De cursus Cellulaire Neurofysiologie biedt een diepgaande verkenning van de cellulaire en moleculaire kenmerken van neuronen. Belangrijke onderwerpen zijn onder meer de cellulaire componenten van het zenuwstelsel, de ontwikkeling van het centrale zenuwstelsel (CZS) en de organisatie en functie van synaptische en niet-synaptische gebieden in neuronen. De cursus onderzoekt de rol van presynaptische en postsynaptische structuren, de polariteit van axonen en dendrieten, en de dynamiek van synaptische vesikels, waarbij diep wordt ingegaan op de mechanismen die ten grondslag liggen aan synaptische plasticiteit en leren. Studenten bestuderen tevens reacties op letsel, herstelprocessen en de verschillen in regeneratief vermogen tussen het centrale zenuwstelsel (CZS) en het perifere zenuwstelsel (PZS). De cursus wordt afgesloten met een analyse van gap junctions in neurale communicatie, ontwikkeling en ziekte.
* Belangrijkste cellulaire componenten van het zenuwstelsel. Classificatie van neuronen op basis van traditionele methoden en nieuwe benaderingen.
* Migratieroutes tijdens de ontwikkeling van het centrale zenuwstelsel. Ontwikkeling van neuronale polariteit en specificatie van axonen en dendrieten. Regulering van het intracellulaire transport in axonen en dendrieten: neuronale transportroutes, het cytoskelet en de soorten en functies van motorproteïnen.
* Mozaïekstructuur van neuronen I.: het presynaptische gebied en zijn functies. Kwantumafgifte en Ca-microdomeinen binnen de presynaps. Omzet van synaptische vesikels en presynaptische architectuur.
* Mozaïekstructuur van neuronen II.: het postsynaptische gebied en zijn functies. Structuur en functie van dendritische uitlopers. Vorming en instandhouding van het postsynaptische gebied. Fasescheiding en scaffolding-eiwitten, herschikkingen van het cytoskelet. Transport en omzet van neurotransmitterreceptoren. Vergelijking van de postsynaptische kenmerken van excitatoire en remmende neuronen.
* Mozaïekstructuur van neuronen III.: het axon en het axonale initiële segment. Vorming, structuur en functies van het AIS en de Ranvier-knoop. Myelineschede in het PNS en het CNS.
* Herstel en regeneratie in het centrale en perifere zenuwstelsel na mechanisch letsel. Proximale en distale gebeurtenissen bij axonale doorsnijding, retrograde en anterograde signalen. Verschillen in axonale regeneratie binnen het PNS en het CNS. Reacties van astrogliale cellen, vorming van gliale littekens.
* Verschillende vormen van neuronale plasticiteit en de belangrijkste daarvan: presynaptische en postsynaptische componenten. Synaptische plasticiteit op korte en lange termijn. Associatief leren: spike-timing-afhankelijke plasticiteit, LTP en LTD. Intrinsieke en homeostatische plasticiteit, activiteitsafhankelijke aanpassing op synaptisch en cellulair niveau.
* Gap junctions (GJ’s) in het zenuwstelsel: functionele en pathologische rollen. Structuur en samenstelling van GJ’s en hemikanalen. Functioneel belang van GJ’s tijdens de ontwikkeling, synapsrijping en netwerkfuncties. GJ’s bij pathologische aandoeningen.
Aan het einde van de cursus zal de cursist in staat zijn om de belangrijkste cellulaire componenten van het zenuwstelsel te herkennen en de unieke kenmerken van neuronen te beschrijven, met inbegrip van hun classificatie aan de hand van zowel traditionele als moderne benaderingen. De cursist zal onderscheid kunnen maken tussen presynaptische en postsynaptische functies en de structurele en functionele eigenschappen van deze gebieden kunnen vergelijken. Daarnaast zal de cursist inzicht hebben in de vorming, structuur en functionele rol van het axonale initiële segment (AIS) en de knoop van Ranvier in de neurale communicatie, en zal hij verschillende vormen van neuronale plasticiteit kunnen beoordelen. Studenten zullen ook in staat zijn om de herstel- en regeneratieprocessen in het zenuwstelsel na een beschadiging te beschrijven, waarbij ze de verschillen tussen het centrale zenuwstelsel (CZS) en het perifere zenuwstelsel (PZS) benadrukken. Ten slotte zal de student in staat zijn om de structuur en functie van gap junctions te bespreken, inclusief hun rol in de ontwikkeling, netwerkfuncties en pathologische aandoeningen.
