Bouw van het zenuwstelsel
Tijdens de evolutie is ons zenuwstelsel geëvolueerd van een simpele streng zenuwcellen. Die slechts de simpelste reflexbewegingen kon realiseren, zoals bij b.v. het lancetvisje. Dit diertje is zowat het meest eenvoudige gewervelde dier en is niet veel gecompliceerder dan een worm. Aan de andere kant van deze ontwikkelingslijn staat de mens met het meest gecompliceerde zenuwstelsel. Het meest belangrijke principe van deze ontwikkeling is dat er steeds nieuwe delen aan het zenuwstelsel werden toegevoegd. Zonder dat er oude delen verloren gingen. Integendeel de oudere delen werden a.h.w. bespeeld door de nieuw geëvolueerde, hogere delen. Ons zenuwstelsel bestaat zo uit op elkaar gesuperponeerde regelkringen. Die steeds gecompliceerder gedrag mogelijk maken.
Er wordt een onderscheid gemaakt tussen het centraal zenuwstelsel (CZS), waarmede de hersenen en het ruggemerg worden aangeduid en het perifere zenuwstelsel. Dat de aanduiding is voor alle zenuwen buiten het CZS. Deze zenuwen bestaan uit de axonen van neuronen die in het CZS liggen.
Een ander onderscheid dat gemaakt wordt is van functionele aard, n.l. tussen het willekeurige en het onwillekeurige zenuwstelsel. Met het eerste geeft men dat deel aan dat alle lichamelijke acties reguleert die onder bewuste contrôle staan, dus via de skeletspieren werkt. Het laatste dat ook wel als autonome zenuwstelsel (AZS) bekend staat. Reguleert alles dat niet onder bewuste contrôle staat.
- De werking dus van de interne organen: hart, maag, etc.
- Het AZS wordt dan weer verdeeld in tweeën: het sympathische deel, dat activeert en het parasympathische deel dat de-activeert.
Het centraal zenuwstelsel is uit de volgende delen opgebouwd:
Ruggemerg
Het “laagste” deel van ons zenuwstelsel is het ruggemerg. Het is in principe nog steeds vergelijkbaar met het zenuwstelsel van het lancetvisje. We zagen al hoe de kniepeesreflex verloopt over het ruggemerg en al onze bewegingen komen tot stand door het bespelen van zulke reflexkringen door de hogere zenuwcentra. Daarnaast lopen door het ruggemerg ook alle verbindingen met de hersenen. Vanuit de hersenen lopen twee dikke axonenkabels naar die reflexkringen om bewegingen te veroorzaken. De pyramidebanen. Daarnaast lopen vanuit alle zintuigjes in de huid. De spieren enz. dikke axonenbundels naar de hersenen. Om op die wijze de sensorische input van het brein te verzorgen.
fig. 7. Schematische opbouw van de hersenen
Hersenstam
Eigenlijk is dit het voorste deel van het oorspronke-lijke ruggemerg, dat steeds ingewikkelder werd omdat de belangrijkste waarnemingsorganen. (in volgorde van hun evolutionele ontwikkeling de reuk en de smaak. De ogen en de oren) Aan de voorzijde van het lichaam werden gelocaliseerd. De verwerking van die informatie leidde tot steeds verder-gaande vergroting van de hersenen.
In de hersenstam zijn de zgn. vitale functies georganiseerd. Hier zit het ademhalingscentrum, hier wordt de bloeddruk geregeld, het waken en slapen gereguleerd. Alle voor het (passief) in leven blijven noodzakelijke functies worden van hieruit bestuurd.
Kleine hersenen (Cerebellum)
De kleine hersenen spelen een belangrijke rol in de beweging. Terwijl het ruggemerg slechts eenvoudige reflexen “zelfstandig” kan regelen, worden in de kleine hersenen gecompliceerde bewegingspatronen, “bewegingsmelodieën”, tot stand gebracht en als vaste patronen opgeslagen. Het is al bij primitieve vissen aanwezig en neemt in de evolutie een steeds grotere plaats in. Hoe gecompliceerder het motorisch gedrag van een dier, hoe groter het cerebellum.
