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PSYCH 2NF3 (75)

Chapter 3- Organization of the Nervous System.docx

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Ayesha Khan

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Psych 2NF3: Basic and Clinical Neuroscience Chapter 3: Organization of the Nervous System Stroke ­ Ischemia: deficiency of blood flow to the brain due to functional constriction or to  the actual obstruction of a blood vessel, such as by a clot ­ The neurons in the brain are organized in layers as well as in groups called nuclei,  groups of cells forming clusters that can be visualized with special stains to  identify a functional grouping Neuroanatomy: Finding your Way Around the Brain ­ A great deal of what we know of the function of parts of the human brain is  derived form comparative studies of those same parts in other animals ­ Brain structure in relation to other body parts: rostum (beak), caudum (tail),  dosum (back), ventrum (stomach) ­ Brain parts in relation to one another: anterior or frontal (front), posterior  (behind), lateral (side), medial (center or between) ­ Coronal section is cut in a vertical plane, from the crown of the head down.  Horizontal section is usually viewed looking down on the brain from above.  Sagittal section is cut lengthways, front to back, and viewed from the side ­ The nervous system is symmetrical ­ Structures that lie on the same side are ipsilateral; if they lie on opposite sides,  they are contralateral; if one of them lies in each hemisphere, the structures are  bilateral ­ Structures that are close to one another are proximal; those that are far are distal ­ Movement toward a brain structure is afferent; movement away from if is efferent ­ Precentral gyrus has many names: • Gyrus precentralis in Latin, motor strip in colloquial English, Jackson­ strip • Electrophysiologists refer to it as the primary motor cortex or M1 • Because the pyramidal tract that extends from the cortex into the spinal  cord comes mainly from this cortical region, they call it area pyramidalis ­ For a lot of brain regions, terminology alternate with slang ­ Neuroscientists’ imaginations have compared brain structures to body anatomy,  flora, fauna, and mythodology, or colour and consistency An Overview of Nervous System Structure and Function ­ CNS consists of the brain and spinal cord ­ Somatic nervous system consists of all the spinal and cranial nerves to and from  the sensory organs and the muscles, joints, and skin to produce movement and  transmit incoming sensory information to the CNS, including vision, hearing,  pain, temperature, touch, and the position and movement of body parts ­ Autonomic nervous system balances the body’s internal organs to rest and digest  through the parasympathetic nerves or to fight and flee or engage in vigorous  activity through the sympathetic nerves Support and Protection ­ Brain and spinal cord are supported and protected in four ways: 1. The brain is enclosed in a thick bone (skull), and the spinal cord is encased in  interlocking bony vertebrae. The PNS, although is connected to the CNS, lies  outside them. PNS can renew itself after injury by growing new axons and  dendrites, whereas self­repair is much more limited within the CNS 2. Within the bony case enclosing the CNS is a triple­layered set of membranes,  the meninges. The outer dura mater is a tough double layer of tissue enclosing  the brain in a kind of loose sack. The middle arachnoid membrane is a thin  sheet of delicate tissue that follows the contours of the brain. The inner pia  matter is a moderately tough tissue that clings to the surface of the brain 3. The brain and spinal cord are cushioned from shock and sudden changes of  pressure by the cerebrospinal fluid that circulates in the four ventricles inside  the brain, in the spinal column, and within the subarachnoid space in the  brain’s enclosing membranes. Cerebral spinal fluid is continually being made  and drained off into the circulatory system. If the outflow is blocked  (hydrocephalus), severe mental retardation and death can result 4. Brain and spinal cord are protected from chemical substances by the blood­ brain barrier. Capillaries form tight junctions with one another, preventing  many blood­borne substances from crossing from the capillaries into the CNS  tissues Blood Supply ­ Brain receives its blood supply from two internal carotid arteries and two  vertebral arteries that course up each side of the neck and all connect at the base  of