Neurofysiologi och nervsystem

Question 1

Informationsbehandling av ett nervsystem sker i tre steg, vilka?

Answer 1

Sensorisk input, integration och motorisk output.

Question 2

Ge ett exempel på hur informationsbehandling kan se ut.

Answer 2

1. Information tas in, tex i form av en lukt av sensoriska neuroner.
2. Informationen integreras, registreras i hjärnan via interneuroner och mha tidigare kunskap och erfarenhet avgörs att lukten är farlig.
3. Hjärnan signalerar till muskler att de ska röra sig bort från lukten via motorneuroner. motorisk output.

Question 3

Förmedlar alla neuroner information på samma sätt? motivera!

Answer 3

Ja, alla neuroner förmedlar signalerna på exakt samma sätt. Det som avgör är vilka kopplingar neuronen har! Därför har neuroner olika form för olika funktion, tex interneuroner är extremt förgrenade och kan därför kommunicera med tusentals celler, medans vissa andra är mycket lite förgrenade för att tex sammankoppla två celler.

Question 4

Vad räknas som det centrala nervsystemet (CNS) och det periferala nervsystemet (PNS)?

Answer 4

I många djur är celler som organiserar nervsignaler samlade i kluster, tex hjärna eller ganglia, dessa celler ingår i CNS. De celler som förmedlar signaler till och från CNS ingår i PNS.

Question 5

Vilka tre olika typer av nervceller har vi? Beskriv dem kort.

Answer 5

Sensoriska neuroner: nervceller i sinnesorgan som samlar in information i en ände och förmedlar vidare informationen till celler i CNS för vidare behandling.

Interneuroner: nervceller i CNS som har korta och många förbindelser för att snabbt kunna förmedla information till många olika celler.

Motoriska neuroner: nervceller med långa axoner i det perifera nervsystemet som tar emot signaler från CNS och förmedlar signaler långt ut till tex muskler.

Question 6

Redogör för de tre olika typerna av gliaceller.

Answer 6

Astrocyter: En viktig del av blod/hjärnbarriären genomatt vara selektiva för vad som går in och ut ur kapillärer, kontrollerar den extracellulära jonmiljön av neuroner.

Mikrogliaceller: Fagocyterar nervcellernas nedbrytningsprodukter och degraderar nervceller som är gamla etc. Har även en roll vid immunresponsen.

Oligodendrocyter: producerar myelin som bildar ett isolerande hölje runt axon i CNS vilket gör att signaleringen går mycket snabbare. Kallas Schwannceller i PNS.

Question 7

Vad innebär en “graderad potential”?

Answer 7

En graderad potential uppstår i postsynapsen när en signal tagits emot, och blir svagare med tid och avstånd. Graderade potentialer varierar i storlek beroende på stimulansstyrkan:
mer neurotransmittor → fler jonkanaler öppnas → större magnitud av graderad potential

Question 8

Varför minskar en graderad potential i styrka med avstånd?

Answer 8

på grund av:
- läckage av laddade joner över membranet
- elektrisk resistens hos cytoplasma
- membranets elektriska egenskaper

Question 9

Vad menas med tröskelvärde (threshold)?

Answer 9

Tröskelvärdet innebär det värde en membranpotential/graderad potential behöver komma över för att en aktionspotential ska uppnås i axon hillock och föras vidare i axonet.

Question 10

Vad menas med allt-eller-intet händelse (förlopp) beträffande aktionspotentialen?

Answer 10

Med allt eller inget menar man att när tröskelvärdet för en aktionspotential faktiskt uppnåtts finns det ingen återvändo, då kommer signalen att gå vidare till nästa cell no matter what.

Question 11

Vad menas med en nervs refraktärperiod (absolut och relativ refraktärperiod)?

Answer 11

Med refraktärperiod menar man den period då ingen ny signal kan äga rum.