Limbisch systeem.
Het limbisch systeem zou het best kunnen worden omschreven als het eerste begin van de grote hersenen. Door onderzoek zijn de functies van dit systeem enigszins in kaart te brengen. Zowel de aard van zulk onderzoek als de bevindingen zijn het beste te illustreren aan de hand van het volgende fameuze voorbeeld. De spaanse neurofysioloog DELGADO plantte bij een spaanse vechtstier electroden in een bepaald deel van het limbische systeem en voorzag deze van een ontvangertje zodat wanneer dmv een zendertje een signaal werd uitgezonden een stroompje door een der electroden ging en de betreffende cellen prikkelde. Nadat de operatiewond genezen was werd de stier de arena ingebracht en op de bekende spaanse wijze door de toreadores tot razernij gebracht. Daarop betrad Delgado de arena en daagde de stier uit die vervolgens op hem afstormde, de kop bij de grond om hem op de horens te nemen.
fig.8. Defensieve houding bij de kat, links natuurlijk,
rechts t.g.v. electrische prikkeling.
Toen de stier nog slechts enkele meters van Delgado verwijderd was drukte deze op een van de knoppen van de zender die hij in zijn zak had en stimuleerde daardoor het brein van de stier die daarop terstond kalmeerde. Pogingen van de toreadores het dier opnieuw tot razernij te brengen mislukten zolang Delgado het stierenbrein bleef prikkelen. Pas door de andere knop in te drukken en een ander deel van het limbische systeem te prikkelen kon Delgado de stier opnieuw tot razernij brengen ook zonder hulp van de toreadores. Kennelijk reguleren de cellen waarin Delgado zijn electroden plantte woede en kalmte. De desbetreffende cellen behoren tot het limbische systeem en liggen in de amandelkernen, de amygdala. Op vergelijkbare wijze kunnen ratten en andere dieren door selectieve stimulatie van andere delen van het limbisch systeem aangezet worden tot eten, resp. juist het weigeren van voedsel, angstreacties, sexueel geprikkeld resp. ongevoelig gemaakt voor de gebruikelijke sexuele prikkels. Kortom het limbische systeem reguleert een aantal zeer vitale emoties. Ook bij mensen kan dit effect worden opgeroepen:
“the first time we were able to demonstrate that systems in the limbic brain that both start and stop attack behavior was with patient Thomas R. Thomas’ chief problem was his violent rage……”(2)
Elektroden werden ingebracht in zijn amygdala en door bepaalde delen ervan (de laterale) dagelijks te stimuleren, bleef hij twee maanden vrij van woede‑aanvallen. Omdat het onmogelijk was dit levenslang te herhalen werden uiteindelijk die delen van zijn amygdala waarvan prikkeling juist resulteerde in woede aanvallen (de mediale) elektrisch vernietigd. Nadien kreeg hij geen woedeaanvallen meer. Deze operatie is overigens wel aanleiding geworden tot een proces tussen de beide neurochirurgen en de moeder van Thomas R. die de operatie aanvocht (3). De uitslag van het proces is mij onbekend. Op vergelijkbare wijze kunnen ratten en andere zoogdieren door selectieve stimulatie van andere delen van het limbisch systeem aangezet worden tot eten resp. juist het weigeren van voedsel, seksueel geprikkeld resp. ongevoelig gemaakt voor de gebruikelijke seksuele prikkels. Kortom het limbische systeem reguleert een aantal zeer vitale emoties. Opmerkelijk is in dit verband dat stoornissen in deze regulatie leiden tot gedragsstoornissen welke weliswaar niet altijd als verslaving maar toch als “zucht” bekend staan, vraatzucht, magerzucht, gokzucht etc. We mogen veronderstellen dat het verslavende effect van sommige drugs verband houdt met hun invloed op de receptoren in het limbische systeem.
