Brein

Die brein (ook bekend as harsings) in gewerwelde diere vorm die middelpunt van die senuweestelsel. Dit bestaan ook uit 'n groot aantal senuweeselle en ander selle wat 'n ondersteunende rol speel. Die brein koördineer, beheer en reguleer verskillende funksies en liggaamsprosesse van 'n organisme. Daar word ook 'n aantal hormone in die brein vervaardig.

Die mens se brein word as uniek beskou, alhoewel dit in breë trekke met dié van ape ooreenstem. Die mensebrein bevat sowat 86 miljard selle,^[1] benewens ondersteuningselle, en stel die mens in staat tot gevorderde probleemoplossing benewens verbeelding-, taal- en spraakvermoëns.^[2] Konneksies tussen breindele, asook volgehoue integrasie (leervermoë) na adolessensie onderskei die mensbrein van 'n dierbrein. Die mensbrein gaan op gevorderde ouderdom voort om te leer, maar is ook uitgelewer aan versteurings en siektes wat uniek aan mense is.^[1] Wetenskaplike studie van die brein word neurowetenskap of neurobiologie genoem.

Die inwendige organe van ons liggaam word deur beenstrukture beskerm, en daarom is dit heeltemal natuurlik dat die brein en die rugmurg, die fynste en gevoeligste van alle organe, in die stewige kas wat deur die skedel en die massiewe ruggraat gevorm word, geplaas is. Die grootharsings maak die grootste deel van die brein uit. Dit is 'n baie sagte, ovaalvormige orgaan. Die gemiddelde massa van 'n man se brein is sowat 1,2 kg en die van 'n vrou 1,1 kg (omtrent 1/50 van die totale massa van die liggaam).

Die grootharsings en die kleinharsings

Dit is die ware brein; die buitenste deel bestaan uit 'n grys stof wat skors genoem word, en die binneste deel uit 'n wit stof. Die skors bestaan in hoofsaak uit die selliggame en die wit stof uit die dendriete en aksone. Die hele brein is oortrek met voue van verskillende diepte. Hulle word splete genoem. Die diep splete verdeel die brein in verskillende dele, die sogenaamde lobbe.

Regterhelfte van die brein

Op die deursnee hiernaas kan ons sien hoe ingewikkeld die onderste deel van die brein is vanweë die verskillende strukture wat daar gesetel is. Hulle is: Die hersenbalk (corpus callosum), 'n konvekse, wit struktuur, wat die twee helftes van die brein aan hul onderpunte met mekaar verbind. Die serebrale kamers, holtes wat met mekaar in verbinding is. Die oogsenukruising, die plek waar die regterkantse gesigsenuwee kruis.

Die hersenaanhangsel, ŉ baie belangrike klier. Sy produkte word in die bloed gestort en het 'n belangrike uitwerking op die ontwikkeling van die hele liggaam. Die kleinharsings, 'n orgaan van sowat 7-10 cm lank, 6 cm breed en 5 cm dik. Die kleinharsings bestaan uit twee helftes en 'n klein, sentrale deel wat as die wurmpie (vermis) bekend staan. Die kleinharsings is veral verantwoordelik vir die liggaamsbalans.

Funksies

Die brein beheer liggaamstemperatuur, hartritme en asemhaling. Dit is die ontvanger van sensoriese inligting omtrent die liggaam en buitewêreld via die sig-, gehoor-, reuk-, smaak- en tassintuie. Dit beheer en kommunikeer verskillende spierspannings of liggaamsbewegings wanneer 'n mens of dier swem, loop, stil staan, sit of kommunikeer. Dit stel 'n mens in staat om te dink, te droom en te redeneer en om emosies te ervaar.^[2]

Waarneming

Elke sensoriese stelsel begin by gespesialiseerde reseptorselle, soos die fotoreseptorselle in die retina van die oog of die vibrasiegevoelige haarselle in die slakkehuis van die oor. Die aksone van dié selle loop na die rugmurg of die brein, waar hulle hulle seine na 'n eerste-orde sensoriese kern oordra wat aan een bepaalde sintuiglike modaliteit gewy is. Dié primêre kern stuur die inligting na hoërorde-gebiede vir dieselfde modaliteit, en uiteindelik word die seine deur 'n oorskakelpunt in die talamus na die serebrale korteks gestuur, waar die tersaaklike kenmerke onttrek en met seine uit ander sensoriese stelsels geïntegreer word. Benewens die inligting oor lig, klank, temperatuur en die posisie van die liggaam in die ruimte, wat die mens ontvang, het party diere bykomende sintuie, soos die infrarooi hittesin van slange, die magneetveldsin van sommige voëls en die elektriese veldsin wat hoofsaaklik by waterdiere voorkom.