• absolut refraktärperiod orsakas av att Na+ kanaler har en låst konformation efter att de stängts efter att aktionspotentialen förmedlats (för att förhindra att signaler går bakåt) så ingen signal sker även om tröskelvärdet överskrids med ett impuls.
• relativ refraktärsperiod som orsakas av att K+ kanaler är öppna längre → läcker ut samt att några Na+ öppnas vilket ger en lägre membranpotential än vilopotentialen tills dess att den återställts.

Question 12

Vilka faktorer avgör hastigheten på en signal genom axonet?

Answer 12

• Myelinisering: isolerar axonet, får signal att gå snabbare genom att “hoppa” mellan noderna mellan myelinskidorna (Ranviers nod).
• Diameter på axonet (+motstånd): Axoner med stora diameters leder APs mycket snabbare och det inre motståndet minskar
• Temperatur: Öppning och stängning av spänningsreglerade jonkanaler är temperaturberoende, vissa temperaturer är mer optimala.

Question 13

Vad innebär saltatorisk impulsöverföring?

Answer 13

Saltatorisk impulsöverföring innebär att aktionspotentialen “hoppar” fram på axonet i Ranviers noder (mellanrummen mellan myelinskidor/schwannceller). Där myelinet sitter finns inga jonkanaler utan endast jonkanaler i noderna öppnas och stängs.

Question 14

Redogör för aktionspotentialens spridning i ett axon med/utan myelinskida.

Answer 14

I ett axon utan myelinskidor förs aktionspotentialen framåt av öppnande av Na+ kanaler följt av stängning och öppnande av K+ kanaler, där kanalerna finns över hela axonet. Går “långsamt”. Vid sjukdomar som orsakar demyelinisering “läcker” strömmen ut vilket försvagar signalen.

I ett axon med myelinskidor “hoppar” signalen mellan mellanrummen mellan myelinskidorna vilket gör att signalen går mycket snabbare.

Question 15

Det är aktionspotentialsfrekvensen som förmedlar information i nervsystemet, men vilka faktorer påverkar denna frekvens?

Answer 15

• ökat stimuli ger ökad frekvens
• maximal frekvens begränsas av den absoluta refraktärsperioden.

Däggdjursnerv kan leda 500–1000 AP per sekund!!!

Question 16

Neuroner kommunicerar med andra
celler vid synapser, vilka typer av synapser finns och hur fungerar dem kortfattat?

Answer 16

Elektriska och Kemiska synapser.
Elektriska synapser har gap junctions mellan post- och presynaps genom vilka joner och dylikt passerar snabbt.

Kemiska synapser har vesiklar fyllda med neurotransmittorer i presynapsen som utsöndras och diffunderar till postsynapsen när en aktionspotential når presynapsen. Neurotransmittorerna binder till receptorer som öppnar jonkanaler vilket genererar en graderad potential i postsynapsen som antingen leder till att signalen avslutas eller går vidare.

Question 17

Vad händer med neurotransmittorerna efter att respektive jonkanaler öppnats?

Answer 17

Neurotransmittorer tas snabbt bort från den synaptiska klyftan för att göra en ny signal möjlig, antingen genom att de 1. återtransporteras in i presynapsen (direkt eller via gliaceller) för återanvändning, 2. bryts ner av enzymer eller 3. diffunderar ut ur klyftan. Ofta en kombination.

Question 18

Förklara kortfattat hur det går till när acetylcholine återanvänds i kemiska synapser.

Answer 18

Acetylcholine (ACh) släpps ut i den synaptiska klyftan, binder till receptor och öppnar/stänger jonkanal, enzymet acetylcholinesteras bryter ner ACh till choline och acetat. Choline transporteras sedan in i presynapsen igen och används för att syntetisera mer acetylcholine.

Muskelceller använder detta för att snabbt kontrahera och slappna av. Många toxiner blockerar acetylcholinesteras vilket gör att muskler inte kan slappna av (tex botox eller jaktbedövningsmedel)

Question 19

Vilka typer av receptorer hittar man i postsynapser?

