BSCI201 Final Exam Notes 4

15 Pages
Unlock Document

University of Maryland
Biological Sciences Program
BSCI 201

Ch. 11: The Nervous System 11/20/2013 The nervous system is the 4  organ system and is divided into 2 divisions, the central nervous system  and the peripheral nervous system.  Central nervous system (CNS): located in the dorsal body cavity, covered by the meninges (includes  the brain and spinal cord)  Nucleus: a cluster of cell bodies in the CNS (plural: nuclei) Tract: a bundle of axons in the CNS Peripheral nervous system (PNS): consists of all the neural structures outside of the CNS,  including the cranial nerves, spinal nerves, and sensory receptors. It includes the sensory (afferent)  division, which sends information to the CNS, and the motor (efferent) division, which carries  information away from the CNS.  Ganglion: a bundle of cell bodies in the PNS (plural: ganglia) Nerve: a bundle of axons in the PNS  The nervous system is composed mainly of nervous tissue, with connective tissue and blood vessels also  present. There are 2 types of cells in nervous tissue – neurons and supporting cells.  Neurons: nerve cells that have cell bodies (biosynthetic regions), dendrites (receptive regions), and  axons (conducting regions).  Axons (conducting regions): each neuron can only have one axon, but the axon branches at the end into  telodendria, which end in bulbous structures called axon terminals, which are known as the  secretory regions of the neuron. Only the axon of a neuron can be myelinated by either Schwann cells (in  the PNS) or oligodendrocytes (in the CNS). Axons generate action potentials, which are conducted  away from the cell body (graded potentials lose intensity over distance, but action potentials maintain  intensity over distance).  Cell body (biosynthetic regions): contains the nucleus and all other cytoplasmic organelles except for the  centrioles, making neurons amitotic. It has a well­developed nucleoli and a rough ER (called a nissl body or  chromatophilic substance), indicating that neurons are secretory cells that secrete proteins that can be  neurotransmitters. It also contains intermediate filaments called neurofilaments.   Dendrites (receptive regions): tapered processes that are not myelinated, which receive and convey  graded potentials towards the cell body Classification of neurons (structural and functional)  Structural classification: multipolar, bipolar, and unipolar neurons Multipolar neuron: has at least 3 processes – 1 axon and at least 2 dendrites; the most abundant type  of neuron in the human body  Bipolar neuron: has 2 processes – 1 axon and 1 dendrite  Unipolar neuron: has one short process extending from the cell body that bifurcates into a central  process and a peripheral process  Functional classification: efferent/motor neurons, afferent/sensory neurons, and association neurons  (interneurons)  Motor/efferent neurons: transmit impulses away from the CNS to effector organs Sensory/afferent neurons: transmit impulses from sensory receptors towards the CNS  Association neurons (interneurons): located in the CNS between the motor and sensory  neurons. Most neurons (99%) in the body are association neurons, so most association neurons must be  multipolar neurons by deduction.  Supporting cells, called neuroglia, which literally means glue of the neurons: non­conducting cells  4 types in the CNS Astrocytes: the most abundant type of supporting cell. Tight junctions form between astrocytes to form  the blood­brain barrier, which is a selective barrier that allows lipid­soluble substances to cross into the  vicinity of the neurons in the CNS, which means lipid­soluble substances can affect the function of neurons  in the CNS (and most drugs are lipid­based). Hence, astrocytes regulate brain function.  Microglia: since the specific immune system does not have access to the CNS, the microglia act as  macrophages to engulf/destroy pathogens and cell debris.  Ependymal cells: ciliated columnar cells that line the ventricles, which are cavities in the brain that  contain cerebrospinal fluid (CSF). Cilia beat to create currents that circulate the CSF.  Oligodendrocytes: cells that myenilate axons in the CNS 2 types in the PNS Schwann cells: also neurolemmocytes; myenilate axons in the PNS Satellite cells: surround the cell bodies of neurons and control their chemical environment Myelination of axons In the PNS: each Schwann cell wraps around a segment of an axon (external to the axolemma), and  squeezes around the segment of axon, wrapping concentric rings of its plasma membrane (called the  myelin sheath) around the axon. The cytoplasm and the nucleus of the Schwann cell squeezed outside  the myelin sheath is called the neurilemma. The spaces between adjacent myelin sheaths are called  nodes of Ranvier.  