Motoriese beheer

Motoriese stelsels is die dele van die brein wat by die inisiëring van liggaamsbewegings betrokke is. Buiten die spiere wat die oog beheer, word al die willekeurige spiere van die liggaam regstreeks deur motorneurone in die rugmurg en die agterbrein geïnnerveer. Dié rugmurgneurone word sowel deur senuweebane binne die rugmurg self as deur dalende insette uit die brein beheer: die eie bane van die rugmurg verrig baie reflekse en bevat patroongenerators vir ritmiese bewegings soos loop of swem, terwyl die dalende verbindings uit die brein fyner beheer moontlik maak.

Die brein bevat verskeie motoriese gebiede wat regstreeks na die rugmurg projekteer. Op die laagste vlak is die gebiede in die verlengde murg en die pons, wat gestandaardiseerde bewegings soos loop, asemhaling of sluk beheer; op 'n hoër vlak lê gebiede in die middelbrein, en op die hoogste vlak die primêre motoriese korteks, 'n strook weefsel aan die agterste rand van die frontale lob. Die primêre motoriese korteks stuur nie net projeksies na die onderliggende motoriese gebiede nie, maar ook 'n groot projeksie regstreeks na die rugmurg, wat presiese willekeurige beheer oor die fyn besonderhede van bewegings moontlik maak. Ander gebiede, soos die premotoriese korteks, die basale ganglia en die kleinharsings, oefen 'n sekondêre invloed uit deur na die primêre motoriese gebiede te projekteer.

Slaap

Baie diere wissel in 'n daaglikse siklus tussen slaap en waak. 'n Sleutelonderdeel van die slaapstelsel is die suprachiasmatiese kern, 'n klein deel van die hipotalamus wat net bo die punt lê waar die gesigsenuwees van die twee oë kruis. Dié kern bevat die liggaam se sentrale biologiese klok: sy neurone toon aktiwiteitsvlakke wat met 'n periode van omtrent 24 uur styg en daal – die sirkadiese ritme – wat deur ritmiese veranderinge in die uitdrukking van 'n stel "klokgene" gedryf word. Die kern hou steeds tyd al word dit uit die brein verwyder en in 'n bak warm voedingsoplossing geplaas, maar dit ontvang normaalweg inset van die gesigsenuwees af sodat die daaglikse lig-donker-siklus die klok kan kalibreer.

Homeostase

Vir enige dier verg oorlewing dat 'n verskeidenheid parameters van die liggaamstoestand binne 'n beperkte trek gehou word: onder meer die temperatuur, die watergehalte, die soutkonsentrasie in die bloed, die bloedglukose- en die bloedsuurstofvlak. Die vermoë van 'n dier om dié innerlike omgewing te reguleer, staan as homeostase bekend, en die handhawing daarvan is een van die brein se kernfunksies. Die grondbeginsel daaragter is negatiewe terugvoer: wanneer 'n parameter van sy stelpunt afwyk, wek sensore 'n foutsein wat 'n reaksie uitlok wat die parameter na sy optimum terugstoot.

By gewerweldes speel die hipotalamus – 'n klein gebied aan die basis van die voorbrein waarvan die grootte nie sy ingewikkeldheid of belang weerspieël nie – die grootste rol hierin. Die hipotalamus is 'n versameling klein kerne, waarvan die meeste by basiese biologiese funksies betrokke is. Verskeie van dié kerne ontvang inset van sensore in die wande van die bloedvate wat inligting oor temperatuur, natrium-, glukose- en suurstofvlakke oordra, en stuur uitsette na motoriese gebiede wat optrede kan uitlok om tekorte te herstel. Sommige uitsette gaan ook na die hipofise, die klein klier wat net onder die hipotalamus aan die brein geheg is en hormone in die bloedstroom afskei.

Motivering en geheue

Diere moet gedrag toon wat hulle oorlewing bevorder, soos die soek na voedsel, water, skuiling en 'n maat. Die motiveringstelsel in die brein hou die huidige stand van dié behoeftes in die oog en aktiveer gedrag om daaraan te voldoen. Dit werk grootliks deur 'n beloning-en-straf-meganisme: wanneer 'n bepaalde gedrag deur gunstige gevolge gevolg word, word die beloningsmeganisme geaktiveer, wat strukturele veranderinge in die brein meebring wat veroorsaak dat dieselfde gedrag later in soortgelyke omstandighede herhaal word, terwyl ongunstige gevolge die strafmeganisme aktiveer en die gedrag onderdruk.

