HHMI BioInteractive

Meer over de menselijke SCN Anatomie

Zelfs in afwezigheid van externe tijdsignalen, handhaaft de mens een slaap-waak ritme dat zeer dicht bij de 24 uur ligt. Het circadiane systeem van een organisme bestaat uit componenten die input uit de omgeving ontvangen, die het 24-uurs ritme genereren en die de ritmische output naar alle weefsels van het lichaam regelen. Bij zoogdieren is de controlecomponent van de klok die een 24-uurs ritme genereert de suprachiasmatische kern (SCN), gelegen in een deel van de hersenen dat de hypothalamus wordt genoemd. De SCN produceert een signaal dat de rest van het lichaam op een ongeveer 24-uurs schema kan houden. Omdat de periode van de interne klok echter niet precies 24 uur is, zijn omgevingsfactoren – met name licht – nodig om de klok elke ochtend opnieuw in te stellen en het organisme in sync te houden met de buitenwereld. Bekijk deze animatie om te zien hoe zonlicht wordt omgezet in een signaal dat neuronen in de SCN kan resetten.

Licht komt het oog binnen en activeert neuronen in het netvlies die fotonen (lichtdeeltjes) omzetten in elektrische signalen. De netvliesneuronen geven de elektrische signalen van het netvlies door via lange axonen in de oogzenuw. Onderweg bevindt zich het optische chiasme, waar de oogzenuwen van het linker- en rechteroog samenkomen en elkaar kruisen. Bij het optische chiasme gaat de visuele informatie verder naar de achterkant van de hersenen, waar ze wordt verwerkt tot beelden die wij bewust kunnen waarnemen. De neuronen die informatie naar de SCN brengen, nemen echter een andere weg. Zij verlaten het optische chiasme en gaan omhoog, naar de SCN (suprachiasmatisch betekent “boven het chiasme”).

De SCN is een kleine, gepaarde, vleugelvormige structuur in de hypothalamus, gelegen aan de basis van de hersenen. De animatie toont de geïsoleerde linker SCN, de oogzenuw en het oog, terwijl de rechter SCN wordt getoond, ingebed in de hypothalamus in de hersenen. Binnen elke zijde van de SCN bevindt zich een netwerk van tot wel enkele duizenden neuronen. Experimenten met afzonderlijke geïsoleerde SCN-neuronen suggereren dat elke SCN-cel een functionele klok is, die normaal gesynchroniseerd is met de activiteit van zijn buren.

In een enkel SCN-neuron schakelt het eiwitproduct van een biologisch klokgen de productie van meer eiwit uit, waardoor een negatieve terugkoppelingslus wordt gevormd. Ga naar de animatie “The Mammalian Molecular Model” om te zien hoe deze moleculaire oscillaties resulteren in circadiane ritmes.

Zelfs in afwezigheid van externe tijdsignalen, handhaaft de mens een slaap-waak ritme dat zeer dicht bij de 24 uur ligt. Het circadiane systeem van een organisme bestaat uit componenten die input uit de omgeving ontvangen, het 24-uurs ritme genereren en de ritmische output naar alle weefsels van het lichaam doorgeven. Bij zoogdieren is de controlecomponent van de klok die een 24-uurs ritme genereert de suprachiasmatische kern (SCN), gelegen in een deel van de hersenen dat de hypothalamus wordt genoemd. De SCN produceert een signaal dat de rest van het lichaam op een ongeveer 24-uurs schema kan houden. Omdat de periode van de interne klok echter niet precies 24 uur is, zijn omgevingsfactoren – met name licht – nodig om de klok elke ochtend opnieuw in te stellen en het organisme in sync te houden met de buitenwereld. Bekijk deze animatie om te zien hoe zonlicht wordt omgezet in een signaal dat neuronen in de SCN kan resetten.

Licht komt het oog binnen en activeert neuronen in het netvlies die fotonen (lichtdeeltjes) omzetten in elektrische signalen. De netvliesneuronen geven de elektrische signalen van het netvlies door via lange axonen in de oogzenuw. Onderweg bevindt zich het optische chiasme, waar de oogzenuwen van het linker- en rechteroog samenkomen en elkaar kruisen. Bij het optische chiasme gaat de visuele informatie verder naar de achterkant van de hersenen, waar ze wordt verwerkt tot beelden die wij bewust kunnen waarnemen. De neuronen die informatie naar de SCN brengen, nemen echter een andere weg. Zij verlaten het optische chiasme en gaan omhoog, naar de SCN (suprachiasmatisch betekent “boven het chiasme”).

