Unveiling the Nervous System: Anatomy, Neurons, and Pathways

HUMAN ANATOMY AND PHYSIOLOGY LECTURE  CHAPTER 8 - NERVOUS SYSTEM  NERVOUS SYSTEM  •   Functions  o   Sensory input -  sensory receptors respond to stimuli  o   Integration -  brain and spinal cord process stimuli  o   Control of muscles and glands   o   Mental activity -  brain    o   Homeostasis   •   Main Divisions of Nervous System   o   Central Nervous System (CNS) -  brain & spinal cord  o   Peripheral Nervous System (PNS) -  all neurons  outside CNS  NEURON  •   Nerve cells  •   Require oxygen and glucose  •   Receive input, process input, produce a response  •   Dendrite -  receives  stimulus from other neurons or sensory receptors  •   Cell body -  processes stimulus; contains a nucleus  •   Axon -  transmits  stimulus to a gland, muscle, organ, or other neuron  •   Myelin Sheath   o   fatty, protective wrapping around axons  o   excellent insulator  o   Nodes of Ranvier -  gaps in myelin sheath where  action potentials develop  o   Saltatory conduction -  jumping of action potentials  o   Myelinated axons conduct action potentials more quickly (3-15 meters/sec) than unmyelinated due to Nodes of Ranvier.  o   Multiple sclerosis -  disease of myelin sheath that  causes loss of muscle function      TYPES OF NEURONS  •   Multipolar   o   many dendrites and a single axon  o   Ex.  CNS and most motor neurons  •   Bipolar   o   one dendrite and one axon  o   Ex.  Eye and nasal cavity  •   Pseudo-unipolar   o   one axon and no dendrites  o   Ex.  Sensory neurons    NEUROGLIA  •   Supporting cells for neurons  •   More numerous than neurons  •   Can divide to produce more cells  •   5 types   TYPES OF NEUROGLIA  •   Astrocytes  - star-shaped; most abundant; form blood- brain barrier  •   Ependymal Cells  - produce and circulate cerebrospinal  fluid (CSF)  •   Microglia  - help remove bacteria and cell debris from  CNS  •   Oligodendrocytes  - produce myelin sheath in CNS  •   Schwann cells  - produce myelin sheath in PNS   

ORGANIZATION OF NERVOUS TISSUE  •   Gray matter -  collection of dendrites and cell bodies  •   White matter -  collection of axons and their myelin sheath  CNS  PNS  Oligodendrocytes   Schwann cells   Produce myelin sheath  Nerve tracts   Nerves   Collection of axons  Nuclei   Ganglion   Collection of cell bodies    ELECTRICAL SIGNALS AND NEURAL PATHWAYS  •   Resting Membrane Potential   o   Outside of cell is more + (Na + )  o   Inside of cell is more  – (K + )  o   Leak ion channels -  always open;   K +  channels  o   Gated ion channels -  closed until opened by specific  signal; Na +  channels  •   Action Potentials   o   “Electricity” that cause depolarization and repolarization  o   Change resting membrane potential by activating    gated ion channels  o   Local Current -  movement of Na +  which causes  inside of cell to be more positive (depolarize)      o   If enough Na +  enters then  threshold  is reached and  more Na +  channels open  o   Once threshold is reached all or none law applies  o   Action potentials continue until Na +  channels close, K +  channels   open, and  repolarization  occurs  o   Sodium/potassium pump restores  •   Synapse   o   where an axon attaches to a muscle, gland, organ, or other neuron  o   involved with release of neurotransmitters  o   Ex. Neuromuscular junction  •   Reflexes   o   involuntary response to a stimulus  o   Reflex arc -  path reflex travels  ▪   Sensory receptors -  pick up stimulus; in skin  ▪   Sensory (afferent) neurons -  send stimulus to  interneurons in spinal cord  ▪   Interneurons (Association) neuron -  located in  CNS and connect to motor neurons; process stimulus  ▪   Efferent (motor) neurons -  send response to  effector  ▪   Effector -  muscle, gland, or organ     •   Neuronal Pathways   o   Converging:   o   two or more neurons synapse same neuron  o   allows info. to be transmitted in more than one        neuronal pathway to converge into a single pathway  o   Diverging:   o   axon from one neuron divides and synapses with       more than one neuron  o   allows info. to be transmitted in one neuronal        pathway to diverge into 2 or more pathways    CENTRAL NERVOUS SYSTEM  •   Consists of brain and spinal cord  •   Brain in brain case  •   Spinal cord in vertebral column     •   Spinal Cord   o   Extends from foramen magnum to 2 nd  lumbar vertebra  o   Protected by vertebral column  o   Spinal nerves allow movement  o   If damaged paralysis can occur  o   Gray Matter    ▪   center of spinal cord  ▪   looks like letter H or a butterfly  ▪   Posterior horns -  contain axons which synapse  with interneurons  ▪   Anterior horns -  contain somatic neurons  ▪   Lateral horns -  contain autonomic neurons  ▪   Central canal -  fluid filled space in center of cord  o   White Matter     ▪   outside of spinal cord  ▪   contains myelinated fibers  ▪   Contains 3 columns dorsal, ventral, lateral columns 

