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Chapter 4

PSYA01H3 – Chapter 4 Notes.doc

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PSYA01H3 – Chapter Four Notes Biology of Behaviour The Brain and Its Components  • If a brain transplant was feasible, we would say that the owner of the brain was getting a  new body rather than the reverse. If that were the case, if you replaced a your own brain  with the brain of a younger clone of you, you would have their memories, thoughts and  personality. Thus, losing you experiences, knowledge and wisdom  • The brain contains between 10 billion and 1000 billion nerve cells  • These cells differ in shape, size and the kind of chemicals they produce  • Pierre Flourens emphasized that different parts of the nervous system have different  functions  • Donald Hebb considered how individual nerve cells are organized into large units and  they could generate the higher processes of the brain (memory, thought, and decision  making) • Neuroscientists have learned the nerve cells are organized in modules – clusters of nerve  cells that communicate with each other, receiving and processing information and sending  result to other modules (transistors, resistors and capacitors) Structure of the Nervous System  • The brain has 3 major functions: controlling behaviour, processing and retaining the  information we receive form the environments and regulating the body’s physiological  processes  • The nervous system consists of 2 divisions:  o 1. Central nervous system: the brain and the spinal cord  Spinal cord: a long, thin collection of nerve cells attached to the base of the brain and running  the length of the spinal column. This controls some simple reflexes (pulling away form hot  objects) Nerve:  a bundle of fibers that transmits information between the central nervous system and the  body’s sense organs, muscles, and glands  o 2. Peripheral nervous system: the cranial and spinal nerves; that part of the  nervous system peripheral to the brain and spinal cord Cranial nerve: a bundle of nerve fibers attached to the base of the brain; conveys sensory  information (what’s happening in the environment or within body) from the face and head (eyes,  ears, nose and tongue) and carries messages to muscles and glands Spinal nerve: a bundle of nerve fibers attached to the spinal cord; conveys sensory information  from the body and carries messages to muscles and glands  • The human brain has three major parts: the brain stem, the cerebellum and the cerebral  hemispheres Brain stem: the “ stem” of the brain, including the medulla, pons and midbrain that control the  physiological functions and automatic behaviours  Cerebral hemisphere: the largest part of the brain; covered by the cerebral cortex and  containing parts of the brain that evolved most recently Cerebellum: a pair of hemispheres resembling the cerebral hemispheres but much smaller and  lying beneath and in back of them; controls posture and movements, especially rapid ones • The central nervous system is very protected. The brain is encased in the skull  Vertebra: one of the bones that encase the spinal cord and constitute the vertebral column Meninges: the three­layered set of membranes that enclose the brain and spinal cord  Cerebrospinal fluid (CSF): the liquid in which the brain and spinal cord float; provides a shock­ absorbing cushion between the two meninges and protecting them from being bruised by the  bones that encase them  Blood­brain barrier: a barrier between the blood and the brain produced by the cells in the walls  of the brain’s capillaries; prevents some toxic substances from passing from the blood into the  brain  Cerebral cortex: the outer layer of the cerebral hemisphere of the brain; approx. 3 mm thick • It is often referred to as grey matter: the portions of the central nervous system that are  abundant in cell bodies of neurons rather than axons, the colour appears grey relative to  white matter • This is where perception takes place, memories are stored and plans are formulated and  executed  • The nerves in the cerebral cortex are connected to other parts of the brain by a layer of  nerve fibres called white matter: the portions of the central nervous system that are  abundant in axons rather than cell bodies of neurons. The colour derives from the  presence of the axons’ myelin sheaths • Gyri and fissures are the bulges and large grooves of the cortex Cells of the Nervous System  Neuron: a nerve cell; consists of a cell boy with dendrites and an axon whose branches end in  terminal buttons that synapses with muscle fibers, gland cells or other neurons  • Bring sensory information to the brain, stores memories, reaches decisions and controls  the activity of the muscles  • They are assisted by glial cells: cells of the central nervous system that provides support  for neuron and supplies them with some essential chemicals Dendrite: a tree­like part for a neuron on which other neurons form synapses • They transmit the information they receive down they trunks to the cell body Dendrite spine: a small bud­like protuberance on the surface of a neuron’s dendrite. They appear  on neurons in the brain.  