Voorts beïnvloed het limbische systeem via de hypofyse, een kleine klier die aan de basis van de hersenen vastzit, het hormonale systeem. Tenslotte speelt het limbische systeem, met name dat deel dat met de naam hippocampus wordt aangeduid, een zeer belangrijke rol bij het geheugen.
Het limbische systeem begint zich bij vissen te ontwikkelen en is volledig ontwikkeld bij de reptielen. In aanleg heeft het vooral een functie bij het verwerken van reukprikkels, later verschuift die functie naar het reguleren van emoties. Een echo van die oude functie is nog terug te vinden in het gegeven dat geen sensorische prikkeling sterkere emoties kan opwekken dan een geur. Het limbische systeem van de mens is vrijwel onveranderd ten opzichte van dat van de reptielen. Het representeert de “krokodil” in ons.
Subcorticale kernen
Dit zijn de verbindingsstations tussen de hersenstam en het limbische systeem enerzijds en de hersenschors anderzijds. Hier worden gecompliceerde gedragspatronen georganiseerd.
Een in dit verband belangrijk onderdeel van deze kernen, dat overigens volgens sommigen tot het limbisch systeem behoort, is de nucleus accumbens. De rol die deze kern speelt, komt het duidelijkst tot uiting bij experimenten waarbij proefdieren in staat worden gesteld door op een knop te drukken zichzelf via een permanent ingebrachte electrode electrisch of door een permanent infuus pharmacologisch te stimuleren. Wanneer zo’n electrode in de nucleus accumbens is geplaatst en het proefdier erachter komt dat het gevoel dat hij krijgt door het drukken op het knopje wordt veroorzaakt, gaat het op het knopje liggen, zo prettig is het. Op andere locaties in deze kern is het effect juist tegengesteld. De theorie nu is dat deze kern als een soort straf/beloningscentrum fungeert, in die zin dat eten als je honger hebt ook het beloningscentrum prikkelt, maar bij verzadiging juist het strafcentrum geprikkeld wordt als je dan toch dooreet. Prikkeling van deze kern zou dus het beloningsgevoel geven, zonder dat daarvoor sprake hoeft te zijn van enig “beloonbaar” gedrag. Waarom zou je nog eten, drinken, vrijen etc. als je het ultieme beloningsgevoel ook per electrode (of per naald in je arm) kunt opwekken?
Deze subcorticale kernen kunnen we samen met sommige delen van de hersenschors die de andere zoogdieren ook hebben, aanduiden met het “paard” in ons.
Cortex cerebri (de hersenschors)
De hersenschors is het meest gecompliceerde deel van het zenuwstelsel. De hersenschors wordt verdeeld in 4 stukken: de frontale (voorhoofds-)kwab, de parietale (zij-)kwab, de temporale (slaap-)kwab en de occipitale (achterhoofds-)kwab.
Alle zintuigelijke gewaarwordingen worden “geprojecteerd” op de hersenschors. In deze projectievelden is de buitenwereld zo gerepresenteerd, dat b.v. elk punt in het gezichtsveld is gerepresenteerd door een punt in het visuele projectieveld, dat ligt in de achterhoofdskwab. Hier komt overigens het verhaal vandaan dat je blind kunt worden als je op je stuitje valt. De schok daarvan wordt dan langs de ruggegraat naar het achterhoofd geleid en daar slaat de schedel dan tegen het visuele projectieveld. Als dit beschadigd wordt resulteert dat in blindheid, zonder dat er iets aan de ogen mankeert. Op dezelfde wijze zijn alle geluiden van hoog naar laag in het auditieve projectieveld in de temporaal kwab gerepresenteerd, is er een representatie van het hele lichaamsoppervlak in de sensorische schors op de pariëtaalkwab en van alle spieren in de frontaalkwab. Naast deze projectievelden herkent men ook de zgn. associatievelden waar de relaties tussen deze sensorische input en motorische output gelegd worden. Met name dat deel van de hersenen waar onze taal “zetelt” is zeer groot ten opzichte van zelfs onze meest nauwe verwant, de chimpansee. In dat associatieveld worden de verschillende aspecten van taal: horen, zien (van objecten, maar ook van letters) en strotten-hoofdspieren (spreken) met elkaar in verband gebracht. Hele kleine beschadigingen in dit gebied kunnen leiden tot zeer merkwaardige afwijkingen als afasie, dyslexie, etc.