the brain ­ Cerebral arteries branch off into smaller arteries that irrigate the brainstem and  cerebellum and give rise to three arteries that irrigate the forebrain ­ Anterior cerebral artery irrigates the medial and dorsal part of the cortex, the  middle cerebral artery irrigates the lateral surface of the cortex, and the posterior  cerebral artery irrigates the ventral and posterior surfaces of the cortex ­ Stroke symptoms vary according to the location of the loss of blood supply ­ External and internal cerebral and cerebellar veins Neurons and Glia ­ The brain has its origin in a single undifferentiated cell called a neural stem cell ­ In adults, one stem cell dies after each division; so the mature brain contains a  constant number of dividing stem cells. ­ Adult stem cells serve as a source of new neurons for certain parts of the adult  brain, playing a role in brain repair after injuries  ­ In the developing embryo, stem cells give the rise to progenitor cells that migrate  and act as precursor cells, giving rise to nondividing, primitive types of nervous  system cells called blasts ­ Some blasts differentiate into neurons, others into the glia ­ New neurons are produced after birth and, in some regions of the brain, continue  to be produced through adulthood ­ Simplest sensory neuron, a bipolar neuron, consists of a cell body with a dendrite  on one side and an axon on the other ­ Somatosensory neurons project from the body’s sensory receptors into the spinal  cord and are modified so that the dendrite and axon are connected, which speeds  information conduction because messages do not have to pass through the cell  body ­ Interneurons within the brain and spinal cord linkup sensory and motor neuron  activity in the CNS ­ Motor neurons located in the brainstem project to facial muscles, and motor  neurons in the spinal cord project to other muscles of the body ­ Grey, white, and reticular matter: • Gray matter acquires its characteristic gray­brown color from the capillary  blood vessels and neuronal cell bodies that predominate there • White matter: consists largely of axons that extend from these cell bodies  to form connections with neurons in other brain areas • Reticular matter contains a mixture of cell bodies and axons from which it  acquires its mottled gray and white, or netlike appearance Layers, Nuclei, Nerves and Tracts ­ Large, well­defined groups of cell bodies can form layers or nuclei ­ Each nucleus or layer has a particular function ­ A large collection of axons projecting to or away from a nucleus or layer in the  CNS is called a tract or fiber pathway ­ Tracts carry information from one place to another within the CNS ­ Fibers and fiber pathways that enter and leave the CNS are called nerves, but,  after they have entered the central nervous system they are called tracts The Origin and Development of the Central Nervous System ­ Three regions of the primitive, developing brain: adult brain of fish, amphibian, or  reptiles roughly equivalent to this three­part brain: the prosencephalon (front  brain) is responsible for olfaction, the mesencephalon (middle brain) is the seat of  vision and hearing and the rhombencephalon (hindbrain) controls movement and  balance ­ In mammals, the prosencephalon develops further to form the cerebral  hemispheres, which are known collectively as the telencephalon (endbrain).  Remaining part of the old prosencephalon is referred to as diencephalon (between  brain) and includes the thalamus. The back part of the brain also develops further  and is subdivided into the metencephalon (across brain, which includes the  enlarged cerebellum) and the myelencephalon (spinal brain), the lower region of  the brainstem ­ Human brain retains most of the features of other mammalian brains and possess  large cerebral hemispheres. Forebrain, brainstem and spinal cord reinforce the  concept of levels of function, with newer levels partly replicating the work of  older ones. Most behaviours are the product of many brain areas and levels adding  different dimensions to the behaviour ­ The brain begins as a tube, and even after it folds and matures, its interior remains  hollow. ­ The four prominent pockets created by the folding of this hollow interior in the  brain are called ventricles, which are filled with cerebrospinal fluid produced by  ependymal glial cells located adjacent to the ventricles Spinal­Cord Structure and the Spinal Nerves ­ The spinal cord lies inside the bony spinal­column vertebrae, which are  categorized