Answer 19

Jonotrofa och metabotrofa receptorer.

Question 20

Förklara skillnaden på jonotrofa och metabotrofa receptorer.

Answer 20

Jonotrofa receptorer är jonkanaler, ger alltså en direkt öppning/stängning av kanalen när NT binder. Tex nicotinamide-ACh receptorer. Detta ger en snabb och kortvarig effekt.

Metabotrofa receptorer är i sig ingen jonkanal, utan bindningen av ligand till receptor sätter igång en signalkaskad som indirekt leder till att jonkanaler öppnas/stängs, ofta G-protein kopplade receptorer. Ger ofta en långsammare men långvarig effekt på joninflödet.

Question 21

På det postsynaptiska membranet
förekommer 2 kategorier av potentialer, vilka?

Answer 21

EPSP (exitatory post-synapse potential): leder till en depolarisering av membranet och ökar sannolikheten för att en AP uppstår i celler som tog emot signalen.

IPSP (inhibitory post-synapse potential): leder till en hyperpolarisering av membranet och minskar sannolikheten för en ny aktionspotential att uppstå.

Question 22

Vad innebär summering av postsynaptiska potentialer?

Answer 22

Summering innebär att signaler som kommer nära inpå varandra läggs ihop och ger en netto potentialändring. Detta innebär tex att två excitatoriska potentialer kan läggas ihop för att komma över tröskelvärdet för en aktionspotential och generera en AP (fast de inte hade nått upp till det för sig) eller att en inhibitorisk potential drar ner en excitatorisk under tröskelvärdet, så att en AP inte genereras även fast den excitatoriska hade räckt.

Question 23

Vilka typer av summering finns det och vad innebär de olika typerna?

Answer 23

Temporal summering: Signaler kommer tätt inpå till samma synaps, tillräckligt nära i tid för att påverka varandra.
Spatial summering: Signaler kommer till olika synapser nära i tid vilka påverkar varandra.

Question 24

Det centrala och perifera nervsystemet i däggdjur (hjärna och ryggmärg) utgörs av grå och vit massa. Vad består dessa av och vart är de placerade i hjärna/ryggmärg?

Answer 24

Grå massa består främst av omyleniserade neuroncellkroppar och dendriter . Vit massa består av buntade myeliniserade axoner. I ryggmärgen återfinns den vita massan i utkanten medan den grå är inuti, detta speglar dess roll i att överföra signaler från PNS till CNS samt kunna generera reflexer oberoende av hjärnan. I hjärnan ligger den grå massan i utkanten medan den vita massan utgör innanmätet.

Question 25

Vad är en reflex? Hur går det till när en reflexiv rörelse sker?

Answer 25

En reflex är kroppens automatiska svar på vissa stimulanser, ofta för att skydda kroppen mot olika saker. När ett stimuli upplevs som är kopplat till en reflex går information om stimulit direkt till ryggmärgen in i den grå materian som triggar motorneuroner att kontrahera för att utföra den reflexiva rörelsen.

Question 26

Det perifera nervsystemet består av afferenta och efferenta neuroner, vad är skillnaden på dessa?

Answer 26

Afferenta neuroner tar in information och förmedlar det till CNS, exempelvis sinnesreceptorer. Efferenta neuroner förmedlar ut information från CNS till olika delar av kroppen, exempelvis till muskler för att då dem att röra sig.

Question 27

De efferenta neuronerna är kopplade till två olika system, det autonoma nervsystemet och det motoriska systemet. Vilka är de tre centrala delarna av det autonoma systemet och vad är deras funktion kortfattat?

Answer 27

Det autonoma systemet delas upp i det sympatiska-, parasympatiska- och det enteriska systemet, alla icke viljestyrda.

