zintuigen / zintuigcellen: Receptoren van prikkels,

1. zintuigen / zintuigcellen: Receptoren van prikkels, stimuli

2. zenuwcellen sensorische informatie van omgeving naar CZS “ pseudo-unipolair neuron” de impulsen die in de dendrieten worden opgewekt kunnen rechtstreeks aan het axon worden afgegeven zonder het perikaryon te passeren Cellichaam (perikaryon) in dorsaal ganglion Dendrieten Cel lichaam Axon Cellichaam 80 µm Motor neuron Sensibel neuron Schakel neuron Motor-neuron Motor neuron Stuurt signaal naar effector (spier) Ontvangt signaal, stimulus van receptor Integreert signalen (hersenen ganglia) Stuurt signaal naar effector (spier, klier)

3. sensorische cel • zintuigcel • gespecialiseerde epitheelcel • gespecialiseerd neuron • sensorisch orgaan zintuigorgaan • structuur (in sens. cel) reageert op specifieke stimulus Sensorische receptor zet een stimulus (binnen of buiten het lichaam) om in een verandering van membraanpotentiaal; receptorpotentiaal ionkanaaltjes ! stimulus: een vorm van energie

4. Zintuigcellen type receptor; bouw Twee typen zintuigcellen (bouw) 1) Gespecialiseerd neuron Actiepotentiaal →Neurotransmitters gevoelige cel in epidermis met eigen uitloper (axon) • uitloper tot in hersenen bv. in neus en oog • uitloper tot ruggenmerg bv. pijn-, temp-, drukgevoeligheid 2) gespecialiseerde epitheelcel Neurotransmitters epitheelcel zonder eigen uitloper, die in contact staat met vele dendrieten van een echte zenuwcel (neuron) bv. in gehoor-, evenwicht-, smaakzintuigen

5. stimulus receptorpotentiaal Stimulus vorm van energie (fysisch of chemisch) licht, temp., druk, chemicaliën, positie lichaam Zintuiglijk ‘pad’ 1) ‘Ontvangst’ door receptor, sensorische cel (‘reception’) gespecialiseerd om op specifieke stimulus te reageren: zéér gevoelig!! nm, foton, molecuul 2) Transductie verandering membraan-potentiaal; openen/sluiten ion-kanalen 3) Transmissie receptorpotentiaal triggert ‘actiepotentialen’ die via axon naar het CZS verplaatsen (axon v receptorcel zélf, óf v ‘n sensorisch neuron) 4) Integratie en Perceptie verwerken & gewaarwording door czs

6. Ontvangst Transductie Transmissie Perceptie 1) Gespecialiseerd neuron Zwakkereceptorpotentiaal Actie potentialen –50 Membranapotentiaal (mV) Membranepotential (mV) 0 –70 –70 geringe buiging:zwakke stimulus 0 1 2 3 4 5 6 7 Waarneming kleine buiging. Dendrieten Time (sec) Rekreceptor 2 4 1 Axon 3 Brein Spier Waarneminggrote buiging Actie potentialen Grote buiging:sterke stimulus 0 Membranepotential (mV) Sterke receptorpotentiaal 1) Receptie ‘ontvangst’ stimulus (rek-receptor in spier) 2) Transductie stimulus omzetten: receptorpotentiaal in cellichaam 3) Transmissie actiepotentialen door axon naar brein 4) Perceptie gewaarwording kleine buiging –50 Membraanpotentiaal (mV) –70 Reception 1 1 2 3 4 5 6 7 0 –70 Time (sec) 2 3 4 Sterkte receptorpotentiaal ↑, dan frequentie actiepotentialen ↑

7. Ontvangst Transductie Transmissie Perceptie “Haartjes” vanzintuigcel Neuro-trans-mitter insynaps meerneuro-trans-mitter minderneuro-trans-mitter Sensorischneuron –50 –50 –50 Receptor potentiaal –70 –70 –70 Membraanpotentiaal (mV) Membraanapotential (mV) Membraanpotentiaal (mV) Actie potentialen 0 0 0 Signaal Signaal Signal –70 –70 –70 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 Time (sec) Time (sec) Time (sec) 2) gespecialiseerde epitheelcel (b) Buiging van de haartjes in de ene richting (c) Buiging van de haartjes in de andere richting (a) Geen buiging van de haartjes sterkte receptorpotentiaal ↑, hoeveelheid neurotransmitter↑, frequentie actiepotentialen in sensorisch neuron ↑