Soma: a cell body; the largest part of a neuron  • Contains the mechanisms that control the metabolism and maintenance of the cell  • Receives messages form other neurons  Axon: a long, thin part of a neuron attached to the soma; divides into a few or many branches,  ending in terminal buttons  • Carries messages away from the soma towards the cells with which the neuron  communicate  Terminal button: the rounded swelling at the end of the axon of a neuron; releases transmitter  substance Neurotransmitter: a chemical released by the terminal buttons that causes the postsynaptic  neuron to be excited or inhibited Myelin sheath: the insulating material that encases most large axons • Myelin (part protein, part fat) produced by glial cells  • They insulate axons from one another and thus prevent the scrambling of messages  • Also increase speed of the action potential  • Multiple sclerosis (MS) is where a person’s immune system attacks their central nervous  system. This strips away at the myelin sheath, resulting in abnormal functioning of the  axon Action potential: a brief electrochemical event that is carried by an axon from the soma of the  neuron to its terminal buttons; causes the release of a transmitter substance Ion: a positively or negatively charged particle; produced when many substances dissolve in  water Ion channels: a special protein molecule located in the membrane of the cell; controls the entry  or exit of particular ions (sodium and potassium channels) Ion transporter: a special protein molecule located in the membrane of a cell; actively transports  ions into or out of the cell using energy sources of the cell • When axon is in resting start (­70mv), the outside of the membrane is positively charges  which the inside is negatively charged and the ion channels are closed • An action potential is caused by the opening of some channels by the soma and permits  positively charged sodium ion to enter • This reversal in membrane potential is short lived, closing that ion channel and opening  another to release positively charged potassium ion to resotre the normal electrical  charges  • Ion transporters pump sodium and potassium ion back to their original locations  All­or­none law: the principle that once an action potential is triggered in an axon; it is  transmitted, without getting smaller, to the end of the axon Sensory neuron: a neuron that detects changes in the external or internal environment and sends  information about these changes to the central nervous system  Motor neuron: a neuron whose terminal buttons form synapses with muscle fibers. When an  action potential travels down its axon, the associated muscle fibers will twitch  Synapses Synapse: the junction between the terminal buttons of one neuron and the membrane of a muscle  fiber, a gland or another neuron • How neurons communicate  Presynaptic neuron: a neuron whose terminal buttons form synapses with and excite or inhibit  another neuron • The neuron that sends the message  • Terminal button becomes active and releases a transmitter substance Postsynaptic neuron: a neuron with which the terminal buttons of another neuron form synapses  and that is excited or inhibited by that neuron  • The neuron that receives the message • The strength of a muscular contraction depends on the rate of firing of the axon that  controls it. This goes for other places as well. If they fire at a high rate, the contraction  will be forcefully, if low it will be weak  • Exhibitory synapses: when the axon fires, the terminal button releases a transmitter  substance that excites the postsynaptic neuron  • Inhibitory synapses: when they are inactivated, they lower the likelihood that the axon of  the postsynaptic neuron will fire Synaptic cleft: a fluid­filled space between the presynaptic and postsynaptic membranes; the  terminal button releases transmitter substance into this space • The transmitter substance causes reactions in the postsynaptic neuron that either excite or  inhibit it  Neurotransmitter receptor:  a special protein molecule located in the membrane of the  postsynaptic neuron that responds to molecules of the neurotransmitter  Reuptake: the process by which a terminal button retrieves the molecules of transmitter  substance that it has just released; terminates the effect of the transmitter substance on the  receptors of the postsynaptic neuron  Drugs and Behaviour  Effects of Drugs on Synaptic Transmission • Drugs affect our thoughts, perceptions, emotions, and behaviour by affecting the activity  of neurons in the brain  • Drugs are capable of: o  Stimulate or inhibit the release of neurotransmitters o Mimic the effects of neurotransmitters on postsynaptic receptors and block these  effects o Interfere with the reuptake of a neurotransmitter once it is released  Neurotransmitter, Their Actions and Drugs There are two main neurotransmitters in the brain: • Glutamate: the most important excitatory neurotransmitter in the brain and spinal cord o All sensory organs, except the pain stimuli, transmit information to the brain  through axons whose terminal release glutamate  o NMDA receptor is deactivated by alcohol, which is why binge drinker loss  memory of their actions while drunk  • GABA: the most important inhibitory neurotransmitter in the brain o Barbiturate: a drug that causes sedation (calming effect); one of several  derivatives of barbituric acid  o Moderate does of alcohol and barbiturates can be fatal  o Antianxiety drug: a “tranquilizer” which reduces anxiety and comes form a  family known as Benzodiazepine: a class of drug having anxiolytic  (“tranquilizing”) effects, such as diazepam (Valium); much safer than barbiturate  Acetylcholine (Ach): a neurotransmitter found in the brain, spinal cord, and parts of the  peripheral nervous system; responsible for muscular contraction  Botulinum toxin: a drug that prevents the release of acetylcholine by terminal buttons  Black widow spider venom: a drug that stimulates the release of acetylcholine by terminal  buttons  Neostigmine: a drug that enhances the effect of acetylcholine by blocking the enzyme that  destroys it  Nicotine: a drug that binds with and stimulates acetylcholine receptors, mimicking the effects of  this neurotransmitter  Curare: a drug that binds with and stimulates acetylcholine receptors, preventing the  neurotransmitter from exerting its effect Monoamine: a category of neurotransmitters
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