Informatie

Kunstmatige adrenaline


Ik keek gisteren naar Sherlock Holmes - A Game of Shadows. Ik zag dat hij een serum had ontwikkeld dat ervoor zorgt dat iemand reageert alsof hij met adrenaline is geïnjecteerd.

De hond van Watsons viel flauw, denk ik, en op het moment dat Holmes de hond met dit serum injecteerde, sprong hij op en rende weg.

Dus mijn vraag is: is het mogelijk om adrenaline te extraheren, of was het een steroïde?


Ja, het is mogelijk om adrenaline uit de bijnieren te halen. Dit gebeurde in 1901, er werd patent op aangevraagd en het werd op de markt gebracht onder de naam Adrenalin. Het is ook bekend als epinefrine. Het wordt tegenwoordig gesynthetiseerd voor de meeste toepassingen.


Adrenaline en amfetamine

Adrenaline is een natuurlijk stimulerend middel dat in de bijnier van de nier wordt gemaakt. De biologische naam is epinefrine, van het Griekse nephros voor nier. Adrenaline wordt in de bloedbaan vervoerd en beïnvloedt het autonome zenuwstelsel, dat functies als de hartslag, de verwijding van de pupillen en de afscheiding van zweet en speeksel regelt.

Vechten of vluchten?

Adrenaline is de activator van het lichaam en komt vrij als reactie op angst, inspanning of angst. Dit is de basis van de zogenaamde 'vecht-of-vlucht'-reactie. Wanneer een dier wordt bedreigd, zijn de opties meestal ofwel standhouden en vechten, of zo snel mogelijk wegrennen. Beide reacties zouden extra toevoer van bloed en zuurstof in de spieren vereisen. Angst zorgt ervoor dat de hersenen signalen naar de nierklieren sturen die grote hoeveelheden adrenaline in de bloedbaan gaan pompen. Dit verhoogt het hart en de ademhaling als voorbereiding op de volgende actie.

Adrenaline in actie. Een jachtluipaard die rent om zijn prooi te vangen.

Noradrenaline

Norepiniphrine (ook wel noradrenaline genoemd) is een molecuul dat in de hersenen en het limbisch systeem wordt gemaakt en dat slechts een kleine wijziging van de basisstructuur van adrenaline betreft. Dit molecuul heeft echter een heel ander doel. Het is een van de belangrijkste neurotransmitters, wat betekent dat het de chemische stof is die de opening (synaps) tussen zenuwuiteinden overbrugt, zodat het signaal tussen de ene zenuw en de andere wordt overgedragen. Wanneer het in de hersenen werkt, geeft het aanleiding tot onze denkprocessen en emoties. Een andere belangrijke functie in het lichaam is het handhaven van de spiertonus in de bloedvaten, waardoor de bloeddruk onder controle wordt gehouden. Mensen die lijden aan hypertensie (hoge bloeddruk) krijgen vaak een medicijn genaamd reserpine dat werkt door de hoeveelheid noradrenaline in de zenuwuiteinden sterk te verminderen.

Adrenaline (epinefrine) Norepiniphrine - de enige verandering ten opzichte van adrenaline is dat een -CH 3 is vervangen door een H, weergegeven in rood.

De basisstructuur van norepinefrine kan worden gewijzigd om een ​​verscheidenheid aan geneesmiddelen te produceren die op het zenuwstelsel inwerken om bepaalde lichaamssystemen te vertragen of te versnellen, of om geselecteerde spieren te laten samentrekken of ontspannen. Dit geldt met name voor geneesmiddelen die worden gebruikt om de hartslag te regelen (bijv. isoprenaline) of vernauwing van de bronchiën in de longen (bijv. salbutamol).

Isoprenaline wordt gebruikt om de hartslag te verhogen in geval van bradycardie (trage hartslag). De veranderingen ten opzichte van norepinefrine zijn slechts een vervanging van H door -CH(CH 3 ) 2 , in rood weergegeven. Salbutamol wordt gebruikt om de bronchiën te ontspannen bij astma en is het medicijn dat in sommige 'inhalatoren' wordt gebruikt. Het wordt op de markt gebracht onder de naam Ventolin. De veranderingen ten opzichte van isoprenaline worden in blauw weergegeven.

Amfetaminen

Amfetaminen zijn synthetische chemicaliën op basis van een structuur die sterk lijkt op die van adrenaline en noradrenaline. Deze chemicaliën kunnen daarom vergelijkbare biologische reacties induceren, zoals het werken als een stimulerend middel, en het creëren van een grotere alertheid en een gevoel van bekwaamheid. Het model voor deze chemicaliën, amfetamine, dat ooit algemeen verkrijgbaar was onder de handelsnaam Benzedrine, lijkt erg op norepinefrine, behalve dat alle -OH-groepen ontbreken en er een extra methyl aan de zijketen is toegevoegd.

Amfetamine
(benzedrine)
Dexedrine
- het spiegelbeeld van Benzedrine

Benzedrine werd voor het eerst gebruikt in de jaren 1930 voor de behandeling van astma, in de vorm van Benzedrine-inhalatoren, en later werden andere amfetaminen gebruikt als stimulerende middelen voor strijdkrachten in tijden van oorlog (met name WO II en Vietnam), om soldaten in staat te stellen wakker en alert te blijven voor lange periodes. Er werd echter al snel ontdekt dat benzedrine een euforisch middel was, dat wil zeggen dat het een gevoel van welzijn en drijfvermogen creëert. Drugsgebruikers vonden al snel een nieuwe manier om 'high' te worden en varianten van benzedrine kwamen voor het eerst op straat in de jaren veertig. Benzedrine is eigenlijk de naam die wordt gegeven aan het linkshandige spiegelbeeld van het amfetaminemolecuul, maar het overeenkomstige rechtshandige molecuul, Dexedrine genaamd, is veel krachtiger. Een mengsel van beide typen (in de vorm van amfetaminesulfaat) staat algemeen bekend als 'speed'.

Methedrine en ecstasy

Een andere euforie-veroorzakende variatie is methylamfetamine of methedrine, dat verschilt van amfetamine doordat het een -CH3-groep heeft in plaats van een van de waterstofatomen op de -NH2.

methedrine
- de aan de amfetaminestructuur toegevoegde methylgroep wordt in rood weergegeven
MDMA (ecstasy)
De methyleendioxygroep is in rood weergegeven

Een versie van methedrine, 3,4-methyleendioxymethamfetamine (MDMA), of ecstasy, is onlangs berucht geworden als de euforische drug die wordt verkocht op 'acid-house'-feesten en als onderdeel van de 'rave-scene'. Het stimulerende effect stelt de gebruiker in staat om gedurende zeer lange perioden te blijven dansen (met een ernstig risico op uitdroging), en het lijkt ook de hersenen in een modus te dwingen waarbij het ervoor zorgt dat het lichaam voortdurend dezelfde reeks mechanische, ritmische acties herhaalt - daarom wordt het gebruikt als aanvulling op het dansen. Maar zoals met bijna alle amfetaminen, leidt langdurig gebruik tot gevaarlijke medische problemen en soms zelfs tot de dood.


Adrenaline Fysiologie

Het sympathische zenuwstelsel van het lichaam regelt de afgifte van adrenaline. Elke stress op het lichaam, zoals angst, woede of fysieke inspanning, kan hersencellen in het zenuwstelsel stimuleren om het "vecht- of vluchtpad" te starten. Gestimuleerde hersencellen signaleren de bijnieren, dit zijn endocriene organen die zich boven de nieren bevinden, om adrenaline af te geven. In de bloedbaan werkt adrenaline als een hormoon dat spieren en ander weefsel signaleert in de "vlucht of vecht" -reactie.