Ontwikkeling

Die brein ontwikkel in 'n fyn georkestreerde reeks stadiums: van 'n eenvoudige swelling aan die voorkant van die senukoord in die vroegste embrioniese stadiums tot 'n ingewikkelde stel gebiede en verbindings. Neurone word in besondere sones met stamselle gevorm en migreer dan deur die weefsel na hulle uiteindelike plekke. Sodra hulle daar is, ontspruit hulle aksone en vind hulle weg deur die brein, waar hulle tak en uitstrek tot die punte hulle teikens bereik en sinaptiese verbindings vorm. In 'n aantal dele van die senuweestelsel word neurone en sinapse in die vroeë stadiums in oormaat gevorm, waarna die onnodige weer afgeknip word.^[3]

By gewerweldes is die vroeë stadiums van die neurale ontwikkeling by alle spesies soortgelyk. Terwyl die embrio van 'n ronde klomp selle in 'n wurmagtige struktuur verander, word 'n smal strook ektoderm langs die middellyn van die rug tot die neurale plaat, die voorloper van die senuweestelsel. Die plaat vou na binne om die neurale voor te vorm, waarna die lippe van die voor saamsmelt om die senuweetube te omsluit – 'n hol koord van selle met 'n vloeistofgevulde ventrikel in die middel. Aan die voorpunt swel die tube tot die drie blasies wat die voorbrein, die middelbrein en die agterbrein word. In die volgende stadium verdeel die voorbrein in die telensefalon, wat die serebrale korteks en die basale ganglia sal bevat, en die diensefalon, wat die talamus en die hipotalamus sal bevat.

Bou

Die brein bestaan uit drie hoofonderdele wat self ook verder onderverdeel kan word:

Die voorste brein of prosencephalon
- Telencephalon
  - Neokortex = nuwe kors
  - Basale ganglia
  - Amygdala = amandelkern
  - Hippokampus
  - Laterale ventrikels
- Diencephalon
  - Thalamus
  - Hypothalamus
  - Epithalamus
  - Derde ventrikel
Die middelbrein of Mesencephalon
- Tectum = dak
- Tegmentum
- Serebrale brug
Die agterbrein of Rhombencephalon
- Metencephalon
  - Cerebellum = kleinbrein
  - Pons
  - Vierde ventrikel
- Myelencephalon
  - Medulla oblongata = verlengde murg
  - Vierde ventrikel

Algemene feite

Die brein word meestal in die kop, bo-aan die werwelkolom, van die dier aangetref waar die meeste van die sintuie geleë is waarmee die dier kontak met die buitewêreld maak. Daar is vroeër gemeen dat groot sauropode soos die Brontosaurus twee stelle breine gehad het, waarvan die een aan die onderkant van die werwelkolom geleë was, om die vertragings van die seinoordrag oor die lang nek van hierdie groot diere te verminder. Vandag word dié uitleg verwerp: die verwyding in die heiligbeenstreek van die rugmurg is nie 'n tweede brein nie, maar 'n verdikking van die rugmurg self, vergelykbaar met die glikogeenliggaam van voëls.

Die menslike brein neem 'n volume van ongeveer 1,6 liter in beslag en het 'n gewig van tussen 1 en 1,5 kilogram.

Die brein is van die bloed in die liggaam geskei om te verseker dat vreemde stowwe nie in die verkeerde konsentrasies in die brein beland en skade aanrig nie. Hierdie bloed-brein skerm maak dit moeilik om medisyne te ontwikkel wat tot die brein kan deurdring.

Alhoewel die brein uit senuweeselle en ondersteunende selle bestaan, bevat dit self geen pynreseptore nie. Sommige breinoperasies vind plaas terwyl die pasiënt by sy volle bewussyn is sonder dat die persoon enige pyn ervaar. Daar word wel plaaslike verdowing toegepas om die skedeldak te kan verwyder maar die brein word self nie verdoof nie. Gewasse op die brein word dan ook meestal eers opgemerk wanneer daar 'n verlies in liggaamsfunksies plaasvind en nie deurdat die pasiënt die druk van die gewas op die harsingsweefsel voel nie.

