Neurofysiologie labro.pdf

# Sensorische systemen en perceptie Dit onderwerp verkent de mechanieken achter de perceptie van tast, geur en smaak, inclusief hoe zintuiglijke informatie wordt omgezet in neurale signalen en hoe de intensiteit en aard van prikkels worden gecodeerd. ### 1.1 Tastperceptie #### 1.1.1 Generatie van een receptorpotentiaal Tastreceptoren, gemodificeerde neuronen in de huid zoals Merkel-schijven, Meissner-, Pacini- of Ruffini-corpusculen, reageren op mechanische stimuli. Mechanische prikkels activeren mechanosensitieve ionkanalen, waaronder Piezo1- en Piezo2-kanalen, die gevoelig zijn voor membraanspanningsveranderingen. De activatie van deze kanalen leidt tot een instroom van kationen zoals $Na^+$ en $Ca^{2+}$. Dit veroorzaakt een lokale depolarisatie van het membraan, een zogenaamde receptorpotentiaal, die een gegradeerde potentiaal is waarvan de amplitude afhangt van de prikkelintensiteit. Wanneer deze potentiaal de drempelwaarde bereikt, wordt een actiepotentiaal gegenereerd aan de eerste knoop van Ranvier [2](#page=2). #### 1.1.2 Codering van prikkelintensiteit De intensiteit van een prikkel wordt gecodeerd door de vuurfrequentie van actiepotentialen. Een sterkere prikkel resulteert in een grotere en langere depolarisatie boven de drempelwaarde, waardoor er sneller een nieuw actiepotentiaal kan worden gegenereerd na een refractaire periode. Naast frequentiecodering speelt ook populatiecodering een rol: bij een sterkere prikkel worden meer receptoren en aangrenzende zenuwvezels geactiveerd [2](#page=2) [3](#page=3). #### 1.1.3 Receptief veld Het receptieve veld van een neuron is het specifieke gebied op de huid dat het kan waarnemen. Kleinere receptieve velden, zoals die op vingertoppen, bieden een hogere spatiële resolutie, wat cruciaal is voor fijngevoelige discriminatie, zoals tweepuntsdiscriminatie. De grootte van het receptieve veld beïnvloedt ook de mate van corticale representatie [3](#page=3). #### 1.1.4 Tonische en fasische actiepotentialen Tonische neuronen genereren continue actiepotentialen zolang de prikkel aanwezig is, wat essentieel is voor de waarneming van continue druk. Fasische neuronen reageren daarentegen alleen op veranderingen in de prikkel, zoals het begin of einde van contact, wat belangrijk is voor de detectie van kortdurende stimuli zoals trillingen [4](#page=4). ### 1.2 Geurperceptie (olfactorische receptie) #### 1.2.1 Olfactorische receptoren Olfactorische receptoren zijn gemodificeerde neuronen die het vermogen hebben om te regenereren, met een cyclus van 4 tot 8 weken. Ze kunnen ongeveer 400.000 verschillende substanties detecteren, waarvan 80% als onaangenaam wordt ervaren. Geurdetectie verloopt via G-proteïne gekoppelde receptoren (GPCR's) met een Golf-proteïne, de grootste familie van zoogdiergenen met ongeveer 400 subtypes bij mensen. Elke olfactorische cel heeft slechts één type Golf-proteïne tot expressie [5](#page=5). #### 1.2.2 Transductiemechanisme Geurmoleculen binden aan specifieke GPCR's. De activatie van het Golf-proteïne stimuleert adenylylcyclase, wat leidt tot een verhoging van cyclisch AMP (cAMP). cAMP opent cyclic nucleotide-gated cationkanalen (CNG-kanalen), waardoor kationen zoals $Na^+$ en $Ca^{2+}$ de cel binnenstromen. Deze ionenstroom depolariseert de cel. Verdere amplificatie vindt plaats door $Ca^{2+}$-geactiveerde $Cl^{-}$-kanalen die $Cl^{-}$ uit de cel transporteren [5](#page=5) [6](#page=6). ### 1.3 Smaakperceptie #### 1.3.1 Perceptie van zout Zoutperceptie wordt gemedieerd door het Epithelial Sodium Channel (ENaC). Natriumionen ($Na^+$) stromen passief door dit kanaal langs hun elektrochemische gradiënt, wat leidt tot depolarisatie van de smaakcel. Hierdoor openen spanningsgevoelige $Ca^{2+}$-kanalen, waardoor calcium de cel instroomt en neurotransmitters (glutamaat, serotonine, ATP) naar afferente neuronen worden vrijgegeven [6](#page=6). #### 1.3.2 Perceptie van zuur Protonen ($H^+$) activeren Acid Sensing Ion Channels (ASICs). Deze kanalen worden doorlaatbaar voor natrium, wat een cascade van depolarisatie en neurotransmittervrijstelling initieert. Een hogere concentratie protonen resulteert in een zuurdere waargenomen smaak [6](#page=6). #### 1.3.3 Perceptie van zoet Zoetheid wordt waargenomen via GPCR's, specifiek het T1R2/T1R3 heterodimeer. De binding van een zoet molecuul activeert een intracellulaire signaalcascade via fosfolipase C (PLC). Dit leidt tot de vrijzetting van inositoltrifosfaat (IP3) en $Ca^{2+}$ uit het endoplasmatisch reticulum (ER). $Ca^{2+}$ activeert TRPM5 kanalen, wat resulteert in $Na^+$ influx en depolarisatie van de smaakcel. Vervolgens worden spanningsgevoelige $Ca^{2+}$-kanalen geactiveerd, en de toegenomen intracellulaire $Ca^{2+}$ bevordert vesikelfusie en