College 4 (Week 4)

Hoofdstuk 13: de biologie van leren en geheugen

Het geheugen

De functies van het geheugen zijn het opslaan, vasthouden en terughalen van informatie. Het is niet op één plaats in de hersenen te lokaliseren. Het geheugen is een onbetrouwbaar fenomeen. We vullen namelijk associaties aan door middel van eerdere herinneringen. Ieder mens confabuleert informatie. Confabulatie is het foutief aanvullen van informatie. Daarom moet men voorzichtig zijn met getuigenverklaringen, want we zijn geneigd om gaten in ons geheugen op te vullen om er een logisch verhaal van te maken. Deze verklaringen vertellen ons niet hoe iets werkelijk is gegaan. Zo kunnen mensen verschillende verklaringen afleggen van één en dezelfde gebeurtenis. Het geheugen is ook niet helemaal chronologisch, dat is het alleen voor semantische betekenis (bijvoorbeeld de dag dat je jarig bent). De hersenen zijn dus geen filmcamera. Geheugen is belangrijk voor je oriëntatie in de tijd, plaats en als persoon ‘’sense of self’’.

Engrammen

Lasley was een onderzoeker die zocht naar engrammen. Dit zijn fysieke representaties van wat er is geleerd, ook wel geheugensporen genoemd. Hij dacht dat er inscripties in het brein waren waarin men als het ware herinneringen graveert. Lasley trainde ratten om de weg in een doolhof te zoeken via operante conditionering, daarna sneed hij de hersenen van de ratten door om te kijken of deze snedes invloed hadden op het geheugen van de ratten. Hij ondervond dat er geen enkele snede er alleen voor zorgde dat de ratten de weg niet meer konden vinden. De fouten van Lasley in zijn onderzoek waren dat hij ervan uit ging dat de weg vinden in een doolhof alleen met geheugen te maken heeft, maar dit heeft ook te maken met oriëntatie, verwerken van sensorische informatie en spatiele navigatie ( er worden dus meerdere gebieden in de cortex gebruikt). De andere fout die hij maakte was dat hij alleen aan het zoeken was in de cerebrale cortex, terwijl we nu weten dat er ook andere gebieden in het brein verantwoordelijk zijn voor het geheugen.

Echter is dit niet de manier waarop het brein werkt. Het brein werkt namelijk via neuronale netwerken en het maken van associaties tussen deze neuronale netwerken. Hij zei ook dat er sprake is van equipotentialiteit: alle delen van het brein dragen gelijk bij aan complexe gedragingen zoals leren. Echter is het niet zo dat alle delen van het brein dezelfde functies volbrengen: er zijn verschillende specialisaties in de verschillende delen van het brein.

De verschillende soorten geheugen:

Hebb is de grondlegger van het idee dat we over verschillende soorten van geheugen beschikken. Hij dacht 1 chemisch proces kan niet verantwoordelijk zijn voor alle soorten van leren, hij ontdekte dat er een soort tijdelijke opslag was van informatie, later is de term werkgeheugen hiervoor geïntroduceerd.

Het geheugen is op basis van tijd in de volgende driedeling onder te verdelen:

Sensorisch geheugen ( minder dan 1 seconde): Dit geheugen is van heel korte duur. Het gaat hierbij om recente zintuiglijke indrukken. Deze informatie wordt voor maar enkele seconden vastgehouden. Dit geheugen heeft ondanks een korte duur een grote capaciteit. Je kunt dit geheugen onderverdeling in het iconische geheugen (visueel geheugen) en het echoische geheugen (auditief geheugen).

Korte termijngeheugen (secondes tot minuten): Dit geheugen gaat iets langer mee. Het wordt ook wel het werkgeheugen genoemd. Hier kan men namelijk ongeveer 7 items vasthouden en er actief mee bezig zijn. Het gaat hierbij dan ook meer om een proces dan om een vasthoudprincipe, daarom wordt het ook wel het werkgeheugen genoemd. De prefrontale cortex is actief wanneer we een taak in het werkgeheugen uitvoeren. Als je de informatie koppelt (associeert ) aan informatie die je al hebt, dan kun je vaak meer dan 7 items vasthouden.

