in het zenuwstelsel?

1.2 Hoe gebeurt de overdracht en verwerking van informatie in het zenuwstelsel?

A Informatieoverdracht

OPDRACHT 10 Hoe snel reageer je op kleurverandering van een verkeerslicht? Scan de QR-code en test het uit. 1 Herhaal de test vijf keer en noteer jouw gemiddelde reactietijd in de kolom. 2 Noteer in de kolom ook de gemiddelde reactietijd van de snelste leerling. 3 Zoek een verklaring voor het verschil in gemiddelde reactietijd tussen leerlingen. 4 Wat kun je daaruit besluiten? 5 Waarom gebruikt men de eenheid ‘milliseconden’ (ms) in dit experiment en niet gewoon ‘seconden’ (s)? 6 Op welke prikkel reageer je? 7 In welk zintuig bevinden zich de receptorcellen om die prikkel waar te nemen? �� (reactietijd) jouw gemiddelde reactietijd snelste leerling TEST JE REACTIESNELHEID Een prikkel die wordt opgevangen door een receptor, wordt omgezet in een signaal of impuls waardoor een reactie kan volgen. Dat zoiets snel kan gaan, stelde je vast in opdracht 10. Je leerde al dat het zenuwstelsel een geleider of conductor is; het transporteert namelijk een signaal door het lichaam. Een signaal getransporteerd door het zenuwstelsel noemen we een neuraal signaal of impuls. Maar hoe werken de verschillende delen van het zenuwstelsel samen om een reactie op de prikkel te doen ontstaan? ©VAN IN

informatieoverdracht

prikkel receptor sensorisch neuron

Afb. 116

Je ziet het groene licht en je klikt op de knop. De receptoren bevinden zich vaak op een heel andere plek dan de effectoren. In het schema kun je het doorgeven van informatie van de receptor tot effector volgen. Je merkt dat er op verschillende plaatsen informatie moet worden doorgegeven; dat noemen we informatieoverdracht. Die informatieoverdracht gebeurt door het versturen van signalen en kan op verschillende manieren. Het verkeerslicht wordt groen! Fotoreceptoren in het netvlies registreren de lichtprikkel. De fotopigmenten in die receptoren worden belicht waardoor er chemische energie vrijkomt waarmee een zenuwsignaal wordt opgewekt. Sensorische zenuwcellen geven via het centrale zenuwstelsel dat signaal door naar een specifieke plaats in de hersenen. In de hersenen werken meerdere neuronen samen om de reactie op de prikkel te bepalen. Zo'n groep van samenwerkende neuronen noemen we een verwerkingscentrum of hersencentrum. Zo heb je een groep neuronen die het beeld van het groene licht interpreteren, het gezichtscentrum. Die informatie wordt doorgegeven aan andere centra in de hersenen die de reactie bepalen. Zij geven op hun beurt signalen door aan de motorische centra die de spieren besturen. Via de motorische neuronen vertrekt vanuit de hersenen het signaal naar de spieren. Je klikt op de knop! Als we de weg van receptor tot effector volgen, stellen we vast dat er informatie binnen een neuron moet worden geleid; dat noemen we de impulsgeleiding. De hele informatieoverdracht loopt over verschillende neuronen. Er zal dus ook informatie tussen neuronen moeten worden overgebracht; dat noemen we de impulsoverdracht. Hieronder valt ook de informatieoverdracht tussen de receptor en effector met hun aansluitende neuronen. Een reactie op een prikkel kan niet ontstaan zonder de verwerking van de gegevens.

motorisch neuron hersenen spier receptoren sensorische neuronen signaal CZS prikkel waarneembare verandering motorische neuronen effectoren signaal ©VAN IN

B Impulsgeleiding Neuronen brengen informatie met hoge snelheid over van de ene plaats in je lichaam naar de andere. Hoe gebeurt de communicatie over een grote afstand in ons lichaam? De afstand van je ogen tot de hersenen is niet zo groot, maar van de hersenen naar je vingers bedraagt toch één meter. En bij sommige dieren is die afstand nog veel groter. Alcohol heeft een verdovende werking op de hersenen. Daardoor reageert iemand die alcohol heeft gedronken trager dan normaal. De controle over zijn been- en armspieren gaat achteruit, het gezichtsvermogen wordt minder en hij kan zich steeds slechter concentreren. Een voorbeeld: een bestuurder rijdt 80 km per uur (= 22 meter per seconde). Na 3 of 4 glazen bier reageert hij een halve seconde langzamer. Als hij plots moet remmen, heeft hij dus 11 meter meer nodig om tot stilstand te komen dan in nuchtere toestand. De informatieoverdracht is de geleiding van informatie van receptor tot effector. De neuronen brengen informatie van de receptoren naar de verwerkingscentra of hersencentra in de hersenen en van daaruit naar de effectoren. • We onderscheiden twee vormen van informatieoverdracht: • de impulsgeleiding binnenin het neuron, • de impulsoverdracht tussen receptor en neuron, tussen twee neuronen en tussen neuron en effector. Afb. 117 De afstand tussen receptoren en verwerkingscentra kan snel 3 meter ©VAN IN

oplopen bij grotere diersoorten, zoals deze blauwe vinvis.