De hersenschors tenslotte is vooral door het laatstgenoemde associatieveld, “de ruiter” in ons. Elke psychosociale hulpverlener dient zich te realiseren dat we geen mensen zijn, maar ruiters, gezeten op een paard, dat weer op een krokodil staat. We letten hooguit op het paard, maar als de krokodil in ons plotseling links- of rechtsaf slaat, tuimelen we op de grond: een levenscrisis noemen we dat dan.
DE NEUROTRANSMITTERS
Achtereenvolgens zullen de belangrijkste neurotrans-mittersystemen kort worden behandeld.
Acetylcholine
Acetylcholine (ACh) was zoals we zagen de eerst ontdekte neurotransmitter die signalen van de nervus vagus overbracht naar het hart. ACh is ook de stof die de berichten overbrengt van de perifere zenuwen naar de spieren, zodat deze samen-trekken. Het pijlgif van sommige indianenstammen bevat de stof curare, die de ACh-receptoren op de spiervezels blokkeert, waardoor verlamming optreedt.
Daarnaast gaan cholinerge vezels van het CZS naar de bijnier, die onder andere het hormoon adrenaline afscheidt, dat het lichaam in staat stelt te vechten of te vluchten in stress-situaties. Andere cholinerge vezels gaan naar de darm, blaas etc. en hebben daar een de-activerende (parasym-pathische) werking.
Het is inmiddels gebleken dat er twee soorten receptoren zijn die door ACh geprikkeld kunnen worden. Sommige ACh-receptoren n.l. reageren op muscarine, een bestanddeel van de vliegenzwam (Amanita muscaria) en andere niet. De laatsten daarentegen reageren daarentegen op nicotine, het alcaloid uit tabak. De receptoren op de spiervezels en in de bijnier zijn van het nicotine-type, de parasympathische in het algemeen van het muscarine-type. Alle ACh-receptoren in het CZS zijn nicotinerg. De stimulerende werking van nicotine berust op beinvloeding van deze receptoren.
In de betelnoot welke als genotmiddel gekauwd wordt in grote delen van Z.O.Azie bevat het alcaloid arecoline, dat op beide typen receptoren werkt.
Noradrenaline
De stof noradrenaline speelt een belangrijke rol bij de reacties op stress-situaties: het maakt alert (deze activering van de hersenen vanuit de hersenstam wordt arousal genoemd. Het stelt het lichaam in staat te vluchten of te vechten, onder andere door de hartslag, de bloedsomloop en de ademhaling zo te stimuleren dat meer zuurstof naar de spieren wordt getransporteerd en door de blaas en darm te ledigen. Dat laatste kennen we als “je doet het in je broek van angst”. Tenslotte geeft het het gevoel “dat het lukt, dat je het kan”, niet onbelangrijk als je moet vechten of vluchten voor je leven. Er zijn aanwijzingen dat een waarschijnlijk genetisch bepaald hoge noradrenalinespiegel leidt tot hypersensitivi-teit. Verlegen kleine kinderen hebben een hoog cortisol en noradrenaline-gehalte in hun bloed. Een te lage spiegel zou darentegen gerelateerd zijn aan gebrekkige concentratie en onvermogen belangrijke van onbelangrijke zaken te scheiden.
Noradrenaline werkt zowel als neurotransmitter in het CZS, als als hormoon, wanneer het samen met adrenaline wordt afgescheiden door de bijnier.