# Nieuwe genen, een nieuw dieet en implicaties voor de oorsprong van honden

Is kunstmatige selectie een bruikbare analogie voor natuurlijke selectie?

U zult zich herinneren dat Darwin voorbeelden van kunstmatige selectie presenteerde als bewijs dat natuurlijke selectie hetzelfde effect op een soort zou kunnen hebben: een verschuiving in gemiddelde kenmerken binnen een populatie in de loop van de tijd. Darwin had natuurlijk geen idee hoe erfelijkheid werkte. Nu we echter toegang hebben tot genoomsequenties, hebben we de mogelijkheid om de kracht van Darwins analogie op moleculair niveau te testen. Om dat te doen, moeten we echter de moleculaire details van beide soorten selectiegebeurtenissen vergelijken. Interessant is dat het hondengenoom ook tekenen vertoont van natuurlijk selectie tijdens het vroege domesticatieproces, wat we kunnen vergelijken met voorbeelden van kunstmatige selectie.

Vlees of aardappelen? Natuurlijke selectie tijdens vroege domesticatie van honden

Dezelfde studie (die we gisteren bespraken) die significante selectie voor variatie in genen van het zenuwstelsel bij honden tijdens het vroege domesticatieproces aantoonde, identificeerde ook selectie op een klasse van genen die betrokken zijn bij het zetmeelmetabolisme. Zetmeel is een lange keten van suiker (glucose) moleculen die aan elkaar zijn geregen en die planten gebruiken als energieopslagmechanisme. Wolven eten geen dieet met grote hoeveelheden zetmeel, maar nemen wel wat op in het wilde fruit dat ze soms consumeren (bijv. bessen). Om van zetmeel te profiteren, gebruiken zoogdieren een klasse enzymen die amylasen worden genoemd en die de zetmeelketen afbreken in afzonderlijke glucosemoleculen. Bij wolven wordt amylase geproduceerd in de alvleesklier. Net als wolven hebben honden ook een alvleesklier-amylase-enzym, maar in plaats van slechts één gen hebben alle moderne honden tussen de 2 en 15 exemplaren van dit gen, terwijl alle wolven er maar één hebben. De hondenkopieën zitten zij aan zij in het hondengenoom, direct naast waar het origineel amylase gen wordt gevonden in wolven, wat aangeeft dat de genkopieën werden gedupliceerd tijdens chromosoomreplicatie. Deze extra amylase-genkopieën verhogen de hoeveelheid amylase-enzym die honden maken aanzienlijk in vergelijking met wolven, en laten honden profiteren van een zetmeelrijk dieet op een manier die wolven nooit zouden kunnen.

Dit dieet is natuurlijk een duidelijk menselijk dieet: grootschalig gebruik van zetmeelrijke planten is een kenmerk van de menselijke landbouw, die ongeveer 10.000 jaar geleden op het toneel verscheen, geven of nemen. De associatie van honden met mensen op dit moment lijkt dus een selectief voordeel te hebben opgeleverd voor honden die meer voordeel zouden kunnen halen uit het voedsel dat ze van menselijke bronnen kregen (of opruimden). Met andere woorden, de omgeving de honden zich bevonden (toegang tot zetmeelrijk voedsel in verband met de nabijheid van menselijke nederzettingen) op voorwaarde dat de selectie: honden die een groter voedingsvoordeel uit zetmeel zouden kunnen halen, zouden zich vaker kunnen voortplanten dan honden die dat niet konden. Na verloop van tijd zou het gemiddelde vermogen van honden om zetmeel te metaboliseren in de populatie verbeteren, aangezien steeds meer honden duplicaties zouden hebben. Aangezien er geen bewuste menselijke keuze is gemaakt om honden met gedupliceerde amylasegenen te identificeren en ze te selecteren voor de fokkerij (aangezien het kenmerk niet gemakkelijk waarneembaar zou zijn), is dit een voorbeeld van omgevings- of natuurlijke selectie. Zelfs vandaag de dag hebben mensen niet het vermogen om honden te selecteren voor een verhoogd zetmeelmetabolisme, ondanks het feit dat moderne honden variabel blijven voor het aantal amylase-genkopieën dat ze hebben.

Van hond tot teckel: kunstmatige selectie voor een nieuw gen

Nadat we wolven tot honden hadden gedomesticeerd, stopten onze selectieve inspanningen daar natuurlijk niet: mensen gebruikten kunstmatige selectie om meer dan 400 hondenrassen te creëren, en we kunnen de effecten van deze selectie op het hondengenoom zien wanneer we verschillende rassen met één vergelijken. een ander. Een treffend voorbeeld van een verschil tussen rassen is de beenlengte. Sommige rassen worden gekenmerkt door een ongewoon korte poot zonder een evenredige vermindering van de lichaamsgrootte, zoals bij bassethonden en teckels. Deze eigenschap, bekend onder de technische term 'chondrodysplasie', is er een die werd geselecteerd op basis van het nut ervan voor bepaalde jachtfuncties, zoals het najagen van gravende dieren. De genetische basis van deze eigenschap blijkt een andere dubbele gebeurtenis te zijn die ooit bij gedomesticeerde honden heeft plaatsgevonden: alle kortbenige rassen delen dezelfde genetische innovatie.

Opmerking: de moleculaire details van deze duplicatiegebeurtenis zijn iets complexer dan voor de eenvoudige zij-aan-zij-duplicaties van het amylasegen dat we zojuist hebben besproken. Ik heb de details hieronder opgenomen voor die lezers die geïnteresseerd zijn in de fijnere punten. De boodschap om mee naar huis te nemen is echter eenvoudig: in dit geval ontstond een nieuwe eigenschap (verkorte benen) toen een gen werd gedupliceerd en de kopie nieuwe eigenschappen kreeg tijdens het duplicatiegebeurtenis. De verkorte pooteigenschap werd opgemerkt en opzettelijk geselecteerd door menselijke fokkers, waardoor dit een voorbeeld is van kunstmatige selectie die leidt tot rassen met een specifiek kenmerk. Als de details van het duplicatiegebeurtenis zelf niet van belang zijn, kun je het verhaal overslaan en verder lezen onder het kopje 'Artificiële en natuurlijke selectie bij honden vergelijken'.

De moleculaire basis van hoe dit nieuwe gen dat verantwoordelijk is voor chondrodysplasie bij honden is ontstaan, lijkt erg op iets dat we eerder in detail hebben besproken: het nieuwe gen is in feite een verwerkt pseudogen dat een functie kreeg op het moment van zijn duplicatie. Aangezien het nieuwe exemplaar vanaf het begin functioneel was, kan het niet het best worden omschreven als een pseudogen, maar eerder als een retrogene: de mRNA-kopie van een gen dat (a) omgekeerd werd getranscribeerd van mRNA terug in DNA, (b) in het genoom werd ingevoegd naast sequenties die de expressie ervan konden sturen, en (c) onder selectie kwam om het te behouden:

Het nieuwe retrogen blijkt een kopie te zijn van de fgf4 gen, een belangrijke regulator van groei en ontwikkeling. Om redenen die nog niet duidelijk zijn, fgf4 retrogene interfereert met de normale botgroei en veroorzaakt de eigenschap van de korte poot bij chondrodysplastische honden:

Een ander interessant kenmerk van de nieuwe fgf4 retrogen is dat de regulerende sequentie (getoond in geel in de bovenstaande figuur) is afgeleid van een transposon. Zoals we eerder hebben besproken, zijn transposons autonome, zelfreplicerende DNA-parasieten die af en toe deel kunnen uitmaken van de genen van hun gastheren - en dit is nog een voorbeeld. De nieuwe fgf4 retrogen is "aan elkaar geknoopt" van transposonsequenties en het origineel fgf4 coderende sequentie en heeft een nieuwe functie (verzwakking van de beengroei) die in het origineel niet wordt gezien fgf4 gen of de transposonsequentie.

