Neurologie: neuronen algemeen
Neuronen zijn cellen in het lichaam die zich gespecialiseerd hebben in het
doorgeven van signalen. In een dierlijk lichaam zonder neuronen worden ook
signalen doorgegeven, maar die zijn van (bio)chemische aard. De ene structuur
scheidt een chemische stof af, en de andere structuren die daarmee in contact
komen kunnen daarop reageren.
Over de methodes van (bio)chemische communicatie moet niet lichtzinnig of
denigrerend gesproken worden, want die kunnen talloze zaken zeer adequaat
afhandelen, zoals het volgende voorbeeld toont (Volkskrant.nl,
30-10-2009, ANP):
De communicatie binnen mierenkolonies gaat ook voornamelijk langs biochemische
weg, en de ingewikkeldheid van de sociale structuren van mieren laat zien dat
die communicatie bijzonder gedetailleerd moet zijn.
Een eventueel idee dat dit niet meer werkzaam zou zijn in mensen is onjuist. Bij
diverse aspecten van seksuele voortplanting speelt de biochemie een essentiële
rol, bijvoorbeeld bij de partnerselectie - de betrokken stoffen staan bekend als
feromonen
(Wikipedia). Ook is allang bekend dat geur een van de (of het) meest basale
zintuigen is. Ook het immuunsysteem maakt er uitgebreid gebruik van - dit
systeem is eigenlijk een vorm van biologische oorlogsvoering.
Desalniettemin heeft communicatie middels neuronen voordelen die de biochemische
communicatie niet heeft: de neurologisch communicatie is sneller want ze
gebruikt elektrische lading en potentiaal als transportmiddel (op zich weer
gebaseerd op biochemie), en ze is gerichter, omdat de neuronen verbindingen
hebben met specifieke andere cellen in de omgeving, en niet met de hele
omgeving.
De noodzaak voor snelheid en gerichtheid is er natuurlijk altijd al geweest,
maar ze werd actueel toen de primitieve diersoorten twee nieuwe zaken
ontwikkelden: ledematen en waarnemingsorganen - dat eerste natuurlijk in de
ruimst mogelijke zin, inclusief uitsteeksels zoals tentakels.
De aansturing van ledematen was vermoedelijk het eerst, omdat dit al nuttig is
op het moment dat op biochemische manier ("geur") een signaal van gevaar is
gekomen, zoals in het geval van de kikker. Natuurlijk is de snelheid van
reageren dan een factor - de informatie van "Gevaar!" moet natuurlijk zo snel
mogelijk naar de bewegingorganen: "Wegwezen!". Reden nummer één voor het
ontwikkelen van speciaal hierop toegesneden cellen (middels evolutie,
natuurlijk). En zo hebben we de neuronen gekregen. Met in een volgende fase een
ingang voor de zintuigen, en een uitgang voor de ledematen. Cellen met uitlopers
dus, voor de verbindingen. Eerst van deze basale soort, en later met allerlei
verdere specialisaties, zie een paar voorbeelden hier:
De dendrieten zijn de ingangen, waarvan er meerdere kunnen zijn, tot in de
honderden - dendrieten kunnen in gespecialiseerde gevallen ook als uitgang
dienen. De standaarduitgang zijn de axonen, waarvan er per neuron maar één
enkele is, die dan aan het einde wel vertakkingen kan hebben. De axonen van
bewegingsneuronen lopen ook in het menselijke lichaam tot aan de ledematen, en
kunnen dus een meter en meer lang zijn.
De reden van deze basale structuur is simpel. Het neuron geeft een signaal af,
en dat signaal is een toestandverandering (wiskundigen maken daar graag "uit"
naar "aan" of "nul" naar "één" van). Voor die toestandsverandering moet een
oorzaak zijn, zeg een minimumhoeveelheid van een chemische stof. Die hoeveelheid
kan van één bron komen, of van honderd - dat doet er niet toe. Maar de uitkomst
is één enkele verandering. Dus veel mogelijke ingangen, en maar één enkele
uitgang. Overigens wijzen de gevallen met veel ingangen erop dat die ingangen
analoog werken: als één ingang op een tiende van zijn maximum zit, geldt dat
digitaal als "nul", niets - en tien uitgangen op een tiende zou dus "niets"
opleveren. Er zou alleen iets gebeuren als één ingang op zijn maximum zou zitten
(bij veel hogere aantallen ingangen dan tien lijkt dat nauwelijks zinvol) - het
is ongetwijfeld zo dat tien ingangen op een tiende net zo goed is al één ingang
op zijn maximum. En dat is analoge werking.
