1.2 Hoe geven neuronen informatie door over een lange afstand?

Receptoren bevinden zich vaak op een grote afstand van de verwerkingscentra. De afstand van je ogen en gehoororgaan tot de hersenen is niet zo groot, maar van de receptoren in de huid van je tenen naar de hersenen bedraagt toch minstens één meter. En bij sommige dieren is die afstand nog veel groter.

Afb. 55 De afstand tussen receptoren en verwerkingscentra kan snel oplopen bij grotere diersoorten, zoals deze blauwe vinvis. Bekijk de video en beantwoord de vragen.

1 Wat gebeurt er als er een flinke tik wordt gegeven tegen de eerste dominosteen? 2 De handeling wordt verschillende keren uitgevoerd.

Vallen alle stenen even snel? 3 Is het mogelijk de stenen in de andere richting te doen omvallen? 4 Wat gebeurt er als een lichte tik gegeven wordt tegen de eerste steen? 5 Wat gebeurt er als er enkele stenen in het midden verwijderd worden?

Afb. 56 Acht identieke dominostenen worden op een lat vastgekleefd met dunne plakband. De blokjes staan op een vaste afstand van elkaar. 3 meter OPDRACHT 3 BEKIJK DE VIDEO ©VAN IN tHema 02 HoofDstuk 1 101

Het vallen van de dominostenen vertoont heel wat gelijkenissen met het transport van een signaal doorheen het neuron: een signaal in het neuron ontstaat pas als de prikkel sterker is dan de prikkeldrempel, net zoals je voldoende hard moest duwen tegen de eerste dominosteen om die te doen omvallen. Dat signaal verstoort een rusttoestand en plant zich als een kettingreactie met een constante snelheid voort doorheen het axon. Op de verschillende fasen van de informatiegeleiding ga je nu dieper in. A Rustpotentiaal Bestudeer de tekst en de figuur en beantwoord de vragen. In een neuron bevinden zich heel wat opgeloste ionen of geladen deeltjes. Dit zorgt voor ladingsverschillen tussen de binnenzijde en de buitenzijde van de cel. Je onderzoekt nu hoe die ladingen verdeeld zijn als een neuron zich in de rustfase bevindt. 1 Duid op de figuur de dendrieten, het cellichaam en het axon aan. 2 Overtrek met een groene pen het volledige celmembraan van het neuron. 3 Beschrijf wat je ziet als je de detailtekening van het membraan bekijkt. 4 Beschrijf het ladingsverschil tussen de binnen- en buitenzijde van de cel. OPDRACHT 4 celmembraan binnenzijde buitenzijde Omdat aan de buitenzijde van het neuron meer positieve ionen (geladen deeltjes) zitten dan binnen in het neuron, is er een ladingsverschil. De buitenzijde is positief geladen ten opzichte van de binnenzijde. Het verschil in lading tussen binnenzijde en buitenzijde veroorzaakt een elektrische spanning over het membraan, die we de membraanpotentiaal noemen. Als het neuron zich in de rustfase bevindt, wordt het ladingsverschil de ©VAN IN rustpotentiaal genoemd.

De rustpotentiaal is het potentiaalverschil dat er bij rust heerst tussen de binnen- en de buitenkant van een celmembraan. De rustpotentiaal ontstaat door een ongelijke verdeling van ionen (geladen deeltjes) binnen en buiten de cel.

B Actiepotentiaal Om goed te kunnen begrijpen hoe een neuron een elektrisch signaal doorgeeft, is het belangrijk te weten hoe opgeloste deeltjes zich gedragen wanneer ze niet gelijk verdeeld zijn. Bekijk het filmpje en beantwoord de vragen. 1 Hoeveel theedeeltjes bevinden zich in het water voordat het theezakje in het water wordt gebracht? 2 Wat gebeurt er als het theezakje in het water wordt gebracht? 3 In welke richting hebben de deeltjes zich verspreid? Schrap wat niet past. De deeltjes verspreiden zich van een plaats met hoge / lage concentratie naar een plaats met hoge / lage concentratie. 4 Hoe komt het dat het water een homogeen mengsel is als de thee klaar is? 5 Teken de eindsituatie in het glas met materiedeeltjes. Gebruik blauwe bolletjes voor water en bruine driehoekjes voor de thee. OPDRACHT 5 BEKIJK DE VIDEO©VAN IN

