Biologie-Kennis.nl

 

De cerebrale cortex controleerd vrijwillige beweging en cognitieve functies.

Elke zijde van de hersenschors wordt gewoonlijk omschreven als dat hij vier lobben heeft, de zogenaamde frontale, temporale en occipitale en pariëtale kwabben (elke kwab is vernoemd naar een bot van de schedel). Onderzoekers hebben een aantal functionele gebieden binnen elk kwab vastgesteld. Deze omvatten primaire sensorische gebieden, deze ontvangt en verwerkt een specifiek type van sensorische informatie, en associatie gebieden, die informatie uit verschillende delen van de hersenen integreerd. Tijdens zoogdier evolutie, was het grootste deel van de toename in omvang van de hersenschors te wijten aan een uitbreiding van de vereniging gebieden. Overwegend dat een rat zijn cerebrale cortex voornamelijk primaire sensorische gebieden bevat, bestaat de menselijke hersenschors grotendeels uit vereniging gebieden die verantwoordelijk zijn voor meer complex gedrag en leren.

Information Processing in de cerebrale cortex

De cerebrale cortex ontvangt sensorische input van twee soorten bronnen. Sommige input wordt ontvangen van speciale sensorische organen, zoals de ogen en neus. Andere zintuiglijke input is gebaseerd op receptoren in de handen, hoofdhuid, en elders. Deze somatosensorische receptoren (van het Griekse soma, het lichaam) geven informatie over aanraking, pijn, druk, temperatuur, en de positie van spieren en ledematen. De meeste zintuiglijke gegevens die binnenkomen op de cortex worden via de thalamus naar de primaire sensorische gebieden in de hersen lobben gestuurd. De thalamus stuurt de verschillende soorten input voor verschillende locaties door: visuele informatie naar de occipitale kwab, auditieve input voor de temporaalkwab, en somatosensorische informatie aan de pariëtale kwab. Informatie over smaak gaat ook uit naar de pariëtale kwab, maar naar een regio die gescheiden is van die voor de somatosensorische ingang. Olfactorische informatie wordt verzonden naar de eerste regio's van de cortex dat soortgelijk is bij zoogdieren en reptielen en vervolgens via de thalamus naar een interieur-deel van de frontale kwab. Informatie ontvangen bij de primaire sensorische gebieden is doorgegeven naar de nabij geasocieerde gebieden, die specifieke kenmerken in de zintuiglijke input verwerken. In de occipitale kwab bijvoorbeeld, zijn sommige groepen van neuronen in het primaire visuele gebied specifiek gevoelig voor lichtstralen georiënteerd in een bepaalde richting. In het visuele associatie gebied, is informatie met betrekking tot dergelijke functies gecombineerd in een regio gewijd aan de erkenning van complexe beelden, zoals gezichten. Geïntegreerde zintuiglijke informatie wordt doorgegeven aan het frontale associatie gebied, die acties en beweging helpt plannen. De cerebrale cortex kan dan de motor commando's sturen die ervoor zorgen dat een ledemaat zich verplaatst of hallo uit onze mond komt. Deze opdrachten bestaan uit actiepotentialen geproduceerd door neuronen in de motorische cortex, die ligt aan de achterzijde van de frontale kwab. De actie potentialen reizen langs axonen naar de hersenstam en het ruggenmerg, waar ze motorneuronen prikkelen, die op hun beurt skeletspiercellen wekken. In zowel de somatosensorische cortex en de motorische cortex, zijn neuronen verspreid in een ordelijke wijze naar gelang van het deel van het lichaam dat de zintuiglijke input genereert of ontvangt.