neurotransmittervrijzetting. Er is gesuggereerd dat glucose ook direct TRPM5 kan activeren, wat leidt tot directe depolarisatie [6](#page=6). #### 1.3.4 Perceptie van bitter Bitterheid wordt waargenomen via GPCR's van de T2R receptorfamilie, die ongeveer 25 verschillende subtypes omvat. Binding van een bittere stof activeert een intracellulaire signaalcascade waarbij gustducine (een G-proteïne) wordt geactiveerd, wat PLC stimuleert. Het verdere mechanisme is vergelijkbaar met dat van zoetperceptie. Bitterheid dient als een belangrijk waarschuwingssysteem voor toxines en oneetbare stoffen [6](#page=6) [7](#page=7). #### 1.3.5 Perceptie van umami Umami, de smaak van aminozuren zoals glutamaat, wordt waargenomen via GPCR's, specifiek het T1R1/T1R3-heterodimeer. De binding van glutamaat of andere aminozuren activeert een signaalcascade die vergelijkbaar is met die voor zoetheid. Umami speelt een rol bij het signaleren van eiwitrijk voedsel [7](#page=7). ### 1.4 TRP-kanalen en hun rol #### 1.4.1 Structuur en fysiologie TRP-kanalen (Transient Receptor Potential) zijn kation-selectieve ionkanalen die zich in thermoceptoren bevinden en reageren op temperatuurveranderingen en chemische stimuli. Ze vertonen spanningsafhankelijkheid en een hoge temperatuursgevoeligheid, wat blijkt uit hun hoge $Q_{10}$-waarde, die aangeeft dat hun activiteit snel verandert met temperatuur. Sommige TRP-kanalen hebben ook ligand sensitiviteit, waarbij specifieke stoffen de receptoren kunnen binden en een koud of warm gevoel kunnen opwekken [8](#page=8). #### 1.4.2 Rol bij temperatuurwaarneming Verschillende TRP-kanalen zijn specifiek betrokken bij temperatuurperceptie: * **TRPV1**: Detecteert warmte en wordt geactiveerd door capsaïcine, wat een branderig gevoel veroorzaakt [8](#page=8). * **TRPM8**: Detecteert kou en wordt geactiveerd door menthol, wat een fris gevoel geeft [8](#page=8). * **TRPA1**: Reageert op extreme kou en wordt ook geactiveerd door irriterende stoffen zoals mosterdolie [8](#page=8). #### 1.4.3 Rol bij smaak TRP-kanalen moduleren de smaakperceptie door hun temperatuurgevoeligheid. Een voorbeeld hiervan is dat suiker minder zoet smaakt bij koude temperaturen, omdat TRPM5, dat betrokken is bij zoetheidsperceptie, minder actief is bij lage temperaturen. Deze kanalen werken samen met andere smaakreceptoren om een geïntegreerde smaakervaring te creëren [8](#page=8). --- # Synaptische plasticiteit en geheugen Dit deel onderzoekt de mechanismen van synaptische communicatie, waaronder ruimtelijke en tijdelijke sommatie, presynaptische facilitatie en inhibitie, en de rol van NMDA-receptoren en calcium in LTP/LTD, die ten grondslag liggen aan geheugenprocessen [9](#page=9). ### 2.1 Mechanisme van synaptische communicatie Synaptische communicatie verloopt via een reeks stappen die leiden tot de overdracht van signalen tussen neuronen [9](#page=9). #### 2.1.1 Initiatie in het presynaptische neuron Het proces begint met de aankomst van een actiepotentiaal in het presynaptische uiteinde, wat resulteert in de depolarisatie van het membraan. Deze depolarisatie leidt tot de opening van spanningsgevoelige Ca²⁺-kanalen (Cav), waardoor calciumionen de cel instromen en de intracellulaire Ca²⁺-concentratie verhogen [9](#page=9). #### 2.1.2 Vrijzetting van neurotransmitters De verhoogde intracellulaire Ca²⁺-concentratie stimuleert de fusie van synaptische blaasjes met de presynaptische membraan. Hierdoor worden neurotransmitters, zoals glutamaat of GABA, vrijgegeven in de synaptische spleet [9](#page=9). #### 2.1.3 Postsynaptische activatie Neurotransmitters diffunderen naar de postsynaptische membraan en binden aan specifieke receptoren. Ionotrope receptoren openen direct, terwijl metabotrope receptoren secundaire boodschappersystemen activeren. Dit resulteert in de vorming van postsynaptische potentialen, namelijk excitatoire postsynaptische potentialen (EPSP's) of inhibitoire postsynaptische potentialen (IPSP's) [9](#page=9). #### 2.1.4 Beëindiging van het signaal Het synaptische signaal wordt beëindigd door verschillende mechanismen, zoals de afbraak van neurotransmitters door enzymen, terugopname in het presynaptische neuron (re-uptake), of diffusie weg uit de synaptische spleet [9](#page=9). ### 2.2 Ruimtelijke en tijdelijke sommatie Postsynaptische potentialen kunnen worden gecombineerd via ruimtelijke en tijdelijke sommatie om de drempelwaarde voor het genereren van een actiepotentiaal te bereiken [9](#page=9). #### 2.2.1 Ruimtelijke sommatie Ruimtelijke sommatie treedt op wanneer de input van meerdere synaptische contacten op verschillende locaties van het neuron wordt gecombineerd. Als de gecombineerde EPSP's van verschillende synapsen gelijktijdig de drempelwaarde bij de axonheuvel overschrijden, kan een actiepotentiaal