Aktivering av det sympatiska systemet leder till en upphetsning och energigenerering: ”fight-or-flight”-svaret. Aktivering av det parasympatiska systemet innebär en motsatt effekt, alltså mot ett vilostadium: “rest and digest”. Dessa två system jobbar tillsammans och aktivering av det ena leder till att det andra kommer igång för att balansera upp det - antagonistiska system.

Det enteriska systemet är separat och kontrollerar matsmältningskanalen, bukspottkörteln och gallblåsan.

Question 28

Jämför det sympatiska och det parasympatiska nervsystemet, skillnader/likheter?

Answer 28

Det sympatiska nervsystemet är ett svar på stress (tex yttre fara) och triggar fight or flight: Tex. hjärtat slår snabbare, vidgar luftvägar, matsmältningen hämmas, levern omvandlar glykogen till glukos och binjurens medulla ökar utsöndringen av adrenalin. Allt för att göra kroppen redo för att fly/slåss och stänger av processer som inte är nödvändiga tex urinering/matsmältning.

Det parasympatiska systemet sätter igång en återgång till viloläge: sänker hjärtrytmen, stimulerar matsmältningsystem, urinering, salivproduktion, minskar luftvägar, stimulerar insulinproduktion mm. Allt för att motverka de förändringar som det sympatiska triggat igång och få tillbaka kroppen till viloläge.

Det finns en del morfologiska skillnader mellan systemen. Nerverna i det sympatiska systemet utgår från mittdelen på ryggmärgen (thoracic och lumbar spine) och bildar ganglion nära ryggmärgen. Nerverna i det parasympatiska systemet utgår från ryggmärgen i basen av hjärnan och i basen av ryggmärgen (cranial och sacral spine) och formar ganglion nära målorganen. De preganglioniska neuronerna i båda systemen använder acetylcholine (ACh) som NT, medan neurotransmittorn i de postganglioniska neuronerna skiljer sig mellan systemen: Parasymp använder ACh, medan det sympatiska använder noradrenalin. Denna skillnad i NT mellan systemen gör att de ger olika effekt i målorganen.

Question 29

Däggdjurshjärnan utvecklas från en neural-list som bildas tidigt i embryoutvecklingen och denna differentierar sig i tre delar, vad kallas dessa delar och vad är deras centrala funktioner?

Answer 29

Fram-, mellan och bakhjärna. (forebrain, midbrain, hindbrain).

• Framhjärnan bildar bl.a. luktloben (olactory bulb) och cerebrum, och dess funktioner inkluderar sensorisk input, sömnreglering, inlärning och komplex processering.
• Mellanhjärnan är placerad centralt i hjärnan och koordinerar trafik av sinnesintryck till olika delar av hjärnan.
• Bakhjärnan bildar bl.a. lillhjärnan (cerebellum) och kontrollerar ofrivilliga aktiviteter såsom blodcirkulation och koordinerar motoriska aktiviteter som rörelse.

Question 30

Alla däggdjur har alltså en hjärna bestående av samma delar, men ändå ser de väldigt olika ut i sin adulta form. Varför?

Answer 30

Evolutionen har lett till att storlek på de olika delarna av hjärnan matchar funktion. Tex så behöver fiskar som aktivt simmar en större bakhjärna (koordination av motorik) än en nejonöga som sitter stilla hela tiden. Fåglar har en stor framhjärna och stor cerebellum för att kunna orientera sig bra och röra sig bra, men deras framhjärna är slät jämfört med människors som har otroligt stor yta vilket ger en mycket med utvecklad kognitiv förmåga.

Question 31

Vilka delar av hjärnan utvecklas fram-, mellan och bakhjärna till i en adult människa?

Answer 31

Framhjärnan blir cerebrum (cortex och basal nuclei), talamus, hypotalamus och hypofysen (pituitary gland), mitthjärnan blir en del av hjärnstammen (övre) och bakhjärnan blir dels pons och medulla som också bildar hjärnstam (nedre). Bakhjärnan bildar också lillhjärnan (cerebellum)

Question 32

Vad är hjärnstammens viktigaste funktion?

