Class Notes (838,385)
Canada (510,871)
HMB200H1 (140)
Lecture 5

HMB200 2014 Lecture 5.pdf

6 Pages
Unlock Document

Human Biology
John Yeomans

    Lecture  5:  Fast  Reflexes   Speed  and  Timing  in  CNS   - nervous  systems  evolve  because  they  are  faster  than  hormonal   systems   - Chemicals  flow  around  body   à  carry  messages  to  receptors   - Nervous  system  has  a  big  advantage:  speed   - Hormones  travel  at  the  speed  of  blood   - Nervous  system  conduct  at  the  speed  of  AP   à  100x  faster  (big   advantage  à  you  can  even  see  it  in  the  simplest  of  nervous   systems  à  ex.  starfishes  and  sea  anemone)   - Simplest  reflexes:  fast  escape  reflexes   - voltage-­‐gated  Na+  channels  à  action  potentials   - axons:  fast  (myelinated  A)  and  slow  (C)   - Axons:  wide  range  of  speeds     - Fastest  conducting  axons:  ones  who  produce  fastest  escape   reflexes  by  way  of  giant  axons  and  giant  nerves   =  largest   Each  red  line  is  an  action  potential  generating   myelinated  axons  à  needed  for  fast  twitches   in  muscles   nerve  à  within  these;  you  can  get  fast  muscular   actions  in  all  the  arms   - in  mammalian  systems,  we  have  large  axons  for  fast  conduction,   -­‐  many  of  the  same  principles  of  fast  neural   and  also  (in  all  vertebrates)  we  have  myelin   - myelin  allows  for  faster  conduction,  less  waste  of  energy   conduction  are  found  in  all  of  these  animals   and  smaller  axons  producing  faster  action  potentials   -­‐  that’s  because  each  of  these  animals  have   voltage  gated  sodium  channels  that  can  produce   - myelinated  axons  are  the  fasted  conducting   - Simplest  of  reflexes  involve  fast  escape   reflexes   fast  conducting  action  potentials  à  advantage  in   - receptors:  fast,  G-­‐coupled  and  hormonal   the  first  multicellular  organism  that  need  fast   - circuits:  number  of  synapses  and  processing  at  each  synapse   escape  reflexes     - Circuits  that  join  neurons  together:  transmitters   (work  by  way   of  receptors),  receptors  (involve  action  potentials  in  several  neurons  linked   together  by  circuits)   - Fastest  circuits  =  fewest  synapses,  least  number  of  transmitters  (least  synap tic  delay)  and  fast  ionotropic   processes  at  every  synapse   - fast  systems,  with  large  neurons,  are  the  easiest  to  study:  reflexes  with  giant  neurons   - Fastest  systems:  largest  and  fastest  axons,  fastest  action  output  (direct  connections  to  muscles),  fewest   synapses   - Systems  that  have  complete  circuits  from  beginning  (sensory  inputs)  to  motor  outputs  are  the  fast  reflexes   - Easiest  to  study?  The  ones  with  the  biggest  n eurons     Compound  Action  Potential  –  shows  that  Myelinated  Axons  are  the  Fastest  Conducting     - Erlanger  and  Gasser  à  applied  oscilloscope  onto  nerves  to  see  the  conduction  of  action  potentials   - Method:  stimulated  nerve  at  one  end  or  a  long  nerve  and  record  at  the  other  end   - Recorded  fast  action  potentials:  1mms   - Recorded  slow  action  potentials:  10mms  later   - Having  a  long  axon  bundle,  and  s eeing  when  action  potentials  occur  over  time,  c an  allow  you  to  separate   conduction  velocities       - A  fibers:  fastest  –  produced  a  huge  peakà  there  are  alpha,  beta,  delta,  and  gamma  peak  àeach  4  peak  represents   fastest  and  slowest  of  the  myelinated  fibers   - Myelinated  Fibers  broke  into  alpha,  beta,  gamma,  delta  peaks   - myelin:  