ontstaan. De invloed van elke synaps is afhankelijk van de locatie; synapsen dichter bij de axonheuvel hebben een grotere invloed door minder signaalverlies [9](#page=9). #### 2.2.2 Tijdelijke sommatie Tijdelijke sommatie vindt plaats wanneer input van herhaalde signalen van één synaptisch contact binnen een korte periode wordt gecombineerd. Omdat postsynaptische potentialen langer duren dan actiepotentialen, kunnen opeenvolgende signalen worden opgeteld. Voldoende overlap in tijd kan leiden tot het bereiken van de drempelwaarde en het genereren van een actiepotentiaal [10](#page=10). ### 2.3 Presynaptische facilitatie en inhibitie De sterkte van synaptische transmissie kan presynaptisch worden gemoduleerd door facilitatie en inhibitie [11](#page=11). #### 2.3.1 Facilitatie/potentiatie Bij herhaalde actiepotentialen kan de intracellulaire Ca²⁺-concentratie in het presynaptische uiteinde accumuleren, wat leidt tot een verhoogde vrijzetting van neurotransmitters en een versterking van de synaptische transmissie. Ook kan fosforylatie van kaliumkanalen leiden tot een langere depolarisatie [11](#page=11). #### 2.3.2 Depletie en habituatie (inhibitie) Inhibitie van synaptische transmissie kan optreden door verminderde Ca²⁺-influx, potentiëring van K⁺-kanalen die de duur van depolarisatie verkorten, of door uitputting van neurotransmitterblaasjes bij repetitieve stimulatie. Modulerende systemen, zoals via metabotrope receptoren van norepinefrine, kunnen de presynaptische transmissie ook aanpassen [11](#page=11). ### 2.4 Rol van NMDA-receptoren en Ca²⁺ in LTP/LTD NMDA-receptoren spelen een cruciale rol bij het mediëren van calciuminflux, wat essentieel is voor synaptische plasticiteit, specifiek voor Long-Term Potentiation (LTP) en Long-Term Depression (LTD) [12](#page=12). #### 2.4.1 Ca²⁺-influx door NMDA-receptoren NMDA-receptoren zijn glutamaatreceptoren die permeabel zijn voor Na⁺, K⁺ en Ca²⁺. Ze vereisen zowel ligandbinding (glutamaat) als postsynaptische depolarisatie om het Mg²⁺-blok te verwijderen en het kanaal te openen. Bij sterke synaptische activatie stroomt Ca²⁺, samen met Na⁺, de postsynaptische cel binnen [12](#page=12). > **Tip:** De dubbele afhankelijkheid van NMDA-receptoren (glutamaatbinding én depolarisatie) zorgt ervoor dat ze fungeren als coincidence detectors, wat belangrijk is voor het leren van associaties [12](#page=12). #### 2.4.2 Ca²⁺ als regulator bij LTP LTP, een versterking van synapsen, wordt geïnitieerd door een hoge Ca²⁺-influx via NMDA-receptoren, vaak veroorzaakt door sterke stimulatie. Ca²⁺ bindt aan calmoduline, wat kinasen activeert. Dit leidt tot fosforylering van AMPA-receptoren (vroege LTP), waardoor hun activiteit toeneemt, en tot de ontwikkeling van grotere en nieuwe dendritische spines (late LTP) via de MAPK-pathway. Dit alles resulteert in een verhoogde synaptische efficiëntie [13](#page=13). #### 2.4.3 Ca²⁺ als regulator bij LTD LTD, een verzwakking van synapsen, wordt veroorzaakt door zwakkere of langdurige lage-frequentie stimulatie, wat leidt tot een matige toename van intracellulaire Ca²⁺. Matige Ca²⁺-concentraties activeren fosfatasen, die AMPA-receptoren deactiveren of uit de synaps verwijderen, wat leidt tot een verminderde synaptische efficiëntie [13](#page=13). #### 2.4.4 Specifieke regulatie door Ca²⁺ Het niveau van Ca²⁺-influx bepaalt specifiek of een synaps wordt versterkt (LTP) of verzwakt (LTD). LTP en LTD zijn gelokaliseerd tot specifieke synapsen en vormen de neurale basis voor leerprocessen en geheugen [13](#page=13). --- # Auditief en vestibulair systeem Het auditieve en vestibulair systeem omvat de verwerking van geluid en de balansregulatie, waarbij specifieke celtypen, iontransporters, signaaltransductiepaden en reflexen een cruciale rol spelen. ## 3 Auditief en vestibulair systeem ### 3.1 Het auditieve systeem: opbouw en ionconcentraties De stria vascularis speelt een sleutelrol in het creëren van de ionengradiënten die essentieel zijn voor de auditieve functie. Hierbij zijn verschillende iontransportmechanismen betrokken [14](#page=14): * **Gap-junctions (Cx26 en Cx30):** Deze verbinden steuncellen en fibrocyten en faciliteren de circulatie van kaliumionen ($\text{K}^+$) vanuit de haarcellen terug naar de stria vascularis [14](#page=14). * **Na-K-ATPase pomp:** Deze pomp transporteert $\text{K}^+$ naar de basale en marginale cellen en verwijdert natriumionen ($\text{Na}^+$) uit de marginale cellen terug naar de intrastriale ruimte [14](#page=14). * **Kir4.1 (KCNJ10):** Een inward-rectifier $\text{K}^+$ kanaal in intermediaire cellen dat $\text{K}^+$ vanuit deze cellen naar de intrastriale ruimte pompt [14](#page=14). * **Na+/K+/2Cl⁻-transporter (SLC12A2):** Deze transporter brengt $\text{Na}^+$, $\text{K}^+$ en twee