into five regions from top to tail ­ 30 spinal­cord segments: 8 cervical (C), 12 thoracic (T), 5 lumbar (L), and 5  sacral (S) ­ Dermatomes encircle the spinal column as a stack of rings ­ Each spinal segment is connected by SNS spinal nerve fibers to the body  dermatome of the same number, including the organs and musculature that lie  within the dermatome ­ Cervical segments control the forelimbs, the thoracic segments control the trunk,  and the lumbar segments control the hind limbs ­ Afferent fibers entering the dorsal part of the spinal cord bring information from  the sensory receptors of the body. These spinal nerve fibers converge as they enter  the spinal cord, forming a strand of fibers referred to as a dorsal root. ­ Efferent fibers leaving the ventral part of the spinal cord, carrying information  from the spinal cord to the muscles, from a similar strand of spinal nerves known  as the ventral root ­ Outer part of the spinal cord itself consists of white matter, or tracts ­ Inner part of the cord consists of gray matter Spinal­Cord Function and the Spinal Nerves ­ Magendie: cutting the dorsal roots caused loss of sensation and cutting the ventral  roots caused loss of movement ­ Principle that the dorsal part of the spinal cord is sensory and the ventral part is  motor is called the Bell­Magendie law ­ Enabled neurologists to distinguish sensory from motor impairments, as well as to  draw general conclusions about the location of neural damage, on the basis of the  symptoms displayed by patients ­ Good inferences can also be made about the location of spinal­cord damage or  disease on the basis of changes in sensation or movement in particular body parts ­ Sherrington: showed that the spinal cord retains many functions even after it has  been separated from the brain ­ Persons whose spinal cords are cut so that they no longer have control over their  legs are paraplegic; if the cut is higher on the cord, making them unable to use  their arms either, they are quadriplegic ­ Although the fibers in the spinal tracts do regrow in some vertebrates, and in the  early stages of development in other animals, they do not regrow in adult  mammals ­ New growth is prevented by the presence of certain inhibitory molecules on the  tracts of the cord below the cut. If these inhibitory molecules can be inhibited,  fibers may begin to grow across the injured zone ­ Scarring may inhibit new growth and so scientists are attempting to remove the  scar or to build bridges across the scar over which fibers can grow ­ In addition to the local connections that pain and tactile receptors in the SNS  make within the segments of the spinal cord corresponding to their dermatomes,  these receptors communicate with fibers in many other segments of the spinal  cord and thus produce appropriate adjustments in many body parts ­ The spinal cord contains all the SNS connections required for allowing an animal  to walk ­ Movements dependent only on spinal­cord function are referred to as reflexes ­ The size of the spinal nerve fiber coming from each kind of receptor is distinctive ­ Stimulation of pain and temperature receptors in a limb usually produces flexion  movements that bring the limb inward, toward the body and away from injury ­ With successively stronger stimuli, the size of the movement increases until the  whole limb is drawn back ­ The stimulation of fine touch and muscle receptors in a limb usually produces  extension movements Connections Between Central and Somatic Nervous Systems ­ The somatic nervous system monitored and controlled by the CNS ­ Spinal cord oversees the spinal nerves, and brain oversees the 12 pairs of cranial  nerves ­ Cranial nerves can have afferent functions, or they can have efferent functions ­ Some cranial nerves have both sensory and motor function Autonomic Nervous System Connections ­ Exertion of some conscious control over some of these vegetative activities can  learned but is unnecessary as the ANS must keep working during sleep ­ Sympathetic system arouses the body for action ­ Parasympathetic system calms the body down ­ ANS interacts with the rest of the nervous system ­ Activation of the parasympathetic system starts in the thoracic and lumbar spinal­ cord regions ­ The spinal cord is connected to a chain of autonomic control centers, collections  of neural cells called sympathetic ganglia ­ Ganglia control the internal organs ­ The greater part of the parasympathetic system derives from 
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