Vergelijking van kunstmatige en natuurlijke selectie bij honden

Hoewel de mutatie die bij sommige hondenrassen tot verkorte poten leidde een bijzonder dramatisch voorbeeld is van een nieuwe variatie die opkomt (aangezien het de geboorte van een in feite een nieuw gen inhoudt), werden er veel andere genoomregio's geselecteerd tijdens de creatie van hondenrassen . Andere, meer alledaagse voorbeelden zijn er in overvloed: de kleine lichaamsgrootte die de "speelgoedhond" -groep gemeen heeft, wordt bepaald door geselecteerde variatie in het Insuline-achtige groeifactor 1 (IGF1)-genvariatie in drie sleutelgenen is geïdentificeerd als verantwoordelijk voor vachtkleurvariatie en zelfs variatie in een gen dat verantwoordelijk is voor de karakteristieke huidrimpels die in de Shar-Pei worden gezien, is beschreven. In deze gevallen is het niet de productie en selectie van gedupliceerde of nieuwe genen die verantwoordelijk zijn voor deze eigenschappen, maar eerder kleine mutaties in bestaande genen die de functie van die genen veranderen in vergelijking met de voorouderlijke staat bij wolven of vroege honden. Nogmaals, het hoofdthema is duidelijk: kleine veranderingen in het DNA, gecombineerd met kunstmatige selectie, kunnen in korte tijd leiden tot grote vormveranderingen binnen een populatie.

Dus, hoe vergelijkbaar zijn natuurlijke selectie en kunstmatige selectie? Beide vormen van selectie hebben het vermogen om de gemiddelde kenmerken van een populatie in de loop van de tijd te verschuiven. Bovendien is de moleculaire onderbouwing van de mutatiegebeurtenissen voor beide soorten selectiegebeurtenissen vergelijkbaar: de eigenschap moet ontstaan ​​door een mutatie die een nieuwe erfelijke variant in de populatie produceert. Let goed op: in het geval van kunstmatige selectie, menselijke intelligentie en keuzevrijheid kan niet de benodigde variatie produceren, maar er alleen voor selecteren als deze zich voordoets. In beide gevallen hebben we voorbeelden van kleine sequentiemutaties, duplicaties en zelfs nieuwe genen die ontstaan. Het enige verschil is inderdaad de selectiestap - het filter waarmee sommige varianten preferentieel kunnen worden gereproduceerd boven andere.

Menselijke keuzevrijheid kan een efficiënte vorm van selectie zijn, maar dat is ook de natuur. Als zodanig blijft Darwins gebruik van kunstmatige selectie als bewijs voor selectie in de natuur een geldige benadering, zelfs op moleculair niveau.

In de volgende post in deze serie zullen we onderzoeken hoe natuurlijke selectie de amylasefunctie heeft gevormd in zowel de menselijke afstamming als bij honden.


06 Menselijke fysiologie

Deze pagina geeft een overzicht van de inzichten en vaardigheden die worden verwacht voor onderwerp zes. Handig voor revisie.
Gedetailleerde revisienotities, activiteiten en vragen zijn te vinden op elk van de sub-onderwerppagina's.

  • 6.1 Spijsvertering en absorptie
  • 6.2 Bloedsysteem
  • 6.3 Verdediging tegen infectieziekten
  • 6.4 Gasuitwisseling
  • 6.5 Neuronen en synapsen
  • 6.6 Hormonen, homeostase en voortplanting

6.1 Vertering en absorptie

  • De omtrekstructuur van het spijsverteringsstelsel. (vaardigheid - geannoteerd diagram)
  • Voedsel wordt gemengd met enzymen en voortbewogen door de samentrekking van circulaire en longitudinale spieren van de dunne darm.
  • Enzymen (amylase, lipase en een endopeptidase) worden door de alvleesklier uitgescheiden in de dunne darm, waar ze macromoleculen (zetmeel, glycogeen, lipiden en nucleïnezuren) in voedsel verteren tot monomeren.
  • Weefsellagen in de darmen omvatten longitudinale en circulaire spieren, slijmvliezen en epitheel.
  • De aanwezigheid van Villi in de dunne darm vergroot het oppervlak van het epitheel en helpt bij het absorberen van de monomeren gevormd door de spijsvertering en minerale ionen en vitamines.
  • Verschillende voedingsstoffen worden geabsorbeerd in epitheelcellen door verschillende membraantransportmechanismen.
  • De enzymnaam trypsine en de methode die wordt gebruikt om het te activeren, zijn niet vereist.
  • Studenten moeten weten dat cellulose onverteerd blijft.

Vaardigheden (kun je . )

  • Kennis van het proces of de vertering en opname in de dunne darm toepassen op de vertering van zetmeel en het transport van maltose en glucose naar de lever.
  • Beschrijf uw ervaring met het gebruik van dialyseslangen als darmmodel.
  • Teken een geannoteerd diagram van het spijsverteringsstelsel.
  • Identificeer weefsellagen in dwarsdoorsneden van de dunne darm

6.2 Bloedsysteem

  • Slagaders vervoeren bloed onder hoge druk van de ventrikels van het hart naar de weefsels van het lichaam.
  • Slagaders hebben spiercellen en elastische vezels in hun wanden, die de bloeddruk tussen ventrikelcontracties handhaven.
  • Haarvaten vervoeren bloed door weefsels en hebben permeabele wanden om uitwisseling tussen weefselcellen en het bloed mogelijk te maken.
  • Aders vervoeren bloed onder lage druk van de weefsels naar de atria van het hart.
  • Kleppen in aderen en het hart voorkomen terugstroming.
  • Er is een aparte circulatie voor de longen.
  • De sinusknoop initieert de hartslag
  • De SA-knoop is gemaakt van gespecialiseerde spiercellen in het rechter atrium die fungeren als een pacemaker.
  • De sinusknoop zendt een elektrisch signaal uit dat zich door de wanden van de atria en ventrikels voortplant.
  • De hartslag wordt geregeld door impulsen die via twee zenuwen vanuit de medulla van de hersenen naar het hart worden gebracht.
  • Epinefrine (adrenaline) verhoogt de hartslag.

Vaardigheden (kun je . )

  • Geef een overzicht van uw kennis van de ontdekking van William Harvey over de circulatie van het bloed met het hart als pomp.
  • Interpreteer drukveranderingen in het linker atrium, linker ventrikel en aorta tijdens de hartcyclus.
  • Link oorzaken en gevolgen van occlusie van de kransslagaders.
  • Identificeer slagaders, haarvaten of aders aan de hand van de structuur van hun wanden.
  • Herken de vier kamers en kleppen van het hart en de bloedvaten die ermee verbonden zijn in een ontleed hart of in diagrammen van de hartstructuur.

6.3 Verdediging tegen ziekte

  • De primaire verdediging tegen ziekteverwekkers zijn de huid en de slijmvliezen.
  • Bloedstolling dicht snijwonden in de huid. (huiddiagrammen zijn niet vereist.)
  • Bloedplaatjes geven stollingsfactoren af.
  • Fibrinogeen wordt door trombine omgezet in fibrine.
  • Ziekteverwekkers worden opgenomen door fagocytcellen die niet-specifieke immuniteit geven.
  • Specifieke immuniteit wordt gegeven door de productie van antilichamen door lymfocyten als reactie op bepaalde (antigenen op) pathogenen
  • Antibiotica blokkeren prokaryotische celprocessen, maar niet processen in eukaryote cellen.
  • Virussen hebben geen stofwisseling en zijn niet te behandelen met antibiotica.
  • Sommige bacteriestammen hebben antibioticaresistentie ontwikkeld en zelfs meervoudige resistentie.
  • De effecten van HIV op het immuunsysteem moeten worden beperkt tot een vermindering van het aantal actieve lymfocyten en een verlies van het vermogen om antilichamen te produceren, wat leidt tot de ontwikkeling van AIDS
  • Subgroepen van fagocyten en lymfocyten zijn niet vereist, maar studenten moeten zich ervan bewust zijn dat sommige lymfocyten fungeren als geheugencellen en zich snel kunnen vermenigvuldigen om een ​​kloon van plasmacellen te vormen als een pathogeen dat een specifiek antigeen draagt ​​opnieuw wordt aangetroffen.