8. 8 2) gespecialiseerde epitheelcel haartjes van zintuigcel 10% 0% 100% Kans dat het ionkanaaltje open staat

9. Ontvangst Transductie Transmissie Perceptie fysisch of chemisch signaal openen/sluiten ion-kanalen verandering membraan-potentiaal (=receptorpotentiaal) Verandering van transductie Versterking (amplification) • signaaltransductie met secondary messengers (door enzymen gekatalyseerde reacties: 1 enzym → meerdere signaalmoleculen) • in bijbehorende accessoire structuren van een complex zintuigorgaan (bijvoorbeeld oor) Adaptatie (zintuigadaptatie) vermindering van de reactie bij continue stimulering zitten, kleding, etc.

10. Ontvangst Transductie Transmissie Perceptie verwerken van de actiepotentialen; perceptie actiepotentialen: ‘alles of niets’ principe actiepotentialen zien er hetzelfde uit onafhankelijk van de trigger (licht, geluid, etc) Perceptie bestaat niet buiten de hersenen !! kleur, geur, geluid, smaak actiepotentialen via (zintuig)neuronen → brein onderscheid tussen de diverse triggers: afhankelijk van de locatie van binnenkomst in hersenen

11. Receptoren type receptor; aard prikkel BBC-DVD “Supersense” (2006; oorspronkelijke uitzending ’88/’89) ‘Amazing effects reveal the secretes of animal perception’ typen zintuigcellen (= receptoren) naar de aard prikkel • Mechanoreceptoren • Chemoreceptoren • Electromagnetische receptoren • Thermoreceptoren • Pijnreceptoren

12. Receptoren type receptor; aard prikkel Mechanoreceptor Neemt fysische vervorming veroorzaakt door mechanische energie waar druk, tast, rek, beweging, geluid (haren) ionkanalen gekoppeld aan externe celstructuren (cytoskelet) interne celstructuren buigen, rekken celstructuur verandering permeabiliteit ionkanaal verandering membraanpotentiaal = receptorpotentiaal actiepotentiaal // óf // neurotransmitter bv dia 6, 7

13. Receptoren type receptor; aard prikkel (a) Rattlesnake (b) Beluga whales Electromagnetische receptoren detectie diverse vormen van electromagn energie infra-rood receptor • zichtbaar licht • electriciteit • magnetisme bv fotoreceptoren in oog

14. Receptoren type receptor; aard prikkel 0.1 mm chemoreceptoren • algemeen info totale oplossing (bv osmoreceptor) • specifiek reageren op individuele moleculen, glucose, O2, CO2, aminozuren sex feromonen Geur, Smaak

15. Receptoren type receptor; aard prikkel thermoreceptoren • detecteren warmte en kou • in huid en anterior hypothalamus (lichaamsthermostaat in posteriore hypothalamus) • worden bv geactiveerd door (receptoren voor hoge temp:) capsaicin (zit in peper) (receptoren voor lage temp:) menthol pijnreceptoren in huid bijvoorbeeld naakte dendrieten verdedigende, werende, vlucht reactie

16. type receptor; aard prikkel Haar Kou Zachteaanraking Pijn Warmte Epidermis ? Dermis Mechanoreceptor Chemoreceptor Electromagn receptor Thermoreceptor Pijnreceptor Hypodermis Beweging haar bindweefsel Sterkedruk Zenuw Receptoren in Huid Fig. 50-3

17. 17 zintuig vereniging van zintuigcellen tot één orgaan vaak vindt hier ook nog versterking van het signaal plaats

18. Zintuigen Gehoor, balans Gehoor en balans (zwaartekracht) Mechanoreceptoren detectie • beweging vloeistof • bezinken van deeltjes buigen celoppervlaktestructuren http://www.schooltv.nl/beeldbank/clip/20060411_gehoorapparaat01

19. Zintuigen Gehoor, balans Middenoor Buitenoor Binnenoor Stijgbeugel half cirkelvormige kanalen aambeeld Hamer Gehoorszenuw Cochlea; slakkenhuis Ovalevenster Rondevenster Trommel- vlies Gehoor mens Mechanoreceptor Schedel Buis van Eustachius uitwendige gehoorgang Oorschelp

20. Zintuigen Gehoor, balans Slakkenhuis, ‘uitgerekt’ Axonen van zintuigneuronen Apex Ovale venster stijgend kanaal Stijgbeugel Trilling, drukgolf Basilair membraan v ‘t cochlear kanaal Dalendkanaal Basilair membraan Vloeistof(perilymph) Rondevenster