De meeste cellichamen van noradrenerge neuronen liggen in de locus coeruleus, een kern in de hersenstam. Deze neuronen zenden hun axonen naar het limbische systeem (eetlustremming), de subcorticale kernen en de hersenschors (arousal). Het geneesmiddel clonidine dat gebruikt wordt tegen hoge bloeddruk remt ook de activiteit van de locus coeruleus. Dat effect hebben ook de opiaten en de endorfinen. Bij het afkicken is de locus coeruleus hyperactief (de opiaat-remming valt dan weg) en daarom wordt clonidine wel eens gebruikt om het afkicken te vergemakkelijken, doordat het dan de hyperactiviteit van de locus kan bestrijden.
De overige noradrenerge cellichamen liggen elders in de hersenstam en zenden hun axonen deels naar de amygdala, deels naar het ruggemerg waar ze vooral invloed hebben op neuronen die de bloeddruk reguleren.
Dopamine
Dopamine wordt gesynthetiseerd door slechts enkele honderduizenden cellen, maar deze vervullen een uiterst belangrijke rol in de hogere delen van het CZS. Deze dopaminerge neuronen kunnen worden onderscheiden in drie subgroepen met verschillende functies. De eerste groep reguleert bewegingen: bij een tekort aan dopamine in dit (nigro-striatale) systeem zien we de ziekte van Parkinson ontstaan, die gekenmerkt is door beverigheid, houterigheid en andere bewegingsstoornissen terwijl in latere fasen ook dementie optreedt.
De tweede groep, de meso-limbische, heeft een functie in het reguleren van het emotionele gedrag. De derde groep, het meso-corticale systeem, projecteert uitsluitend op de prefrontale cortex. Dit schorsgebied is betrokken bij verschillende cognitieve functies, geheugen, planning van gedrag en abstract denken, maar is ook ook bij emotionele aspecten, met name in relatie tot stress, betrokken. Het eerder genoemde beloningssysteem maakt deel uit van dit laatste systeem. De nucleus accumbens is er een belangrijk tussenstation in.
Stoornissen in de laatste twee systemen worden worden geassociëerd met schizophrenie.
Endorfine
In de zeventiger jaren werd een groep eiwitachtige stoffen, endorfinen en enkephalinen genaamd, geïdentificeerd als neurotransmitter, die de al eerder aangetoonde opiaat-receptoren specifiek prikkelden. Deze receptoren (die overigens meestal als opiaatreceptoren worden aangeduid) kunnen we in de hersenen traceren door radioactieve opiaten in te spuiten en vervolgens na te gaan waar deze radioactiviteit zich in de hersenen ophoopt. (fig. 9). Dat blijkt op zeer specifieke plaatsen in de hersenen te zijn.
In het hoofdstuk over de opiaten komen we hier uitgebreid op terug.
fig.9. Radiogram van rattenhersenen.
Hoe donkerder hoe meer opiaatreceptoren.
Serotonine
De neuronen die werken d.m.v. serotonine (ook wel 5-hydroxytryptamine (5-HT) genoemd, de serotonerge neuronen, hebben hun cellichamen in de zogenaamde raphe-nuclei in de hersenstam en zenden hun uitlopers (axonen) naar vele delen van onze hersenen. Het eerste wat opvalt aan deze neuronen is het feit dat ze in tegenstelling tot veel andere zenuwcellen uit zichzelf ritmisch actief zijn, actiepotentialen genereren. Wat dat betreft zijn ze te vergelijken met een pacemaker, het apparaat dat ritmisch impulsen afgeeft om het hart tot samentrekken aan te zetten. Deze spontane activiteit wordt vervolgens gemoduleerd (versneld of verlangzaamd) door veel andere neurotransmitters, waaronder serotonine zelf. Er bestaat dus een zelfregulerend systeem: serotonine komt vrij bij synapsen, maar remt vervolgens het vrijkomen van meer serotonine. Er is sprake van negatieve terugkoppeling.