Hoe geleiden neuronen informatie?

Benodigdheden: … plakband … 10 dominostenen … meetlat (30-40 cm) Voorbereiding • Meet de lengte (langste zijde) van een dominosteen. • Snijd tien stukjes plakband af die ongeveer even lang zijn als een dominosteen. • Plaats de eerste dominosteen nabij het einde van de lat. Maak de achterzijde van de dominosteen vast met een stukje plakband (zie figuur). • Plaats na de eerste een tweede dominosteen op een afstand van drie vierde van de dominolengte. Bevestig die steen op een gelijkaardige manier. • Plaats de volgende acht dominostenen telkens op dezelfde afstand van de vorige dominosteen en maak ze op dezelfde manier vast. • Versterk het aangebrachte plakband door er een extra stuk in de andere richting overheen te kleven (zie figuur). • Plaats de lat op een tafel en zorg dat alle dominostenen recht staan. De zijden van de dominostenen waar het plakband aan werden bevestigd, moeten van je weg gericht staan. 1 Duw de eerste dominosteen om. Wat gebeurt met de andere stenen? 2 Herhaal nog eens. Wat moet je daarvoor eerst doen? 3 Herhaal nog enkele keren. Vallen alle stenen even snel? 4 Is het mogelijk de stenen in de andere richting te doen omvallen? 5 Zet alle stenen terug recht. Raak de eerste dominosteen heel zachtjes aan. Wat gebeurt er? 6 Herhaal, maar gebruik steeds een grotere kracht. Wat stel je vast? 7 Verwijder één dominosteen in het midden. Zet alle dominostenen opnieuw recht. Duw de eerste dominosteen om. Wat gebeurt er? Afb. 118 Dominostenen worden op een lat vastgekleefd met plakband. ©VAN IN

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. Om te begrijpen hoe een signaal zich doorheen een neuron verplaatst, moeten we eerst het axon wat nauwkeuriger bestuderen. Het axon is omgeven door een myelineschede die door de cellen van Schwann gevormd wordt. Tussen de opeenvolgende Schwann-cellen is er telkens een kleine onderbreking in de myelineschede, de knopen van Ranvier. Daar is het axon niet gemyeliniseerd en ligt het celmembraan vrij. Bij alle cellen is het celmembraan elektrisch geladen door de aanwezigheid van elektrisch geladen deeltjes of ionen aan weerszijden van het celmembraan. Sommige deeltjes zijn positief geladen, andere zijn negatief geladen. We stellen ze voor als plustekens en mintekens. Die deeltjes kunnen zich door het celmembraan verplaatsen via kleine openingen die we kanalen noemen. Die kanalen kunnen open- of dichtgaan. De verplaatsing van die geladen deeltjes of ionen is een elektrisch signaal. ©VAN IN

Afb. 119

Ionkanaaltjes in het membraan van het axon

De verplaatsing van het elektrisch signaal doorheen het neuron noemen we de impulsgeleiding.

kanaaltjes open kanaaltjes gesloten

1 Op het moment dat er geen impuls wordt doorgestuurd, is een neuron in rustfase. Bij een zenuwcel in rust zijn de positieve ionen niet gelijk verdeeld tussen de binnenzijde en de buitenzijde van de cel. Omdat aan de buitenzijde van het neuron meer positieve ionen zitten dan binnen in het neuron, is er een ladingsverschil. Dat ladingverschil wordt

2 Op het moment dat de prikkeldrempel overschreden wordt, zal het neuron geactiveerd worden; de zenuwcel gaat over van de rustfase naar de actiefase. Daarbij gaan kanaaltjes in het celmembraan open en kunnen positief geladen deeltjes naar binnen in het axon (afb. 122 - 1). Er zullen op die plek nu steeds meer positief geladen deeltjes aan de binnenzijde van het axon zitten dan aan de buitenzijde. Daardoor verandert het ladingsverschil tussen binnenzijde en buitenzijde. We noemen dat depolarisatie. De buitenzijde van het axon is nu negatief geladen en de binnenzijde positief. Die plaatselijke ladingsverandering is het actiepotentiaal; zo ontstaat de impuls. Het is een elektrisch signaal omdat het ontstaat door de verplaatsing van geladen deeltjes of ionen. Een actiepotentiaal is een alles-of-nietsgebeurtenis: vergelijk het met de dominosteen die valt of niet valt.