21. Zintuigen Gehoor, balans Drukgolf Slakkenhuis, ‘doorsnede’ Bot Cochlearkanaal Gehoors zenuw Stijgend (Vestibulair)kanaal Dalend (Tympanic)kanaal basilair membraan Orgaan van Corti

22. Zintuigen Gehoor, balans Tectoriaalmembraan Haarcellen Axonen vansensorische neuronen Basilairmembraan Naar gehoorszenuw Orgaan v Corti

23. Zintuigen Gehoor, balans “Haren” vhaarcel Neuro-trans-mitter bijsynaps Meerneuro-trans-mitter Minderneuro-trans-mitter Sensorischneuron –50 –50 –50 Receptor potentiaal –70 –70 –70 Membraanpotentiaal (mV) Membraanpotentiaal (mV) Membraanpotentiaal (mV) Actie potentialen 0 0 0 Signaal Signaal Signal –70 –70 –70 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 Tijd (sec) Tijd (sec) Tijd (sec) (a) Geen buiging van haren (b) Buiging van haren in de ene richting (c) Buiging van haren in de ander richting haren bewegen meer of minder; frequentie actiepotentialen hoger, of lager Volume (hard/zacht) verschillende locaties in slakkenhuis (op basilair membraan) Toonhoogte (frequentie)

24. Zintuigen Gehoor, balans 500 Hz(lage toon) 1 kHz Flexibel eind vbasilair membraan Apex 2 kHz Basilair membraan 4 kHz 8 kHz Base(stijf) 16 kHz = 16 000 Hz(hoge toon) Slakkenhuis, ‘uitgerekt’ cochlear kanaal

25. http://www.bcm.edu/oto/research/cochlea/Hearing/ Filmpje: Moriussaq A Case Study in Hearing

26. Zintuigen Gehoor, balans Evenwicht utricle en saccule; positie lich en lineaire versnellingen otholiths = gehoorsteentjes (kleine calciumcarbonaat deeltjes) half cirkelvormige kanalen; draaiing hoofd Flow of fluid Vestibular zenuw Cupula Hairs Haircells Axons Vestibule Utricle (hor) Body movement Saccule (verticaal)

27. Zintuigen Smaak, reuk mens: zoet 1 type receptor zuur zout bitter > 30 typen receptor ‘umami’ 1 type receptor Smaak / Reuk Chemoreceptor Waterdieren; geen verschil smaak en reuk ! Zoogdieren Smaak Smaakpapillen op tong 5 smaak percepties: zoet, zuur, zout, bitter, ‘umami’ niet gebonden aan regios op tong! transductie: zie Campbell depolarisatie; release neurotr; sens. neuron; actiepot naar brein

28. Zintuigen Reuk Brein Actie potentialen Olfactorybulb Odorants Nasal cavity Bot Epitheelcel Odorantreceptors (GPCR) Chemo-receptor Plasmamembraan Cilia Odorants Mucus Reuk sensoren zijn gespecialiseerde neuronen: directe geleiding signaal van receptorcellen naar hersenen

29. Zintuigen Gezichtsvermogen Gezichtsvermogen vertebraten electromagnetische (licht)receptor filmpje “view”

30. vaatvlies (Choroidea); gepigmenteerd harde oogvlies oogwit (Sclera) corpus ciliare met kringspieren netvlies (retina) neuronen en fotoreceptoren Lensvezels gele vlek (fovea centralis) Cornea hoornvlies Iris Oogzenuw Pupil voorste oogkamer Lens Centrale slagader en ader van de retina Glasachtig lichaam Blinde vlek pigmentlaag tussen netvlies en vaatvlies

31. Zintuigen Gezichtsvermogen Lens: elastisch, neiging tot bollen. Ouder worden: platter veranderen vorm van lens Scherpstellen Ontspannen Ciliary spieren Samentrekken Kringspieren Choroid Suspensoryligaments pullagainst lens. Lensvezels ontspannen Retina Lens wordt dikker en ronder Lens wordt platter (a) Dichtbij zien (b) Veraf zien

32. Zintuigen Gezichtsvermogen veranderen vorm van lens Scherpstellen: NB de lens projecteert het beeld omgekeerd op het netvlies! Boven/Beneden & Links/Rechts Ontspannen kringspieren Samentrekken Kringspieren Choroid Lensvezels ontspannen Lensvezels gespannen Retina Lens wordt dikker en ronder Lens wordt platter (a) Dichtbij zien (b) Veraf zien