Lange termijngeheugen (30 secondes tot en met een leven lang): Dit geheugen gaat erg lang mee en heeft een enorme capaciteit. Het is onder te verdelen in een expliciet geheugen (declaratief, feiten) en een impliciet geheugen (procedureel, bijvoorbeeld grammatica). Het declaratieve geheugen kan je onderverdelen in een episodisch geheugen (gebeurtenissen navertellen) en in een semantisch geheugen (betekenissen en feiten). Het impliciete geheugen kan je onderverdelen in procedureel, priming en conditioneren. In het lange termijn geheugen zit de informatie over onszelf en de wereld om ons heen opgeslagen. Herhaling van informatie, maakt het makkelijker om die informatie terug te halen. Onder de invloed van stress of heftige emoties kun je je meer herinneren: cortisol/adrenaline komt namelijk vrij waardoor de amygdala wordt gestimuleerd. Als dit gebeurt, volgt er ook een stimulatie in de hippocampus. Hier staat wel tegenover dat teveel stress juist nadelig is voor je herinneringen.

Informatie uit het korte termijn geheugen is weg=weg, informatie die opgeslagen zit in het lange termijn geheugen kan vaak door middel van hints nog naar boven worden gebracht.

De hippocampus en het geheugen

De hippocampus bevindt zich in de temporale schors. Het speelt een belangrijke rol bij verschillende processen van het geheugen. Schade aan de hippocampus leidt tot een beschadigd lange termijngeheugen, terwijl het korte termijngeheugen intact blijft.

Er zijn twee typen amnesie (geheugenverlies). Bij anterograde amnesie (AA) kan men geen nieuwe herinneringen meer vormen. Bij retrograde amnesie (RA) verliest men de herinneringen die gevormd zijn voor de opgelopen breinschade.

Bij amnesie komt het vaak voor dat het expliciete geheugen(bewuste opgehaalde informatie die herkent wordt als een herinnering) beschadigd is, terwijl het impliciete geheugen(onbewust opgehaalde informatie beïnvloed door recente ervaringen) intact blijft. Men kan geen specifieke gebeurtenissen of kennis over de wereld ophalen maar men kan wel nieuwe procedurele vaardigheden leren.

De hippocampus is ook belangrijk voor het spatieel geheugen en consolidatie. Consolidatie is het overbrengen van informatie uit het korte termijn geheugen naar het lange termijn geheugen. Dit proces kost tijd en zal bij hippocampale schade falen. Hierdoor zullen herinneringen die voor de schade nog niet volledig zijn geconsolideerd verloren gaan.

Andere hersendelen die een rol spelen bij geheugen

De volgende hersendelen spelen een rol bij verschillende onderdelen van het geheugen:

Dorsolaterale deel van de hersenen: Dit speelt een rol bij het werkgeheugen en bij het hebben van gerichte aandacht. Amandelkernen: Dit is de amygdala en speelt een rol bij het leren onder bedreiging/stress en het leren dat gepaard gaat met emoties, voornamelijk angst.

Basale ganglia: Dit speelt een rol bij het procedureel/onbewust leren.

Medio temporale kwab: Deze speelt een rol bij het terughalen van levendige ervaringen uit het lange termijn geheugen. Bij hallucineren wordt dit gebied van de hersenen dan ook actief.

Anteriore en inferiore temporale kwab: Deze gebieden spelen een rol bij het semantisch geheugen.

Prefrontale kwab: Dit is het geheugen voor beloning en straf en inhiberen (operante conditionering).

Pariëtale kwab- het leggen van associaties

Welke hersenaandoeningen veroorzaken amnesie ?

Hippocampale stoornissen

CVA (beroerte herseninfarct of bloeding)

Thalamus en basale voorbrein aandoeningen

CVA (beroerte herseninfarct of bloeding)

Korsakoff is een aandoening die wordt veroorzaakt door een tekort aan thiamine, vaak door een teveel aan alcohol. Doordat er te weinig vitamine B1 in het lichaam is, kan er geen glucose metabolisme plaatsvinden en dit zorgt voor een vermindering in voedingsstoffen. De neuronale activiteit loopt terug. Er is schade aan de dorsomediale thalamus. De symptomen die hierbij opspelen zijn: apathie, confabulatie (alleen van de vragen waarop ze het antwoord zouden kunnen weten), verwarring en geheugenproblemen.