celmembraan celmembraan

kanaal intracellulair extracellulair–70 millivolt buitenzijde binnenzijde celmembraan Afb. 120 Tussen buiten- en binnenzijde van het celmembraan is er een ladingsverschil: rustpotentiaal. rustpotentiaal genoemd. = impuls rustfase celmembraan actiefase B BA A ©VAN IN

Afb. 121 Neuron in actiefase A Vorming van een impuls langs het celmembraan ter hoogte van een axon B Dwarsdoorsnede van een axon met ladingstoestand in de rustfase en de actiefase

De plaatselijke ladingsverandering of actiepotentiaal ter hoogte van het celmembraan wordt bijzonder snel voort geleid vanaf het cellichaam over de hele lengte van het axon. Dat komt omdat de plaatselijke in- en uitstroom van ionen een nieuwe actiepotentiaal doet ontstaan in de zones die naast de actiepotentiaal liggen. In de richting van het cellichaam ontstaan geen actiepotentialen omdat op de plaats van een actiepotentiaal eerst de rustpotentiaal hersteld moet worden. Daarom loopt een actiepotentiaal altijd in één richting doorheen het axon, namelijk in de richting weg van het cellichaam. De verplaatsing van de actiepotentiaal noemen we de impulsgeleiding. -50 -100

0 1 2 3 4 5 6 7 tijd (ms)

membraanpotentiaal (mV) 50 depolarisatie prikkeldrempel rustpotentiaal

rustpotentiaal

3 De plaatselijke ladingsverandering is maar van korte duur. Na de actiepotentiaal verplaatsen andere positieve ionen zich naar de buitenzijde van axon (afb. 122 - 2), zodat de oorspronkelijke ladingsverdeling zich herstelt. De buitenzijde wordt weer positief geladen, de binnenzijde negatief. Die fase noemen we de herstelfase. We spreken van repolarisatie. Daarna is het axon gedurende een heel korte tijd ongevoelig op die plaats. Er kan op die plaats even geen nieuwe actiepotentiaal optreden. impulsgeleiding ladingsverdeling herstelt zich = repolarisatie depolarisatie als gevolg van actiepotentiaal

Afb. 122 1 Groen: Positief geladen deeltjes stromen binnen langs de kanaaltjes. 2 Rood: Positief geladen deeltjes verplaatsen zich weer naar de buitenzijde.

actiepotentiaal repolarisatie

0

nog geen impuls rustpotentiaal©VAN IN

Grafiek 5 Verloop van de elektrische veranderingen op de plaats van een actiepotentiaal

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.

BEKIJK DE VIDEO

Plaats de gebeurtenissen van een impuls in de juiste volgorde. Kies uit: actiepotentiaal – depolarisatie – repolarisatie – rustpotentiaal OPDRACHT 12 Wanneer een rups aan een deel van de plant (zoals een blad) knabbelt, komt uit de beschadigde plantencellen een boodschappermolecule (glutamaat) vrij. Die molecule verandert de membraaneigenschappen van aangrenzende cellen, met als gevolg dat positieve ionen in die cellen naar binnen stromen. De verplaatsing van positieve ionen in één cel veroorzaakt verplaatsing van positieve ionen in een aangrenzende cel. De kettingreactie van verplaatsing van ionen veroorzaakt, net zoals bij dieren, een elektrisch signaal dat informatie over een grote afstand kan vervoeren. Dat elektrisch signaal brengt de productie van allerhande stoffen op gang die de plant minder appetijtelijk moeten maken, om zo de vraat te verminderen. Ook planten kunnen informatie over grote afstand verspreiden door middel van elektrische signalen. WEETJE BEKIJK DE VIDEO OPDRACHT 13 Voer nu Labo 11 op p. 393 uit. Hoe snel gaat informatie doorheen neuronen? ©VAN IN

Hoe wordt de snelheid van de impulsgeleiding verhoogd?