De cursus vindt plaats in het voorjaarssemester van 2024/25 en bestaat uit 8 bijeenkomsten, die één keer per week worden gehouden. Elke bijeenkomst duurt 2,5 uur, inclusief twee korte pauzes. Aanwezigheid is verplicht. Hongaarse studenten volgen de cursus fysiek in het Zuidgebouw van de Lágymányos-campus, terwijl internationale studenten online via Teams kunnen deelnemen.
Actieve deelname wordt verwacht om het begrip van de lesstof te vergroten. Hand-outs van de colleges, samen met aanbevolen literatuur uit studieboeken of overzichtsartikelen, worden vóór elke sessie beschikbaar gesteld. Studenten dienen deze materialen van tevoren door te nemen om een eerste inzicht in de onderwerpen te krijgen. Groepsdiscussies vinden plaats in breakout-rooms van Teams om het begrip te verdiepen; de discussieonderwerpen worden van tevoren verstrekt, zodat studenten zich individueel kunnen voorbereiden.
Een achtergrond in de biologie, zoals een BSc in biologie of een verwant vakgebied, is vereist om de lesstof volledig te kunnen volgen. Deze cursus wordt met name aanbevolen voor studenten die geïnteresseerd zijn in de moleculaire en cellulaire grondslagen van neuronale functies; daarom is basiskennis van algemene moleculaire en cellulaire biologie essentieel.
1) Byrne, Heidelberger, Waxham: Van moleculen tot netwerken: een inleiding tot cellulaire en moleculaire neurowetenschappen. Red.: J. H. Byrne, R. Heidelberger, M. N. Waxham. Academic Press, 3e druk, 2014. ISBN: 978-0-12-397179-1
2) Purves (red.): Neuroscience. 6e druk, 2018, Oxford University Press, ISBN 9781605353807
3) wetenschappelijke overzichtsartikelen (beschikbaar via de Canvas-/Teams-pagina van de cursus)
De cursus combineert hoorcolleges met interactieve groepsactiviteiten om een grondig begrip van cellulaire neurofysiologie te bevorderen. Elke sessie combineert passief en actief leren in een gestructureerde aanpak:
1. Voorbereiding op het hoorcollege: Studenten nemen vooraf de hand-outs en de aanbevolen literatuur door, waardoor ze actiever en effectiever aan de sessie kunnen deelnemen. Discussieonderwerpen worden vooraf verstrekt om de individuele voorbereiding te ondersteunen.
2. Hoorcolleges: Kernconcepten worden behandeld via hybride hoorcolleges (die worden opgenomen in Teams). Belangrijke onderwerpen worden geïntroduceerd in groepsdiscussies (zie het volgende punt) en vervolgens samengevat in een collegeoverzicht, onder leiding van de docent.
3. Groepsdiscussies in breakoutrooms: Door gezamenlijke discussies op Teams kunnen studenten met medestudenten in gesprek gaan, vragen stellen en hun begrip verdiepen; dit is zo gestructureerd dat actieve deelname van iedereen wordt gestimuleerd.
4. Aanvullende online bronnen: Studiegidsen, opnames van colleges en aanvullende bronnen ondersteunen het leren buiten de les om en bereiden studenten voor op het mondeling examen.
Deze op uitdagingen gebaseerde, studentgerichte en door technologie ondersteunde aanpak zorgt ervoor dat studenten zowel theoretische kennis als praktische inzichten verwerven, waardoor ze worden voorbereid op vervolgstudies en onderzoek. Groepsdiscussies bevorderen transversale vaardigheden en stimuleren intercultureel leren. Er wordt nadruk gelegd op een inclusieve omgeving door middel van gelijkwaardige participatie, ondersteunend materiaal voor diverse leerstijlen en de openheid van docenten voor feedback, waardoor een gastvrije ruimte ontstaat waar alle studenten kunnen profiteren van hun actieve deelname.
Cijferlijst