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Anatomy and Cell Biology
Anatomy and Cell Biology 3319
Michele Barbeau

Lecture 4 Development of the Brain and Spinal Cord 19/09/13 Textbook: Page 53­54 [Also lecture 2 Reading], 369­371, 375­377 Objectives: Be able to describe the stages of development of the nervous system Determine the embryonic origins of adult brain structures Development at Day 17 & 19 & 20 & 22 At day 17 the ectoderm cells begin to thicken and form the neural plate At day 19 as the ectoderm cells thicken a groove starts start’s to form, which is the beginning of  the neural tube The mesoderm cells also begin to differentiate, going around the embryo to form the Somites The neural crest cells also start to differentiate  At day 20 neural crest cells migrate from the ectoderm to the mesoderm, around the somites and  the neural tube begins to deepen At day 22 the neural tube begins to close around the neck region and zips up toward the head and  tail regions Neural crest cells continue to migrate   Neurulation Disruption: Anencephaly and Spina Bifida and Reduction Methods: Anencephaly is the failure of the rostral part (head region) of the neural tube to close up These people will have a rudimentary brain stem, but the cerebrum won’t develop 1000 to 2000 babies are born each year with this disease these babies are born unconscious, deaf, blind, no sensory, thus they will not live long Spina Bifida is the failure of the caudal part (tail region) of the neural tube to close up 1 ACB 3319 Lecture 4 Development of the Brain and Spinal Cord 19/09/13 The spinal nerves in the tail region begin to fail thus it becomes hard to walk The tail end can be closed in surgery but the nerve damage is permanent  Folic Acid is a supplement that can be taken in order to reduce Neurulation disruption You can take it in the form of a pill, and folic acid is basically B­vitamins, and you take it early  on in the pregnancy A study was conducted in 1988 where folic acid was added to cereal Before 1988 there was a lot of neural tube defects After 1988 there was a reduction in neural tube defects because folic acid helps the neural tube to  close These defects can vary by country depending on the diet of where you live After the Neural Tube Closes: When the neural tube is essentially almost closed, neural epithelial cells form a hollow tube,  which extends the length of the embryo  Neural crests cells are still migrating and differentiating  The Ectoderm forms over the neural tube The neural epithelial cells differentiate and form neuroblasts (which never divide again) Neuroblasts are precursors for neurons and the supporting cells of the neurons (astrocytes which  form the blood brain barrier) (oligodendrocytes which help with insulation around the axons) The neural tube helps form the CNS development  Neural Crest Cell Derivatives: Neural crest cells can form a variety things: Sensory (dorsal root) ganglia (collection of cell bodies outside the CNS) Sympathetic neurons and ganglia 2 Lecture 4 Development of the Brain and Spinal Cord 19/09/13 Schwann cells with provides insulation on axons in the PNS Cranial nerve ganglia Glial cells  Neuron Connections from Textbook: All neurons stop dividing in the fetal period (fully differentiated neurons do not divide) Growing axons elongate at growth cones and are attracted to chemical signals known as  neurotrophins, that are released from other neurons and astrocytes  At the same time dendrites are reaching out to axons to make synapses  What connections are made and what persist are determined by two factors That amount of neurotrophin received by an axon The use of synapses after they have been established  If a bad connection is made, neurons are signaled to die through apoptosis  Our bodies produce a lot more neurons than we need before birth, and thus many are killed  before a baby is even born Before it was thought that when neurons died there was no replacement or stem cells (no­new­ neurons­doctrine) This was overturned when cells in the subependymal zone have been show to form new neurons  in the hippocampus and olfactory bulb Related Clinical Terms From the Textbook: Neuroblastoma: a tumor in children arising from cells that have a neuroblasts structure. They can  originate in the brain or neural crest (PNS)  Neurologist: medical specialist in the study of the nervous system Neuropathy: any disease of the nervous tissue Neurotoxin: Substance that is poisonous to the nervous system 3 ACB 3319 Lecture 4 Development of the Brain and Spinal Cord 19/09/13 Rabies: Viral infection of the nervous system transferred to humans by bites After The Formation of Neuroblasts: The neural tube once its closed and its surroundings can be separated into different parts Alar and basal plates are the future home for gray matter  The purple area is the alar plate, which goes on to form interneurons, whose processes remain in  the CNS The Red area is the basal plate which goes on to form motor neurons that go on to innervate  muscles The Blue area is sensory neurons which are derived from neural crest cells, and whose cell  bodies remain in the dorsal root ganglia Their processes go towards the CNS and combine with interneurons Their other process goes towards the end of the PNS (outside) to feel sense  Further Classification of the Neural Tube: The neural tube can be further classified The alar plate and the basal plate form the mantle which is the central part of the neural tube The Sulcus Limitans separates the alar plate form the basal plate The marginal area is around the outside and this is where axon processes form There is also the roof plate and floor plate 4 Lecture 4 Development of the Brain and Spinal Cord 19/09/13 Roof plate Alar plate Marginal (axona l proc esses) Sulcus limitans Mantle Basal plate Floor plate Functions of the Brain from Textbook: Controls heart rate, and maintains internal environment through control of the autonomic  nervous system and endocrine system Through cranial nerves attached to the brain, it is involved in peripheral innervation (movement  of head and neck etc) The brain performs higher level tasks such as intelligence etc Day 24: On day 24 the neural tube is completely closed 3 Vesicles form in the closed neural tube Prosencephalon makes up most of the anterior forebrain Mesencephalon makes up most of the midbrain Rhombencephalon makes up most of the hindbrain The remainder of the neural tube goes on to form the spinal cord  5 ACB 3319 Lecture 4 Development of the Brain and Spinal Cord 19/09/13 P ros e nc e pha lon M e se nc e pha lon Rhom be nc e pha lon Cl os ure Cl os ure c ont inue s c om pl e te Embryonic Origins of the Adult Brain Structures; Day 28 & 36: On day 28 the primary begin vesicles begin to fold Prosencephalon, Mesencephalon and Rhombencephalon begin to expand and differentiate Remember the core of the neural tube is still hollow so the surrounding tissue is what forms the  parts of the brains On day 36 we begin to see the secondary brain vesicles develop From the Prosencephalon (forebrain) the diencephalon and telencephalon develop Mesencephalon (midbrain) remains the same and nothing develops from here yet From the Rhombencephalon the metencephalon forms and the myelencephalon forms which  goes on to form the brain stem The spinal nerves begin to form from the somites in the mesoderm 6 Lecture 4 Development of the Brain and Spinal Cord 19/09/13 Embryoni c ori gins of adul t bra in struc ture s Primar y Secon dar y Br ai n Ve sicles Br ai n Vesicles M esenc epha lon M etenc epha lon M ye lenc epha lon ne rve sl Dienc epha lon Telenc epha lon Spina l
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