Benodigdheden … … ca. vijftig dominostenen drie potloden Werkwijze 1 Bouw de opstelling na zoals op afbeelding 123. 2 Duw met een lat tegelijkertijd de eerste dominosteen van beide reeksen om. Waarneming Besluit In de opdracht met de dominostenen kon je ontdekken dat een sprongsgewijze impulsgeleiding de snelheid kan verhogen. Net zoals bij de dominostenen, kan de snelheid van de impulsgeleiding in het axon verhoogd worden door sprongen te maken over het axon. Door de aanwezigheid van een isolerende myelineschede kunnen geladen deeltjes niet doorheen het membraan. De ionen kunnen alleen ter hoogte van de insnoeringen van Ranvier doorheen het membraan passeren. De actiepotentiaal verplaatst zich dan van insnoering naar insnoering. We spreken van een sprongsgewijze impulsgeleiding. De impulsgeleiding gaat daardoor veel sneller dan bij axonen zonder myelineschede, tot 150 m/s. De snelheid van de impulsgeleiding varieert ook volgens de soorten axonen. Die snelheid is afhankelijk van de dikte van het axon en van de dikte van de myelineschede. Naarmate de dikte van het axon toeneemt, gaat de impulsgeleiding sneller. Op die manier kan een blauwe vinvis – het grootste zoogdier op onze planeet – zijn staart bewegen zodra hij iets hoort of ziet, ook al ligt de staart op bijna 25 meter van de kop.

Afb. 123 ©VAN IN 182 tHema 03 HoofDstuk 1

VERGELIJK DE GELEIDINGSSNELHEID

insnoering van Ranvier gemyeliniseerd axon actie- potentiaal myelineschede depolarisatie cellichaam

ongemyeliniseerd axon 100 tot 150 m/s

actiepotentiaal

0,5 tot 10 m/s Afb. 124 Dankzij de myelineschede verloopt de impulsgeleiding veel sneller dan bij een omgekeerd ongemyeliniseerd axon.

OPDRACHT 15

Hoe maakt een organisme onderscheid tussen sterke en zwakke prikkels?

Bestudeer de figuur.

––++ impuls ––

Afb. 125 Schematische voorstelling van een impuls bij een zwakke en sterke prikkel

receptorcel prikkel ––+ 1 impuls bij een prikkel zwakker dan prikkeldrempel prikkeldrempel

2 impuls bij een zwakke prikkel 3 impuls bij een sterke prikkel a Wanneer ontstaat een actiepotentiaal? b Vergelijk het verschil in hoogte van de actiepotentialen bij een zwakke prikkel en een sterke prikkel. + ©VAN IN c Vergelijk het aantal actiepotentialen bij een zwakke prikkel en een sterke prikkel.

Bij een sterke prikkel is het aantal actiepotentialen groter / kleiner dan bij een zwakke prikkel.

De impulsgeleiding is de verplaatsing van een elektrisch signaal doorheen het neuron en verloopt in drie fasen. • De rustfase: er wordt geen impuls doorgestuurd. Het ladingsverschil op dat moment is de rustpotentiaal; de buitenzijde van het celmembraan van het axon is positief geladen en de binnenzijde negatief. • De actiefase: de drempelwaarde wordt overschreden, een impuls wordt doorgestuurd. Positieve ionen stromen naar binnen via de kanaaltjes. De buitenkant van het celmembraan wordt nu negatief geladen, de binnenkant positief; we noemen dat depolarisatie. Er ontstaat een actiepotentiaal of een impuls. • De herstelfase: het neuron keert terug naar de oorspronkelijke toestand. Positieve ionen verplaatsen zich naar de buitenkant van het axon: repolarisatie. De buitenzijde is weer positief geladen, de binnenzijde negatief. Elke actiepotentiaal doet een actiepotentiaal ontstaan in de naastliggende zone. De impulsgeleiding is de verplaatsing van de actiepotentiaal over het axon. Die impulsgeleiding loopt altijd in dezelfde richting door het axon, namelijk van het cellichaam naar de eindknopjes. De snelheid van de impulsgeleiding bij gemyeliniseerde axonen is veel hoger dan bij niet-gemyeliniseerde axonen. Bij gemyeliniseerde axonen gebeurt de impulsgeleiding sprongsgewijs én sneller naarmate de dikte van het axon en de myeline toeneemt. Informatie over de sterkte van een prikkel wordt door het organisme geregistreerd aan de hand van het aantal actiepotentialen en de duur van het afvuren van actiepotentialen. Als een prikkel sterker is dan de prikkeldrempel, ontstaat een elektrisch signaal of actiepotentiaal. De actiepotentiaal is altijd even groot ongeacht de sterkte van de prikkel. Je kunt het vergelijken met een zaklamp die je enkel kunt aan- of uitschakelen. De hoeveelheid licht is steeds hetzelfde. We noemen een dergelijke gebeurtenis een alles-of-nietsgebeurtenis. Hoewel een actiepotentiaal altijd even groot of sterk is, voelt een tik van een potlood toch anders aan dan een tik van een hamer. Zenuwcellen kunnen dus ook informatie over de intensiteit van de prikkel doorsturen naar de verwerkingscentra. Hoe doen ze dat? De intensiteit of sterkte waarmee je een prikkel waarneemt, hangt af van het aantal actiepotentialen per seconde en de tijdsduur waarin neuronen actiepotentialen afvuren. ©VAN IN ` Maak oefening 8 t/m 12 op p. 252 t/m 254.