De SCN is een kleine, gepaarde, vleugelvormige structuur in de hypothalamus, gelegen aan de basis van de hersenen. De animatie toont de geïsoleerde linker SCN, de oogzenuw en het oog, terwijl de rechter SCN wordt getoond, ingebed in de hypothalamus in de hersenen. Binnen elke zijde van de SCN bevindt zich een netwerk van tot wel enkele duizenden neuronen. Experimenten met afzonderlijke geïsoleerde SCN-neuronen suggereren dat elke SCN-cel een functionele klok is, die normaal gesynchroniseerd is met de activiteit van zijn buren.

In een enkel SCN-neuron schakelt het eiwitproduct van een biologisch klokgen de productie van meer eiwit uit, waardoor een negatieve terugkoppelingslus wordt gevormd. Ga naar de animatie “The Mammalian Molecular Model” om te zien hoe deze moleculaire oscillaties resulteren in circadiane ritmen.

Human SCN Anatomy Background

Living organisms have evolved internal timekeeping mechanisms to synchronize behavior and physiology with the cycles of day and night. Deze biologische klokken zijn gevonden in organismen zo divers als schimmels, fruitvliegen, hamsters, en de mens. De biologische klok van de mens bevindt zich diep in de hersenen. Deze animatie neemt de kijker mee op een driedimensionale tocht langs het pad van de lichtinval in de suprachiasmatische kern (SCN), een verzameling neuronen die ons circadiane ritme regelt.

Deze animatie is ontworpen in samenwerking met de serie Clockwork Genes van HHMI’s Holiday Lectures on Science 2000: Discoveries in Biological Time.

Human SCN Anatomy Teaching Tips

De animaties in deze sectie kunnen op vele manieren in de klas worden toegepast. Gebruik de onderstaande tips om te beginnen, maar kijk uit naar meer specifieke onderwijstips in de nabije toekomst. Vertel ons hoe u de animaties in uw klas gebruikt door een e-mail te sturen naar [email protected].

1. Gebruik de animaties om abstracte wetenschappelijke ideeën zichtbaar en concreet te maken.

2. Leg belangrijke wetenschappelijke principes uit aan de hand van de animaties. De animaties over biologische klokken kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt om de grondbeginselen van transcriptie en translatie aan te tonen.

3. Zorg ervoor dat leerlingen de stof leren door delen van de animaties zo vaak te herhalen als u nodig acht om de onderliggende wetenschappelijke principes te versterken. U kunt delen van de animaties starten, opnieuw starten en afspelen.

4. Stimuleer leerlingen om de animaties te gebruiken in overeenstemming met hun eigen leerstijlen. Leerlingen die meer visueel ingesteld zijn, kunnen eerst de animaties bekijken en de tekst later lezen, terwijl anderen misschien liever eerst de uitleg lezen en dan de afbeeldingen bekijken.

5. De animaties opnemen in webgebaseerde leermodules die u maakt als aanvulling op uw lesprogramma.

6. Studenten aanmoedigen om de animaties in hun eigen webgebaseerde projecten op te nemen.

Humane SCN-anatomie Bronnen

1. Bear, MF, Connors, BW, en Paradiso, MA. Neuroscience: exploring the brain. Baltimore: Williams and Wilkins, 1996.

2. Herzog, ED, Takahashi, JS, and Block, GD. Clock controls circadian period in isolated suprachiasmatic nucleus neurons. Nature Neuroscience 1:708-713

3. Lydic, R, Albers, HE, Tepper, B, and Moore-Ede, MC. Three-dimensional structure of the mammalian suprachiasmatic nuclei: a comparative study of five species. J. Comp. Neurol. 204: 225-237, 1982.

4. van den Pol, A. Hypothalamus suprachiasmatische nucleus: intrinsieke anatomie. J. Comp. Neurol. 191: 661-702, 1980.

Human SCN Anatomy Credits

Director: Dennis Liu, Ph.D.

Wetenschappelijke leiding: Joseph Takahashi, Ph.D.

Wetenschappelijke inhoud: Donna Messersmith, Ph.D.

Animator: Eric Keller