Upload
adriaan-timmermans
View
219
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
1
Inleiding Biofysica
John van Opstal Deel 1: De Biofysica van het Neuron (wkn 1-4) Neurale Communicatie en Leren (5)
Deel 2: Lineaire Systeemtheorie Toepassing op Oogbewegingen (wkn. 6-8)
Bio-Moleculen
Netwerk SystemenMembraan Neuron
nanometerschaal micrometerschaal millimeterschaalcentimeterschaal
Coll 1 Coll 2 Coll 3-4 Coll 5 Coll 6-8
2
Collegestof:
• Syllabi: zie Blackboard onder Course Documents (deel 1 en deel 2)
• Uit ‘Neuroscience’ 3rd/4th/5th edition, Purves et al., Sinauer Assoc., MA, USA Hoofdstukken 1-5, 13 en 19 (pdf file van Ed. 3 boek evt. te downloaden)
• brainfacts.pdf een Neuroscience Primer
• Werkcollege opgaven (‘Assignments’ in BB) Inleveren werkcollege opgaven levert in totaal maximaal 1 extra bonuspunt op.
• Werkcolleges Maandag 15:45-17:30 of Vrijdag 10:45-12:30
Vrijdagen 12:45-13:45 vragenuur bij docent (kamer 0.10 afdeling Biofysica)
3
Basiskennis van de ‘topografie’ van het menselijk brein
7
Dwarsdoorsnede (mid-sagittale sectie) van het menselijk brein
8
Dwarsdoorsnede (coronale sectie) van het menselijk brein
9
Dwarsdoorsnede (andere coronale sectie) van het menselijk brein
10
Neocortex is gelaagd (I t/m VI). Lagen IV en V vormen input en outputvan de neocortex; de overige lagen vormen intra-corticale locale circuits.Ondanks de vele gespecialiseerde gebieden (Brodmann’s areas), is delocale circuitstructuur bijna overal hetzelfde.
11
De bouwstenen van het brein: - astrocyten - gliacellen - neuronen (vele verschillende typen)
12
Een aantal verschillende typen neuronen:
Cerebrale cortex Cerebellum
Retina-IIIRetina-IIRetina-I
hersenstam
13
Axon + myelineDe onderdelen v/e neuron
14
De onderdelen v/e neuron Synapsen en myeline
17
De onderdelen v/e neuron Axon met myeline en knoop van Ranvier
18
19
20
23
Structuur en functie: verschillende corticale gebiedenzijn betrokken bij verschillende functies. Bijvoorbeeld: verwerking en representatie van sensorischeinput. Hier de primaire somatosensorische cortex.
Concept: het receptieve veld van een neuron. = dié verzameling stimuli die het neuron doen vuren
de homunculusde somatosensorischemap
24
Receptief veld van een neuron
25
26
De transmissie van visuele informatie door het CZS
Ocular dominancekolommen (L,R)
L R
V1
V1
27
De visuele wereld wordt in multipele kaarten afgebeeld: V1 – V4
V1
V2
V3V4
Achterstedeel van hethumane brein
28
Meting van het receptieve veld van een neuron in de primaire visuele hersenschors (V1).
Dit neuron is gevoelig voor deoriëntatie van lijnelementenin een bepaald deel van de visuele omgeving (het visuele receptieve veld) .
De oriëntatiegevoeligheidvarieert op een systematischemanier tussen naburige ‘kolommen’in de visuele cortex, en isconstant binnen een kolom.
Hubel & Wiesel filmpjes
34
Membraan scheidt het intracellulaire medium van de buitenwereld.Membraan is semipermeabel voor specifieke ionen (Na+, K+, Cl-, Ca2+).Membraan is volledig permeabel voor watermoleculen.Tussen binnen- en buitenzijde van het membraan heerst een concentratieverschil voor de verschillende ionen.
Wat is hiervan het fysische gevolg?
Hoofdstuk 2: Fysische modelbeschrijving van de
electrische potentiaal over het celmembraan
35
De vier belangrijkste ionen voor neuronen:
36
De Wet van Fick voor diffusie van deeltjes in een inhomogene oplossing
∃Concentratiegradiënt in x-richting; c(x) = N(x)/(YZL)
Flux: D = diffusieconstante = L2/(2Δt)
Flux ≡ #deeltjes per tijdseenheid (∆t) door oppervlakte-eenheid (YZ)
N(x)N(x-L)
37
( ζ = wrijvingscoëfficiënt vd vloeistof)Wordt op het vragenuur behandeld
38
De Nernst vergelijking
Electrische energie v/e ion (valentie z) in electrisch veld (potentiaal V):
Boltzmann: in evenwicht is de kans om een ion in gebied i met potentiaal Vi te vinden:
Membraan: tweegebieden. Binnen (i)
en buiten (o).
De Nernst evenwichtspotentiaal(Doen we op vragenuur)
39
De Nernst evenwichtspotentiaal
IN OUTV=0,
c=20 mM/lV=-58 mV, c=400 mM/l
K+ K+
IN OUTV=+50 mV, C=440 mM/l
V=0 mV, C=50 mM/l
Na+ Na+
Electrostatische kracht
Entropische kracht Electrostatische kracht
Entropische kracht
40
Stel dat het membraan alleenK+ doorlaatbaar is (oranje). Welk potentiaalverschilontstaat er dan a.g.v. eenconcentratieverschil?
De Wet v Nernst:
Geen netto K+ fluxnetto K+ fluxvan 1 naar 2Potentiaalverschil
heft K+ flux op
41
En andersom: de membraanpotentiaalbeïnvloedt de ionconcentraties:
-58 mV is de evenwichtspotentiaal
Netto K+ flux van1 naar 2
Geen netto K+ flux
Netto K+ flux van 2 naar 1
42
Bij een actiepotentiaal verandert de membraanpotentiaal heelsnel, en dientengevolge ook de geleiding voor de Na en K ionen.
Het mechanisme hiervan komt in volgende college aan bod.
44
Deze week:
Bestudeer:• Purves: Hoofdstuk 1, Neuroscience Primer Syllabus: t/m pag. 24
Maak:• Werkcollege: Opg. 1 + 2 pag. 17/18 Opg. 1 - 3 pag. 32