De oorspronkelijke basale neuronen hebben waarschijnlijk waarnemingsorganen
direct verbonden met ledematen - van impuls direct naar beweging. De illustratie
laat andere vormen van gespecialiseerde neuronen zien, zoals binnen het
menselijke lichaam, waarin de diverse functionaliteiten gesplitst worden. Dat is
wenselijk, zodra er niet meer automatisch op een orgaanimpuls gereageerd moet
worden, maar ook nog andere factoren meegewogen. Dat dat voordeel oplevert,
leert het ook in Beslissingen
aanhaalde voorbeeld van de snoek: die snoek zwemt in een aquarium tezamen met
een voorntje, maar met een glasplaat tussen de twee. "Hap", zegt de snoek
richting het voorntje, maar hij stoot keihard zijn neus op de glasplaat. Nog
eens: "Hap", en nog eens "Boem". En zo gaat het tientallen keren. Tot de snoek
het door heeft: hij hapt niet meer. Daarna kan je de glasplaat weghalen - al
zwemt het voorntje vlak voor zijn neus langs, de snoek reageert niet. Van
"altijd ja" is hij omgeschakeld naar "altijd nee".
Dat is dus niet de bedoeling. Het is voordeliger om eerder te stoppen met
happen, en en later, onder andere omstandigheden, weer mee door te gaan. Kortom:
de snoek moet de sensorische gegevens van de klap op zijn neus combineren met de
sensorische gegevens van zijn ogen, die hem een lekker maaltje signaleren. Daar
combineren van gegevens uit verschillende hoeken moet natuurlijk ergens in het
midden, een centrale knoop, die zijn eigen zenuwcellen heeft voor dat combineren
en het nemen van de hap-beslissing. Die centrale zenuwknoop, indien wat groter
gegroeid, zijn natuurlijk geworden tot de hersenen.
De neuronen in het plaatje zijn opgesplitst naar die functionaliteit: de
waarnemingsneuronen (c) hebben hun uiteinde bij andere neuronen, en die andere
neuronen sturen de motorische neuronen (b) aan. De tussenliggende neuronen
verbinden alleen met elkaar, en heten daarom interneuronen (a). Omdat die vaak
vlak bij elkaar zitten gebruiken ze geen axon, dat mede gericht op het
overbrengen van signalen op de wat langere afstanden - ze gebruiken dendrieten
als uitgang. Het is de ontwikkeling van dit soort functionaliteiten, die
uiteindelijk tot het ontstaan van de zoogdierlijke en menselijke hersenen heeft
geleid.
In de menselijke hersenen heeft de evolutionaire ontwikkeling tot een dusdanige
mate van complexiteit bereikt, met in totaal in de orde van 100 miljard
neuronen, dat er allerlei speciale neuronen zijn voor specifieke functies, en
combinaties van neuronen op diverse niveaus.
Als eerste zijn daar de "ganglia" in het ruggemerg
: kleine en wat grotere knopen van neuronen, de grotere vaak bolvormig, die
voornamelijk coördinatie tussen onderdelen van het bewegingsapparaat verzorgen.
De tweede laag is de hersenstam
, het eerste deel van het brein, dat een wat uitgebreider gebied is voor diverse
hogere lichamelijke regelfunctie, en ook een stel min of meer afscheiden kernen
bevat, die een eigen functie vervullen. Met als allergrootste en opvallende de
kleine hersenen of cerebellum
, die eigenlijk geen kern meer is, maar een groot opgerold vel bestaande uit
drie lagen van neuronen - hier wordt vermoedelijk de ruimtelijke coördinatie en
fijnsturing uitgerekend.
Boven de hersenstam liggen de duidelijk ruimtelijk gescheiden organen van de
emotionele hersenen
, die zelf weer kernen als onderdelen bevatten. Deze hebben kenmerkende eigen
vormen waarnaar ze vaak vernoemd zijn, zoals de caudate nucleus: "kern
met staart".
En weer boven de emotionele hersenen liggen de grote hersenen, met ook een paar
te onderscheiden onderdelen. Ieder van de onderdelen bestaat net als de kleine
hersenen uit één groot opgerold vel, dit keer van vijf of zes lagen van
neueronen. Het aantal lagen is meteen ook een maat voor de ontwikkeling: de
eerste en oudste laag, de cingulate cortex
, heeft vijf lagen, de tweede, de neocortex
, heeft er zes. De neocortex met zijn dominante omvang is datgene dat de
mens kenmerkt, en waar zijn onderscheidende denkvermogens schuilen.