Vaardigheden (kun je . )

  • Schets oorzaken en gevolgen van bloedstolselvorming in kransslagaders.
  • Beschrijf de experimenten van Florey en Chain om penicilline te testen op bacteriële infecties bij muizen.
  • Beschrijf de effecten van HIV op het immuunsysteem en de wijze van overdracht.

6.4 Gasuitwisseling

  • Concentratiegradiënten van zuurstof en koolstofdioxide tussen lucht in longblaasjes en bloed dat in aangrenzende capillairen stroomt, worden gehandhaafd door ventilatie.
  • Teken een diagram om de structuur van een alveole en een aangrenzend capillair te laten zien. Alveoli bestaan ​​uit twee soorten pneumocyten
    • Type I is extreem dun en aangepast om gasuitwisseling uit te voeren.
    • Type II scheidt een oplossing af die oppervlakteactieve stof bevat die een vochtig oppervlak in de longblaasjes creëert. Dit vermindert de oppervlaktespanning en voorkomt dat de zijkanten van de alveole aan elkaar plakken.

    Vaardigheden (kun je . )

    • Koppel oorzaken en gevolgen van longkanker en emfyseem aan de structuur van de longen.
    • Bewaak de ventilatie bij mensen in rust en na lichte en krachtige inspanning. (Praktisch 6)
      • Ventilatiesnelheid en teugvolume moeten worden gemeten, ofwel worden gecontroleerd door eenvoudige observatie en eenvoudige apparatuur, of
      • door datalogging met een spirometer of borstband en drukmeter. (restvolume, & vitale capaciteit) niet verplicht)

      6.5 Neuronen en synapsen

      • Elektrische impulsen worden overgedragen in neuronen. (details van neurontypes niet vereist)
      • Natrium- en kaliumionen worden door neuronmembranen gepompt om een ​​rustpotentiaal te genereren.
      • Actiepotentialen zijn depolarisatie en repolarisatie van het neuron die zich langs de axonen van neuronen voortplanten en zenuwimpulsen creëren. (oscilloscoopsporen tonen rustpotentiaal en actiepotentiaal.)
      • Lokale stromen zorgen ervoor dat elk opeenvolgend deel van het axon het drempelpotentieel bereikt.
      • Myelineschedecellen rond de axonen van zenuwvezels zorgen voor saltatoire geleiding.
      • Synapsen (alleen chemische synapsen) verbinden neuronen en verbinden neuronen ook met receptor- of effectorcellen.
      • Gedepolariseerde presynaptische neuronen geven een neurotransmitter af in de synaps.
      • Een zenuwimpuls wordt pas geïnitieerd als de drempelpotentiaal is bereikt.

      Vaardigheden (kun je . )

      • Begrijp dat secretie en reabsorptie van acetylcholine door neuronen plaatsvindt bij synapsen.
      • Illustreer hoe blokkering van synaptische transmissie bij cholinerge synapsen bij insecten door de binding van neonicotinoïde pesticiden aan acetylcholinereceptoren kan werken als een pesticide.
      • Beschrijf hoe de werking van neurotransmitters en synapsen heeft geleid tot de ontwikkeling van tal van geneesmiddelen voor de behandeling van psychische stoornissen.

      6.6 Hormonen en voortplanting

      • Hormonen reizen langzamer in het bloed dan zenuwimpulsen, maar worden wijder verspreid
        • Insuline en glucagon controle van de bloedglucose (cellen in eilandjes van de pancreas)
        • Thyroxine reguleert de stofwisseling en regelt gedeeltelijk de lichaamstemperatuur. (schildklier)
        • leptine werkt in op de hypothalamus van de hersenen om de eetlust te remmen (afgescheiden door cellen in vetweefsel)
        • Melatonine regelt circadiane ritmes (jetlag) (afgescheiden door pijnappelklier).

        Hormonen in menselijke ontwikkeling en reproductie

        Vaardigheden (kun je . )

        • Begrijp de oorzaken en behandeling van type I en type II diabetes.
        • Beschrijf hoe tests met leptine bij zwaarlijvige patiënten hun obesitas niet verminderden en geef redenen waarom.
        • Begrijp hoe melatonine kan worden gebruikt om jetlag te verlichten.
        • Homeostase van glucose
        • Annoteer diagrammen van de mannelijke en vrouwelijke voortplantingssystemen met de namen en functie van structuren.
        • Stel dat wetenschappelijke ontdekkingen vaak de ontwikkelingen in apparatuur volgen en illustreer dit met het voorbeeld dat er geen microscopen beschikbaar waren voor William Harvey's onderzoek naar seksuele voortplanting bij herten, zodat hij het mysterie van seksuele voortplanting niet kon oplossen

        Bloedsysteem 6.2

        Herzie en leer hoe je het diagram van een hart schetst, hartkamers en bloedvaten labelt, onderscheid maakt tussen slagaders, aders en haarvaten, de hartcyclus beschrijft, de controle van de hartslag en de oorzaken en gevolgen van occlusie.

        Verdediging tegen ziekte

        Dit onderwerp behandelt de productie van antilichamen en de cascade van reacties bij de bloedstolling. De functies van bloedcellen in het immuunsysteem evenals specifieke immuniteit en antilichamen. Methoden voor overdracht van HIV zijn ook inbegrepen.

        Spijsvertering en absorptie 6.1

        Het menselijke spijsverteringsstelsel, zijn onderdelen en functies komen in dit onderwerp aan de orde. Dit omvat spijsverteringsenzymen, hun optimale omstandigheden, substraten en producten, evenals gedetailleerde structuur van villi en microvilli.

        Gasuitwisseling 6.4

        Lees meer over het verschil tussen het ventilatiesysteem en de gasuitwisseling. Dit onderwerp behandelt de functies van delen van de long, het mechanisme van inspiratie, expiratie en de structuur van de longblaasjes.

        Hormonen en reproductie 6.6

        Leer over homeostase, thermoregulatie, controle van bloedglucose, diabetes, leptine, melatonine, mannelijke en vrouwelijke voortplantingssystemen, het SRY-gen, secundaire geslachtskenmerken en de menstruatiecyclus.

        Neuronen en synapsen 6.5

        Dit onderwerp behandelt neuronen en synapsen. Krijg grip op de structuur van een neuron, de voortplanting van actiepotentialen langs een neuron en de overdracht van elektrische impulsen over een synaps. Er is ook een specifieke kijk op cholinerge synapsen.


        Tagarchief: adrenaline

        Tegenwoordig is het heel gewoon om zinnen te horen als: “Ik ben gestrest ” of “Ik weet niet of ik de stress aankan”. De prevalentie van stress in onze samenleving moet echter niet worden geaccepteerd vanwege de negatieve impact die stress kan hebben op de gezondheid van mensen.

        Spanning is de reactie van een organisme op een omgevings- of fysieke factor die wordt gezien als bedreigend voor schade,

        Weg voor Cortisol-afgifte als reactie op stress. Bron: Top 10 huismiddeltjes

        waar het lichaam biochemische veranderingen ervaart, zoals het vrijkomen van hormonen om het systeem voor te bereiden om gevaar het hoofd te bieden of het te vermijden. Hoewel bij elk gezond persoon enige mate van stress kan worden verwacht, is langdurige stress een schadelijke aandoening geworden in de moderne omgeving.

