Hersenen aan het Werk

Hersenen aan het Werk
Workshop ter gelegenheid van de MFVN ouderdag.
Docent: Dr. Jeroen Goossens, afd. Biofysica UMCN
Deze workshop is opgezet als een zogenaamd COO (computer ondersteunend
onderwijs). Er staan in de tekst steeds verwijzingen naar andere web-sites. Keer terug
naar deze pagina via de “Back” knop op de web-browser. Kies één van de
onderwerpen die u het meest interessant lijkt, en klik met de muis op de link
(onderstreepte tekst). U mag natuurlijk ook meerdere onderwerpen bekijken.
1)
2)
3)
4)
5)
Beelden van het brein
Hoe kunnen wij bewegen?
Zien doen we met onze hersenen!
Hoe kunnen we horen?
Hoe werkt ons evenwicht?
Veel plezier! Indien u een en ander later thuis nog eens wilt na lezen, kunt u deze deze
site aanroepen via mijn webpagina: http://www.mbfys.ru.nl/~goossens/
Beelden van het brein
Tot nog niet zo lang geleden was het een mysterie wat zich afspeelde in het menselijk
brein. Moderne imaging technieken brachten hierin de afgelopen jaren snel
verandering. Met name imaging technieken als PET (Positron Emission
Tomography), MEG (MagnetoEncefaloGrafie) en fMRI (functional Magnetic
Resonance Imaging) hebben een nieuwe impuls gegeven aan het hersenonderzoek.
Deze technieken brengen namelijk niet de anatomie van de hersenen in beeld, maar de
kleurrijke plaatjes geven de functie van de verschillende hersengedeeltes weer.
Zulk inzicht wordt gebruikt voor
wetenschappelijke en therapeutische
doeleinden. Inzicht in het functioneren
van het brein zal het ook mogelijk
maken om beter te kunnen
interveniëren in datzelfde brein. Zo is
het nu makkelijker het effect van
psychotherapie en psychofarmaca te
meten en te verbeteren, hersenoperaties
efficiënter uit te voeren en nemen de
mogelijkheden voor neurostimulatie en
hersenprotheses hand over hand toe.
Localisatie van Hersenfuncties
In dit overzicht kunt u zien dat de verschillende hersenlobben ieder een specifieke
functie hebben. Zo zijn er specifieke gebieden voor horen, zien, en bewegen. Ook het
spreken, en spraakverstaan kent aparte gebieden.
Hersenscans
Om alle informatie die tot je komt te verwerken, moet het wegennet in je hersenen
goed blijven werken. Maar hoe ouder je wordt, hoe drukker de wegen in je hoofd.
Margreet van het programma Klokhuis maakt een hersenscan en ze krijgt wat
hersentestjes. Is er al filevorming in haar brein?
Klik hier om het filmpje te starten (14:27 min, sla de eerste 2:40 min over).
Hoe kunnen wij bewegen?
Spieren
Onze spieren worden door middel van
elektrische stroompjes vanuit de hersenen
aangestuurd. Daarbij krijgt elke individuele
spier aparte opdrachten om te aan te spannen,
of juist te ontspannen. In dit overzicht van het
motorisch systeem in de hersenen kunt u zien
dat deze aansturing niet eenvoudig is.
Motorische
hersenschors
In de jaren 40
van de vorige
eeuw, ontdekte
de Canadese
neurochirurg dr.
Penfield dat
bepaalde
hersengebieden
heel specifiek
bepaalde spieren
in ons lichaam aansturen. Dit ontdekte hij
tijdens operaties van epilepsie patienten.
Penfield gebruikte daarbij elektrische stroompjes om de probleemgebieden op te
sporen. Door nauwkeurig de bewegingen v.d. patient in de gaten te houden, kon hij
de motorische gebieden goed in kaart brengen. Klik hier voor meer uitleg
Start het demonstratieprogramma ‘Probe the brain’ om zien hoe hij tot deze
ontdekking kwam.
Motorische afwijkingen
Om motorische afwijkingen op te sporen, kunnen artsen vele verschillende tests uit
voeren. Elektrische stimulatie in de hersenen vindt slechts bij hoge uitzondering
plaats. In dit overzicht ziet u waar de arts zoal op let. Belangrijk is vooral om te
bepalen of problemen zich in de hersenschors voor doen (zoals vaak na een
hersenbloeding), of juist op een lager niveau van spier, zenuw en ruggenmerg .
Elektriciteit in je lichaam
Alles wat wij doen wordt aangestuurd door elektriciteit vanuit onze hersenen.
Margreet laat zien welke stroompjes door ons lijf lopen en laat haar hersenactiviteit
opmeten. Klik hier om het filmpje te starten (14:42 min, u kunt stoppen na 9:38 min).
Zien doen we met onze hersenen!
Wanneer we kijken komt er licht door de iris naar binnen. Voordat het licht bij het
netvlies aankomt, passeert het verschillende onderdelen van het oog. De onderdelen
zijn: het hoornvlies, oogkamers, ooglens en het glasachtig lichaam.
Klik hier voor meer uitleg waarom we kunnen zien
Hoe onstaat kleuren zien?
