).

2. An impulse is generated and carried along by sensory neurones towards the spinal cord.

3. The sensory neurones become part of a spinal nerve.

4. The impulse travels toward the spinal cord along the dorsal root. The dorsal root is part of the linking pathway between outside stimuli and the spinal nerve.

5. Impulses arrive at the nerve endings of the sensory neurone in the grey matter of the spinal cord.

6. The nerve endings release a chemical which diffuses across a gap – the synapse – between the sensory neurone and the nerve endings of a relay neurone. The chemical stimulates the relay neurone to produce an impulse.

7. Another synapse links the relay neurone with a motor neurone.

8. The impulse travels along motor neurones away from the spinal cord along the ventral root. The ventral root is part of the linking pathway between the spinal nerve and the effector.

9. The nerve endings of the motor neurone are applied to the effector (the biceps muscle in this case).

10. A response is produced (as the biceps muscle contracts to lift the hand clear of the stimulus).


Nerves of the Arm and Hand

The nerves of the arm and hand perform a substantial two-fold role: commanding the intricate movements of the arms all the way down to the dexterous fingers, while also receiving the vast sensory information supplied by the sensory nerves of the hands and fingers. The movements of the arms must be fast, precise, and strong to complete the diverse activities the body engages in throughout the day. Even the tiny hand muscles, which perform very delicate and precise movements, are driven by about 200,000 neurons. Rapid conduction of sensory nerve signals from the hands provides critical information to the brain and feedback during precise activities. Ga verder met scrollen om hieronder meer te lezen.

Aanvullende bronnen

Anatomie Explorer

Change Current View Angle

Toggle Anatomiesysteem

Anatomie term

Schrijf u in voor onze nieuwsbrief en ontvang ons gratis e-boek: Guide to Mastering the Study of Anatomy

Wij hebben net zo'n hekel aan spam als jij. Afmelden op elk gewenst moment.

Starting in the trunk of the body, the nerves of the arm and hand arise from the cervical and thoracic regions of the spinal cord as spinal nerves. These nerves merge to form a network called the brachial plexus before continuing into the arm. Five major nerves extend from the brachial plexus into the arm: the axillary, musculocutaneous, median, radial, and ulnar nerves. Each of these nerves carries information in the form of nerve impulses to and from a particular region of the arm and hand. Some of these impulses are sent from various parts of the brain and spinal cord some come from sense organs located in the joints, ligaments, and tendons and some come from nervous tissue in the muscles themselves.

The upper arm is served by several major nerves, including the axillary, radial, and musculocutaneous nerves. Running through the superior and posterior portions of the shoulder, the axillary nerve stimulates the deltoid muscle and receives information from sensory receptors in this region. Also running along the posterior of the arm, the radial nerve provides nerve signals to the triceps brachii muscle that extends the forearm and the skin of the posterior arm. The musculocutaneous nerve innervates the flexor muscles of the arm, including the biceps brachii and brachialis muscles.

Several major nerves continue from the arm into the forearm, including the radial, median, and ulnar nerves. These nerves control the forearm muscles that move the hands and fingers through tendons that pass through the wrist. Skin in the posterior forearm and extensor muscles of the hand and fingers are supplied by the branches of the radial nerve. Along the anterior of the forearm, the median and ulnar nerves supply nerve signals to the skin and to the flexor muscles of the hand and fingers.

As major sensory components of the body, the hands are the destination for a majority of the nerves in the upper limb. The radial, ulnar, and median nerves, having already supplied connections to the arm and forearm, continue into the hand where they form a branching network of nerve fibers. These myriad nerve fibers work together to control many delicate, precise muscles of the hand and receive signals from millions of sensory receptors that detect touch, pressure, temperature, and pain. The median nerve supplies the muscles and sensory receptors of the skin in the lateral (thumb side) palm, first, second, and third digits (thumb, index, and middle fingers), and lateral half of the fourth digit (ring finger). Along the dorsum (back) of the hand, the radial nerve supplies the muscles and sensory receptors in the lateral dorsum, and the first, second, and third digits. On the medial side of the hand, the ulnar nerve supplies the sensory receptors and muscles in the medial palm, medial dorsum, medial half of the fourth digit, and the fifth digit (pinky finger).

The sum of these nerves and sensory receptors allows the peripheral nerves in the arms and hands to collect information about the external conditions in relation to the body’s internal state to analyze this information and to initiate appropriate responses to satisfy the body’s needs. The speed at which we can, for instance, remove our hand from a surprisingly hot surface exemplifies the power of the central and peripheral nervous systems in coordination within the upper extremities. Remarkably, the nervous system transmits such messages to the brain at speeds of 180 miles per hour!