Answer 32

Hjärnstammen (mitthjärna, pons, medulla) förbinder båda hjärnhalvorna med ryggmärgen!

Question 33

Vad kallas den struktur som förbinder hjärnhalvorna?

Answer 33

Corpus callosum.

Question 34

Vad är lillhjärnans (cerebellum) funktion?

Answer 34

Lillhjärnan är viktig för samordning och felkontroll under motoriska, perceptuella och kognitiva funktioner. Involverad i lärande och muskelminne och central i vår känsla för equilibrium.

Question 35

Vilken information tas in genom den förlängda nerven (reticular formation) och vad är dess funktion?

Answer 35

Den förlängda nerven tar in information från ögon och andra sinnesorgan och filtrerar informationen, blockerar välbekant och repetitiv information som ständigt kommer in i nervsystemet och den filtrerade informationen skickas sedan till olika delar av hjärnbarken (cerebral cortex).

Question 36

Vi vet idag att sömn är viktigt, även om vi inte riktigt klarlagt dess funktion. Vad vet vi om sömn idag?

Answer 36

Även fast man ser inaktiv ut när man sover är hjärnan högaktiv under sömnen. Sömn är ett tillstånd där yttre stimuli tas emot men inte medvetet uppfattas. Många studier har visat att delar av hjärnan som är aktiva vid inlärning och minne även är aktiva under sömn, och personer som blivit utsatta för sömnbrist har visat på sämre inlärningsförmåga. Vakenhet och sömncyklar kontrolleras av dels av hjärnstammen genom den retikulära formationen som känner av REM sömn mm, men även av cerebrum via biologiska klockor. Däggdjur har suprachiasmatic nuclei (SCN) i hypotalamus som reagerar på externa stimuli för att reglera cellaktivitet och genuttryck.

Question 37

Vad menas med “det limbiska systemet”? Vilka funktioner har detta system?

Answer 37

Det limbiska systemet avser de delar av hjärnan som är inblandade i formation och bearbetning av känslor: amygdala, hippocampus och delar av thalamus och angränsar runt om hjärnstammen. Det limbiska systemet skapar, lagrar och processar känslor som tex positiva känslor när man gjort något som är bra för överlevnad, tex äta eller ha sex. Eller så kan det lagra information om något som förknippas med en farlig situation, vilket kan trigga igång fight or flight snabbare om en liknande situation uppstår. I lagringen av känslomässiga minnen är amygdalan central.

Question 38

I hjärnan finns flera ventriklar, vad är de fyllda av och vad är deras funktion?

Answer 38

Hjärnans ventriklar är fyllda med cerebrospinalvätska och är omgiven av ependymala celler som är väldigt selektiva i transport in och ut, en del av blod-hjärnbarriären. Cerebrospinalvätskan innehåller metaboliter, näringsämnen, joner osv som hjärnan behöver och ventriklarna gör att alla hjärnans delar kan förses med det som behöver.

Question 39

Var bildas cerebrospinalvätska, vart tar den vägen och vilken funktion har den?

Answer 39

Cerebrospinalvätska bildas i hjärnan (plexus corideus) genom filtrering av arteriellt blod. Cerebrospinalvätska fyller hjärnans ventriklar, omger hjärnan i skallen och flyter genom ryggmärgen. Funktionerna av cerebrospinalvätska är många, tex runt hela hjärnan för att inte skadas när huvudet rör sig (motståndskraftigt mot skakningar) men också för att cirkulera runt metaboliter, joner osv.

Spindelvävshinna sticker ut genom vili i det inre hjärnmembranet och in i venösa systemet för att göra sig av med slaggprodukter osv.

Question 40

Vad är blod-hjärnbarriären och vilka betydelser har den?

Answer 40

Blod-hjärnbarriären är en avgränsning mellan blodsystemet och hjärnan som är till för att skydda och verka selektivt på vad som tas in och ut ur hjärnan. Utgörs dels av ependymala celler i ventriklar och astrocyter vars “fötter” täcker kapillärer i hjärnan för att kunna selektera vad som kommer in/ut.

