9 minute read
van een prikkel?
2.4 Hoe verwerkt het centrale zenuwstelsel de informatie van een prikkel?
A Functionele zones
Hersenwetenschappers ontdekten al dat verschillende delen van de hersenen een verschillende functie hebben. Verschillende grote groepen neuronen in je hersenen voeren dus telkens andere verwerkingsprocessen uit. Dat worden de functionele zones in de hersenen genoemd. Toch ontdekken wetenschappers elke dag weer veel over de werking van de hersenen en hun functionele zones. OPDRACHT 24
Beantwoord de vraag na het raadplegen van de bronnen. Afb. 98
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 zijn sterker doorbloed en geven daardoor 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 kon zijn impulsen niet onder controle houden. Men besloot dat zijn defecte voorhoofdslob impulscontrole reguleert. ©VAN IN
Ook door elektrostimulatie kan men functionele zones en dus 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.
grote hersenen hersenstam kleine hersenen Het valt niet mee om met het blote oog duidelijk waarneembare delen van de hersenen te herkennen. Ook binnenin is het moeilijk onderscheid maken tussen de inwendige delen, laat staan dat je individuele functionele zones zou kunnen onderscheiden.
Afb. 99
frequentie 260/s spanning 4V Welke verschillende manieren om functionele zones in de hersenen te ontdekken worden in de bronnen vermeld? Kruis de juiste antwoorden aan. 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 Afb. 100 Ligging en zijaanzicht van de hersenen ©VAN IN
voorhoofdslob
voorhoofdslob wandlob
achterhoofdslob
slaaplob slaaplob kleine hersenen hersenstam linkerhemisfeer rechterhemisfeer ruggenmerg
wandlob achterhoofdslob
Afb. 101 Bovenaanzicht en zijaanzicht van de hersenen
De grote hersenen liggen bovenaan je hersenen. Het is het deel met de talloze groeven en windingen. Ze bestaan uit twee hemisferen of hersenhelften, die onderling verbonden zijn via de hersenbalk. Elke hersenhelft is verdeeld in vier lobben: de frontale lob of voorhoofdslob, de wandlob met daaronder de slaaplob, en de achterhoofdslob. Verstopt onder de grote hersenen zitten de tussenhersenen. In die tussenhersenen liggen onder andere de thalamus, de hypothalamus, en de hypofyse. Die drie delen maken hormonen aan: regelende stofjes die andere cellen in je lijf aan het werk zetten en getransporteerd worden via de bloedbaan. hypofyse
hersenbalk thalamus
tussenhersenen hypothalamus hersenstam
grote hersenen kleine hersenen Afb. 102 Overlangse doorsnede van de hersenen 3D ©VAN IN De hersenstam bevindt zich tussen de tussenhersenen en het ruggenmerg. De kleine hersenen ten slotte, liggen achteraan onder de grote hersenen. Ook die bestaan uit twee hemisferen.
In al deze hersendelen komen meerdere functionele zones voor.
Je hersenen bestaan uit vier waarneembare hersendelen: de grote hersenen, de tussenhersenen, de hersenstam en de kleine hersenen. Die bevatten elk diverse functionele zones. Een functionele zone is een grote groep neuronen die een belangrijk verwerkingsproces van je lichaam reguleert. ` Maak oefening 24, 25 en 26 op p. 222 en 223. Bestudeer de ontdekplaat over de functionele zones en vul de tabel aan. Zoek met de ontdekplaat uit in welk hersendeel de functionele zones te vinden zijn. Kies uit: grote hersenen, tussenhersenen, hersenstam en kleine hersenen. Functionele zones 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 OPDRACHT 25 BEKIJK DE ONTDEKPLAAT©VAN IN lichaamstemperatuur
spreken en onthouden van betekenis van woorden
levensnoodzakelijke reflexen zoals ademhaling en hartslag B Informatieverwerking Bij het voorbeeld van de baseballspeler leerde je dat sensorische neuronen informatie over de gevangen bal naar de functionele zone voor bewuste gewaarwording van de hersenen geleiden. Je ontdekte ook dat motorische neuronen vanuit de functionele zone voor gewilde bewegingen je armspieren aansturen om de bal weer weg te werpen. Tussen dat opvangen en wegwerpen verwerken de hersenen van de baseballspeler bovendien heel wat informatie over de bal, de omgeving en het lichaam van de speler. Maar hoe beoordelen je hersenen de impulsen? Hoe verwerken ze informatie? En hoe nemen ze dan beslissingen? 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. Om dat beter te begrijpen wordt hieronder het voorbeeld van de zonwering uitgelegd. Om de zonwering 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 zonwering warmt de keuken dan niet verder op. De eerste parameter wordt gemeten met een lichtsensor boven de zonwering; 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 zonwering geactiveerd wordt. pupil- en slikreflex ©VAN IN
lichtsensor
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.
temperatuursensor zonwering
Afb. 103
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 104 zie je een EN-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.
zonwering BA AND X Afb. 104 ©VAN IN 172 tHema 02 HoofDstuk 2
Vul de tabel voor de EN-poort aan als je weet dat het niet werken van de zonwering X door een 0 voorgesteld wordt.
A X
0 0 0 1 0 1 0 1 A B Ook je hersencellen werken als groepen schakelaars samen en verwerken op die manier informatie. Veronderstel even dat neuron A en neuron B op afbeelding 105 sensorische neuronen zijn die toekomen vanuit een thermo- en een fotoreceptor in je hersenen. 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. 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.
X B Afb. 105 ©VAN IN Omdat de hersenen de binnenkomende impulsen over prikkels beoordelen en daarna beslissen hoe je lichaam zal reageren op die prikkels, noemt men de hersenen ook een verwerkingscentrum.
Leg uit waarom je ook deze schakeling van neuronen een verwerkingscentrum mag noemen. Vul de zin aan.
Al naargelang de combinatie van impulsen die neuron X aangeboden krijgt vanuit twee toekomende Je hersenen zijn een verwerkingscentrum. Een verwerkingscentrum beoordeelt informatie over een opgevangen prikkel en beslist welke reactie uitgevoerd zal worden. In de hersenen wordt informatie verwerkt van groepen neuronen. Omdat die verwerking complex is en veel neuronen tegelijk actief zijn, spreekt men van een neuraal netwerk. aan zijn , gaat neuron X aanmaken of niet. De neuronen de input en samen welke output er naar de effectoren gaat. Afb. 106 Groepen neuronen werken samen en vormen een netwerk. 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. In je hersenen zijn er niet alleen veel meer neuronen betrokken bij de verwerking van informatie, ook het aantal verstuurde impulsen en de afgelegde afstand is vele duizenden malen groter. De verwerking in de hersenen is dus veel complexer dan bij een logische schakeling. Men spreekt daarom van neurale netwerken. ©VAN IN
Beantwoord de vragen over de voorgestelde logische poort.
zonwering lichtsensor temperatuursensor BA zonwering BA X OR 1 Is deze uitspraak goed of fout? Leg uit. ‘Bij de OF-poort zal de zonwering enkel geactiveerd worden wanneer én de zon schijnt én de temperatuur voldoende hoog is.’ 2 Vul de tabel voor de OF-poort aan. A X 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 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