▪   Ascending tracts -  axons that conduct action  potentials toward brain  ▪   Descending tracts -  axons that conduct action  potentials away from brain  •   Spinal Nerves   o   Arise along spinal cord from union of dorsal roots and ventral roots  o   Contain axons sensory and somatic neurons  o   Located between vertebra  o   Categorized by region of vertebral column from which it emerges (C for cervical)  o   31 pairs  o   Organized in 3 plexuses  •   Cervical Plexus   o   Spinal nerves C1-4  o   Innervates muscles attached to hyoid bone and neck  o   Contains phrenic nerve which innervates diaphragm  •   Brachial Plexus   o   Originates from spinal nerves C5-T1  o   Supply nerves to upper limb, shoulder, hand  •   Lumbosacral Plexus   o   Originates from spinal nerves L1 to S4  o   Supply nerves lower limbs  •   Cerebrospinal Fluid   o   Fluid that bathes the brain and spinal cord  o   Provides a protective cushion around the CNS  o   Produced in  choroid plexus  of brain  •   Brainstem   o   Medulla oblongata   ▪   Location - continuous with spinal cord  ▪   Function - regulates heart rate, blood vessel diameter, breathing, swallowing, vomiting, hiccupping, coughing, sneezing, balance  ▪   Pyramids -   involved in conscious control of  skeletal muscle  o   Pons   ▪   Location - above medulla, bridge between cerebrum and cerebellum  ▪   Function - breathing, chewing, salivation, swallowing  o   Midbrain   ▪   Location - above pons  ▪   Function - coordinated eye movement, pupil diameter, turning head toward noise  o   Reticular Formation   ▪   Location - scattered throughout brainstem     ▪   Function - regulates cyclical motor function, respiration, walking, chewing, arousing and maintaining consciousness, regulates sleep-wake cycle  •   Diencephalon   o   Located between the brainstem and cerebrum  o   Thalamus  ▪   largest portion of diencephalon   ▪   influences moods and detects pain   o   Epithalamus:  ▪   above thalamus  ▪   emotional and visceral response to odors  o   Hypothalamus   ▪   below thalamus  ▪   controls pituitary gland and is connected to it by infundibulum  ▪   controls homeostasis, body temp, thirst,                        hunger, fear, rage, sexual emotions  •   Cerebrum   o   Largest portion of brain  o   Divisions:  ▪   Right Hemisphere; Left Hemisphere  ▪   separated by longitudinal fissure  o   Lobes: frontal, parietal, occipital, temporal  o   Cerebral Cortex   ▪   surface of cerebrum, composed of gray matter  ▪   controls thinking, communicating, remembering, understanding, and initiates involuntary movements  o   Gyri -  folds on cerebral cortex that increase surface   o   area  o   Sulci -  shallow indentations  o   Fissure -  deep indentations  o   Left hemisphere   ▪   controls right side of body  ▪   responsible for math, analytic, and speech   o   Right hemisphere   ▪   controls left side of body  ▪   responsible for music, art, abstract ideas  o   Corpus callosum -  connection bet. 2 hemispheres  •   Lobes of Brain   o   Frontal lobe -  front; controls voluntary motor  functions, aggression, moods, smell  o   Parietal lobe -  top; evaluates sensory input such as  touch, pain, pressure, temp., taste  o   Occipital lobe -  back; vision  o   Temporal lobe -  sides; hearing, smell, memory  •   Cerebellum   o   below cerebrum  o   means little brain  o   cortex is composed of gyri, sulci, gray matter  o   controls balance, muscle tone, coordination of fine motor movement  SENSORY FUNCTIONS  •   CNS constantly receives sensory input  •   We are unaware of most sensory input  •   Sensory input is vital of our survival and normal functions  •   Ascending Tracts   o   pathways in brain and spinal cord  o   transmit info. via action potentials from periphery to brain  o   each tract has limited type of sensory input (temp, touch, pain, etc.)  o   tracts are named indicating origin and termination  o   made of 2-3 neurons in sequence  •   Sensory Areas of Cerebral Cortex   o   Primary sensory areas:   ▪   where ascending tracts project    ▪   where sensations are perceived  o   Primary somatic sensory cortex:   ▪   general sensory area  ▪   in parietal lobe   ▪   sensory input such as pain, pressure, temp.   SOMATIC MOTOR FUNCTIONS  •   Motor Areas of Cerebral Cortex   o   Primary motor cortex -  frontal lobe; control voluntary  motor movement  o   Premotor area -  frontal lobe;   where motor functions  are organized before initiation