Question 41

Vilka ämnen tas in genom blod-hjärnbarriären och hur?

Answer 41

Syre kan diffundera fritt över, även andra små gaser. Glukos är extremt viktigt och hjärnan står för ca 50% av kroppens glukosförbrukning. Tas in med transportproteiner. Även små molekyler som alkohol kan ta sig genom, och mediciner som ska in i hjärnan behöver specialanpassas för att kunna ta sig genom barriären.

Question 42

De flesta sinnespathways tar samma väg i hjärnan, men vissa sticker ut. Vilka?

Answer 42

smak, känsel, hörsel och syn tar alla vägen genom talamus och ut till olika cortex där de integreras, men lukt går direkt till hjärnan genom luktloben till luktcortex och balans går direkt till lillhjärnan.

Question 43

hjärnan delas upp i fyra lober, vilka?

Answer 43

1. Frontallob som innehåller bl.a. talcentrum och motorisk cortex.
2. parietallob som innehåller somatosensorisk cortex, smakcentrum, läsning.
3. temporallob som innehåller lukt och hörselcentrum
4. occipitallob som innehåler syncentrum

Question 44

Hur fungerar kommunikation mellan somatosensoriskt cortex och motoriskt cortex?

Answer 44

Sensorisk information kommer från två källor, dels från receptorer på olika delar av kroppen som tar in information om beröring, smärta, tryck, temperatur och läget för muskler och lemmar, och denna information kommer in via talamus och in i somatosensoriskt cortex. Övriga sinnesintryck kommer från sensoriska organ som ögo, öron osv. Den information som kommer in i somatosensoriskt cortex och olika sinnescortex går till frontalloben som planerar eventuella svar, som tal eller rörelse och dessa planer översätts sedan till aktionspotentialer som startar i motoriskt cortex och ut till de delar av kroppen som ska röra sig.

Question 45

Vad menas med central lateralisering?

Answer 45

Att hjärnhalvorna är ansvariga för olika saker men komminucerar via corpus callosum som är tjocka band av axoner. Den högra halvan av hjärnbarken styr vänster sida av kroppen, och vice versa.
* Den vänstra hjärnhalvan är mer involverat i
språk, matematik, logik och bearbetning av seriesekvenser
* Den högra hjärnhalvan är starkare vid
mönsterigenkänning, icke-verbalt tänkande och känslomässig bearbetning

Question 46

Hur fungerar inlärning?

Answer 46

Korttidsminne består av temporära kopplingar i hippocampus. Om vi vill komma ihåg något längre behövs mekanismer för långtidsminne och då ersätts de temporära kopplingarna med permanenta kopplingar i cerebral cortex. Inlärning kan uppstå när nervceller gör nya anslutningar eller när styrkan hos befintliga neurala anslutningar ändras. Nervceller gör flest nya kopplingar upp till 3 års ålder, efter det är det mest styrkan i kopplingar som ändras, man kallar det långsiktig potentiering. När man lär sig något helt nytt (inte bara en påbyggnad av något existerande) behövs nya kopplingar göras, likt utveckling och tillväxt av hjärnan.

Question 47

Hur fungerar långsiktig potentiering?

Answer 47

I ryggradsdjurshjärnan innebär långsiktig
potentiering (LTP) en varaktig ökning av styrkan i synaptisk överföring:
LTP involverar en presynaptisk neuron som frigör signalsubstansen glutamat. LTP involverar två typer av glutamatreceptorer på
den mottagande cellen, öppna och lagrade receptorer. När en synaps är aktiv och Glut strömmar in aktiverar det lagrade receptorer att sätta sig i membranet. Vid nästa signal går signalen snabbare och effektivare. Receptorerna på det postsynaptiska membranet förändras alltså som svar på en stimulans.