        Volgens Statistieken Canada , had in 2014 ongeveer 73% van de volwassenen tussen de 20 en 64 jaar last van een zekere mate van stress. Deze bevindingen wijzen op toenemende stressniveaus die op lange termijn gevolgen kunnen hebben voor de gezondheid van mensen.

        Bron: Canadian Community Health Survey, 2014.
        In 2014 meldde 23% van de Canadezen dat de meeste dagen 'behoorlijk een beetje' of 'extreem stressvol' waren. Bovendien rapporteerden vrouwen vaker dat de meeste dagen 'behoorlijk een beetje' of 'extreem stressvol' waren

        Volgens de recensie Menselijk gedrag: een coöperatief instinct , stress in kleine doses stelt mensen in staat zich sneller aan te passen aan onverwachte veranderingen in omgevingsomstandigheden. Evenzo veroorzaakt de aanwezigheid van gevaar een reactie genaamd "vechten of vluchten" waar de lichaamsafweer toeneemt: adrenaline secretie neemt toe, de bloedtoevoer naar de hersenen en spieren neemt toe. Desalniettemin veroorzaakt de ervaring van overweldigd te zijn en in constante stress schade aan de gezondheid , afname van productiviteit en levenskwaliteit.

        Wat is de link tussen stress en het immuunsysteem?

        Volgens het artikel gepubliceerd door GM Lewitus en M Schwartz, werken cellen van het immuunsysteem en het zenuwstelsel samen tijdens stress-episodes om geheugencellen af ​​​​te scheiden die mensen in de toekomst zullen helpen omgaan met stress-situaties. Met andere woorden, dit mechanisme wordt door je lichaam gebruikt om je te beschermen tegen mogelijk gevaar.

        Wwat zijn de oorzaken van stress?

        Bij een stressvolle situatie, cortisol wordt vrijgegeven, houdt het de lichaamsfuncties consistent. Wanneer stress echter gedurende langere tijd aanwezig is, remmen hoge niveaus van cortisol sommige immuunreacties, waardoor ze meer vatbaar zijn voor infecties en ontstekingsreacties niet goed onder controle houden.

        W wat zijn de effecten van stress?

        Enkele van de effecten zijn: problemen met het spijsverterings- en voortplantingssysteem, verhogen het risico op een hartaanval en beroerte. Daarnaast blijkt uit een overzichtsartikel dat stress kan zelfs de hersenen opnieuw bedraden , waardoor mensen kwetsbaarder worden voor angst, depressie en andere psychische problemen.

        De huidconditie bekend als: psoriasis lijkt verband te houden met constante stressperiodes in plaats van medicatie of dieetredenen. Onderzoekers suggereren dat psoriasis wordt veroorzaakt doordat de regulatie van cortisol disfunctioneel wordt, wat leidt tot een slechte beheersing van ontstekingsreacties die deze aandoening veroorzaken.

        Door bewust te zijn van de negatieve gevolgen die stress heeft op de gezondheid van mensen, kan de prevalentie ervan in de samenleving worden verminderd.


        Kunstmatige emoties

        Wanneer Angelica Lim bitterkoekjes bakt, heeft ze haar eigen keukenhulp, Naoki. Haar assistent is alleen goed in de repetitieve taken, zoals meel zeven, maar hij maakt het werk leuker. Naoki is heel schattig, net geen 60 cm lang. Hij is meestal wit met blauwe highlights en heeft luidsprekers waar zijn oren zouden moeten zijn. De kleine ronde cirkel van een mond die hem een ​​verbaasde uitdrukking geeft, is eigenlijk een camera, en zijn ogen zijn infraroodontvangers en -zenders.

        "Ik hou gewoon van robots", zegt Lim, een Ph.D. student aan de afdeling Intelligente Wetenschap en Technologie aan de Universiteit van Kyoto in Japan. Ze gebruikt de robot van Aldebaran Robotics in Parijs om te onderzoeken hoe robots emoties kunnen uiten en met mensen kunnen omgaan. Wanneer Lim de fluit speelt, begeleidt Naoki (de Japanse karakters van zijn naam vertalen zich ruwweg naar "meer dan een machine") haar op de theremin of de eierschudder. Ze gelooft dat het niet al te veel jaren zal duren voordat robotachtige metgezellen onze huizen en ons leven delen.

        Natuurlijk snapt Naoki de grappen niet, geniet hij niet van de muziek, of voelt hij het water in de mond over de koekjes. Hoewel we een robot in de vorm van een persoon misschien 'hem' noemen, weten we dat het slechts een verzameling metalen onderdelen en printplaten is. Wanneer we tegen Siri schreeuwen of vloeken op onze desktop, geloven we niet echt dat ze opzettelijk stompzinnig zijn. En ze zullen zeker niet reageren op onze frustratiemachines die niet begrijpen wat we voelen.

        Tenminste, dat willen we graag geloven. Gevoelens hebben, nemen we gewoonlijk aan, en het vermogen om emoties bij anderen te lezen, zijn menselijke eigenschappen. We verwachten niet dat machines weten wat we denken of reageren op onze stemmingen. En we voelen ons superieur aan hen omdat we emote en zij niet. Hoe snel en logisch ze ook zijn, gevoelige mensen winnen en zegevieren over machines: de emotionele David Bowman verslaat de rekenkundige HAL 9000 in 2001: Een ruimte-odysseeen de wanhopige Sarah Connor zegeviert over de ultieme moordmachine in de terminator. Van Dr. McCoy die de emotieloze Spock veroordeelt als een "groenbloedige onmenselijke" in Star Trek voor moreel redeneren dat draait om de emotieloosheid van criminelen, houden we onze emoties in de kern van onze identiteit.

        Bijzonder en niet te ontcijferen, behalve door ons - onze grillen en fantasieën maken ons menselijk. Maar misschien hebben we het mis in ons denken. Verre van een onverklaarbare, etherische kwaliteit van de mensheid, zijn emoties misschien niets meer dan een autonome reactie op veranderingen in onze omgeving, software die door evolutie in onze biologische hardware is geprogrammeerd als een overlevingsreactie.

        Dieren buigen voor hun mechanische opperheren

        Enkele jaren geleden ontdekte een groep Amerikaanse kakkerlakken vier vreemdelingen in hun midden. Een kort onderzoek wees uit dat de indringers naar kakkerlakken roken, en dus werden ze verwelkomd in de kakkerlakkengemeenschap. De nieuwkomers waren niet tevreden om gewoon op de stoel te zitten. LEES VERDER

        Joseph LeDoux, een neurowetenschapper aan het Center for Neural Science van de New York University, beschrijft emotie in termen van 'overlevingscircuits' die in alle levende wezens voorkomen. An organism, as simple as an amoeba or as complex as a person, reacts to an environmental stimulus in a way that makes it more likely to survive and reproduce. The stimulus flip switches on survival circuits which prompt behaviors that enhance survival. Neurons firing in a particular pattern might trigger the brain to order the release of adrenaline, which makes the heart beat faster, priming an animal to fight or flee from danger. That physical state, LeDoux says, is an emotion.

        Melissa Sturge-Apple, an assistant professor of psychology at the University of Rochester, agrees that emotions have something to do with our survival. “They’re kind of a response to environmental cues, and that organizes your actions,” she says. “If you’re fearful, you might run away. If you get pleasure from eating something, you might eat more of it. You do things that facilitate your survival.” And key among the human’s survival tool kit is communication—something emotions help facilitate, through the use of empathy.

