Zentrales Nervensystem
Themenblock für das 4. Semester Medizin UZH
Themenblock für das 4. Semester Medizin UZH
Schlaf ( GABA / GABAA-Rezeptor )
· γ-Aminobuttersäure
· hemmender Neurotransmitter
· wird im VLPO-Hypothalamus gebildet
· GABAA-Rezeptor ( Heteropentamer )
· Chlorid-Kanal → Hyperpolarisation
· Benzodiazepine wirken als agonistische Modulatoren ( erhöhen die Öffnungswahrscheinlichkeit )
Schlaf ( Schlafmittel )
· v.a. Benzodiazepine ( Valium / Dormikum )
· Zolpidem ( keine Benzodiazepin-Struktur / aber gleiche Wirkung )
· erhöhen die Öffnungswahrscheinlichkeit für die Öffnung der GABAA-Rezeptoren
· induzieren unphysiologischen Schlaf ( reduzierte δ-Aktivität → kein Tiefschlaf )
Schlaf ( REM-Schlaf )
· aminerge Zellen ( LC → NOR / Raphe → Serotonin / TMN → Histamin / PH → Hypocretin )
· Abnahme der Aktivität während dem NonREM-Schlaf
· keine Aktivität mehr während dem REM-Schlaf ( «REM-off Neurone» )
· cholinerge Zellen ( PPT + LDT → ACh / VTA → Dopamin / Glutamat )
· Abnahme der Aktivität während dem NonREM-Schlaf
· hohe Aktivität während dem REM-Schlaf ( «REM-on Neurone» )
· Generator für REM-Schlaf liegt im Hirnstamm
· monoaminerge Zellen hemmen cholinerge Zellen → Enthemmung → REM-Schlaf
· cholinerge Zellen hemmen aktiv die Motoneurone → Muskelatonie während REM-Schlaf
Schlaf ( Antidepressiva )
· Monoamin-Oxidase Hemmer
· hemmen Wiederaufnahme von Serotonin, Norepinephrin und Dopamin
→ vollständige Unterdrückung des REM-Schlafes ( weil cholinerge Zellen nicht enthemmt werden )
Schlaf ( Aufrechterhaltung des Wach- und Schlafzustands )
· aktive Kerne im posterioren Hypothalamus stimulieren Kerne im ARAS ( LC / Raphe / TMN )
· Wachzustand → Kerne im ARAS erhalten den Wachzustand und inhibieren Kerne im VLPO
· Schlafzustand → VLPO-Kerne inhibieren den posterioren Hypothalamus und die Kerne im ARAS
· bei Läsion im posterioren Hypothalamus fällt das Hypocretin-System weg
→ Verschwimmung des Wach- und Schlafzustands → Narkolepsie
Schlaf ( zirkadianer Rhythmus )
· hat Einfluss auf die homöostatische Schlafregulation
· Periode ≈ 24.2h / Mesor = 24h-Mittelwert / Amplitude nimmt im Alter ab
· Frauen haben im Durchschnitt eine um 0.1h kürzere Periode als Männer
· innere Uhr liegt im Ncl. suprachiasmaticus ( SCN / enthält Melatonin-Rezeptoren )
· zirkadianer Rhythmus wird täglich synchronisiert
· v.a. über Licht ( retinohypothalamischer Trakt ) / aber auch über soziale Kontakte
· jede Zelle im Körper hat innere Uhr ( zeitlich-anhängige Genexpression / muss auch synchronisiert werden )
· retinohypothalamischen Trakt ( wichtig für Synchronisation des zirkadianen Rhythmus )
1. Lichteinfall auf Retina → Ncl. suprachiasmaticus im Hypothalamus
2. Ncl. suprachiasmaticus → Epiphyse
3. Epiphyse → Melatoninausschüttung ( Dunkelhormon / wird im Dunkeln ausgeschüttet )
4. Melatonin → Feedback zum Ncl. suprachiasmaticus
Schlaf ( Melatonin )
· Pinealishormon / Dunkelhormon / Nachthormon