Bij een prikkel verplaatsen positieve ionen zich doorheen het membraan van een neuron. Daardoor verandert het ladingsverschil over het membraan, de rustpotentiaal wordt verstoord. Als de prikkel voldoende In een neuron gebeurt er iets gelijkaardigs. Indien een prikkel voldoende sterk is wordt het neuron geprikkeld. Dat zorgt ervoor dat de kanaaltjes in het celmembraan worden geopend waardoor positieve ionen massaal naar binnen kunnen stromen. Ze verplaatsen zich van een plaats met een hoge concentratie naar een plaats met een lage concentratie aan positieve ionen. De positieve lading buiten de cel wordt daardoor kleiner en de binnenzijde van de cel wordt meer positief (minder negatief) geladen. Daardoor verlaagt het ladingsverschil tussen binnenzijde en buitenzijde. We noemen die fase de depolarisatie. Uiteindelijk stromen er zoveel positieve ionen doorheen het membraan dat het ladingsverschil over het membraan omdraait: de binnenzijde wordt positiever dan de buitenzijde (die nu negatief wordt beschouwd). We spreken dan van een actiepotentiaal of impuls. Die fase is maar tijdelijk. Na de actiepotentiaal is er een repolarisatie waardoor de rustpotentiaal weer wordt hersteld. Een actiepotentiaal kent altijd hetzelfde verloop. Het is net als bij vallende dominostenen een alles-of-nietsgebeurtenis: ze treedt op of ze treedt niet op. Vul de grafiek aan. Vul de volgende begrippen aan: • depolarisatie • repolarisatie • actiepotentiaal • rustpotentiaal OPDRACHT 6 –70 –60 –50 –40 –30 –20 –10 10 20 tijd (ms) spanning (mv) 0 Grafiek 2 ©VAN IN sterk is draait het ladingsverschil om en wordt de binnenzijde van het celmembraan kortstondig positief ten opzichte van de buitenzijde. Er ontstaat een actiepotentiaal of impuls.

Een actiepotentiaal of impuls is een alles-of-nietsgebeurtenis op of ze treedt niet op. : ze treedt

C Impulsgeleiding

Door de in- en uitstroom van ionen ontstaat er in het neuron een concentratieverschil met de zones daarnaast. Daardoor zullen de geladen deeltjes zich ook hier verplaatsen van een hoge naar een lage concentratie. Door de verplaatsing van geladen deeltjes ontstaat er in het neuron een BEKIJK DE VIDEO elektrisch signaal. Door die verplaatsing van ionen vermindert het ladingsverschil tussen de binnenzijde en de buitenzijde ook in de nieuwe zone, dus ook daar start opnieuw een depolarisatie. Daardoor ontstaan er telkens ook nieuwe actiepotentialen in de richting van de volgende cel. Een actiepotentiaal zet zich dus doorheen het axon voort als een kettingreactie van verplaatsing van ionen of geladen deeltjes. Deze verplaatsing van de actiepotentiaal noemen we de impulsgeleiding. Het elektrisch signaal wordt gebruikt om informatie te transporteren vanuit de plaats waar een prikkel werd opgevangen naar de plaats waar de informatie wordt verwerkt. Als je de impulsgeleiding zou vergelijken met vallende dominostenen, dan duwt elke steen de volgende om. De gevallen steentjes worden na enkele ogenblikken terug rechtgezet, zodat je eigenlijk steeds maar enkele steentjes plat ziet liggen. rustfase

zin van de impuls celmembraan

= impuls ladingsverschuiving depolarisatie actiefase

ladingsverschuiving depolarisatie ladingsverschuiving depolarisatie

Afb. 57 De impulsgeleiding is het gevolg van de verplaatsing van ionen.©VAN IN tHema 02 HoofDstuk 1 105