evolutionary  advantage  that  only  vertebrates  have   à  allows  for  faster  conduction,  tighter  packing  of   neurons,  less  waste  of  energy  (less  leakage),  and  more   direction  of  the  action  potential  toward  the  terminus       Fast  and  Slow  Receptors   - fastest:  transmitter-­‐gated   - Fastest  responses:  membrane  receptors   à  fast   ionotropic  reactions   - slow:  G-­‐protein  coupled   - Slower:  nerve  growth  factor  to  tyrosine  kinase  receptors   - Slowest:  steroid  hormones   - Slow  hormone  receptors:  respond  to  steroid   hormones  à  growth  effects  from  days  to  weeks   à   slow  in  communicating  in  way  of  blood  systems  and   in  moving  across  membranes     Neurons  and  Behaviour   - largest  neurons:  giant  neurons  (easiest  to  study)   - single  synapses:  squid  or  muscles   - simple  reflexes:  spinal  cord  or  Aplysia     - if  you  can  find  the  systems  that  has  the  largest  giant  neurons  with  the  simpliest   circuits  (monosynaptic,  single  synaptic  reflexes),  in  muscles  to  muscles  in  spinal  cord,   or  squid  giant  reflex  à  you  can  then  study  these  simple  reflexes  to  see  how  these   circuits  work     Squid  Jet  Reflex   - Why  does  a  squid  need  a  giant  axon?   - Squids  tend  to  swim  slowly,  when  something  surprises  them,  they  jump  backwards  (startle)   - Simultaneous  action  potential  from  the  head,  then  f rom  the  start  of  the  giant  synapse,  then  simultaneous   stimulation  of  synapse  in  all  muscles   - When  they  jump,  the  fast  backward  response  is  mediated  by  the  squid  jet  reflex   - Squid  has  tentacles  and  eyes  in  front  of  the  animal,  but  goes  backwards  when  they  need  to  escape   - The  critical  motor  circuits:  start  in  giant  synapses  à  one  on  each  side  of  the  midline   - These  giant  synapses  on  each  side,  send  giant  axons  towards  each  muscles   - Giant  axons  studied  by  Young  1930à  very  fast  axons   - Single  axons  that  synapses  with  5-­‐10  giant  neurons   - Largest  and  fastest:  one  that  does  the  length  of  the  body   à  synapse  has   a  giant  axon  à  the  2  synapse  coming  from  that  same  axon  has  a   smaller  axon,  then  smaller  and  smaller  all  the  way  down   - Graded  from  the  largest  giant  axon  to  the  smallest   - The  largest  giant  axon  goes  the  largest  distance;  the  smallest   axon  goes  the  smallest  distance   - Graded  by  the  distance  they  have  to  travel   - Muscles  surround  the  body  cavity  (mantle)   - Squid  has  big  cavity  in  the  middle  filled  with  sea  water  à   doesn’t  do  anything  until  it  needs  to  escape   - Huge  muscles  surround  the  sea  water  cavity  ( giant  muscles   surrounding  the  “balloon”)   - when  it  initiates  squid  jet   reflex,  the  water  is  squeezed  out  and  is   pushed  out  in  front  of  the  animal   à  squeezed  out  the  front  of  the  funnel  so  it  can  back  away   - water  squeezed  out  of  funnel,  squid  backs  away  from  t hreats   - water  goes  foreword,  animal  goes  backward   - Takes  a  lot  of  energy  (expensive)  à  have  to  squeeze  perfectly  or  else  it  wont  produce  the  water  flow   - Muscles  of  the  mantle  must  be  very  strong  and  all  by  activated  at  exactly  the  same  time  in  order  for  water  to  go   smoothly  out  the  front   - Muscles  of  mantle  must  be  activated  at  the  same  time       - All  muscles  must  be  stimulated  simultaneously   àwhen  action  potential  arrives,  it  arrives  at  BOTH  giant   synapse  at  the  same  