Diffuse stoornissen (verschillende gebieden worden getroffen)

Dementie bv : Alzheimer

Alzheimer heeft vele neurodegeneratieve effecten. Het wordt veroorzaakt door een teveel aan glutamaat. Atrofie vindt plaats doordat β-amyloïde (abnormaal eiwit) een soort van opstapelende plakken vormt. Atrofie komt door een tekort aan voedingsstoffen en hierdoor neemt de hersenmassa af. Eerst worden de frontale delen atrofisch en langzaamaan ook de occipitale delen. Het loopt dus van voor in de hersenen naar achteren.

Overig

Neurointoxicatie (vergiftigen van je eigen brein door alcohol/drugs)

Traumatisch hersenletsel bv auto ongeluk

Tumoren

Hebbian synaps is een verbinding tussen twee neuronen die effectiever wordt doordat de pre en post synaptische neuronen tegelijkertijd aan het vuren zijn.

Habituatie is onderzocht door middel van het testen van zeeslakken, de slakken werden geprikkeld om de withdrawal respons te testen. Als je de zeeslakken vaak prikkelt dan voelt de zeeslak op een gegeven moment de prikkel niet meer. Dit komt doordat de motor en sensorische neuronen minder neurotransmitters ontvangen.

Sensitisatie is als de zeeslak ergens op de huid wordt geprikt, dan wordt hij gevoeliger voor andere stimuli. Dit effect zie je ook bij mensen die chronische pijn hebben. Ze worden dan gevoelig voor allerlei soorten kleine pijntjes waar ‘’normale’’ mensen geen last van hebben. Hierbij vindt hetzelfde soort proces plaats als bij long term potentiation

Long term potentiatie

Dit is een onderdeel van de neurofysiologie. Het is het fenomeen waarbij een dendriet een intense stimulatie ontvangt van een of meer axonen. Dit leidt tot een langdurige verhoogde gevoeligheid in synapsen. Glutamaat speelt hierbij een belangrijke rol. Glutamaat is een transmitter waarbij AMPA en NMDA als receptoren horen. De veranderingen in de synapsen in een heel netwerk van neuronen leiden uiteindelijk tot leren.

Long term depression is als een neuron een langere tijd niet wordt gestimuleerd, dan wordt de synaps minder gevoelig.

Taal en spraak

Taal is een communicatiesysteem van codes en afspraken waarmee we boodschappen naar elkaar over kunnen brengen. Spraak is een onderdeel van taal. Taal heeft in pincipe weinig te maken met intelligentie, het kan zijn dat je gemiddeld intelligent bent en niet kunt spreken en andersom. Het syndroom van Williams is een voorbeeld hiervan. Dit zijn mensen die zwak begaafd zijn maar wel heel erg goed in taal. Ze kunnen verder niet goed analytisch denken maar relatief gezien zich erg goed uitdrukken in taal en muziek. Volgens Chomsky hebben we een angeboren taalsysteem die onse helpt met het begrijpen van de grammatica en uitspraak. We hebben dit systeem omdat we een grote behoefte hebben aan sociale interactie. Je kindertijd is een kritische leerperiode voor taal. Dit is goed te zien bij mensen die op oudere leeftijd een tweede taal leren. Zij zullen deze nooit beheersen als native speakers.

Er zijin ook verschillende stoornissen in de verschillende taalgebieden mogelijk:

Broca’s afasie

Dit is een vorm van non- fluent afasie waarbij mensen meestal door een beroerte schadde hebben opgelopen in het gebied van Broca. Hierdoor hebben ze problemen met de productie van taal. Dit uit zich meestal in een soort telegram stijl van praten, waarbij ze voornamelijk gebruik maken van zelfstandige naamwoorden. Veel grammaticale woorden laten ze weg dit wordt agrammatisme genoemd.