Aan de regenboog op een buiige dag
kunt u goed zien dat zonlicht eigenlijk
uit verschillende kleuren bestaat. Als
licht ergens op valt, zoals hier op de
foto, weer kaatsen de stralen die dan via
de lens op ons netvlies vallen. Het
netvlies bevat lichtgevoelige cellen die
een staafvormige en kegelvormige
structuur hebben. Er zijn drie soorten
kegeltjes, waardoor we kleuren kunnen
waarnemen
Dit programma laat u zien hoe wij bedrogen kunnen worden door onze ogen en
hersenen: we kunnen namelijk maar drie kleuren registreren: rood, groen en blauw.
Visuele hersenschors
Hersencellen (neuronen) in het achterse
deel van onze hersenen reageren ieder
heel specifiek op bepaalde licht prikkels.
Dit is bij proefdieren m.b.v.
microelektrodes zeer nauwkeurig te
onderzoeken.
In dit filmpje hoort u de activiteit van één
hersencel terwijl er een licht prikkel
aangeboden wordt. Merk op dat de cel
alleen ‘vuurt’ (actief wordt) indien het licht-balkje op een hele specifiek manier wordt
aangeboden.
Start hier het filmpje
Kleurenblind
Iemand die kleurenblind is ziet wel kleuren, maar heel anders dan de meeste mensen.
Kijk hier hoe de de wereld er uitziet voor kleurenblinden.
Dolores van het programma Klokhuis legt verder uit wat kleurenblindheid is.
Klik hier om het filmpje te starten (13:58 min).
Hoe kunnen we horen?
Ons gehoorsysteem bestaat uit het perifere auditieve systeem (oor en gehoorzenuw)
en het centrale auditieve systeem in de hersenen.
Geluidsgolven
De verplaatsing van de luchtdrukveranderingen door de ruimte noemen we een
geluidsgolf. Kijk maar eens naar deze animatie
Het oor
In dit schematisch overzicht kun je zien hoe de geluidgolf door achtereenvolgens het
oor, de gehoorgang, de gehoorbeentjes, en het slakkenhuis wordt geleid.
Dove patienten
In principe is het voor dove patienten mogelijk met een elektrische cochleaire
prothese in beperkte mate weer spraak te verstaan. Om een idee te geven, hier het
resultaat van een computersimulatie: een hij klinkt voor prothese gebruiker en
dezelfde zin zoals wij hem horen (controle)
Klik hier voor uitgebreidere informatie.
Hoe werkt geluidslocalisatie?
In het dagelijks leven staan we er meestal niet zo bij stil, maar als je er even over
nadenkt is het helemaal niet zo vanzelfsprekend dat geluidslocalisatie zomaar
mogelijk is. Klik hier voor uitgebreide informatie (door Dr. van Opstal, Biofysica)
Tijdsverschillen tussen de oren
Afhankelijk van de positie van een geluidsbron zal het tijdsverschil tussen de twee
oren systematisch variëren tussen –450 microseconde en +450 microseconde.
Hoe bepalen de hersenen die tijdsverschillen?
Een illustratie voor de wijze waarop dit gebeurt in zoogdieren is hier te zien. De
schakeling zit zo in elkaar dat er voor elke richting van de geluidsbron een ander
neuron actief wordt. Deze simulatie van het Jeffress model voor geluidlokalisatie laat
dit zien.
Luidheidsverschillen tussen de oren
Ook het intensiteitsverschil tussen de twee oren varieert systematisch met de positie
van de geluidsbron in het horizontale vlak. Dit fenomeen is in meer detail
geïllustreerd in deze figuur.
De oorschelp als richtingsgevoelige 'antenne'.
Deze richtingsafhankelijke filtering wordt veroorzaakt door de manier waarop geluid
in de oorschelp en aan het hoofd en schouders reflecteert, zoals hier schematisch is
geïllustreerd.
Samenvatting localisatiemechanismen: klik hier
Hoe werkt ons evenwicht?
Ons evenwichtsorgaan geeft informatie over onze houding en beweging. Er zijn
gespecialiseerde zintuigen voor de detectie van lineaire versnellingen en de
zwaartekracht (de otolieten) en andere voor de detectie van rotaties (de
halfcirkelvormige kanalen of booggangen). Klik hier voor uitgebreide informatie.
Gebruik van de Vestibulaire Oog Reflex (VOR) in de diagnostiek
Om te testen of het evenwichtsorgaan nog goed werkt, draait de arts het hoofd zo snel
mogelijk links en rechtsom en kijkt of de ogen even snel de andere kant op draaien.
De film is opgenomen bij een normale proefpersoon.
Klik hier om het filmpje te starten
Demonstratie van de VOR-test: rotatie in vestibulaire stoel
In het filmpje ziet u hoe een proefpersoon wordt rondgedraaid met constante snelheid
in een vestibulaire stoel. Bij een echte test gebeurt dat in het donker.
Klik hier om het filmpje te starten
De VOR-oogbewegingen die hierbij optreden zijn te zien in het volgende filmpje
De oogbewegingen zijn gefilmd met een infrarood camera aan boord van de stoel.
Eerst staat de stoel stil (subject stationary). Meteen na het draaien zien we duidelijke
nystagmus quick phases in de richting van hoofrotatie. Na enkele tientallen seconden
houdt de nystagmus op terwijl de stoel nog steeds draait. Na het stoppen van de stoel
is er hevige nystagmus in tegengestelde richting.
Klik hier om het filmpje te starten
Stabilisatie van het hoofd door de vestibulo-collic reflex
Deze reflex stabiliseert het hoofd tegen veranderingen in houding door
lichaamsbewegingen. Met name bij vogels is de reflex gemakkelijk te demonstreren.
Start film over de stabilisatie reflex bij de uil