chloride-ionen ($\text{Cl}^-$) vanuit de intrastriale ruimte naar de marginale cellen [14](#page=14). * **CIC-K/Barttin channels:** Chloridekanalen die $\text{Cl}^-$ vanuit de marginale cellen terug naar de intrastriale ruimte transporteren [14](#page=14). * **IKs (KCNQ1/KCNE1):** Een langzaam kanaal dat $\text{K}^+$ vanuit de marginale cellen naar het endolymfe laat passeren [14](#page=14). ### 3.2 Mechanotransductie in haarcellen De mechanotransductie in haarcellen is het proces waarbij mechanische prikkels worden omgezet in elektrische signalen. Dit gebeurt via het mechano-electrical transducer (MET) kanaal [15](#page=15). * **MET-kanaal:** De beweging van stereocilia opent het MET-kanaal, wat leidt tot een influx van $\text{K}^+$ en calciumionen ($\text{Ca}^{2+}$) vanuit de endolymfe. Dit resulteert in de-polarisatie van de cel [15](#page=15). * **AC/DC-component:** * **AC-component:** Dit is een oscillerende potentiaal die de frequentie van het geluid weerspiegelt [15](#page=15). * **DC-component:** Deze component ontstaat door de asymmetrische de-polarisatie/hyper-polarisatie en leidt tot 'clipping' van de receptorpotentiaal [15](#page=15). * **Wijzigingen in AC/DC met SPL (Sound Pressure Level):** * De AC-amplitude stijgt initieel lineair met de geluidsdruk, maar verzadigt bij hogere intensiteiten [15](#page=15). * De DC-component wordt prominenter bij hogere geluidsdrukken vanwege de niet-lineaire respons van het MET-kanaal [15](#page=15). ### 3.3 Neurotransmittervrijstelling en auditieve afferente neuronen De vrijstelling van neurotransmitters door Inner Hair Cells (IHC) is cruciaal voor de stimulatie van auditieve afferente neuronen [16](#page=16). * **Vrijstelling neurotransmitter:** * Cav1.3 $\text{Ca}^{2+}$ kanalen openen bij de-polarisatie, wat leidt tot een verhoging van de intracellulaire $\text{Ca}^{2+}$ concentratie [16](#page=16). * $\text{Ca}^{2+}$ triggert vesikelfusie, waardoor glutamaat wordt vrijgegeven. Glutamaat bindt vervolgens aan AMPA-receptoren op de afferente neuronen [16](#page=16). * **Lage/hoge drempel neuronen:** * **Lage drempel neuronen:** Deze hebben een hoge spontane activiteit en bevinden zich aan de pilaarzijde van de IHC. Ze coderen voor zachte geluiden [16](#page=16). * **Hoge drempel neuronen:** Deze hebben een lage spontane activiteit en bevinden zich aan de modiolaire zijde van de IHC. Ze worden geactiveerd bij luidere geluiden [16](#page=16). ### 3.4 Repolarisatie membraanpotentiaal in IHC Verschillende kanalen dragen bij aan de repolarisatie van de membraanpotentiaal in IHC [16](#page=16): * **Kv-kanalen (Kv7.4):** Dit zijn spanningsgevoelige 'delayed rectifier' $\text{K}^+$ kanalen die bij de-polarisatie openen en een uitstroom van $\text{K}^+$ veroorzaken [16](#page=16). * **BK-kanalen:** Dit zijn $\text{Ca}^{2+}$ geactiveerde $\text{K}^+$ kanalen die openen bij een verhoogde intracellulaire $\text{Ca}^{2+}$ concentratie, wat leidt tot een uitstroom van $\text{K}^+$ [16](#page=16). ### 3.5 De rol van outer hair cells (OHC) als cochleaire versterker Outer hair cells (OHC) spelen een cruciale rol als cochleaire versterker door hun lengteverandering, welke gemedieerd wordt door het eiwit prestine [17](#page=17). * **Prestine-eiwit:** De conformatie van prestine is afhankelijk van de membraanpotentiaal: * **Hyperpolarisatie:** Anionen worden in het eiwit geduwd, wat leidt tot verlenging van prestine en de OHC [17](#page=17). * **De-polarisatie:** Anionen worden uit het eiwit getrokken, wat leidt tot verkorting van prestine en de OHC [17](#page=17). * **Cochleaire versterker:** * De inkrimping en uitzetting van OHC versterkt de beweging van het membraan, wat resulteert in een amplificatie van de trilling van het basilair membraan. Dit leidt tot een versterkt signaal voor de IHC [17](#page=17). * Efferente neuronen geven acetylcholine (ACh) vrij, wat zorgt voor een extra $\text{Ca}^{2+}$ influx. Dit activeert SK-kanalen sneller, wat leidt tot snellere hyperpolarisatie en dus verlenging van de OHC [17](#page=17). * De inkrimping is het grootst bij de apicale OHC's, omdat daar vooral de lage tonen (lage frequentie) worden waargenomen en de AC-component (trilling) het belangrijkst is [17](#page=17). ### 3.6 Innervatie van IHC en OHC Er is een significant verschil in de neurale innervatie van IHC en OHC [18](#page=18). * **IHC:** * Heeft 95% afferente innervatie via type I vezels, met een aanzienlijke divergentie (één IHC heeft meerdere afferente neuronen) [18](#page=18). * Heeft zeldzame efferente innervatie [18](#page=18). * **OHC:** * Heeft convergentie van type II afferente vezels, die vermoedelijk cochleaire nociceptoren zijn en pijngevoel geven bij hoge geluidsdrukken [18](#page=18). * Heeft een sterke efferente innervatie via acetylcholine (ACh) receptoren [18](#page=18). * Activatie van ACh-receptoren leidt tot $\text{Ca}^{2+}$ influx en stimulatie van $\text{KCa}$-kanalen, wat hyperpolarisatie veroorzaakt en de geluidsdemping reguleert [18](#page=18). ### 3.7 Actiepotentiaal vuurfrequentie en phase locking De vuurfrequentie van afferente neuronen en het mechanisme van 'phase locking' zijn belangrijk voor de perceptie van geluid [18](#page=18). * **Spike rate (vuurfrequentie):** * Neemt toe met geluidsintensiteit, maar verzadigt bij ongeveer 600 Hz per neuron, aangezien een actiepotentiaal (AP) ongeveer 1.67 milliseconden (ms) duurt [18](#page=18). * Het dynamisch bereik wordt vergroot door divergentie naar meerdere afferente neuronen [18](#page=18). * **Phase locking:** * Spikes ontstaan steeds in dezelfde fase van de sinusoïdale golf [18](#page=18). * Dit mechanisme speelt een rol bij de lokalisatie van geluidsbronnen (door interaurale tijdsverschillen) en de waarneming van zeer zwakke geluiden [18](#page=18). ### 3.8 Het vestibulaire systeem: haarcellen en signaaltransductie Het vestibulaire systeem omvat twee typen haarcellen die betrokken zijn bij balans en oriëntatie. Het signaaltransductie mechanisme is vergelijkbaar met dat in het auditieve systeem [19](#page=19). * **Twee types vestibulaire haarcellen:** * **Type I:** Omringd door een 'calyx' van afferente neuronen en heeft meer stereocilia, wat resulteert in grotere MET-stromen. Deze cellen zijn belangrijker voor nauwkeurige detectie van mechanische beweging [19](#page=19). * **Type II:** Heeft direct contact met afferente neuronen, minder stereocilia en kleinere transductiestromen. Efferente neuronen beïnvloeden bij type I de afferente neuronen (exciterend of inhiberend), en bij type II beïnvloeden ze direct de haarcel (inhiberend) [19](#page=19). * **Mechanisme van signaaltransductie:** * Beweging van stereocilia richting het kinocilium opent mechano-electrical transducer (MET)-kanalen (inclusief PIEZO-kanalen) [19](#page=19). * Kaliuminflux ($\text{K}^+$) vanuit de kaliumrijke endolymfe de-polariseert de cel [19](#page=19). * Spanningsgevoelige $\text{Ca}^{2+}$ kanalen openen, wat leidt tot $\text{Ca}^{2+}$ influx [19](#page=19). * Vrijstelling van glutamaat (en aspartaat) stimuleert afferente neuronen [19](#page=19). * $\text{K}^+$ verlaat de haarcellen aan de basolaterale zijde via $\text{K}^+$ kanalen [19](#page=19). ### 3.9 Vuurfrequentie van afferente neuronen bij hoofdbewegingen De vuurfrequentie van vestibulaire afferente neuronen codeert voor hoofdbewegingen, zoals tiltbewegingen [20](#page=20). * **Detectie door de utriculus:** De utriculus detecteert horizontale lineaire versnellingen en kantelbewegingen [20](#page=20). * **Tilt beweging van het hoofd:** * Bij een tilt naar links: haarcellen waarvan de stereocilia naar het kinocilium wijzen, vuren meer actiepotentialen. Haarcellen waarvan de stereocilia weg van het kinocilium wijzen, vuren minder actiepotentialen [20](#page=20). * Bij een tilt naar rechts gebeurt het tegenovergestelde [20](#page=20). ### 3.10 Vestibulaire nystagmus en de vestibulo-oculaire reflex (VOR) Vestibulaire nystagmus is een reflex die wordt geïnduceerd door de vestibulo-oculaire reflex (VOR) en zorgt voor beeldstabilisatie op het netvlies tijdens hoofdbewegingen [21](#page=21). * **Vestibulaire nystagmus:** * Gekenmerkt door een langzame fase en een snelle fase [21](#page=21). * **Langzame fase:** Het oog beweegt in de tegenovergestelde richting van de hoofdbeweging [21](#page=21). * **Snelle fase:** Een correctiebeweging in de richting van de hoofdbeweging die de oogpositie reset [21](#page=21). * **Mechanisme:** * Hoofdrotatie veroorzaakt verplaatsing van endolymfe in de semicirculaire kanalen, wat de cupula buigt [21](#page=21). * Deze beweging activeert vestibulaire haarcellen in de crista ampullaris: buiging richting het kinocilium de-polariseert, buiging weg ervan hyper-polariseert de haarcellen [21](#page=21). * Geactiveerde afferente neuronen sturen signalen naar de vestibulaire kernen in de hersenstam, die de oogspieren aansturen [21](#page=21). * **Calorisch testen (COWS-regel):** * Stimulatie van TRPA1 kanalen in haarcellen met koude leidt tot de-polarisatie [21](#page=21). * **Koud water stimulatie:** Langzame fase beweegt naar de gestimuleerde zijde, snelle fase naar de tegengestelde kant [21](#page=21). * **Warm water stimulatie:** Langzame fase beweegt naar de tegengestelde zijde, snelle fase naar dezelfde kant [21](#page=21). --- # Motorcontrole Dit gedeelte bespreekt de mechanismen van motorcontrole, waaronder proprioceptie, reflexen, elektromyografische metingen en de rol van centrale patroongeneratoren, evenals de invloed van circuitcomplexiteit op reactietijd [22](#page=22) [23](#page=23) [24](#page=24) [25](#page=25) [26](#page=26). ### 