Wernicke’s afasie is een stoornis waarbij er een laesie is in het gebied van Wernicke. Dit is een gebied in de hersenen die vooral verantwoordelijk is voor begrip van taal. De semantische betekenis van woorden. Deze vorm van afasie wordt ook wel fluent afasie genoemd omdat mensen nog wel vloeiend kunnen spreken maar hetgeen wat ze zeggen compleet betekenisloos/inhoudloos is. Ze hebben vaak ook moeite met het vinden van woorden dit wordt anomie genoemd. Hierdoor omschrijven ze vaak de woorden die ze niet kunnen vinden. Tenslotte zie je ook vaak dat mensen spreekfouten maken. Zo zouden ze bijvoorbeeld breipen kunnen zeggen terwijl ze eigenlijk balpen bedoelen.

Neglect is een aandachtsstoornis. Mensen met Neglect hebben vaak schade opgelopen aan de rechterhemisfeer, omdat in de hersenen alles gekruist is uit dat zich aan de linkerkant van het lichaam. Mensen met neglect negeren de gehele linkerkant. Dit kan worden getest door mensen een klok te laten tekenen. Hierbij worden dan alle cijfers aan de rechterkant van de klok geschreven.

Manieren van behandelen van neglect zijn vragen of ze aandacht aan de linkerkant willen besteden, geluiden aan de linkerkant laten horen en vragen of ze hier aandacht aan willen besteden, aan de linkerkant dingen laten voelen of bijvoorbeeld het kruisen van de armen. Mensen met neglect kunnen soms het idee hebben dat ze geen gevoel meer hebben in hun linkerarm.

College 5 (Week 6)

Hoofdstuk 8: Beweging

Wat is normale en afwijkende beweging?

Dit is te onderzoeken op 3 manieren:

• Observatie
• Vragen stellen ( anamnese)
• Het doen van testjes.

Om beweging mogelijk te maken heb je de hersenen nodig die alles als een soort controle kamer aansturen, verder heb je een skelet nodig om er voor te zorgen dat je niet in elkaar zakt. Perifiere zenuwbanen om de informatie van en naar je spieren, pezen en klieren te brengen.

Er zijn 3 typen van spierweefsel. Als eerste heb je het gladde spierweefsel, dit is het spierweefsel wat je spijsvertering en andere organen in je lichaam aanstuurt. Dit spierweefsel moet onder aerobe (hebben continu zuurstof nodig)condities werken. Daarnaast is er het skeletal spierweefsel (biceps, triceps etc ) deze controleren de beweging van het hele lichaam in relatie tot de omgeving. En als laatste zijn er de cardiac spieren. Dit zijn de hartspieren.

Ons lichaam wordt in beweging gebracht door het aanspannen en ontspannen van spieren. Deze spieren worden aangestuurd met behulp van sensorische- en motorische neuronen. Spieren kunnen worden onderverdeeld in fast-switch- en slow-switch spieren.

Fast-twitch spieren

Deze soort spieren zijn anaeroob, dat houdt in dat ze geen zuurstof gebruiken. Ze worden gebruikt bij snelle bewegingen. Deze bewegingen zijn wel meer vermoeiend. Ze worden gebruikt bij bijvoorbeeld sprinten. Een voorbeeld van een systeem in het lichaam wat zo werkt is de citroenzuurcyclus. Deze spieren zijn wit van kleur en raken dus snel vermoeid.

Slow-twitch spieren

Deze soort spieren zijn aeroob, dat houdt in dat ze wel zuurstof gebruiken. Ze worden gebruikt bij wat langzamere bewegingen. Deze bewegingen zijn minder vermoeiend, dus kunnen deze bewegingen langer vol gehouden worden. Ze worden gebruikt bij bijvoorbeeld lange afstand lopen. Deze spieren zijn rood van kleur en raken dus minder snel vermoeid.