C Impulsoverdracht tussen neuronen

Als je de weg van de lichtprikkel van het groene licht tot het klikken op de knop hebt bestudeerd, dan heb je vastgesteld dat receptoren, neuronen en effectoren met elkaar in verbinding staan. Die moeten dus in staat zijn impulsen aan elkaar over te dragen.

De impulsoverdracht tussen neuronen gebeurt ter hoogte van de eindknopjes van het axon, die dicht tegen de dendrieten of het cellichaam van een ander neuron liggen. Die zone noemen we de synaps. De meeste synapsen zijn chemische synapsen. Tussen het celmembraan van het eindknopje van het axon en de volgende cel ligt een heel smalle ruimte (ongeveer 20 nanometer): de synaptische spleet. Het eindknopje van het axon bevat talrijke synaptische blaasjes die vol zitten met boodschappermoleculen of neurotransmitters. Wanneer een actiepotentiaal aankomt in het eindknopje, verplaatsen de blaasjes zich naar de celmembranen van de eindknopjes. Daar barsten ze open en storten hun inhoud uit in de synaptische spleet. Als de neurotransmitters zich verspreiden, komen ze op het celmembraan van de volgende cel terecht, waar ze zich binden aan specifieke membraanreceptoren. De membraaneigenschappen wijzigen en ionen kunnen daardoor gemakkelijk doorheen het celmembraan zodat er ook hier een actiepotentiaal of impuls ontstaat. De overdracht van een impuls van cel naar cel noemen we neurotransmissie. 3D

Afb. 126 A Voorstelling synaps B Neurotransmissie tussen een eindknopje van het ene neuron en een dendriet van het aansluitende neuron.

axon synaps eindknopjes

neurotransmitter eindknopje 1 impuls 3 4

impuls axon celmembraan celmembraan

synaptisch blaasje dendriet

synaptische spleet elektrisch signaal

membraanreceptor chemisch signaal elektrisch signaal A 2 B ©VAN IN tHema 03 HoofDstuk 1 185

Overdracht van informatie tussen zenuwcellen gebeurt ter hoogte van de synaps. Bij een chemische synaps vormen de neurotransmitters een chemisch signaal. Die impulsoverdracht gebeurt in verschillende stappen. 1 De impuls bereikt de eindknopjes van het axon. 2 Neurotransmitters komen vrij uit de synaptische blaasjes in de synaptische spleet. 3 De neurotransmitter komt op het celmembraan van de volgende cel terecht en wijzigt daar de membraaneigenschappen. Dat is een chemisch signaal. 4 Ionen stromen naar binnen en veranderen de membraanpotentiaal. Er ontstaat een nieuwe actiepotentiaal in de volgende cel, de impuls is overgedragen. ` Maak oefening 13 en 14 op p. 254-255. Bij een chemische synaps wordt een elektrisch signaal dus omgezet in een chemisch signaal. Neurotransmitters brengen de boodschap over van het ene neuron naar de volgende cel. Dat chemisch signaal veroorzaakt een ladingsverandering in het celmembraan van het aansluitende neuron en leidt zo tot een nieuw elektrisch signaal. Zodra het signaal werd overgedragen, moeten de neurotransmitters verwijderd worden uit de synaptische spleet. Het verwijderen van de neurotransmitters kan gebeuren door ze af te breken of terug op te nemen. De communicatie tussen een neuron en een spier- of kliercel verloopt op een vergelijkbare manier. Het motorische neuron sluit aan op de spier- of kliercel en in de synaps wordt door neurotransmitters de impuls overgedragen. Receptoren kunnen gespecialiseerde cellen zijn zoals de fotoreceptoren in het netvlies; ook daar is er tussen de receptorcel en het aansluitende sensorisch neuron impulsoverdracht. Koude- en warmtereceptoren uit de huid zijn vrije zenuwuiteinden die onmiddellijk ook de sensorische neuronen zijn; hier is overdracht niet nodig. ©VAN IN