4.1 Proprioceptie en de rekreflex Proprioceptie omvat de receptoren die informatie verschaffen over de positie en beweging van het lichaam, met name spieren en pezen. De rekreflex is een fundamenteel mechanisme voor het handhaven van spierlengte en houding [22](#page=22) [23](#page=23). #### 4.1.1 Receptoren voor proprioceptie * **Spierspoeltjes (muscle spindles):** Deze receptoren zijn ingebed in skeletspieren en meten de spierlengte en de snelheid waarmee deze verandert [22](#page=22). * **Type Ia-afferenten:** Reageren dynamisch en detecteren snelle veranderingen in spierlengte [22](#page=22). * **Type II-afferenten:** Reageren statisch en detecteren de actuele spierlengte [22](#page=22). * **Golgi-peesorgaantjes:** Deze bevinden zich aan het uiteinde van spieren, waar ze overgaan in pezen. Ze monitoren de spierspanning en spelen een rol bij het voorkomen van overbelasting via de inverse rekreflex, geïnitieerd door Ib-afferenten [22](#page=22). #### 4.1.2 Instellen spierlengte via α- en γ-efferenten De controle over spierlengte wordt deels gereguleerd door twee typen motorneuronen: * **α-motorneuronen:** Deze innerveren de **extrafusale** spiervezels, de primaire contractiele vezels van de spier, en veroorzaken de daadwerkelijke spiercontractie [22](#page=22). * **γ-motorneuronen:** Deze innerveren de **intrafusale** spiervezels, die deel uitmaken van de spierspoeltjes. Door de spanning in deze intrafusale vezels aan te passen, beïnvloeden γ-motorneuronen de gevoeligheid van de spierspoeltjes voor rek [22](#page=22). #### 4.1.3 Feedback circuit (servoschakeling) De interactie tussen α- en γ-motorneuronen vormt een feedbackcircuit dat helpt om de spierlengte constant te houden, zelfs onder wisselende belasting. Wanneer extrafusale vezels contraheren via activatie van α-motorneuronen, zorgen γ-motorneuronen ervoor dat de intrafusale vezels binnen de spierspoeltjes ook op spanning blijven. Dit voorkomt dat de spierspoeltjes "slap" worden en hun gevoeligheid verliezen tijdens contractie. Een verhoogde activiteit in γ-motorneuronen leidt tot een hogere excitatie van Ia/II-afferenten, wat op zijn beurt weer leidt tot activatie van α-motorneuronen om de spiercontractie te versterken. Dit mechanisme zorgt ervoor dat de spierlengte, ondanks veranderingen in de belasting, relatief constant blijft [22](#page=22). #### 4.1.4 De rekreflex (voorbeeld: kniepeesreflex) De rekreflex, geïllustreerd door de kniepeesreflex, is een monosynaptische reflex die zorgt voor een snelle spiercontractie als reactie op een uitrekking [23](#page=23). * **Schakeling:** * **Stimulus:** Het tikken op de quadricepspees met een reflexhamer veroorzaakt een plotselinge uitrekking van de quadricepsspier [23](#page=23). * **Afferenten:** De Ia-afferenten van de spierspoeltjes in de quadriceps detecteren deze uitrekking en sturen signalen naar het ruggenmerg [23](#page=23). * **Synaps in ruggenmerg:** * **Monosynaptisch:** De Ia-afferenten maken direct contact met α-motorneuronen die de quadriceps innerveren, wat leidt tot contractie van deze spier [23](#page=23). * **Polysynaptisch:** Tegelijkertijd synapteren de Ia-afferenten ook met een inhiberend interneuron dat op zijn beurt de α-motorneuronen van de antagonisten (de hamstrings) remt (via GABA). Dit zorgt voor relaxatie van de hamstrings, waardoor de knie soepel kan strekken [23](#page=23). * **Efferenten:** De geactiveerde α-motorneuronen sturen signalen naar de quadricepsspier, wat resulteert in contractie [23](#page=23). #### 4.1.5 Vertragingstijden in de rekreflex De totale tijd die nodig is voor een reflexreactie wordt beïnvloed door verschillende vertragingsfactoren: * **Neuronale transmissie:** Ongeveer 25 milliseconden (ms) voor zowel de afferente als de efferente paden [23](#page=23). * Opwekken van receptorpotentiaal: ~1 ms [23](#page=23). * Actiepotentiaal propagatie: ~20 ms [23](#page=23). * Elk synaptisch contact: ~1 ms [23](#page=23). * **Mechanisme van spiercontractie:** Dit is de dominante vertraging en duurt ongeveer 150 ms [23](#page=23). * **Totale reflextijd:** De som van deze vertragingen resulteert in een totale reflextijd van ongeveer 175 ms [23](#page=23). ### 4.2 Elektromyografische metingen (H-, M-, F-respons) Elektromyografie (EMG) kan worden gebruikt om de elektrische activiteit van spieren te meten en verschillende reflexresponsen te analyseren, met name na elektrische stimulatie [24](#page=24). #### 4.2.1 H-respons (Hoffmann-reflex) * De H-respons ontstaat door elektrische stimulatie van de Ia-afferenten [24](#page=24). * Deze stimulatie leidt tot activatie van α-motorneuronen en vervolgens tot spiercontractie [24](#page=24). * De H-respons geeft informatie over de integriteit van de monosynaptische