Die brein kan ook nie alle stowwe wat tipies in die liggaam as brandstof dien gebruik nie. Slegs glukose dien normaalweg as brandstof vir die brein. Die menslike brein bestaan uit die grootbrein, die kleinbrein of die cerebellum en die harsingstam.

Geslagsverskille

By mense is daar 'n klein verskil tussen die breine van mans en vroue. Tydens die sestiger- en sewentigerjare is bevind dat die hipothalamus klein verskille tussen die geslagte toon. Daar is verskille in die grootte van die cellichamen, in die sinapse self asook ten opsigte van die aantal sinapse teenwoordig. Hierdie ontdekking het daartoe gelei dat meer studies gedoen is om die verskille tussen mans en vroue se breine te verstaan. Dit blyk dat mans se breine gemiddeld 10% groter is as dié van vroue. Vroue het egter op sekere plekke in die brein meer senuweeselle as mans.

Daar word gespekuleer dat die verskille waarskynlik in die oertyd ontstaan het met mans wat moes jag en vroue wat hoofsaaklik kinders versorg het. Daar bestaan ook spekulasie dat mans 'n beter aanvoeling vir rigting het as vroue en met minder woorde kan kommunikeer vanweë die vroeëre vereistes waaraan jagters moes voldoen (m.a.w. daar nie gesellig geklets kan word tydens die jag nie), terwyl dieselfde geld vir vroue se organisasievermoëns.

Beserings

Breinbeserings kom algemeen by mense voor, en is dikwels die gevolg van sportdeelname^[4] of motorongelukke. Breinbeserings is 'n leidende oorsaak van dood, ongeskiktheid, kognitiewe gebreke en versteurings en kos state miljarde per jaar. Mense met breinbeserings mag dit byvoorbeeld nodig vind om basiese vaardighede weer aan te leer. In die Verenigde Koninkryk is daar sowat 1,4 miljoen mense wat met 'n breinbesering leef, wat kostes van £15 miljard per jaar meebring.^[4] Drukgroepe beweer dat state se beleid en hulpskemas in hierdie opsig nog ver tekortskiet.

Lys van breinsiektes

Selstruktuur

Die breine van alle spesies bestaan hoofsaaklik uit twee breë klasse selle: neurone (senuweeselle) en gliaselle. Gliaselle kom in verskeie soorte voor en verrig 'n aantal onontbeerlike funksies, waaronder strukturele en metaboliese ondersteuning, isolasie en die begeleiding van die ontwikkeling van die brein. Die neurone word egter gewoonlik as die belangrikste selle van die brein beskou. By die mens bevat die serebrale korteks sowat 14 tot 16 miljard neurone en die kleinharsings na raming 55 tot 70 miljard.^[5]

Elke neuron is deur sinapse met etlike duisende ander neurone verbind. Die eienskap wat neurone besonder maak, is hulle vermoë om seine na bepaalde teikenselle te stuur, soms oor lang afstande. Hulle doen dit deur middel van 'n akson, 'n dun protoplasmiese vesel wat uit die selliggaam strek en gewoonlik met talle takke na ander gebiede projekteer – soms naby, soms in ver dele van die brein of die liggaam. Die lengte van 'n akson kan buitengewoon wees: as die selliggaam van 'n piramidale sel van die serebrale korteks tot die grootte van 'n mens vergroot word, sou sy akson 'n kabel van 'n paar sentimeter in deursnee wees wat meer as 'n kilometer ver strek.

Aksone dra seine in die vorm van elektrochemiese pulse, aksiepotensiale genoem, wat minder as 'n duisendste van 'n sekonde duur en teen snelhede van 1 tot 100 meter per sekonde langs die akson beweeg. Sommige neurone vuur aanhoudend, teen tempo's van 10 tot 100 per sekonde en gewoonlik in onreëlmatige patrone, terwyl ander die meeste van die tyd stil is en net af en toe 'n sarsie aksiepotensiale afgee.

Die eenvoudigste manier om inligting oor die anatomie van die brein te bekom, is deur visuele inspeksie, maar heelwat verfynder tegnieke is ontwikkel. Breinweefsel in sy natuurlike toestand is te sag om mee te werk, maar dit kan deur onderdompeling in alkohol of ander fikseermiddels verhard en dan in snitte verdeel word. Die binnekant van die brein bestaan sigbaar uit gebiede van donkerder grys stof, geskei deur ligter wit stof. Verdere inligting word verkry deur snitte met verskillende chemikalieë te kleur wat gebiede uitlig waar bepaalde soorte molekules in hoë konsentrasies voorkom.