Taal en spraak

Het in kaart brengen van de hogere cognitieve functies aan specifieke hersengebieden begon in de jaren 1800, wanneer artsen leerden dat schade aan bepaalde gebieden van de cortex door blessures, beroertes, of tumoren onderscheidend vermogen en veranderingen in het gedrag van een persoon kunnen veroorzaken. De Franse arts Pierre Broca voerde postmortem (na de dood) onderzoeken uit op patiënten die in staat waren om taal te begrijpen, maar niet te spreken. Hij ontdekte dat veel van deze patiënten gebreken hadden in een kleine regio van de linker frontale kwab. Dat gebied, nu bekend als het gebied van Broca, is gelegen in de voorste deel van de primaire motorische cortex, die de spieren in het gezicht controleerd. De Duitse arts Karl Wernicke voerde ook onderzoeken uit en vond dat schade aan een achterste gedeelte van de linker temporaalkwab, nu genaamd gebied van Wernicke, het vermogen om spraak te begrijpen verminderd, maar niet het vermogen om te spreken. Ruim een eeuw later, de studie van hersenactiviteit met behulp van fMRI en positron-emissie tomografie hebben bevestigd dat Broca's gebied actief is tijdens de generatie van spraak en Het gebied van Wernicke actief is wanneer de spraak wordt gehoord. Broca's gebied en het gebied van Wernicke zijn onderdeel van een veel groter netwerk van hersengebieden die betrokken zijn bij taal. Het lezen van een gedrukte woord zonder te spreken activeert de visuele cortex, terwijl het lezen van een gedrukt woord hardop zowel de visuele cortex en Broca's gebied activeert. De frontale en temporale gebieden worden actief wanneer betekenis moet worden gehecht aan woorden, zoals wanneer een persoon werkwoorden genereert samen met zelfstandige naamwoorden of groepen verwante woorden of concepten.

lateralisatie van de corticale functie

Hoewel elke hersenhelft bij de mens sensorische en motorische verbindingen naar de andere kant van het lichaam uitvoerd, hebben de twee hersenhelften identieke functies. Bijvoorbeeld, de linkerkant van de hersenen heeft een dominantere rol met betrekking tot taal, zoals weerspiegeld in de locatie van zowel het gebied Broca en Wernicke's gebied in de linkerhersenhelft. Er zijn ook subtielere onderscheidingen in de functies van de twee hemisferen. Bijvoorbeeld, de linker hersenhelft is meer bedreven in wiskunde en logische bewerkingen. In tegenstelling, is de rechter hersenhelft dominanter in het herkennen van gezichten en patronen, ruimtelijke relaties, en non-verbaal denken. De oprichting van deze verschillen in hersenhelft functie bij de mens wordt lateralisatie genoemd. Ten minste een aantal lateralisatie vormen hebben betrekking op linkshandigheid, de voorkeur voor het gebruik van een hand voor bepaalde motorische activiteiten. Van de menselijke populaties zijn ongeveer 90% van de individuen meer ervaren met hun rechterhand dan met hun linkerhand. Studies met behulp van fMRI hebben aangetoond hoe de taal verwerking verschilt in relatie tot linkshandigheid. Wanneer proefpersonen dachten aan woorden zonder ze hardop te spreken, werd hersenactiviteit gelokaliseerd op de linker hersenhelft in 96% van de rechtshandige proefpersonen, maar slechts in 76% van de linkshandige proefpersonen. De twee hemisferen werken normaal harmonieus samen, verhandelen informatie heen en weer door de vezels van het corpus callosum. Het belang van deze uitwisseling is onthuld bij patiënten bij wie het corpus callosum chirurgisch is doorgesneden. Net als bij verwijdering van een hersenhelft, is deze procedure een behandeling "of last resort" voor de meest extreme vormen van epilepsie. Personen met een afgehakte corpus callosum vertonen een "split-brain"-effect. Als ze een bekend woord in hun linker gezichtsveld te zien, kunnen ze het woord niet lezen: de zintuiglijke informatie die reist vanaf de linkerkant van het gezichtsveld naar de rechter hersenhelft de taal centra komen niet in de linker hersenhelft. Elk Hersendeel bij deze patiënten functioneert onafhankelijk van de andere.