Gemeenschappelijk aan alle lagen van functioneren van het zenuwstelsel is dat
het gebouwd is op robuustheid en regelbaarheid - het product van de strijd om
het leven. Het bestaat niet uit simpele aan-uit schakelaars en combinaties
daarvan, want zo'n systeem is te gemakkelijk te ontregelen: haal een enkel
radertje uit een horloge en het prachtige geheel stop abrupt met functioneren.
In de natuur zou ieder radertje bestaan uit deelradertjes, waarvan het uitvallen
van één exemplaar een ietwat verminderd maar wel blijvend functioneren zou
opleveren. Bovendien had de natuur, waar het kan en belangrijk is, gezorgd voor
een mechanisme dat constateert dat er verminderde functionaliteit is, en ergens,
weer: als het kan en belangrijk genoeg is, een reserve-radertje inschakelen of
een nieuw deelradertje maken. En als klok zou het niet een vaste tijd aangeven,
maar zich aanpassen aan zijn omgeving - in de winter zou hij anders lopen dan in
de zomer.
Deze vormen van robuustheid hebben in de natuur zijn hoogste organisatiegraad
bereikt in het dierlijke en menselijke zenuwstelsel.
De menselijke vorm van die organisatiegraad heeft die mens ook geleerd te lessen
van de natuur opnieuw uit te vinden, en ze te benoemen. Dat op nieuwe uitvinden
heet techniek, en wetenschap. Daarin geformuleerd zijn de processen die de
natuur gebruikt evenwichtprocessen
, en vormen van terugkoppeling
. Met name in het zenuwstelsel. Een klasse van neuronen die ontbreekt in het
plaatje maar al op het fundamentele niveau een rol spelen zijn de
proprioscopische neuronen: de neuronen die de standen van spieren, ledematen en
onderdelen ervan terugmelden. De ganglia in het ruggemerg sturen niet slechts
aan, maar ze krijgen ook informatie terug over de voortgang van de beweging. En
spelen daarop in. Zoals iedereen weet die wel eens een vol en een leeg pak melk
heeft verwisseld zonder het in de gaten te hebben. Wat trouwens een voorbeeld is
van de betrokkenheid van hogere processen, want dit is ook langs de evaluatie
van de waarnemingsinformatie gegaan. Aan zichzelf overgelaten, zoals voor een
blinde, zou het bewegingsapparaat dit oplossen door de methode van "aftasten":
een beetje proberen, en aan de hand van de daarmee verkregen terugmeld-informatie
de passende hoeveelheid kracht uitoefenen.
Nog iets basaler dan het terugkoppelingsproces is het begrip van evenwicht
. Ook de dode natuur bestaat voornamelijk uit evenwichtssituaties, omdat die,
het woord zegt het al, lang duren - en niet-evenwichtsituaties kenmerken zich
door grote en vaak snelle veranderlijkheid, waarna een nieuw evenwicht optreed.
In menselijke termen: de gebouwde brug is in evenwicht met de zwaartekracht.
Alleen als hij instort is hij in een niet-evenwichtssituatie, waarna de
brokstukken weer razendsnel in een evenwichtsituatie geraken - op de bodem van
de rivier.
In het zenuwstelsel heeft de natuur op alle vrijwel noodzakelijke punten hierin
voorzien. Zo bestaat het aansturen van de hand die het pak melk moet optillen
uit het handhaven van een evenwicht tussen de hoeveelheid kracht die de spieren
leveren, en de hoeveelheid benodigde kracht om de gewenste handeling uit te
voeren - waarbij de hoeveelheid spierkracht meestal net iets groter moet zijn
dan de benodigde tilkracht - niet te weinig (er gebeurt niets), en niet te veel
(de beweging schiet door). Dit regelen de basale ganglia aan de hand van de
terugmeldinformatie.
Ook op het hogere niveau van organisatie van het zenuwstelsel is dit een vast
thema. Zo zijn er naast de neuronen die andere neuronen activeren, de
hoofdfunctie van interneuronen, ook neuronen die andere neuronen juist afremmen.
Het daadwerkelijke niveau van functioneren is een kwestie van evenwicht tussen
die twee. Dit biedt de mogelijkheid om in het geval van veranderende externe
omstandigheden, het interne functioneren makkelijker en sneller aan te passen.
Iets dat voor de mens bekend staat als "leren"
.
Dit voor zover het algemene functioneren van neuronen. Vanaf dit punt kan men op
meerdere manieren verder: meer details over de werking binnen de neuronen hier
. Over de organisatie van de grote hoeveelheden neuronen de hersenen hier
. Een globaal overzicht van het hele zenuwstelsel start hier
. De structurele behandeling van de hersenen gaat verder met ruggemerg en
hersenstam hier
.
Naar Neurologie, organisatie
, Neurologie, overzicht, globaal
,
of site home
·.
|