Ook wordt er onderscheid gemaakt in glad spierweefsel, dwarsgestreept spierweefsel en hartspierweefsel. Glad spierweefsel is gemaakt voor langdurige activiteiten, zoals de spijsvertering. Deze spieren zijn onvermoeibaar. Dwarsgestreept spierweefsel reageert snel en wordt gebruikt bij bewegen. Als je ze overbelast kan je spierpijn krijgen, ze zijn dan ook wel vermoeibaar. Hartspierweefsel wordt gebruikt, zoals de naam al zegt, in het hart. Het hartspierweefsel heeft eigenschappen van zowel het gladde spierweefsel als het dwarsgestreepte spierweefsel. Deze spieren zijn bijvoorbeeld net als het gladde spierweefsel onvermoeibaar.

Willekeurige Bewegingen

Willekeurige bewegingen zijn doelgericht. Zo’n beweging begint in de frontale kwab, daar komt het idee om een beweging uit te voeren, zoals het op en neer bewegen van je vinger. Vervolgens stuurt de frontale kwab een signaal naar de primaire motorische cortex, die daarna een motorneuron naar de spier stuurt die in beweging moet komen. De spier zal zich dan aanspannen of ontspannen, wat vervolgens resulteert in een beweging.

Onwillekeurige Bewegingen

Onwillekeurige bewegingen zijn bijvoorbeeld reflexen. Een voorbeeld van een reflex is het strekken van je been als je met een hamer onder de knie tikt. Baby’s hebben een aantal reflexen die worden afgeleerd bij het ouder worden. Drie hiervan zijn de grijp reflex, de Babinski reflex (het spreiden van de tenen als je over de voetzool aait) en de zuig reflex. Deze reflexen kunnen terug komen bij mensen met dementie.

In extreme situaties kunnen de hersenen reflexen controleren, maar over het algemeen gaat een reflex automatisch.

Een reflex wordt anders aangestuurd dan een willekeurige beweging. Om dit te begrijpen kan naar de reflexboog gekeken worden.

Reflexboog

1. zintuigcel

2. sensorisch neuron

3. schakelcel (ruggenmerg/hersenstam)

4. motorisch neuron

5. spier- of kliercel

Eerst krijgt een zintuigcel een signaal binnen, bijvoorbeeld een tik van een hamer onder je knie. Vervolgens stuurt die zintuigcel een sensorisch neuron naar een schakelcel (die zich bevindt in het ruggenmerg of hersenstam). Vervolgens stuurt de schakelcel een motorisch neuron terug naar je spier, die er dan voor zorgt dat je been strekt.

Neuromusculaire overgang. Dit is een synaps waar een moto neuron samenkomt met een spiervezel. Hier wordt het neurotransmitter acetylhonine losgelaten die ervoor zorgt dat de spier samentrekt.

Spieren zijn altijd tot op een bepaalde hoogte aangespannen, anders zou je in elkaar zakken. Atonie is als er geen spierspanning is.

Myasthenia gravis is een autoimuun ziekte waarbij het imuunsysteem antilichamen ontwikkeld tegen de acethylcholine receptoren. Deze worden dan aangevallen. Een gevolg van deze ziekte is dat de spieren snel verzwakt en vermoeid raken.

Cerrebellum is verantwoordelijk voor de timing en ritme in je bewegingen ook het finetunen van je bewegingen gebeurt hier. Alcohol heeft veel invloed op het cerrebellum, daardoor kun je ook niet zo goed het puntje van je neus aanraken of op een been staan als je wat gedronken hebt.

Bewegings Software (proprioceptors)

Er zijn allerlei kleine hulpmiddeltjes in je lichaam die bij het bewegen helpen om het soepeler te laten verlopen.  Deze hulpmiddeltjes worden proprioceptoren genoemd. Ze zorgen ervoor dat je hersenen weten waar het lichaam zich bevindt. Zo kan je dus weten waar je arm zich bevindt ook al zijn je ogen dicht. Één zo’n proprioceptor is het golgi pees orgaan. Deze zorgt ervoor dat het systeem zichzelf niet beschadigd. Sommige spieren zijn namelijk sterk genoeg om zichzelf te beschadigen. Als dit gebeurt stuurt het gogli pees orgaan een signaal om met de beweging te stoppen.