Evolusie

Behalwe vir 'n paar primitiewe organismes soos sponsdiere (wat geen senuweestelsel het nie) en kwalle en ander holtediere (wat 'n diffuse senuweenet het), is alle lewende meersellige diere tweesydig simmetriese diere. Daar word vermoed dat hulle almal van 'n gemeenskaplike voorouer afstam wat laat in die Kriogeniese tydperk, sowat 700 tot 650 miljoen jaar gelede, verskyn het en die vorm van 'n eenvoudige buiswurm met 'n gesegmenteerde liggaam gehad het. Dié basiese wurmvorm word skematies steeds in die liggaam en die senuweestelsel van alle moderne tweesydige diere weerspieël, ook dié van gewerweldes: 'n buis met 'n hol dermkanaal van die mond tot die anus, en 'n senukoord met 'n verdikking (ganglion) vir elke liggaamssegment, met 'n besonder groot ganglion aan die voorkant wat die brein genoem word.^[6] By sommige spesies, soos rondewurms, is dié brein klein en eenvoudig; by ander, soos die gewerweldes, is dit 'n groot en baie ingewikkelde orgaan. Sommige wurms, soos bloedsuiers, het ook 'n vergrote ganglion aan die agterpunt van die senukoord, wat 'n "stertbrein" genoem word.

Die eerste gewerweldes het meer as 500 miljoen jaar gelede in die Kambrium verskyn en het waarskynlik soos die moderne kaaklose visse gelyk. Gewerweldes met kake het teen sowat 445 miljoen jaar gelede ontstaan, viervoetiges teen 350 miljoen jaar gelede, amnioteklas teen 310 miljoen jaar gelede en die eerste soogdieragtiges teen omtrent 200 miljoen jaar gelede. Elke groep gewerweldes het 'n ewe lang evolusionêre geskiedenis, maar die breine van moderne visse, amfibieë, reptiele, voëls en soogdiere toon 'n gradiënt van grootte en ingewikkeldheid wat die evolusionêre opeenvolging ruweg volg. Al dié breine bevat dieselfde stel basiese anatomiese strukture, maar by soogdiere is die voorste deel – veral die telensefalon – aansienlik ontwikkel en uitgebrei.

Breine word meestal in terme van hulle massa vergelyk. As reël neem die breingrootte saam met die liggaamsgrootte toe, maar nie in 'n eenvoudige lineêre verhouding nie: kleiner diere het geneig 'n proporsioneel groter brein. By soogdiere volg die verhouding tussen breinvolume en liggaamsmassa in wese 'n magswet met 'n eksponent van ongeveer 0,75. Elke familie wyk in 'n mate hiervan af op 'n manier wat deels die ingewikkeldheid van hulle gedrag weerspieël: primate het byvoorbeeld breine wat vyf tot tien keer groter is as wat die formule voorspel, en roofdiere het geneig groter breine relatief tot hulle liggaamsgrootte as hulle prooi.

Alle gewerweldes se breine deel 'n gemeenskaplike onderliggende vorm, wat die duidelikste in die vroeë stadiums van die embrioniese ontwikkeling te sien is. In sy vroegste vorm verskyn die brein as drie blaasagtige swellings aan die voorpunt van die senuweetube; dié word onderskeidelik die voorbrein (prosencephalon), die middelbrein (mesencephalon) en die agterbrein (rhombencephalon). In die vroegste stadiums is die drie gebiede omtrent ewe groot.

Fisiologie

Die funksies van die brein hang af van die vermoë van neurone om elektrochemiese seine na ander selle oor te dra en om gepas op sulke seine te reageer. Die elektriese eienskappe van neurone word deur 'n wye verskeidenheid biochemiese en metaboliese prosesse beheer, waarvan die wisselwerking tussen senuoordraers en reseptore by die sinapse die belangrikste is.

Senuoordraers en reseptore

Senuoordraers is chemiese stowwe wat by sinapse vrygestel word wanneer 'n aksiepotensiaal by die sinaps aankom; hulle bind aan reseptormolekules op die membraan van die teikensel en verander so die elektriese of chemiese eienskappe daarvan. Op enkele uitsonderings na stel elke neuron dieselfde senuoordraer, of kombinasie van senuoordraers, by al sy sinapse vry – 'n reël wat as Dale se beginsel bekend staan. Die oorgrote meerderheid psigoaktiewe middels werk deur bepaalde senuoordraerstelsels te beïnvloed; dit geld vir stowwe soos nikotien, kokaïen, alkohol en talle medisyne.