De serotonerge neuronen hebben vooral hun verbindingen naar de hersenschors, het limbische systeem en een reeks van andere hersencentra die vooral een regulerende functie hebben op sensorisch, motorisch en associëerend gebied. Met associëerend wordt bedoeld dat prikkels uit verschillende systemen een onderlinge samenhang krijgen. Het beste voorbeeld daarvan is weer “taal”: taal betekent dat acoustische (horen), visuele (zien van voorwerpen en zien van woorden:lezen) en motorische (besturen van de strottenhoofdspieren) aspecten een onderlinge samenhang krijgen, geassociëerd worden tot een geheel. Om al deze functies op de juiste wijze te integreren hebben onze hersenen een groot aantal tussenstations, relais. Serotonine werkt inhiberend (remmend) op sensorische relais en exciterend (stimulerend) op motorische relais.
Tenslotte is opvallend dat de effecten van serotonine relatief langzaam aanvangen en verdwijnen, wat suggereert dat ze vooral modulerend werken op snellere synaptische activiteit.
Het serotonine systeem heeft kennelijk een belangrijke homoiostatische invloed op de coördinatie van complexe sensorische en motorische activiteitspatronen bij zeer verschillende gedragstoestanden. Hoe alerter het individu, hoe actiever het serotonine systeem of liever: hoe actiever het serotonine systeem, hoe alerter het individu. Alleen bij de REM-slaap, wanneer het brein “heel wakker” is en men droomt, ligt het serotonine-systeem stil. Dat lijkt gek, maar komt overeen met de aard van de REM-slaap: heftige interne activiteit van het brein bij sterk geremde motoriek.
Psychiatrische ziektebeelden worden in toenemende mate in verband gebracht met stoornissen in het serotonine systeem: affectieve stoornissen, schizofrenie en hyper agressieve toestanden. Bij ernstige depressies en suïcidale toestanden lijkt sprake te zijn van een gebrekkig functioneren van dit systeem. In dit verband is relevant dat vele anti depressieve geneesmiddelen lijken te werken door het verhogen van de serotonerge activiteit.
Daarnaast wordt een verband gelegd tussen verminderde serotonine-functie en de anti-social personality disorder, gewelddadigheid en impulsief gedrag (4).
Fenfluramine, een veelvuldig gebruikte eetlustremmer, (merknaam Ponderal), heeft een sterke negatieve invloed op het serotoninesysteem: eenmalige i.v. toediening van 40 mg/kg bij ratten verlaagt gedurende twee weken het serotoninegehalte.
In 1976 ontdekten Braestrup en Squire alsmede een onafhankelijk team van Hoffman La Roche dat er in het brein receptoren zijn die specifiek reageren op de benzodiazepines. Zij zochten vervolgens de natuurlijke transmitter en vonden er een die nog sterker bindt aan deze receptoren dan valium. Zij noemden de stof gamma‑substance. De stof bleek gamma-amino-boterzuur te zijn, met de amerikaanse afkorting GABA. Het is een van de meest verbreide neurotransmitters in het CZS: vrijwel alle neuronen hebben GABA-receptoren. GABA is een remmende neurotransmitter: het werkt dus allerlei activerende systemen tegen. GABA receptoren zijn er in 2 soorten: GABA-a en GABA-ß waarvan alleen de eersten door alcohol, benzo-diazepinen en barbituraten worden geprikkeld, hetgeen een verminderde gevoeligheid voor andere prikkels tot gevolg heeft.
De anxiolytische werking van alcohol wordt gemediëerd door GABA-receptoren.
Zoals GABA de belangrijkste inhiberende neurotransmitter in het CZS is, is glutamaat de belangrijkste exciterende transmitter. In relatie tot de psychopharmacology is het subtype de N-methyl-D-aspartaat receptor (NMDA-receptor) het belangrijkste. Activering ervan verhoogt de prikkelgevoelig-heid voor andere neurotransmitters. Zowel alcohol als PCP remmen de invloed van glutamaat en verlagen dus de prikkelgevoeligheid (5).