· wird nur im Dunkeln ausgeschüttet / am Tag hat man kein Melatonin im Blut
· wirkt auf Melatoninrezeptoren im N. suprachiasmaticus
· fördert Resynchronisation des zirkadianen Rhytmus / ist keine Schlafsubstanz
kindliche Entwicklung ( Entwicklung des Individuums )
· Grössenzunahme ( quantiative Zunahme von Körpergrösse / Muskelkraft / Anzahl Worte )
· Differenzierung ( qualitative Zunahme von Gestalt / Lokomotion / Syntax / Grammatik )
· Spezifizierung ( funktionelle Anpassung an die Umwelt / Abschluss in der Pubertät )
kindliche Entwicklung ( Hirnentwicklung )
· bei Geburt ist Gehirn anatomisch gebildet / Myelinisierung und Synaptogenese fehlt noch
· der Kortex entwickelt sich von posterior nach anterior
· stärkste Myelinisierung findet im 1. Lebensjahr statt
· Aufbau / «blooming» der Synaptogenese bis ≈ 8. Lebensjahr ( topographische Unterschiede )
· Abbau / «pruning» der Synaptogenese nach ≈ 8. Lebensjahr ( topographische Unterschiede )
· Messung der Synaptogenese / Synapsen-Dichte über EEG-Aktivität
→ viele langsame Wellen = viele Synapsen
kindliche Entwicklung ( Wachstum )
· Variabilität zwischen Kindern / Stabilität im individuellen Kind
· Lage in der Wachstumskurve ist unwichtig / Verlauf der Wachstumskurve ist wichtig
· Kind findet seine Wachstumskurve erst in den ersten 2-3 Lebensjahren
· Wachstumskurven ( in den ersten 2 Jahren liegend gemessen, danach stehend )
· Referenz-Kurven ( repräsentative Population → Anpassung an Lebensstil )
· Standard-Kurven ( optimal ernährte, gesunde Population )
· mittlerer Pubertätspurt ( Zunahme der Wachstumsgeschwindigkeit )
· bei Mädchen früher, dafür kleiner ( 12 J. vs. 14 J. )
· korreliert leicht mit dem IQ
· Zielgrösse ≈ ( Grösse Vater + Grösse Mutter ) / 2 ± 6.5cm ( + für Männer / - für Frauen )
kindliche Entwicklung ( Motorik - Einteilung )
· Grobmotorik
· Reflexe
· Haltung
· Bewegungen
· Feinmotorik
· Greifen / Fingerbewegungen
· Visuomotorik
· Graphomotorik
kindliche Entwicklung ( Motorik - Grobmotorik )
· Reflexe
· monosynaptisch ( Muskeleigenreflexe / z.B. Patellarsehnenreflex )
· polysynaptisch ( Fremdreflexe / z.B. Glabella-Reflex, Cremaster-Reflex, Greifreflex )
· komplexe Reflexreaktionen ( z.B. Moro-Reaktion, ATNR, Schreitbewegungen )
· Fremd- und komplexe Reflexe nehmen bis zum 12. Monat ab ( Fussgreifreflex zuletzt )
· Haltung
· Bauchlage
· Rückenlage
· Aufsitzen
· Sitzen
· Bewegungen
· unwillkürlich ( Spontanmotorik / z.B. intrauterine Motorik, symmetrische Bewegungen nach Geburt / nimmt im ersten Lebensjahr ab )
· willkürlich ( z.B. Gehen / nimmt im ersten Lebensjahr zu )
· motorische Aktivität ist Abhänging vom Geschlecht und vom Alter ( Umwelt hat wenig Einfluss )
· Gehalter liegt im Durchschnitt bei 13 Monaten ( zwischen 10-20 Monaten )
kindliche Entwicklung ( Motorik - Feinmotorik )
· Greifen
· palmar ulnar ( 4-5 Monate )
· palmar radial ( 6-7 Monate )
· Scherengriff ( 8-9 Monate )
· Pinzettengriff ( 10-12 Monate )
· Visuomotorik
· z.B. Perlen auffädeln