        By this reasoning, every living thing interested in survival emotes in some form, though perhaps not in quite the same way as humans. Certainly any pet owner will tell you that dogs experience emotions. The things we call feelings are our conscious interpretation and description of those emotional states, LeDoux argues. Other types of feelings, such as guilt, envy, or pride, are what he calls “higher order or social emotions.”

        “I think anything that’s going to be able to make the kinds of decisions we want a human-scale android to make, they’re going to inevitably have consciousness,” MacClennan says.

        We are also beginning to understand that the mechanics of how we express emotion are deeply tied into the emotion itself. Oftentimes, they determine what we are feeling. Smiling makes you happier, even if it’s because Botox has frozen your face into an unholy imitation, author Eric Finzi says in his recent book The Face of Emotion. Conversely, people whose facial muscles are immobilized by Botox injections can’t mirror other people’s expressions, and have less empathy. No mechanics, no emotion, it seems.

        But if our emotional states are indeed mechanical, they can be detected and measured, which is what scientists in the field of affective computing are working on. They’re hoping to enable machines to read a person’s affect the same way we display and detect our feelings—by capturing clues from our voices, our faces, even the way we walk. Computer scientists and psychologists are training machines to recognize and respond to human emotion. They’re trying to break down feelings into quantifiable properties, with mechanisms that can be described, and quantities that can be measured and analyzed. They’re working on algorithms that will alert therapists when a patient is trying to hide his real feelings and computers that can sense and respond to our moods. Some are breaking down emotion into mathematical formalism that can be programmed into robots, because machines motivated by fear or joy or desire might make better decisions and accomplish their goals more efficiently.

        Wendi Heinzelman, a professor of electrical and computer engineering at the University of Rochester and a collaborator of Sturge-Apple, is developing an algorithm to detect emotion based on the vocal qualities of a speaker. Heinzelman feeds a computer speech samples recorded by actors attempting to convey particular feelings, and tells the computer which clips sound happy, sad, angry, and so on. The computer measures the pitch, energy and loudness of the recordings, as well as the fluctuations in energy and pitch from one moment to the next. More fluctuations can suggest a more active emotional state, such as happiness or fear. The computer also tracks what are known as formants, a band of fundamental frequencies that are affected by the shape of the vocal tract. If your throat tightens because you’re angry, it alters your voice—and the computer can measure that. With these data, it can run a statistical analysis to figure out what distinguishes one emotion from another.

        Neal Lathia, a post-doctoral research associate in the computer laboratory at the University of Cambridge, in England, is working on EmotionSense, an app for Android phones which listens to human speech and ferrets out its emotional content in a similar way. For instance, it may decide that there’s a 90 percent chance the speaker is happy and report that, “from a purely statistical perspective, you sound most like this actor who had claimed he was expressing happiness,” Lathia explains.

        Like Lathia and Heinzelman, Lim thinks there are certain identifiable qualities to emotional expression, and that when we detect those qualities in the behavior of an animal or the sound of a song, we ascribe the associated emotion to it. “I’m more interested in how we detect emotions in other things, like music or a little puppy jumping around,” she says. Why, for instance, should we ascribe sadness to a particular piece of music? “There’s nothing intrinsically sad about this music, so how do we extract sadness from that?” She uses four parameters: speed, intensity, regularity, and extent—whether something is small or large, soft or loud. Angry speech might be rapid, loud, rough and broken. So might an angry piece of music. Someone who’s walking at a moderate pace using regular strides and not stomping around might be seen as content, whereas a person slowly shuffling, with small steps and an irregular stride, might be displaying that they’re sad. Lim’s hypothesis, as yet untested, is that mothers convey emotion to their babies through those qualities of speed, intensity, regularity, and extent in their speech and facial expressions—so humans learn to think of them as markers of emotion.

        Currently, researchers work with a limited set of emotions in order to make it easier for the computer to distinguish one from another, and because the difference between joy and glee or anger and contempt is subtle and complex. “The more emotions you get, the harder it is to do this because they’re so similar,” says Heinzelman, who focuses on six emotions: anger, sadness, disgust, happiness, fear, and “neutral.” And for therapists looking for a way to measure patients’ general state of mind, grouping them into these general categories may be all that’s necessary, she says.

        Voice, of course, is not the only way people convey their emotional states. Maja Pantic, professor of affective and behavioral computing and leader of Imperial College London’s Intelligent Behavior and Understanding Group, uses computer vision to capture facial expressions and analyze what they tell about a person’s feelings. Her system tracks various facial movements such as the lifting or lowering of an eyebrow and movements in the muscles around the mouth or the eyes. It can tell the difference between a genuine and a polite smile based on how quickly the smile forms and how long it lasts. Pantic has identified 45 different facial actions, of which her computer can recognize 30 about 80 percent of the time. The rest are obscured by the limitations of the computer’s two-dimensional vision and other obstacles. Actions such as movements in a different direction, jaw clenching and teeth grinding—which may indicate feeling—are hard for it to recognize. Most emotion identification systems work pretty well in a lab. In the real world with imperfect conditions, their accuracy is still low, but it’s getting better. “I believe in a couple of years, probably five years, we will have systems that can do analysis in the wild and also learn new patterns in an unsupervised way,” Pantic says.

        With emotions reduced to their components, recorded, and analyzed, it becomes possible to input them into machines. The value of this project might seem simple: the resulting robots will have richer, more interesting and more fun interactions with humans. Lim hopes that, in the future, how Naoki moves and how it plays the theramin will allow it to express its emotional states.

        But there are also deeper reasons why engineers are interested in emotional robots. If emotions help living things survive, will they do the same for robots? An intelligent agent—a robot or a piece of software—that could experience emotions in response to its environment could make quick decisions, like a human dropping everything and fleeing when he sees his house is on fire. “Emotions focus your attention,” says Mehdi Dastani, a professor of computer science at the University of Utrecht, in the Netherlands. “Your focus gets changed from what you’re working on to a much more important goal, like saving your life.”

        “I believe in a couple of years, probably five years, we will have systems that can do analysis in the wild and also learn new patterns in an unsupervised way,” Pantic says.

        Dastani is providing intelligent agents with what he calls a “logic of emotion,” a formalized description of 22 different emotional states such as pity, gloating, resentment, pride, admiration, gratitude, and others. A robot can use them, he explains, to evaluate progress it’s making toward a goal. An unemotional robot, directed to go from Point A to Point B, might hit an obstacle in its path and simply keep banging into it. An intelligent agent equipped with emotion might feel sad at its lack of progress, and eventually give up and go do something else. If the robot feels happy, that means it’s getting closer to its goal, and it should stay the course. But if it’s frustrated, it may have to try another tack. The robot’s emotions offer a kind of problem-solving strategy computer scientists call a heuristic, which is the ability to discover and learn things for themselves—like humans do. “Emotion is a kind of evolutionarily established heuristic mechanism that intervenes in rational decision-making, to make decision-making more efficient and effective,” Dastani says.

        But could a machine actually have emotions? Arvid Kappas, a professor of psychology who runs the Emotion, Cognition, and Social Context group at Jacobs University in Bremen, Germany, believes that it comes back to the definition of emotion. By some definitions, even a human baby, which operates mostly on instinct and doesn’t have the cognitive capacity to understand or describe its feelings, might be said to have no emotions. By other definitions, the trait exists in all sorts of animals, with most people willing to ascribe feelings to creatures that closely resemble humans. So does he believe a computer could be emotional? “As emotional as a crocodile, sure. As emotional as a fish, yes. As emotional as a dog, I can see that.”