WEETJE

Drugs zijn stoffen die inwerken op de impulsgeleiding van ons lichaam. Dat kan tijdelijk aangenaam aanvoelen, waardoor ze verslavend zijn. We spreken daarom ook van genotsmiddelen. De stoffen die in drugs zitten, werken in op de neurotransmissie binnen de synapsen. De moleculen van drugs worden net als neurotransmitters herkend door membraanreceptoren. Ze kunnen een stimulerende of remmende werking op de neurotransmissie teweegbrengen. Zo is alcohol een voorbeeld van een stof met een remmende werking op de impulsgeleiding. Als je te veel alcohol gedronken hebt, kun je niet meer goed spreken en kun je ook problemen hebben met je evenwicht of zicht. Dat is zeer gevaarlijk als je je in het verkeer begeeft. Er zijn daarom heel wat sensibiliseringscampagnes rond drugs en alcohol in het verkeer. axon stimulerende stof eindknopje synaptisch blaasje impuls remmende stof dopamine neurotransmitter membraanreceptor dendriet OPDRACHT 16 DOORDENKER

Je neemt een pijnstiller als je ondraaglijke pijn wilt bestrijden. Hoe kun je de werking van een pijnstiller in verband brengen met de stimulerende en remmende werking van bepaalde stoffen in een synaps?

synaptische spleet

Stimulerende stoffen verhogen de afgifte van dopamine. Meer dopamine verhoogt het gevoel van geluk en stimuleert de controle over bewegingen. Remmende stoffen zorgen dat de neurotransmitter langer aanwezig blijft en dus langer kan werken. Dopamine en andere neurotransmitters hebben dan een langduriger en groter effect. Afb. 127 De stimulerende werking van drugs zoals amfetamine (links) en de remmende werking van drugs zoals cocaïne (rechts)©VAN IN tHema 03 HoofDstuk 1 187

D Informatieverwerking

OPDRACHT 17

Beantwoord de vraag na het raadplegen van de bronnen.

Afb. 128

Ook aan de hand van een netwerk van draden die elektrische activiteit meten, kan men achterhalen welke zones een bepaalde functie hebben. Die techniek wordt elektro-encefalografie genoemd (EEG). Ook daarbij wordt gemeten hersenactiviteit gerelateerd aan de opdracht die de proefpersoon krijgt.

Een goedhorend proefpersoon wordt gevraagd actief naar muziek te luisteren tijdens het zoeken naar breinactiviteit in een MRI-/NMR-scanner. Actieve neuronen hebben meer zuurstofrijk bloed nodig en geven daarom een groter contrast op het MRI-beeld. Zo kun je zien welke zones van de hersenen geactiveerd worden bij een bepaalde hersenactiviteit, zoals bij het beluisteren van muziek. De functionele zone die het muziek beluisteren reguleert, ligt in de grote hersenen, in de slaaplob. Uit hersentrauma’s kun je ook heel wat leren over de functie van een hersendeel. Zo kreeg een spoorwegarbeider een ijzeren staaf door zijn hoofd. Hij herstelde, maar veranderde erg van karakter: hij werd agressiever, vloekte vreselijk en gedroeg zich asociaal. Later bleek dat zijn voorhoofdslob beschadigd was; daaruit kon men besluiten dat specifieke hersengebieden ook voor onze emoties en motivatie instaan. Ook door elektrostimulatie kan men verwerkingscentra ontdekken. Men geeft met een generator een elektrische impuls aan een welbepaald gebied van de hersenen. Zo zal een kat bijvoorbeeld haar achterpoot optillen wanneer de buitenkant van haar grote hersenen een elektrisch signaal krijgen. Men weet daardoor dat de bovenzijde van de grote hersenen bij katten spierbewegingen van de achterpoten reguleert. Afb. 129

frequentie 260/s spanning 4V Welke verschillende manieren om verwerkingscentra in de hersenen te ontdekken worden in de bronnen vermeld? Kruis de juiste antwoorden aan. ©VAN IN het bestuderen van de hersendelen met een microscoop het leggen van verbanden tussen bepaalde gebreken en de aanwezige hersenschade het leggen van verbanden tussen opgelegde activiteiten met medische beelden bestraling met x-stralen in een scanner het onderzoeken van reacties na elektrostimulatie

Bestudeer de ontdekplaat over de verwerkingscentra en vul de tabel aan.

Zoek met de ontdekplaat uit in welk hersendeel de verwerkingscentra te vinden zijn. Kies uit: grote hersenen, tussenhersenen, hersenstam en kleine hersenen.