reflexboog [24](#page=24). #### 4.2.2 M-respons * De M-respons wordt verkregen door directe elektrische stimulatie van de α-motorneuronen, wat direct resulteert in spiercontractie [24](#page=24). * Bij hogere stimulatie-intensiteiten treedt de M-respons eerder op dan de H-respons, omdat de directe motorische zenuwstimulatie een korter pad heeft dan de reflexboog [24](#page=24). #### 4.2.3 F-respons * De F-respons is een gevolg van de terugwaartse propagatie (back-propagatie) van actiepotentialen in de α-motorneuronen richting het ruggenmerg [24](#page=24). * Deze terugwaartse signalen kunnen leiden tot heractivatie van de α-motorneuronen, wat een secundaire spiercontractie veroorzaakt [24](#page=24). * De latentietijd van de F-respons is langer dan die van de H-respons, omdat de elektrische impuls via de perifere zenuw eerst naar de spier en dan weer terug naar het ruggenmerg moet reizen [24](#page=24). ### 4.3 Centrale patroongeneratoren (CPG) Centrale patroongeneratoren zijn gespecialiseerde neuronale netwerken in het centrale zenuwstelsel, voornamelijk in het ruggenmerg, die in staat zijn om autonome, ritmische motorpatronen te genereren zonder continue sensorische input van buitenaf [25](#page=25). #### 4.3.1 Principe van CPG * CPG's bestaan uit onderling verbonden neuronen die een ritmisch, gecoördineerd patroon van activiteit kunnen produceren [25](#page=25). * Een basaal CPG-circuit kan bestaan uit twee gekoppelde neuronen: een "pacemaker"-neuron dat spontane ritmische activiteit genereert, en een "follower"-neuron dat de activiteit van de pacemaker volgt. Door deze koppeling kunnen ze gesynchroniseerd oscilleren [25](#page=25). * De pacemaker-achtige activiteit is vaak gebaseerd op de intrinsieke eigenschappen van ionkanalen, zoals HCN-kanalen (hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated) en spanningsgevoelige Ca²⁺-kanalen, die spontane depolarisaties kunnen veroorzaken [25](#page=25). #### 4.3.2 Toepassing bij wandelen * Het proces van wandelen is een klassiek voorbeeld van CPG-functie [25](#page=25). * CPG's in het ruggenmerg genereren de basisritmes voor de alternerende flexie en extensie van de benen door de gecoördineerde activering van motorneuronen die de spieren van de ledematen aansturen [25](#page=25). * Supraspinale structuren, zoals de hersenstam en de cortex, moduleren deze basispatronen om aanpassingen te maken aan de snelheid, richting en andere aspecten van de beweging, zoals het vermijden van obstakels [25](#page=25). ### 4.4 Reactietijd en circuitcomplexiteit De tijd die nodig is om te reageren op een stimulus, de reactietijd, is direct gerelateerd aan de complexiteit van het neuronale circuit dat betrokken is bij de verwerking van de stimulus en de generatie van een motorische respons [26](#page=26). #### 4.4.1 Reactietijd en circuitcomplexiteit * Complexere neurale circuits, die meer synaptische overdrachten en verwerkingsstappen vereisen, leiden tot langere reactietijden [26](#page=26). * De aard van de stimulus speelt ook een rol: * **Visuele stimuli:** Vereisen uitgebreidere verwerking in de visuele cortex, waaronder herkenning en interpretatie, wat resulteert in een langere reactietijd (gemiddeld ~217 ms) [26](#page=26). * **Auditieve stimuli:** Worden via de gehoorbanen sneller verwerkt, wat leidt tot kortere reactietijden (gemiddeld ~169 ms) [26](#page=26). #### 4.4.2 Mechanismen * De algemene reeks van gebeurtenissen bij reactietijd is: sensorische input → integratie in hogere hersencentra (zoals hersenstam en cortex) → motorische output [26](#page=26). * Taken die complexere besluitvorming of meerdere stappen van informatieverwerking vereisen, verlengen de reactietijd aanzienlijk in vergelijking met eenvoudige reflexen [26](#page=26). > **Tip:** Begrijp het verschil tussen monosynaptische en polysynaptische reflexen, en hoe dit de snelheid van de reactie beïnvloedt. De vertragingstijden zijn cruciaal voor het begrijpen van de efficiëntie van verschillende motorische controlemechanismen. > **Tip:** Vergelijk de H- en M-respons om de activiteit van afferente zenuwvezels ten opzichte van motorneuronen te differentiëren. De F-respons biedt inzicht in de excitabiliteit van de motorneuronen zelf. > **Tip:** Beschouw CPG's als de "ingebouwde ritmesectie" van het zenuwstelsel voor repetitieve bewegingen, die vervolgens door hogere centra worden "gedirigeerd". > **Tip:** Denk bij reactietijd aan de hoeveelheid "rekenkracht" (neurale verwerking) die nodig is. Hoe meer er "gerekend" moet worden, hoe langer het duurt. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Receptorpotentiaal | Een lokale, gegradeerde elektrische verandering in het membraan van een receptorcel, veroorzaakt door een stimulus, die de kans op het genereren van een actiepotentiaal bepaalt. | | Actiepotentiaal | Een snelle, volledige elektrische ontlading die zich voortplant langs het membraan van een prikkelbare cel, zoals een neuron of spiercel, en verantwoordelijk is voor snelle communicatie over lange afstanden. | | Vuurfrequentie | Het aantal actiepotentialen dat een neuron per tijdseenheid genereert, wat dient als een belangrijk mechanisme voor het coderen van de intensiteit van een stimulus. | | Receptief veld | Het specifieke gebied op de huid of in het zintuigorgaan dat de aandacht van een bepaald neuron kan beïnvloeden of waarnemen. | | Tonische neuronen | Neuronen die continu actiepotentialen genereren zolang een stimulus aanwezig is, wat belangrijk is voor de waarneming van langdurige prikkels. | | Fasische neuronen | Neuronen die alleen reageren op veranderingen in een stimulus, zoals het begin of einde ervan, en dus geschikt zijn voor de detectie van kortdurende gebeurtenissen. | | GPCR (G-proteïne-gekoppelde receptor) | Een klasse van membraanreceptoren die signalen van buiten de cel doorgeven aan het binnenste van de cel via een G-proteïne. | | cAMP (cyclisch adenosine monofosfaat) | Een cyclisch nucleotidenmolecuul dat fungeert als een belangrijk secundair boodschapper in veel intracellulaire signaaltransductiepaden. | | Spatiële sommatie | Het combineren van postsynaptische potentialen die afkomstig zijn van verschillende synapsen die tegelijkertijd op het postsynaptische neuron vuren. | | Tijdelijke sommatie | Het optellen van postsynaptische potentialen die opeenvolgend afkomstig zijn van dezelfde synaps binnen een korte tijdsperiode. | | NMDA-receptor | Een type glutamaatreceptor dat cruciaal is voor synaptische plasticiteit en zowel ligandbinding als postsynaptische depolarisatie vereist voor activering, en een belangrijke rol speelt bij calciuminflux. | | LTP (Long-Term Potentiation) | Een langdurige versterking van synaptische transmissie die wordt beschouwd als een belangrijk cellulair mechanisme voor leren en geheugen. | | LTD (Long-Term Depression) | Een langdurige verzwakking van synaptische transmissie die eveneens belangrijk is voor het aanpassen van neurale circuits en geheugenprocessen. | | Stria vascularis | Een gespecialiseerd orgaan in het slakkenhuis dat betrokken is bij het handhaven van de ionenconcentratie in het endolymfe, essentieel voor de haarceltransductie. | | MET-kanaal (Mechano-Electrical Transducer) | Een ionkanaal in zintuigcellen dat mechanische energie (zoals beweging van stereocilia) omzet in een elektrisch signaal. | | Cochleaire versterker | Het vermogen van de buitenste haarcellen om geluidstrillingen te versterken, wat de gevoeligheid en resolutie van het gehoor verbetert. | | Vestibulo-oculaire reflex (VOR) | Een reflex die de stabiliteit van het gezichtsveld op het netvlies handhaaft tijdens hoofdbewegingen door oogbewegingen te coördineren met hoofdbewegingen. | | Vestibulaire nystagmus | Een onvrijwillige, ritmische beweging van de ogen die wordt veroorzaakt door verstoringen in het vestibulaire systeem en gekenmerkt wordt door een langzame en een snelle fase. | | Proprioceptie | Het zintuig dat informatie verschaft over de positie en beweging van lichaamsdelen, inclusief spieren, pezen en gewrichten. | | Spierspoeltje | Een proprioceptor die de lengte van een spier en de snelheid waarmee deze verandert detecteert, en een sleutelrol speelt in de rekreflex. | | Golgi-peesorgaan | Een proprioceptor die de spierspanning detecteert en bescherming biedt tegen overbelasting via de inverse rekreflex. | | Servoschakeling | Een feedbackmechanisme waarbij een deel van het uitgangssignaal wordt teruggevoerd naar de ingang om de nauwkeurigheid en stabiliteit van een systeem te verbeteren, zoals bij het instellen van spierlengte. | | Kniepeesreflex | Een monosynaptische rekreflex die resulteert in de contractie van de quadricepsspier bij het uitrekken van de patellapees. | | H-respons | De Hoffmann-reflex, een elektrische stimulatie van afferente zenuwvezels die leidt tot een spiercontractie en informatie geeft over de monosynaptische reflexboog. | | M-respons | De M-golf, die ontstaat door directe elektrische stimulatie van motorneuronen, wat resulteert in spiercontractie en sneller optreedt dan de H-respons bij hogere intensiteiten. | | F-respons | Een reflectoire respons die wordt opgewekt door de terugwaartse propagatie van actiepotentialen in motorneuronen naar het ruggenmerg, gevolgd door heractivatie van de motorneuronen. | | Centrale Patroon Generator (CPG) | Neurale netwerken in het centrale zenuwstelsel, met name in het ruggenmerg, die autonome, ritmische motorpatronen genereren, zoals wandelen of ademen. | | Reactietijd | De tijdsduur tussen de aanvang van een stimulus en de daaropvolgende reactie. |