6 minute read
1.4 Hoe wordt de snelheid van de impulsgeleiding verhoogd?
receptorcel
prikkel impuls
1 impuls bij een prikkel zwakker dan prikkeldrempel
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. ` Maak oefening 9 op p. 216. Toen er nog geen sprake was van smartphones, gebruikte men een soortgelijke code om met elkaar te communiceren over grote afstanden: morse. De code bestaat uit een opeenvolging van het aan- en uitzetten van een lamp. Door variaties te maken met het aantal en de duur van lichtflitsen, kon een boodschap worden overgebracht. De meest bekende morsecode is een opeenvolging van drie korte, drie lange en drie korte signalen, wat staat voor de boodschap SOS (‘save our ship’ of ‘save our souls’). WEETJE
prikkel- Afb. 79 drempel Schematische voorstelling
van een impuls bij een zwakke en sterke prikkel.
2 impuls bij een zwakke prikkel 3 impuls bij een sterke prikkel ©VAN IN
Elektrische signalen verplaatsen zich doorheen zenuwcellen. Dat dit snel gaat, heb je wellicht al eens aan den lijve ondervonden: bij een luide knal duik je ineen, of bij het aanraken van een gloeiend heet voorwerp trek je je hand bliksemsnel terug.
Hoe snel gaat informatie doorheen neuronen?
1 Onderzoeksvraag
Wat is de snelheid van de impulsgeleiding?
2 Hypothese Noteer een hypothese. 3 Benodigdheden meetlint smartphone 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Werkwijze Maak groepjes van vier à vijf leerlingen. Scan de QR-code om de test te openen. De leerlingen geven elkaar de hand. De laatste leerling bedient de smartphone. Alle leerlingen behalve de eerste en de laatste sluiten de ogen. De laatste leerling start de test met een klik en sluit de ogen. Zodra de eerste leerling het scherm groen ziet worden, knijpt de leerling in de hand van de tweede leerling. Zodra de tweede leerling iets voelt, knijpt hij in de hand van de derde leerling enzovoort. Als de laatste leerling iets voelt, klikt hij op het scherm van de smartphone. Herhaal de proef vijf keer. 5 a Waarneming Noteer de resultaten in de tabel en bereken het gemiddelde. Proef t (s)
1 2 4
TEST JE REACTIESNELHEID 3 ©VAN IN
5
gemiddelde
b Meet bij elke leerling de weg die de impuls aflegt (bijvoorbeeld van de hand tot de hersenen en van de hersenen tot de andere hand). Noteer in de tabel en bereken de totale lengte.
Leerling s (cm)
1 2 4 5 6 totale lengte 6 Verwerking Door de afgelegde afstand (Δs) van de impuls te delen door de reactietijd (Δt), kun je de snelheid berekenen: v = Δs / Δt. a Hoe groot is de snelheid in centimeter per seconde? b Hoe groot is de snelheid in meter per seconde? c Hoe groot is de snelheid in kilometer per uur? 7 Besluit De berekende snelheid (v) van de impulsgeleiding is: 8 Reflectie a De uitvoering van de proef verliep vlot / niet vlot (schrap wat niet past), omdat: b Vergelijk je hypothese met je besluit. 3 ©VAN IN c Zal de berekende snelheid een overschatting of een onderschatting zijn van de werkelijke snelheid?
d Wat vond je betrouwbaar aan dit experiment?
e Wat vond je onbetrouwbaar aan dit experiment?
f Hoe zou je het experiment kunnen verbeteren?
In de vorige opdracht berekende je hoe snel de elektrische signalen doorheen neuronen gaan. De werkelijke snelheid ligt veel hoger omdat de weg die het elektrisch signaal zal afleggen veel langer is dan de afstand die jij hebt gemeten: in de verwerkingscentra loopt de impuls doorheen tientallen neuronen en legt dus daar een langere afstand af. Hoe kunnen zeer hoge snelheden van impulsgeleiding worden bereikt? In opdracht 11 ga je na of de snelheid van de impulsgeleiding verhoogd kan worden.
Benodigdheden ca. vijftig dominostenen drie potloden Werkwijze 1 Bouw de opstelling na zoals op afbeelding 80. 2 Duw met een lat tegelijkertijd de eerste dominosteen van beide reeksen om. Waarneming Besluit
Afb. 80 OPDRACHT 11 ©VAN IN
Net zoals bij de dominostenen, kan de snelheid van de impulsgeleiding 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. 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.
VERGELIJK DE GELEIDINGSSNELHEID
insnoering van Ranvier gemyeliniseerd axon actie- potentiaal myelineschede depolarisatie cellichaam De snelheid van de impulsgeleiding bij gemyeliniseerde axonen is veel hoger dan bij niet-gemyeliniseerde axonen. Bij gemyeliniseerde axonen gebeurt de impulsgeleiding sprongsgewijs. ` Maak oefening 10 en 11 op p. 216.
100 tot 150 m/s ongemyeliniseerd axon cellichaam actiepotentiaal 0,5 tot 10 m/s Afb. 81 Dankzij de myelineschede verloopt de impulsgeleiding veel sneller dan bij een ongemyeliniseerd axon. ©VAN IN 142 tHema 02 HoofDstuk 1
Beantwoord de vragen.
1 De snelheid van de impulsgeleiding door een gemyelinseerde axon bedraagt 150 m/s.
Hoe groot is die snelheid in km/h?
2 Bij een sprintwedstrijd zijn de startblokken en de revolver verbonden met een computer. De computer meet de tijd tussen het startschot en het vertrek van de atleet. Als de starter vertrekt binnen de 100 milliseconden na het startschot, is er een valse start. Welke afstand zou een impuls doorheen de neuronen kunnen afleggen in die periode, als de impulsgeleiding 150 m/s bedraagt?
Door een ziekte wordt de myelineschede van de neuronen in het lichaam aangetast. Wat is het gevolg daarvan? A Zowat 12 000 mensen in ons land lijden aan multiple sclerose (MS). Dat is een chronische auto-immuunziekte: afweercellen van het lichaam tasten de myelineschede rond axonen in de centrale verwerkingscentra (de hersenen en het ruggenmerg) aan. Daardoor wordt de impulsgeleiding doorheen het axon ernstig verstoord of zelfs verhinderd, waardoor allerhande uitvalsverschijnselen optreden: krachtverlies, blindheid, geheugenproblemen, coördinatiestoornissen enzovoort. De oorzaak van de ziekte is onbekend. Er is voorlopig nog geen behandeling die MS kan genezen, maar er wordt vooruitgang geboekt in de strijd tegen de ziekte. In 2019 hebben wetenschappers een stof ontwikkeld die bij muizen de groei stimuleert van cellen die een nieuwe myelineschede rond axonen kunnen aanbrengen. Men hoopt nu die stof aan te kunnen passen, zodat ze ook werkzaam is bij mensen. WEETJE Myeline (oranje) vormt een isolatielaag rondom de uitloper van de zenuwcel (grijs). Daardoor verplaatst de actiepotentiaal zich sneller en kan dus ook de impulsgeleiding snel verlopen. Door afbraak van de myeline wordt de impulsgeleiding steeds slechter. Dat leidt tot het ontstaan van klachten. C Als de myeline vrijwel volledig is afgebroken, zal helemaal geen signaaloverdracht meer kunnen plaatsvinden. B OPDRACHT 13 ©VAN IN