Verwerkingscentra Hersendeel

selectie en verspreiding van impulsen naar de grote hersenen en concentratie hormoonhuishouding maken, onthouden gewaarworden van tast, gehoor, smaak, reuk en zicht (sensoriek) verfijnen en timen van bewegingen evenwicht reguleren geheugen honger en dorst bewust associatief en analytisch denken lichaamstemperatuur spreken en onthouden van betekenis van woorden levensnoodzakelijke reflexen zoals ademhaling en hartslag pupil- en slikreflex

BEKIJK DE ONTDEKPLAAT ©VAN IN tHema 03 HoofDstuk 1 189

Het licht springt op groen, jij klikt op de knop. Je volgde al de weg van de impuls doorheen je lichaam. Maar hoe verwerken de hersenen die informatie? In de bovenstaande opdrachten kon je ontdekken dat de hersenen zones bevatten die de informatie van specifieke receptoren verwerken, ons leren associaties te maken en analytisch te denken, of effectoren zoals de spieren of de klieren aansturen; dat zijn de hersencentra. Hoe zit dat in het voorbeeld van het verkeerslicht? De lichtstralen van het groene licht vallen in op de fotoreceptoren in het netvlies; een impuls vertrekt. Via de sensorische neuronen wordt die waarneming in het primaire gezichtscentrum in de hersenen verwerkt. Die neuronen staan in verbinding met de neuronen van het secundaire gezichtscentrum, die geven betekenis aan wat je ziet. Je herkent het groene licht. Nu moet de reactie bepaald worden. Verschillende gebieden in de grote hersenen werken samen om de associatie en analyse te maken: ‘Ik zag een groen licht dus ik moet op de knop klikken’. In de secundaire motorische centra zit opgeslagen hoe je op de knop moet klikken en zij zullen de impuls doorgeven aan de primaire motorische centra die je spieren aansturen. Je klikt op de knop. Voor elke zintuigelijke waarneming is er een sensorisch centrum in je hersenen. Vaak komen er heel veel prikkels op je af, maar de thalamus in de tussenhersenen zorgt voor een selectie van die prikkels en je concentratie. Voor de aansturing van onze effectoren zijn er verschillende motorische centra. Elke beweging die je kunt uitvoeren, is ergens opgeslagen. Als je bedenkt hoe fijn de motoriek van je vingers is, besef je dat er heel veel motorische neuronen samenwerken om al die spieren aan te sturen. 1 = primaire centra 2 = secundaire centra

motorische centra

1 2 2

1

gezichtscentrum©VAN IN

Afb. 130 Primaire en secundaire centra in de grote hersenen

Uit de eerdere opdrachten en uit het voorbeeld van het groene licht kunnen we afleiden dat onze hersenen opgebouwd zijn uit verschillende hersencentra met elk hun specifieke functie.

90 % van de wereldbevolking is trouwens rechtshandig. Het schrijfcentrum ligt dan in je linkerhersenhelft. Bij linkshandigen is het net andersom. Mensen die hersenschade oplopen aan de motorische centra in hun linkerhersenhelft hebben moeite met spierbewegingen aan de rechterkant van hun lichaam. Dat gebeurt bijvoorbeeld ook met het beeld dat op het netvlies wordt gevormd en gevoelsprikkels; de signalen worden telkens naar de hersenhelft aan de andere kant van het lichaam gestuurd. Daarnaast zijn er centra die ervoor zorgen dat je iets kunt maken, onthouden, verbanden leggen, zaken analyseren … Ook automatische lichaamsfuncties zoals ademen, je hartslag, de pupilreflex ... worden vanuit de hersenen aangestuurd. Sommige centra liggen in één hersenhelft, sommige in beide hersenhelften. Communicatie van de ene helft naar de andere gebeurt via de hersenbalk. aansturing spieren linkerkant lichaam Hersencentra zijn groepen samenwerkende neuronen die: • informatie van receptoren verwerken, • verbanden leggen en analytisch denken, • effectoren aansturen, • automatische lichaamsfuncties regelen, • impulsen selecteren.

aansturing spieren rechterkant lichaam spraakcentrum schrijfcentrum rechtshandigen gehoorcentrum rechteroor taal, spraak en logische conclusies, rekenen

gezichtsherkenning + begrijpen van emoties gezichtscentrum beeld rechts

gezichtscentrum beeld links

gehoorcentrum linkeroor gevoelsprikkels linkerhand communicatie via hersenbalk Wetenschappers kregen nog maar recent beperkt inzicht in de manier waarop onze hersenen impulsen verwerken. De wijze waarop binnenkomende informatie beoordeeld wordt en er daarna overgegaan wordt tot een beslissing, om bepaalde effectoren aan te sturen, is bijzonder complex. Je kunt de verwerkende neuronen in je hersenen het best vergelijken met een groep logische poorten in een elektronische schakeling. Die logische schakelingen kunnen immers ook binnenkomende elektrische informatie ontvangen. Daarna verwerken ze die input, om daarna een zinvol signaal en dus output te verzenden. Hieronder wordt het voorbeeld van de zonnewering uitgelegd. ©VAN IN