Emoties

Bij de generatie en de ervaring van emoties worden veel regio's van de hersenen gebruikt. Een van deze regio's, bevat het limbisch systeem (van het Latijnse limbus, grens), een groep van structuren rondom de hersenstam bij zoogdieren. Het limbisch systeem, dat de amygdala, de hippocampus, en delen van de thalamus omvat, is niet gewijd aan een enkele functie. In plaats daarvan, structuren binnen het limbisch systeem hebben verschillende functies, met inbegrip van emotie, motivatie, reuk, gedrag, en het geheugen. Bovendien nemen delen van de hersenen buiten het limbisch systeem ook deel aan het genereren en het ervaren van emotie. Bijvoorbeeld, emoties die zich manifesteren in gedrag, zoals lachen en huilen vaak gepaard gaan met een interactie van delen van het limbisch systeem met sensorische gebieden van de hersenen. Structuren in de voorhersenen hechten ook emotionele "gevoelens" tot basisvoorzieningen, overlevings-gerelateerde functies gecontroleerd door de hersenstam, waaronder agressie, voeding, en seksualiteit. Emotionele ervaringen zijn vaak opgeslagen als herinneringen die kunnen worden opgeroepen door soortgelijke omstandigheden. In het geval van angst, is emotioneel geheugen apart opgeslagen in het geheugen systeem dat expliciet gebeurtenissen kan herinneren en ondersteunen. De focus van emotioneel geheugen is de amygdala, die is gelegen in de temporale kwab. Het bestuderen van de functie van de menselijke amygdala, Lieten onderzoekers aanwezige volwassen personen een afbeelding zien, gevolgd door een nare ervaring, zoals een milde elektrische schok. Na verschillende proeven, ervaarden deelnemers van de studie een autonome ervaring een opwinding gemeten als een verhoogde hartslag of zweten, als ze het beeld weer zien. Mensen met een hersenbeschadiging beperkt tot de amygdala kunnen het beeld herinneren, omdat hun expliciete geheugen intact is, maar vertonen geen autonome opwinding. De prefrontale cortex, een deel van de frontale kwabben zijn van cruciaal belang voor emotionele ervaring, en zijn ook belangrijk in het temperament en de besluitvorming. Deze combinatie van functies werd ontdekt in 1848 in het opmerkelijke medische geval van Phineas Gage. Gage was bezig aan een spoorweg bouwplaats toen een explosie een meter lange ijzeren staaf door zijn hoofd boorde. De staaf, die meer dan 3 mm in diameter was ging aan de ene kant door zijn schedel net onder zijn linkeroog en verliet via de bovenkant van zijn hoofd de schedel, hierbij beschadigde het grote delen van zijn frontale kwab. Verbazingwekkend, herstelde Gage, maar zijn persoonlijkheid veranderde drastisch. Hij werd emotioneel vrijstaand, ongeduldig, en grillig in zijn gedrag. Tumoren die zich ontwikkelen in de frontale kwab veroorzaken soms dezelfde combinatie van symptomen die Gage ervaarde. Intellect en het geheugen lijkt intact, maar de besluitvorming is gebrekkig en emotionele reacties worden verminderd. In de 20e eeuw, werden dezelfde problemen ook waargenomen als gevolg van frontale lobotomie, een chirurgische ingreep, dat de verbinding tussen de prefrontale cortex en het limbisch systeem verbreekt. Vroeger een gemeenschappelijke behandeling voor ernstige gedragsstoornissen, frontale lobotomie werd later verlaten in de medische praktijk. Gedragsstoornissen zijn nu meestal te behandelen met medicijnen.

Bewustzijn

De studie van het menselijk bewustzijn werd lang buiten het geheel van de wetenschap beschouwd, en meer geschikt als onderwerp voor filosofie of religie. Een reden voor deze opvatting is dat het bewustzijn breed omvattend: het bewustzijn van onszelf is, bestaat uit onze ervaringen en vaak subjectief is. In de afgelopen decennia zijn neurowetenschappers echter begonnen met het bestuderen van het bewustzijn met behulp van brain-imaging technieken zoals fMRI en PET-scans. Het is nu mogelijk om de activiteit in de menselijke hersenen te vergelijken tijdens de verschillende staten van bewustzijn, bijvoorbeeld voor en nadat een persoon zich bewust is van het zien van een object. Deze beeldvormende technieken kunnen ook worden gebruikt om de bewuste en onbewuste verwerking van zintuiglijke informatie te vergelijken. Dergelijke studies lokaliseren niet een "bewustzijn centrum" in de hersenen, maar veeleer, bieden ze een steeds gedetailleerder beeld van hoe de neuronale activiteit correleert met bewuste ervaringen. ondersteuning is groeiend voor de hypothese dat bewustzijn een opkomend eigendom is van de hersenen, en dat zij activiteiten werft op vele gebieden van de cerebrale cortex. Verschillende modellen postuleren het bestaan van een soort van "scanning mechanisme" dat herhaaldelijk in de hersenen veegt, de integratie van grootschalige activiteiten in een verenigd, bewust moment. Toch kan een goed onderbouwde theorie van het bewustzijn moeten wachten tot brain-imaging technologie steeds geavanceerder wordt.