In the CNS: the axons in the CNS are myelinated by extensions from the oligodendrocytes, hence, the  neurilemma is absent.  The functions of the myelin sheath are protection, electrical insulation, and increase in the rate of impulse  transmission.  The structure of a tract/nerve The plasma membrane of an axon is called an axolemma. Each axon is wrapped in a delicate CT  membrane called the endoneurium, which is external to the myelin sheath (or to the axolemma in an  unmyelinated axon). A bundle of endoneurium­covered axons is a fascicle. Each fascicle is covered by a  coarse CT membrane called the perineurium. A bundle of perineurium­covered fascicles form the nerve  or tract, which is covered in the tough CT membrane called the epineurium.  Severed axons in the PNS can regenerate, but severed axons in the CNS can not.  Severed axons in the PNS can regenerate because when the axon is severed, cells of the immune system  clean up the damaged area of cell debris, a process known as debridement, which sets the stage for  regeneration. The neurilemma of the Schwann cell forms a regeneration tube that guides the  regeneration of the severed axon.  Severed axons in the CNS cannot regenerate because the microglia do a poor job of cleaning up the  damaged area, so debridement is incomplete. Also, there is no neurilemma to form a regeneration tube to  guide the growth of the severed axon. Finally, the presence of growth­inhibiting proteins in the  CNS inhibit regeneration of a severed axon.  The generation of an action potential  Resting membrane potential: the axolemma is partial to potassium efflux, which moves from inside  the axoplasm in the axon to the exterior, down its concentration gradient. The axolemma restricts sodium  ion influx; sodium moves from the exterior into the axoplasm, down its concentration gradient. Due to the  partial nature of the axolemma, there is a separation of charges; the cytoplasmic face of the axolemma is  negative compared to the external face of the axolemma.  Phases of action potential  Depolarization phase: a stimulus that excites a neuron will also allow a sodium influx (entry of  sodium ions) as sodium enters the axoplasm, making the membrane potential less and less negative until a  threshold potential is reached. At the threshold potential, more sodium channels (called voltage­ sensitive sodium channels) in the axolemma open to allow increase in sodium influx, and eventually drives  the membrane potential from negative, to zero, and then to a positive number, until it reaches critical  potential (+30 mV). Then, the sodium channels close, ending sodium influx, and thus ending the  depolarization phase.  The tracing from the threshold potential to critical potential is referred to as the upshoot/spike of the action  potential. The amplitude of +30 mV is attained by any stimulus that can activate an axon to generate action  potential.  Repolarization phase: when sodium influx stops, potassium channels open, causing potassium ions  to rush out of the axon (potassium efflux), bringing the membrane potential back down towards the RMP.  Hyperpolarization phase: the potassium channels are sluggish and do not close when RMP is  reached, allowing for more potassium efflux, driving the membrane potential below the RMP. This is also  called the undershoot phase. The sodium/potassium pump actively transports 3 calcium out/2 potassium in  to reestablish the RMP.  There are 2 refractory periods during an action potential  Absolute refractory period: the point during the depolarization phase when the sodium channels  are already open and another action potential cannot be generated  Relative refractory period: the point during the repolarization phase when sodium channels are  closed and can be reopened to initiate another action potential by overriding the repolarization phase by an  exceptionally strong stimulus  Characteristics of action potentials It is an all­or­none phenomenon: an action potential will be generated if depolarization reaches a threshold  potential.  It is self­propagating: once generated by the axon, it is propagated down the axon to the axonal terminals  as an impulse.  