        But would robots that felt, feel the same way we do? “They would probably be machine emotions and not human emotions, because they have machine bodies,” says Kappas. Emotions are tied into our sense of ourselves as physical beings. A robot might have such a sense, but it would be of a very different self, with no heart and a battery meter instead of a stomach. An android in power-saving mode may, in fact, dream of electric sheep. And that starts to raise ethical questions. What responsibility does a human have when the Roomba begs not to let its battery die? What do you say to Robot Charlie when the Charlie S6 comes out, and you want to send the old model to the recycling plant?

        An intelligent robot equipped with emotion might feel sad at its lack of progress, and eventually give up and do something else.

        “It really is important, if humans are going to be interacting with robots, to think about whether robots could be feeling and under what conditions,” says Bruce MacLennan, an associate professor of computer science at the University of Tennessee, Knoxville, who will be presenting a paper on the ethical treatment of future robots at the International Association for Computing and Philosophy this summer. MacLennan feels that this isn’t just a philosophical question, but one that can be tackled scientifically. He proposes trying to break emotions down into what he calls “protophenomena,” the tiniest units of the physical effects that lead to emotion. “Protophenomena are so small that they’re not normally something a person would be aware of as part of their conscious experience,” he says. There should be some basic physical quantities that science can measure and, therefore, reproduce—in machines.

        “I think anything that’s going to be able to make the kinds of decisions we want a human- scale android to make, they’re going to inevitably have consciousness,” MacClennan says. And, LeDoux argues, since human consciousness drives our experience of emotion, that could give rise to robots actually experiencing feelings.

        It will probably be many decades before we’re forced to confront questions of whether robots can have emotions comparable to humans, says MacLennan. “I don’t think they’re immediate questions that need to be answered, but they do illuminate our understanding of ourselves, so they’re good to address.” Co-existing with emotional robots, he argues, could have as profound an effect as one civilization meeting another, or as humanity making contact with extraterrestrial intelligence. We would be forced to face the question of whether there’s anything so special about our feelings, and if not, whether there’s anything special about us at all. “It would maybe focus us more on what makes humans human,” he says, “to be confronted by something that is so like us in some ways, but in other ways is totally alien.”


        Phenotypic and genetic variation

        In classical engineering, variability is simply a nuisance. In contrast, architectural (genetic) and functional (phenotypic) variations can often be harnessed in biological applications. Dan Valente (Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, USA) described how genetic variability can be used to identify new genes. He and his colleagues developed a novel screen for genes involved in memory by imposing artificial selection on a fruitfly population for a memory phenotype. Statistical analysis of the genotypes of the organisms with improved memory helped to identify genetic interactions and new genes underlying memory.

        Stem cells are now at the forefront of biomedical engineering aimed at the regeneration of tissues of multiple cell types. A central question in stem-cell research is how to derive multiple distinct stable phenotypes from the same genotype. Illustrating the problem, Alfonso Martinez-Arias (University of Cambridge, UK) showed that one of the key regulators of stem-cell development, the homeodomain transcription factor Nanog, displays two expression states in a stem-cell population. When an individual cell expresses high levels of Nanog, it remains pluripotent. However, such cells can switch back to a low expression state, from which the cells can either return to the high-Nanog state or differentiate into a specific cell type.

        Marie Csete (Emory University, Atlanta, USA) discussed the fact that the engineering of tissues derived from adult multipotent stem cells and induced pluripotent stem cells will have to cope with the effects of aging, and that this will require many different approaches, as alteration of a single pathway has only partial effects. For example, she reported that overexpression of the antioxidant enzyme superoxidase dismutase 2 (SOD2 or MnSOD) in myoblasts helped to preserve the integrity of mitochondrial DNA and myoblast in vitro differentiation capacity with aging. However, muscle mass was not increased in aged SOD2-overexpressing transgenic mice.

        One of us (AB) explained how chromosomal epigenetic processes can stabilize cell phenotypes. Binding of eukaryotic transcription factors - activators and repressors - to DNA leads to recruitment of enzymes of opposing functions that induce structural changes in chromatin constituting an 'epigenetic code'. A mathematical model of these epigenetic processes revealed that the resulting gene expression can be both monostable (graded) and bistable (switch-like), depending on the spatial distribution of repressor-binding sites. The transitions between the two states are triggered by stochastic processes.

        Analytical insight into the mathematics of stochastic processes is limited. Mustafa Khammash (University of California Santa Barbara, USA) presented a new approach for solving master equations even for time transients by considering transitions between molecular concentrations only in the realistic range of concentrations. Johan Paulsson (Harvard University, Boston, USA) combined information theory with mathematics of stochastic processes that enables the inference of noise even from indirect measurements when the details of intervening processes remain poorly characterized.

        In precise developmental processes random noise can be detrimental. Julian Lewis (Cancer Research UK London Research Institute, London, UK) presented work on the cellular timers that control the number and length of the embryonic somites that give rise to the segmented structure of the vertebrate anterior-posterior axis. One somite is produced during each cycle of oscillating expression of the Her1 en Her7 genes, which are regulated by the Notch signaling pathway. In zebrafish, the oscillations in individual cells are quite noisy but the Notch-mediated cell-cell communication between neighboring cells synchronizes the oscillations. The oscillation in Her1 en Her7 expression is driven by a transcriptional negative feedback loop. The period of the oscillations, and hence the length of individual somites, are determined by the delay due to transcriptional elongation and translation. Frank Doyle (University of California, Santa Barbara, USA) discussed examples where synchronization can attain unusually high degrees of precision and robustness. In coral reproduction, global cues in the environment (sunlight and moonlight) combined with local coupling (hormones) lead to the precisely timed annual event of all corals in an entire bay spawning during the same 30-minute period.


        DISCUSSIE

        In this study we aimed to answer two sets of questions, the first set being: Do supplementary images facilitate the text-based comprehension process (Mayer, 1997 Carney and Levin, 2002 Schnotz, 2002 Ormrod, 2008)? If so, which of the above-described iconographic styles is most efficient? The second set is: Are schematic images of proteins, combined with a highly coherent text that provides structural detail, sufficient to provide students with insight into structural aspects of the same proteins? Do realistic images have more intrinsic explanatory power because of their detail, thus acting as a better storyboard?

        With reference to the first set of questions, we conclude that indeed supplementary images facilitate the comprehension process. However, we find no difference in learning efficacy between the different iconographic styles and conclude that realistic renderings of signaling pathways do not necessarily hinder learning and are not too distracting for novice students. We therefore confirm and extend the findings reported in our previous article, in which we showed that students interpret realistic images as effectively as schematic ones and when given a choice, students do not necessarily select the least complex image (Dahmani et al., 2009). Images have the most impact on the drawing and the (detailed) description of signaling events but have much less influence on the outcome of MCQs. This suggests that for a number of subjects normally assessed in our course, image support is less vital. This of course does not necessarily exclude a role for images in cell biology, as students at this stage must have a large collection of relevant mental representations to which they can make reference (Kosslyn et al., 2006). With respect to the second set of questions, we show that despite detailed verbal instructions, the schematic representation of PKA does not prepare students for insight into protein structure, that is, schematic representations do not habituate students to computer-generated renderings of PDB structures. Finally, an important finding is that the raw realistic representation of the signaling pathway, despite abundant molecular detail, has no higher intrinsic explanatory power novice students only can make full sense of raw images, irrespective of their iconographic style, when they are instructed in advance with images linked with precise, text-based instructions.