time  à  the  2  axons  are  connected  (comes  from  the  brain)à  axoaxonal  connection  in   front  à  requires  the  2  action  potentials  to  occur  simultaneously  (all  action  potentials  begin   simultaneously  in  the  giant  synapse)   - Giant  axons  conduct  faster;  shorter  axons  have  a  short  way  to  go,  and  conduct  slower   - Axons  from  head  activate  stellate  ganglia  together  due  to  axoaxonal  synapse  in  cerebral  ganglion   - “command  neurons”  in  head   - command  neurons:  command  the  2  sides  simultaneously  by  simultaneously  triggered  action   potentials   - giant  axons  conduct  to  reach  muscles  at  sam e  time  à  conduction  velocity  is  directly  proportional  to  axon  diameter   - Axon  diameter  tells  you  about  the  speed   à  speed  allows  the  action  potentials  to  get  to  the   muscles   simultaneously   - Simultaneous  action  potentials  from  the  head,  Simultaneous  action  poten tials  at  the  start  of  the  giant   synapse,  and  then  Simultaneous  action  potentials  in  all  of  the  muscles  (regardless  of  where  they  are)   - not  a  normal  axon  à  the  axons  are  a  compound  of  100s  of  cells  that  form  the  specialized  big  giant  axon   - each  axon  is  made  by  dozens  of  separate  cells,  and  these  separate  cells  wrap  around  together   à  axons  are   not  a  single  cell,  but  instead,  a  compound  of  hundreds  of  cells  that  form  this  specialized  big  giant  axon   - Squid  giant  axon  is  NOT  a  single  axon   à  but  functions  like  one     Neurophys  –  Lessons  from  Squids   - resting  potential  due  to  K+  conductance   - action  potential  due  to  Na+  and  k+   - conduction  velocity  proportional  to  axon  diameter  (as  in  vertebrate  axons)   - synaptic  release  due  to  Ca2+  (as  at  nerve -­‐muscle  junction)   - synaptic  delay  due  to  release  and  diffusion  of  transmitter  in  a  calcium -­‐dependent  way     Mauthner  Cell  C-­‐Reflex  in  Fish   - largest  vertebrate  neurons  à  found  in  fish  and  tadpoles   - Largest  giant  axon  in  fish   - Inputs  from  V  and  VIII  neuron  (mechanoreceptors)  directly  to  M  cell  de ndrites   - Mauthner  cell  is  found  in  the  hindbrain,  and  i n  each  side  of  medulla  à  giant  Mauthner  cell   - One  cell  with  2  giant  dendrites  (one  going  laterally,  one  going  ventrally  -­‐  sends  one  axon  across  the   midline)   - When  this  single  cell  is  activated:  twitch  of  muscle  on  opposite  side  of  body  à  this  twitch  allows  fish  or  tadpole  to   flick  the  tail  sideways  (flicking  makes  the  animal  take  a  C  shape   –  C  reflex  à  causes  fish  to  swim  away  with  a  flick   of  a  tail  =  escape  reflex)   - One  action  potential  elicits  tail  flick   to  escape  threats   - Makes  animal  go  SIDEWAYS,  not  back  or  forward   - Activation  of  one  side  will  make  the  fish  turn  the  opposite  way   Mauthner  Cell  C-­‐Reflex  in  Goldfish   - This  single  action  potential  =  command  neuron   - One  action  potential  creates  big  escape  reflex  in  fish   - In  tadpoles,  use  same  mechanism  in  water  à  Mauthner  cell   disappear  as  soon  as  they  become  adults  (los e  tail  and  become   frogs  on  land)   - So  Mauthner  cell  is  a  swimming  reflex   - In  the  Mauthner  cell,  there  are  inputs  from  2  cranial  nerves:   1) tactile  cranial  nerve  –  trigeminal  nerve  –  responds  to   lateral  dendrite   -­‐  the  fishes  escape  reflex  
More Less

Related notes for HMB200H1

Log In


Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.