Die twee senuoordraers wat die algemeenste in die brein van gewerweldes voorkom, is glutamaat, wat byna altyd 'n stimulerende uitwerking op die teikenneurone het, en gamma-aminobottersuur (GABA), wat byna altyd remmend is. Neurone wat dié twee stowwe gebruik, kom in bykans elke deel van die brein voor, en middels wat op hulle werk, het gevolglik breë en kragtige uitwerkings: sommige algemene narkosemiddels werk deur die uitwerking van glutamaat te verminder, en die meeste kalmeermiddels deur dié van GABA te versterk. Daar is derduisende ander senuoordraers wat in beperkter gebiede gebruik word: serotonien, byvoorbeeld – die hoofteiken van baie antidepressante – kom uitsluitlik uit 'n klein gebied in die harsingstam, die rafekerne, terwyl noradrenalien, wat by waaksaamheid betrokke is, uitsluitlik uit die nabygeleë locus coeruleus kom. Ander soos asetielcholien en dopamien het verskeie bronne in die brein.

Elektriese aktiwiteit

As newe-effek van die elektrochemiese prosesse wat neurone vir seingewing gebruik, wek breinweefsel elektriese velde wanneer dit aktief is. Wanneer groot getalle neurone gesinchroniseerde aktiwiteit toon, kan dié velde groot genoeg wees om buite die skedel opgeteken te word met elektro-enkefalografie (EEG) of magneto-enkefalografie (MEG). EEG-opnames toon dat die brein van 'n lewende dier voortdurend aktief is, selfs gedurende die slaap. By soogdiere toon die serebrale korteks groot stadige deltagolwe tydens die slaap, vinniger alfagolwe wanneer die dier wakker maar onoplettend is, en oënskynlik chaotiese onreëlmatige aktiwiteit – beta- en gammagolwe – wanneer die dier aktief met 'n taak besig is. Tydens 'n epileptiese aanval faal die brein se remmende beheermeganismes en styg die elektriese aktiwiteit tot patologiese vlakke.

Metabolisme

Alle gewerweldes het 'n bloed-brein-skans wat die metabolisme binne die brein anders as elders in die liggaam laat funksioneer. Gliaselle speel 'n groot rol in die breinmetabolisme deur die chemiese samestelling van die vloeistof rondom die neurone te beheer, met inbegrip van die vlakke van ione en voedingstowwe.

Breinweefsel gebruik in verhouding tot sy volume baie energie, en 'n groot brein stel dus hoë metaboliese eise aan 'n dier. Die noodsaak om liggaamsmassa te beperk – byvoorbeeld om te kan vlieg – het klaarblyklik by sommige spesies soos vlermuise tot seleksie vir 'n kleiner brein gelei.^[3] Die meeste van die brein se energieverbruik gaan daaraan om die elektriese lading van die neurone te handhaaf. Die meeste gewerweldes bestee tussen 2 en 8 % van hulle basale metabolisme aan die brein; by primate is die persentasie veel hoër en by die mens styg dit tot 20 à 25 %. Aktiewe gebiede van die serebrale korteks gebruik ietwat meer energie as onaktiewe gebiede, wat die grondslag van funksionele beeldingsmetodes soos PET en fMRI vorm. Die brein kry sy energie normaalweg uit die suurstofafhanklike metabolisme van glukose, maar ketone is 'n belangrike alternatiewe bron, saam met bydraes van laktaat, asetaat en middellangketting-vetsure.

Navorsing

Die vakgebied van die neurowetenskap omvat alle benaderings wat die brein en die res van die senuweestelsel probeer verstaan. Die sielkunde wil die gees en gedrag verstaan, die neurologie is die mediese dissipline wat siektes van die senuweestelsel diagnoseer en behandel, en die brein is ook die belangrikste orgaan wat in die psigiatrie bestudeer word. Die kognitiewe wetenskap probeer die neurowetenskap en die sielkunde met ander velde wat hulle met die brein bemoei, verenig, soos die rekenaarwetenskap – veral die kunsmatige intelligensie – en die filosofie.