33. Zintuigen Gezichtsvermogen Staafjes (rods) en kegeltjes (cones) twee typen fotoreceptoren (in netvlies, retina) Staafjes • geen onderscheid kleur visueel pigment rhodopsine • gevoelig voor licht/donker • zien ‘s nachts • mens ca 6x106 kegeltjes Kegeltjes • drie soorten: rood, groen, blauw visueel pigment photopsine • onderscheiden van kleur (overlap) • mens ca 125x106 staafjes nachtdieren veel meer staafjes dan kegeltjes; beperkte kleurenzicht MENS ratio staafjes:kegeltjes neemt toe met toename afstand van gele vlek

34. Zintuigen Gezichtsvermogen Staafje Outersegment INSIDEOF DISK Disks cis isomer Licht Enzymen Cellichaam CYTOSOL Retinal Synaptisch uiteinde trans isomer Rhodopsin Opsin Retinal opsine + retinal Lichtabsorberend pigment Refractaire periode; het regenereren van rhodopsine, kost tijd!

35. Zintuigen Gezichtsvermogen pigment rhodopsine opsine-retinal-complex Licht: • cis-retinal word trans-retinal • activatie rhodopsine; retinal + opsine; “bleken” • signaaltransductie • sluiten Na+ kanalen • hyperpolarisatie Wanneer enzymen retinal terug brengen naar cis-vorm: komt rhodopsine weer in z’n inactieve staat. Dit duurt even ! (effect wanneer abrupt van licht naar donker)

36. Gezichtsvermogen Donker Licht Rhodopsin inactief Rhodopsin actief Na+ kanaaltjes open Na+ kanaaltjes dicht Staafje gedepolariseerd Staafje gehyperpolariseerd Geen glutamaterelease Glutamaterelease Bipolaire cel ofgedepolariseerd, ofgehyperpolariseerd Bipolaire cel ofgedepolariseerd, ofgehyperpolariseerd

37. Zintuigen Gezichtsvermogen kegeltjes Kleurperceptie 3 visuele pigmenten, photopsines retinal met 3 verschillende opsine eiwitten Elk eigen optimale golflengte Rood, Blauw, Groen Echter wel overlap! intermediaire kleuren differentiële stimulatie van twee of meer klassen kegeltjes Kleurenblindheid Genen voor rode en groene pigmenten: op X chromosoom kleurenblindheid vaker bij mannen

38. Zintuigen Gezichtsvermogen Verwerken visuele informatie Staafjes Kegeltjes bipolaire neuronen ganglioncellen horizontale cellen integratie signalen voordat ze naar de hersenen gaan amacrien cellen Laterale inhibitie contrast ‘Receptive field’ de verzameling staafjes en kegeltjes die één ganglion ‘voeden’ Ganglioncellen van de gele vlek: klein ‘receptive field’: scherp beeld!

39. Gezichtsvermogen Retina vaatvlies Fotoreceptors Neuronen Retina Staaf Kegel Fig. 50-23 Licht Naar hersenen Optische zenuw Licht Ganglioncel Amacrinecell Horizontalecel Optischezenuw axonen Bipolairecel Pigmentlaag

40. Zintuigen Gezichtsvermogen Complementaire kleuren kleuren (lichtbronnen) die samen wit licht vormen dit is iets anders als mengen van pigmenten!! rood groen geel paars blauw oranje Een tijd kijken naar rood: rode kegeltjes raken ‘vermoeid’ Daarna kijken naar wit: rode kegeltjes nog ‘vermoeid’, geven geen signaal af, de groene wel, dus je ziet groen (wit – rood).

41. Gezichtsvermogen Rechtervisueel veld Chiasma optica Rechteroog Fig. 50-24 Linker oog Linker visueel veld Nervus opticus Primairevisuele cortex Laterale geniculatenucleus

42. Stimuli Stimuli Sterke depolariserende stimulus +50 +50 +50 Actie potentiaal 0 0 0 Membrane potential (mV) Membrane potential (mV) Membrane potential (mV) Drempelwaarde Drempelwaarde –50 –50 Drempelwaarde –50 Rust potentiaal Rust potentiaal Rust potentiaal Depolarisaties Hyperpolarisaties –100 –100 –100 1 2 3 4 5 0 2 3 4 0 1 5 0 1 3 5 6 2 4 Tijd (msec) Tijd(msec) Tijd (msec) (c) Actie potentiaal