The difference between a stronger stimulus and a weaker stimulus that causes the generation of an action  potential is that the stronger stimulus causes the impulse to be generated at a higher frequency than the  weaker stimulus. Stronger stimuli will generate more action potentials than weaker stimuli because the  strong stimuli can generate another action potential during the relative refractory period. Factors affecting the transmission of action potentials: the rate of action potential transmission is referred to  as the conduction velocity.  Size (diameter) of the nerve fiber/axon: larger axons transmit impulses faster than smaller axons because  the larger axons have larger diameters and therefore less resistance when conducting impulses. The  resistance level is higher in smaller axons, which impedes transmission.  Degree of myelination: myelinated axons transmit impulses at a faster rate than unmyelinated axons.  Myelinated axons use saltatory conduction, where action potentials are generated only at the nodes  of Ranvier. Hence, the impulse jumps from node to node down the axon. Unmyelinated axons use  continuous conduction, where action potentials are developed stepwise across the entire  axolemma.  There are 3 types of nerve fibers based on diameter and degree of myelination: Group A fibers: largest diameter (least resistance), heavily myelinated (saltatory conduction); fastest  transmission Group B fibers: intermediate diameter (some resistance), lightly myelinated Group C fibers: smallest diameters (most resistance), unmyelinated (continuous conduction);  slowest  Ch. 12: The Central Nervous System 11/20/2013 The brain has 4 protective structures: Cranium (cranial vault): bony helmet composed of the 8 cranial bones  Cerebrospinal fluid (CSF): filtered from blood; located in the ventricles and the subarachnoid space,  hence inside and outside of the brain as a liquid cushion that provides buoyancy to the brain, provides  nutrients, and removes metabolic wastes  Blood­brain barrier (BBB): selective barrier that prevents harmful substances in blood from crossing  into the brain  Meninges: the dura mater, arachnoid mater, and pia mater  Differences between the meninges surrounding the brain and the meninges surrounding the spinal cord The dura mater surrounding the brain is double­layered (outer periosteal layer that lines the internal  surface of the cranial bones, and inner meningeal layer). In the spinal cord, the dura mater is single­layered  and called the spino­dural sheath, which does not line the internal surface of the vertebrae forming  the vertebral column that protects the spinal cord. A space exists between the spino­dural sheath and the  vertebrae, called the epidural space.  The pia mater clings to the surface of the brain to allow for the passage of blood vessels, which are  covered by astrocytes to form the BBB. The pia mater clings to the surface of the spinal cord, but astrocytes  do not form a barrier. In addition, the pia extends laterally in the vertebral column to form structures called  the denticulate ligaments, which anchor the spinal cord laterally in the vertebral column. In addition,  the pia mater forms part of a structure called the filum terminae, which anchors the spinal cord  vertically in the vertebral column by attaching the spinal cord to the coccyx.  The brain has 4 ventricles, or cavities, that contain CSF. Each cerebral hemisphere contains a lateral  ventricle; the 2 lateral ventricles are connected by a median membrane called the septum  rd pellucidum, and connected to the 3  ventricle by a channel called the interventricular foramen.  The third ventricle is located in the diencephalon, and is connected to the 4  ventricle below via the  cerebral aqueduct. The fourth ventricle is located in the brain stem. The brain weighs about 3.5  lbs. there are 4 major regions in the postnatal (adult) brain.  Cerebrum: the largest region of the brain; a highly convoluted space including ridges (gyri), grooves  (sulci), and deeper sulci (fissures). A median fissure called the longitudinal fissure divides the  cerebrum into right and left cerebral hemispheres, which are held together medially by the corpus callosum.  Each cerebral hemisphere has 5 lobes, named for their overlying cranial bones: frontal lobe, parietal lobe,  temporal lobe, occipital lobe, and the insula. The insula is located deep to the lateral sulcus, which  separates the frontal and parietal lobes from the temporal lobe.  