Die oudste metode om die brein te ondersoek, is die anatomiese, en tot in die middel van die 20ste eeu het baie van die vooruitgang in die neurowetenskap uit die ontwikkeling van beter selkleurstowwe en beter mikroskope gekom. Neuro-anatome studeer sowel die grootskaalse struktuur van die brein as die mikroskopiese struktuur van neurone en veral hulle sinapse. Neurofisioloë ondersoek weer die chemiese, farmakologiese en elektriese eienskappe van die brein; hulle belangrikste hulpmiddels is middels en opnametoestelle. Omdat die brein self geen pynreseptore bevat nie, is dit met sulke tegnieke moontlik om breinaktiwiteit by wakker, gedragsaktiewe diere op te teken sonder om hulle leed aan te doen. Dieselfde tegnieke is soms by mense met onbehandelbare epilepsie gebruik, waar dit medies nodig was om elektrodes in te plant om die gebied wat die aanvalle veroorsaak, op te spoor. Funksionele beeldingstegnieke soos fMRI het die groot voordeel dat hulle nie-indringend is.

'n Ander benadering is om die gevolge van skade aan bepaalde breingebiede te ondersoek. Al word die brein deur die skedel en die harsingvliese beskerm, deur serebrospinale vloeistof omring en deur die bloed-brein-skans van die bloedstroom geskei, maak sy fyn aard hom kwesbaar vir talle siektes en verskillende soorte skade. By mense was die gevolge van beroertes en ander breinskade 'n sleutelbron van inligting oor die werking van die brein, hoewel sulke inligting dikwels moeilik is om te vertolk omdat die aard van die skade nie eksperimenteel beheer kan word nie. In dierestudies, meestal met rotte, kan elektrodes of plaaslik ingespuite chemikalieë gebruik word om presiese patrone van skade te veroorsaak en dan die gevolge vir die gedrag te ondersoek.

Die berekeningsneurowetenskap omvat twee benaderings: die gebruik van rekenaars om die brein te studeer, en die studie van hoe breine self berekeninge uitvoer. Aan die een kant kan 'n rekenaarprogram geskryf word om die werking van 'n groep neurone met stelsels van vergelykings te simuleer – sogenaamde biologies realistiese neurale netwerke – en aan die ander kant kan algoritmes vir neurale berekening ondersoek word deur vereenvoudigde "eenhede" te simuleer wat sommige eienskappe van neurone het maar baie van hulle biologiese ingewikkeldheid weglaat.

Geskiedenis van breinnavorsing

Die oudste brein wat nog ontdek is, is in die Areni-1-grotkompleks in Armenië gevind. Die brein, wat na raming meer as 5 000 jaar oud is, is in die skedel van 'n meisie van 12 tot 14 jaar aangetref; hoewel dit verskrompel was, is dit danksy die klimaat in die grot goed bewaar.

Die vroeë filosofe was verdeeld oor die vraag of die setel van die siel in die brein of in die hart lê. Aristoteles het die hart verkies en gemeen dat die brein se funksie bloot was om die bloed af te koel. Die Griekse geneesheer Alkmaeon van Kroton was in die 5de eeu v.C. die eerste wat aangevoer het dat die brein en nie die hart die setel van die gees is, terwyl Demokritos vir 'n drieledige siel geargumenteer het, met die verstand in die kop, die emosie in die hart en die begeerte naby die lewer. Die onbekende skrywer van Oor die heilige siekte, 'n mediese verhandeling in die Hippokratiese korpus, het onomwonde ten gunste van die brein gekies:

"Die mens behoort te weet dat vreugde, plesier, laggery en spel, sowel as smart, kommer, moedeloosheid en geklaag, uit niks anders as die brein kom ... En deur dieselfde orgaan word ons mal en verward, en vrees en verskrikking oorval ons ... Al hierdie dinge verduur ons van die brein wanneer dit nie gesond is nie."
– Oor die heilige siekte, toegeskryf aan Hippokrates

Die Romeinse geneesheer Galenus het eweneens vir die belang van die brein geargumenteer en breedvoerig oor sy moontlike werking geteoretiseer. Hy het die anatomiese verbande tussen brein, senuwees en spiere nagespoor en aangetoon dat al die spiere van die liggaam deur 'n takkende netwerk van senuwees met die brein verbind is. Hy het gepostuleer dat senuwees die spiere meganies aktiveer deur 'n geheimsinnige stof te vervoer wat hy pneumata psychikon genoem het, gewoonlik as "dieregeeste" vertaal. Galenus se denkbeelde was in die Middeleeue wyd bekend, en veel verdere vordering het eers in die Renaissance gekom, toe die noukeurige anatomiese studie hervat is en met die teoretiese bespiegelinge van René Descartes en sy navolgers gepaard gegaan het. Descartes het, soos Galenus, in hidrouliese terme oor die senuweestelsel gedink en gemeen dat die hoogste kognitiewe funksies deur 'n nie-fisiese res cogitans verrig word, maar dat die meeste menslike gedrag en alle dieregedrag meganisties verklaar kan word.