        Regarding the question of how to illustrate a cell biology learning document, we draw four lessons from our work and that of others. The first is that instructors actually have a good deal of freedom with respect to choosing between iconographic styles, because, with the appropriate instruction, students quite readily adapt to iconic codes (this object represents a protein, etc.). One should, however, keep in mind that due to their simplicity, schematic images do not necessarily make cell biology easier to understand. Independent of their iconographic style, cell biology images always require a thorough understanding of numerous iconic en scientific codes (the protein is composed of amino acids, each with particular characteristics, and folded in a particular way, etc. Johnstone, 1991). This is why written instructions are of utmost importance, and they have to be highly coherent for novice students (Mayer, 1989 McNamara et al., 1996). It therefore is essential that instructors are at ease with their choice, because their verbal instructions must correspond with the information carried by the image (Seufert and Brünken, 2006 Bartholomé and Bromme, 2009) and, vice versa, the image must prompt coherent verbal instructions (Jucks et al., 2007 Runde et al., 2007). It is our experience that instructors also need images, perhaps more than students when in a lecture setting. A second lesson is that students generally appreciate the realistic-schematic representations. They find this type of image most appropriate (see also Dahmani et al., 2009 Ormrod, 2008), and this may increase their curiosity and motivation, and, as a consequence, act as a tool to aid their thinking (Ainsworth, 1999). A third and important outcome of our study is that if iconic codes are not a problem for students, scientific codes are an obstacle. About one-third of the interviewed students could not fully interpret the realistic image, because they failed to master certain molecular concepts. The problem, therefore, lies more upstream, in an earlier stage of biomolecular grounding (learning through perception [icons] and conceptual instructions). How iconographic styles, in both stills and animations, impact on an early stage of biomolecular grounding is an interesting question. Lastly, choosing between iconographic styles is dependent on the teaching objectives (and subsequent assessment). For instance, the outcome of our MCQs is much less affected by the presence or absence of images. On the contrary, when assessing insight into structural aspects of PKA, using a “raw” ribbon representation, students only scored well when the text was supplemented by a realistic-schematic image and not a schematic one.

        We take the point of view that our first-year students should acquire a novice level of biomacromolecular three-dimensional literacy (Craig and Bateman, 2010), and we are gradually building this objective into our cell biology teaching and assessment program (rather than leaving this task to the biochemistry course). One of the arguments is that our teaching experience has taught us that more realistic iconographic styles have the important advantage of being more amenable to an accompanying hands-on molecular modeling practical (“biocomputing” practical) there is less discrepancy between the shapes students obtain on their computer screen and the ones depicted in their teaching documents. Linking lecture content with hands-on molecular modeling, seeing en doing, enhances students’ understanding (Ealy, 2004 Harris et al., 2009) and general visual literacy (Schönborn and Anderson, 2009). This in turn facilitates a natural (and early) access to richly annotated, databases, such as the PDB, ExPASy, the National Center for Biotechnology Information, and others, thus providing students with the necessary skills for Internet-based “information foraging.”


        Why Women Should Be Excited About AI

        As artificial intelligence is entering all spheres of our lives, a lot of concern is arising about the possible white bias and patriarchy of the impending AI world.

        Research shows women are much more skeptical of and averse to innovation in comparison to men who embrace and triumph it. This fear of technological innovation has to do with the fact that society often views the role of women as replaceable by AI, which is visible in the abundance of women robots and female personal assistants, such as Alexa and Cortana.

        If we’re coming to the point when most jobs are automated and robots become everyday reality in our lives, we’d better make sure those algorithms are beneficial for most people, be it an Afro-American woman or a Chinese man.

        As of today, 85% of the machine learning workforce is male. Thus, acknowledging the possibility of embedding programmers’ ethics and values we very well might end up in a machine-dominated world of historically “privileged class” values.

        Following this logic, we might find ourselves in a world where autonomous vehicles and judicial systems are biased towards favouring one kind of person as opposed to another only because of the ethics it was programmed with. We might wake up in the world of “Her,” full of intelligent sex dolls and seductive female AI assistants, where real women will be rendered irrelevant due to the automation of jobs and the decline of family values.

        Well that sounds pretty scary! But is it really where we are headed? Does AI have to be racist, sexist, and unfriendly to women? Can technology be biased per se?

        According to the World Economic Forum, women are more likely to be employed in jobs that face the highest automation risks. For example, 73% of cashiers in shops are women and 97% of cashiers are expected to lose their jobs to automation. Moreover, data sets, image recognition and credit check systems all have big blind spots that adversely affect women and minorities.

        Statistics, however, are heavily skewed towards immediate automation and still limited data sets. Automation-wise, there exists way more male-dominated professions that will be affected in the future - construction workers, truck and taxi drivers to name just a few. As analytics and machine learning advances and we tap the world of ever-expanding big data, we will see the world becoming less prejudiced.

        An overarching topic we should care about is not which jobs will be automated and which professions will be obsolete, but which jobs and skills will increase in relevance and demand. And here the long-time perspective looks as bright for women as never before.

        Empathy, listening, multi-tasking, intuition, collaboration and patience are qualities that will get more prominence as automation takes over the workplace.

        I’d like to argue that three subsets of qualities will become crucial in the machine age:

        Both by nature and by culture, women are better placed to benefit from automation. The inherent presence of empathy and collaboration skills makes women perfectly positioned to navigate the complex post-industrial world. Let’s break down the 3Cs check this out:

        While computers can already create unique music and art pieces through pattern recognition and affinity analysis, we don't expect them to develop emotional intelligence and passion any time soon. And it is exactly the passion and ambition that have been driving the human species to create masterpieces, come up with ground-breaking solutions and create whole new ecosystems. While there are way more innovations and patents filed by men, it is explained by history and culture rather than biology. As women are occupying more academic and managerial positions they will be getting equal opportunities and avenues for innovation. Of course, technology will further enable people to find new ways of self-expression and facilitate the creative process.

        According to the UK National Statistics data, women currently dominate employment within caring and leisure occupations both of which require the empathy and ability to put yourself into another person’s shoes. An estimated 66% of caregivers in 2015 were female.

        With the population ageing, women will become more important as premium care givers, nurses and psychologists. A US study by The Telegraph shows women are twice as likely to become caregivers than men, which means that they are both more natural in and more inclined towards compassion-involving professions. Caregiving might appear to be a slightly sexist example, which, nevertheless, underpins a whole universe of an empathy-involving job market of psychologists, teachers, therapists, social workers, wellbeing coaches, nurturing specialists and many other roles we will be unwilling to allocate to robotics any time soon.

        Collaboration

        Last but not the least, collaboration and cooperation are inherent human qualities, which, according to Yuval Harari, brought us to the pinnace of evolution. It is not that our communication is better or more intricate than the one of birds or whales but it was human civilization that came up with the language and trust system that allowed huge numbers of people to collaborate, as opposed to a tribal structure in the animal kingdom.

        And while men have been traditionally more competitive and victory-oriented, women are more likely to look for mutual benefit and a peaceful resolution. Womens’ natural biological tendencies of self-presentation and the creation of a safe environment are likely to propel them to take more prominent roles in politics and international relations. In fact, this is not a suggestion but a timely necessity as the dangers of mutually assured destruction and automatic weapons occupy an ever more prominent role in AI Ethics discussions.

        Career wise, men tend to overestimate their abilities and monopolize the work, while women downplay their skills and seek help from their peers. While the first approach has been successful in the highly competitive economy of scarce skills, it is the ability to get along and quickly obtain useful information that is going to define the workplace in the knowledge economies of “online learning” and “team play.”

        The XXI century is bringing way too many challenges to limit ourselves to only 50 % of available human resources.

        Mass extinction of species, air pollution, plastic proliferation, climate change and the emergence of antibiotic resistant bacterium – all the problems we are currently facing require a collective effort of the whole of humanity, and more than ever, require our empathy, collaboration and creative solutions.

        And as gender stereotypes and brute force are giving way to meritocracy and problem-solving, both men and women will have to nurture genuinely human features, our unique selling points in this technological race.

        What jobs will still be around in 20 years? Read this to prepare your future


        Bekijk de video: MMA fighter Adrenaline Natural vs. Synthetic Results (December 2021).