Verder moet er ook stroom vloeien vanuit de stroombron naar de motor van de zonwering (doorheen de schakelaars). Dat gebeurt wanneer beide sensoren tegelijk de schakelaars A en B activeren. Alleen onder die voorwaarde opent de zonwering. In vele elektrische toestellen, zoals je computer en smartphone, vind je tal van zulke verbonden schakelaars, maar dan microscopisch klein. Men noemt ze logische poorten. Op afbeelding 131 en 132 zie je een EN-poort of AND-poort. Die poort werkt net zoals de groep van twee schakelaars bij de zonwering die we hierboven bespraken. Ook hier bepaalt de input bij schakelaar A en B elke output die er volgt bij X (de zonwering). Al naargelang de combinatie van signalen die deze logische poort aangeboden krijgt aan zijn ingangen, gaat de uitgang al dan niet een signaal uitzenden. De poort beoordeelt en beslist. De input wordt verwerkt. Ook je hersencellen werken als groepen schakelaars samen en verwerken op die manier informatie. Veronderstel even dat neuron A en neuron B op afbeelding 133 sensorische neuronen zijn die toekomen in je hersenen vanuit een thermo- en een fotoreceptor. Wanneer het tegelijk voldoende warm is en voldoende zonnig, zullen die beide neuronen samen schakelneuron X kunnen aanzetten om een signaal door te sturen naar je zweetklieren, om zo voor afkoeling te zorgen.

A lichtsensor B temperatuursensor BA AND zonwering zonwering

Afb. 131 Afb. 132

Om de zonnewering voor het keukenraam te activeren, moet er aan twee voorwaarden voldaan worden: de zon moet schijnen en het moet in de keuken warmer zijn dan 25 °C. Dankzij de zonnewering warmt de keuken dan niet verder op. De eerste parameter wordt gemeten met een lichtsensor boven de zonnewering; die sensor is verbonden met een schakelaar A. De schakelaar A wordt actief (of sluit) als de sensor zonlicht detecteert. De tweede parameter wordt gemeten met een temperatuursensor in de keuken. Die is op zijn beurt verbonden met schakelaar B. Schakelaar B wordt actief (of sluit) als de sensor een temperatuur boven de 25 °C meet. Zowel schakelaar A als B moeten dus gesloten worden zodat de zonnewering geactiveerd wordt. X ©VAN IN

A

X

De groep neuronen werkt dus samen als een EN-poort. In werkelijkheid is de hoeveelheid met elkaar verbonden schakelneuronen die deze input verwerken in jouw hersenen veel groter en vormen ze samen veel complexere schakelingen. Het verwerken van informatie in je hersenen gebeurt op een vergelijkbare manier als voor een logische schakeling. Honderd miljard neuronen communiceren er via nog veel meer verbindingen met elkaar. Net zoals de componenten van een logische schakeling zijn ze met elkaar verbonden zoals schakelaartjes. De manier waarop de neuronen samen de informatie verwerken is echter veel complexer dan bij een logische schakeling. Er zijn niet alleen veel meer neuronen bij betrokken, maar ook het aantal impulsen dat verstuurd wordt en de lengte van de weg die de impulsen afleggen, is vele duizenden malen groter en ingewikkelder. Men spreekt daarom van neurale netwerken. Afb. 133 Twee sensorische neuronen A en B komen toe bij een schakelneuron X In je hersenen verwerken groepen neuronen informatie. Ze beoordelen informatie en beslissen onbewust welke reactie moet volgen. Omdat de verwerking complex is en veel neuronen tegelijk actief zijn, spreekt men van een neuraal netwerk. Maak jezelf slimmer! Wanneer je vaak je leerstof herhaalt bij het studeren, zorg je voor stevigere communicatie tussen je neuronen en onthoud je leerstof makkelijker. Dat komt omdat neuronen voortdurend nieuwe dendrieten aanmaken. Die dendrieten groeien in je hersenen alle kanten op. Wanneer er daardoor plots een nieuwe plek voor impulsoverdracht tussen twee neuronen gecreëerd wordt, zal die communicatieplek tussen die neuronen steviger gebouwd worden naarmate ze vaker gebruikt wordt. Vaker herhalen, betekent dus netwerken tussen neuronen verstevigen en dus ook beter onthouden. B WEETJE ©VAN IN