Die eerste werklike vordering na 'n moderne begrip van die senuweefunksie het uit die ondersoeke van Luigi Galvani (1737–1798) gekom, wat ontdek het dat 'n skok van statiese elektrisiteit op 'n blootgestelde senuwee van 'n dooie padda se been dit kon laat saamtrek. Sedertdien het elke groot deurbraak min of meer regstreeks uit die ontwikkeling van 'n nuwe ondersoektegniek gevolg. Tot in die vroeë 20ste eeu was die belangrikste vooruitgang aan nuwe metodes om selle te kleur te danke. Besonder beslissend was die uitvinding van die Golgi-kleurstof, wat net 'n klein deel van die neurone kleur, maar hulle in hulle geheel – selliggaam, dendriete en akson – vertoon. Sonder so 'n kleurstof lyk breinweefsel onder die mikroskoop soos 'n ondeurdringbare warboel van protoplasmiese vesels. In die hande van Camillo Golgi en veral van die Spaanse neuro-anatoom Santiago Ramón y Cajal het die nuwe kleurstof honderde onderskeibare soorte neurone blootgelê, elk met sy eie dendritiese struktuur en verbindingspatroon.^[5]

In die eerste helfte van die 20ste eeu het die vooruitgang in die elektronika die ondersoek van die elektriese eienskappe van senuweeselle moontlik gemaak. Dit het uitgeloop op die werk van Alan Hodgkin, Andrew Huxley en ander oor die biofisika van die aksiepotensiaal, en dié van Bernard Katz en ander oor die elektrochemie van die sinaps – werk wat die anatomiese beeld met 'n opvatting van die brein as 'n dinamiese entiteit aangevul het.

Sien ook

Verwysings

KENNIS, 1980, ISBN 079810824X, volume 2, bl. 262

1 2 Groundbreaking Discoveries About Human Brain and Neuronal Complexity, Anton Petrov, YouTube
1 2 Freudenrich, Craig; Boyd, Robynne (2017). "How Your Brain Works". HowStuffWorks (in Engels). Geargiveer vanaf die oorspronklike op 20 April 2020. Besoek op 15 November 2017.
1 2 (en) Purves, Dale; Augustine, George J. (2012). Neuroscience (5de uitg.). Sunderland, Massachusetts: Sinauer Associates. ISBN 978-0-87893-695-3.
1 2 Burford, Rachael (16 November 2021). "MPs petition Boris Johnson over "hidden epidemic" of brain injuries". standard.co.uk. Evening Standard. Besoek op 17 November 2021.
1 2 (en) Kandel, Eric R.; Schwartz, James H.; Jessell, Thomas M. (2013). Principles of Neural Science (5de uitg.). New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-139011-8.
↑ (en) Striedter, Georg F. (2005). Principles of Brain Evolution. Sunderland, Massachusetts: Sinauer Associates. ISBN 978-0-87893-820-9.

[pet1-1] 1 2 Groundbreaking Discoveries About Human Brain and Neuronal Complexity, Anton Petrov, YouTube

[hybw-2] 1 2 Freudenrich, Craig; Boyd, Robynne (2017). "How Your Brain Works". HowStuffWorks (in Engels). Geargiveer vanaf die oorspronklike op 20 April 2020. Besoek op 15 November 2017.

[purves-3] 1 2 (en) Purves, Dale; Augustine, George J. (2012). Neuroscience (5de uitg.). Sunderland, Massachusetts: Sinauer Associates. ISBN 978-0-87893-695-3.

[bur1-4] 1 2 Burford, Rachael (16 November 2021). "MPs petition Boris Johnson over "hidden epidemic" of brain injuries". standard.co.uk. Evening Standard. Besoek op 17 November 2021.

[kandel-5] 1 2 (en) Kandel, Eric R.; Schwartz, James H.; Jessell, Thomas M. (2013). Principles of Neural Science (5de uitg.). New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-139011-8.

[striedter-6] (en) Striedter, Georg F. (2005). Principles of Brain Evolution. Sunderland, Massachusetts: Sinauer Associates. ISBN 978-0-87893-820-9.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

Normdata
Nasionaal	Duitsland Verenigde State Frankryk BnF-data Japan Tsjeggië Israel
Ander	Terminologia Anatomica