De cursus Cellulaire Neurofysiologie biedt een diepgaande verkenning van de cellulaire en moleculaire kenmerken van neuronale functies. 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 dieper wordt ingegaan op de mechanismen die ten grondslag liggen aan synaptische plasticiteit en leren. Studenten bestuderen ook 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.
De cursus is ontworpen om een gedetailleerd en geïntegreerd inzicht te bieden in moleculaire en cellulaire neurofysiologie. Groepsdiscussies en de vooraf verstrekte leidende vragen zijn bedoeld om actief leren te ondersteunen en een dieper conceptueel begrip van de stof te bevorderen.
* 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 kan de cursist:
– de cellulaire en moleculaire organisatie van het zenuwstelsel beschrijven, met inbegrip van de specialisatie van neuronen en gliacellen;
– de moleculaire mechanismen toelichten die ten grondslag liggen aan neuronale ontwikkeling, polariteit en intracellulair transport;
– de structuur en functie van synaptische compartimenten analyseren door presynaptische en postsynaptische processen te integreren;
– de moleculaire basis van axonale organisatie, myelinisatie en neuronale signalering interpreteren; en
– mechanismen van neurale plasticiteit, regeneratie en intercellulaire communicatie beoordelen in zowel fysiologische als pathologische contexten.
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. Naast de aanbevolen studieboeken is de cursus gebaseerd op recente wetenschappelijke overzichtsartikelen die nodig zijn om actuele inzichten te bieden in „hot” onderwerpen binnen de neurowetenschappen.
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 te bevorderen van de moleculaire en cellulaire aspecten van de werking van neuronen en hun aanpassing aan de omgeving. Elke sessie combineert passief en actief leren in een gestructureerde aanpak:
1. Voorbereiding voorafgaand aan het hoorcollege: Studenten worden gevraagd om de hand-outs en de aanbevolen literatuur vooraf door te nemen, zodat ze actiever en effectiever kunnen deelnemen. Discussieonderwerpen worden van tevoren verstrekt ter ondersteuning van zowel de individuele voorbereiding als de groepsdiscussies.
2. Colleges: Kernconcepten worden behandeld via hybride colleges (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 middel van gezamenlijke discussies in Teams kunnen studenten met medestudenten in gesprek gaan, vragen stellen en hun begrip verdiepen; de opzet is erop gericht om actieve deelname van iedereen te stimuleren.
4. Aanvullende online bronnen: Studieboeken, opnames van colleges en aanvullende bronnen ondersteunen het leren buiten de lessen 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 opdoen, waardoor ze worden voorbereid op vervolgstudies en onderzoek. Groepsdiscussies bevorderen transversale vaardigheden en stimuleren intercultureel leren. De nadruk ligt op een inclusieve omgeving door middel van gelijkwaardige deelname, 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