The central sulcus separates the frontal lobe from the parietal lobe. The gyrus in front of the central  sulcus, called the precentral sulcus, houses large neurons called pyramidal cells.  Each cerebral hemisphere has 3 regions Ch. 12: The Central Nervous System 11/20/2013 Outer cerebral cortex: highly convoluted and 2­4 mm thick; accounts for 40% of brain mass, composed  of gray matter (cell bodies and dendrites), which is the location of our conscious mind. There are 3  functional areas located in the cerebral cortex: Motor areas, which control voluntary movements. There are 4 motor areas, all located in the frontal  lobe.  Primary motor cortex: located in the precentral gyrus in each cerebral hemisphere, where the  pyramidal cells are located, the primary motor cortex controls the voluntary movements of skeletal muscles.  The axons of the pyramidal cells bundle to form the pyramidal or corticospinal tracts, which  decussate (cross over) on the ventral side of the medulla oblongata. This explains the contralateral  control of the voluntary movements of skeletal muscles by the cerebral hemisphere – voluntary  movements on the left side of the body are controlled by the right cerebral hemisphere, likewise for the  other sides.  Hemiplegia: damage to the left precentral gyrus results in paralysis on the right side of the body, and  vice versa.  Premotor cortex: controls learned motor skills that are patterned or repetitive, like typing. Damage to  the premotor cortex causes one to have to relearn skills, such as walking.  Broca’s area: controls the skeletal muscles involved in speech production, hence, it is referred to as the  motor speech area. It is located only in the left cerebral hemisphere, so damage to the frontal lobe in the  left cerebral hemisphere can result in right side paralysis and loss of speech. It is connected to  Wernicke’s area by the actuate fasciculate. Wernicke’s area is responsible for language  acquisition. Damage to Wernicke’s area results in “word salad,” also known as Wernicke’s aphasia.  The Broca’s area can act to cause speech, but not comprehensive language. Damage to the Broca’s area  results in loss of speech, or Broca’s aphasia.  Frontal eye field: controls voluntary movements of the skeletal muscles that position the eyes. Damage  to the frontal eye field causes inability to move the eyes.  Sensory areas: for the conscious awareness of sensation; each input will have a different primary  sensory cortex in a different lobe (all 5 lobes are involved).  Ch. 12: The Central Nervous System 11/20/2013 Somatosensory cortex in the parietal lobe: located in the post­central gyrus in each cerebral  hemisphere; determines spatial discrimination. The sensory input nerves in the PNS carry impulses into the  CNS, and synapse with nuclei in the thalamus and then get relayed by tracts to the postcentral gyrus. The  somatosensory input from the left side of the body will be relayed to the right postcentral gyrus (which is in  the right cerebral hemisphere). Hence, damage to the left postcentral gyrus will result in loss of sensation  on the right side of the body.  Association areas: integrate and interpret sensory inputs from the sensory areas hence, each primary  sensory area above has an association area.  Inner cerebral white matter: composed of myelinated axons; inner/deep to the cerebral cortex. The  myelinated axons are bundled into 3 types of tracts, based on direction:  Commissural tracts: commissures connect corresponding areas in the 2 cerebral hemispheres. The  corpus callosum is a commissure.  Projection tracts: connect the cerebrum to the lower brain areas and spinal cord; 2 types: Descending tracts: motor information from the cerebral cortex to lower brain regions/spinal cord (ex:  pyramidal tracts)  Ascending tracts: sensory input into the thalamus and then relayed to specific areas in the cerebral  cortex (ex: spinothalamic tract) Association tracts: connect areas within the same cerebral hemisphere, like the actuate fasciculate. Basal nuclei: islands of clusters of neuronal cell bodies located deep in the cerebral white matter. There  are 3 major basal nuclei: caudate nucleus, putamen, and the globus pallidus. All 3 basal nuclei  are referred to as the corpus striatum (literally means striated body), and just the putamen + the  globus pallidus is referred to as the lentiform nucleus.  Basal nuclei initiate and stop movements
More Less

Related notes for BSCI 201

Log In


Don't have an account?

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.