Om gebruik te maken van deze proprioceptoren, moeten twee delen van de hersenen samenwerken; namelijk de primaire motorische cortex en de primaire somatosensorische cortex. Deze twee gebieden bevinden zich rond de sulcus centralis. De primaire motorische cortex is goed in het uitspreken van motorische taal. Deze zorgt er dus voor dat het lichaam beweegt. Dit doet hij door motorneuronen naar de spieren te sturen. De somatosensorische cortex is goed in het begrijpen van sensorische taal. Die vangt dus de signalen op van de proprioceptors om te kijken waar het lichaam zich bevindt. Om een precieze actie uit te voeren, moeten de primaire motorische- en sensorische cortex met elkaar communiceren om tot een goede beweging te komen.

Baltistische bewegen zijn de soort bewegingen die je niet meer bij kunt sturen als ze eenmaal gestart zijn reflexen zijn hier een voorbeeld van, er zijn ook guided movements en dit kun je tot op de laatste seconde van de beweging nog controleren, waarbij geldt dat hoe meer gecontroleerd beweging is, hoe meer het voorin en bovenin het brein is gelegen.

Central pattern generators zijn neurale mechanismes in het ruggenmerg die ritmische patronen van automatische bewegingen genereren. ( automatische bewegingen zoals lopen) Er zijn ook bewegingen die zijn aangeleerd en die wat complexer zijn, dan hebben we het over het motor programma. De basale ganglia speelt hierbij een grote rol. Voorbeelden van bewegingen zijn tennis of piano spelen.

De ventromediale baan systemen zorgen ervoor dat de houdingsregulatie van de romp goed blijft, anders zou je uit balans raken. De dorsalatorale baan geeft sturing aan de ledenmaten.

Bewegingsstoornissen

Bewegingsstoornissen zijn stoornissen waarbij de motoriek is ontregeld. Bij te weinig beweging heet het apathie en bij te veel beweging heet het hypokenesie. De twee bekendste bewegingsstoornissen zijn de ziekte van Parkinson en de ziekte van Huntington.

Ziekte van Parkinson

Parkinson is een ziekte waarbij mensen zich langzamer gaan voortbewegen. Symptomen zijn snelle kleine bewegingen in bijvoorbeeld de hand of voet, langzaam bewegen en moeite met het beginnen van een mentale of fysieke actie.

Bij mensen met Parkinson is er een disbalans van dopamine en cholinerge. Dit gebeurt door het afsterven van neuronen, vooral in de substantie nigra. De substantie nigra is verantwoordelijk voor de vrijlating van dopamine. Minder dopamine betekent minder stimulatie in de motorische cortex.

Een veel gebruikte behandeling voor Parkinson is dopaminerge medicatie (L-dopa). Dit zorgt ervoor dat de motor cortex meer stimulatie krijgt waardoor bewegingen soepeler gaan. Bij deze behandeling is het moeilijk om precies de goede hoeveelheid dopamine in te nemen, anders kan de hoeveelheid dopamine voor te veel stimulatie in de motor cortex zorgen. Hierdoor gaat de patiënt veel onvrijwillige bewegingen maken. Dit effect heet ook wel het On-Off Effect genoemd. Bij On is er te veel beweging en bij Off te weinig.

Een andere behandeling is de deep-brainstimulation. Dit zorgt voor een hoge frequentie stimulatie van de globus pallidus. Dit zorgt ook voor soepelere bewegingen. Het nadeel van deze behandeling is dat het een negatief effect op de stemming kan hebben. Iemand die te veel blootgesteld wordt aan deep-brainstimulation heeft dus een vergrote kans op depressie.

Ziekte van Parkinson gaat vaak samen met dementie, maar niet altijd.

Ziekte van Huntington

Van buitenaf lijkt de ziekte van Huntington veel op Parkinson. Bij de ziekte van Huntington komen echter vaker onvrijwillige bewegingen voor.

Huntington is genetisch bepaald, als een van je ouders de ziekte heeft is de kans dat jij het ook krijgt 50%. Er kan vrij goed voorspeld worden of je deze ziekte in de toekomst zult krijgen, maar slechts 1 op de 5 personen wil dit weten.

Er is nog geen effectieve behandeling voor het reduceren van de symptomen, of het verminderen van de snelheid waarmee de ziekte verergert.