· Mädchen sind etwas geschickter
· Graphomotorik
· Schreibbewegungen
· Kritzeln → geometrische Formen → Kopffüssler → Sinnzeichnen → realitätsnahes Zeichen
· Mitbewegungen
· sind ein Reifungsphänomen ( unwillkürliche Bewegungen von unbeteiligten Körperpartien )
· verursacht durch unvollständige Inhibition von neuronalen Netzwerken
· bei Männder stärker ausgeprägt als bei Frauen
· bei Cerebralparese ist zusätzlich noch der Babinsky-Reflex ausgeprägt
kindliche Entwicklung ( visuelle Entwicklung )
· visuelles Interesse
· abhängig vom Bekanntheitsgrad
· Gesichter > Bälle > Ringe ( Farben sind nicht sehr relevant )
· Entwicklung der Sehschärfe
· ein Neugeborenes sieht nichts, was mehr als 6m entfernt ist
kindliche Entwicklung ( geistige Entwicklung )
· Messung zuerst über Spielverhalten, später mittels Intelligenztests
· Entwicklungsrückstand: Kinder < 6 J. ( Aufholentwicklung nicht ausgeschlossen )
· Entwicklungsstörung: Kinder > 6 J. ( persistierende Funktionsstörung )
· Ätiologie für milde Behinderungen ( IQ 50-85 )
· 55% unbekannt
· 22% genetisch
· 15% Frühgeburt / Sauerstoffmangel bei Geburt ( Asphyxie )
· 6% Noxen / Infekte
· 2% postnatal
· Ätiologie für schwere Behinderungen ( IQ < 50 )
· 62% genetisch
· 15% Frühgeburt / Sauerstoffmangel bei Geburt ( Asphyxie )
· 15% unbekannt
· 6% postnatal
· 2% Noxen / Infekte
kindliche Entwicklung ( pränatale Noxen )
· die häufigsten pränatalen Noxen haben gleichzeitig die höchste Toxizität ( Alkohol und Nikotin )
· die seltenen, illegale Noxen sind weniger toxisch ( Cannabis / Kokain / Heroin / Ecstasy )
· fetales Alkoholsyndrom ( FAS )
· Gesichtsdymporphismen ( verstrichenes Philtrum / dünne Oberlippe / enge Lidspalte )
· Wachstumsrückstand
· ZNS-Störung ( strukturell oder funktionell / häufig Mikrozephalie )
kindliche Entwicklung ( Sprache )
· Sprachentwicklung ( bei Mädchen jeweils leicht früher )
· Wahrnehmung von Sprachlauten in den ersten 6 Monaten ( auch bereits vorgeburtlich )
· Spezialisierung auf Laute, die in der Muttersprache vorkommen ab dem 6. Monat
· erste 3 Worte innerhalb der ersten 2 Jahre ( Mädchen etwas früher )
· 2-Wortsätze innerhalb der ersten 3 Jahre ( ab ~50 Wörter )
· Benutzung der „Ich“-Form zwischen 2-4 Jahren
· Vokalisation, Lautimitation, „Dada, Mamma“ sind unabhängig von der sozialen Klassen
· 3 Worte, 2-Wortsätze, Vornamen und Plural sind bei höheren sozialen Klassen schneller ausgebildet
· Sprachentwicklungsstörung
· normale geistige Entwicklung
· eingeschränktes Sprachverständnis / undeutliche Artikulation / kleiner Wortschatz
kindliche Entwicklung ( auditive Entwicklung )
· wichtig für die Sprachentwicklung ( besonders hohe Frequenzen )
→ bei Hörstörungen braucht das Kind ein Hörgerät oder Cochlea-Implantat
· Früherkennung von Hörstörungen
· Anamnese ( Geburtskomplikationen / genetische Prädisposition )
· otoakustische Emissionen
· Hochtonrassel / Glocke
· Audiometrie ( ab dem 6. Monat )
kindliche Entwicklung ( soziale Entwicklung )
· nicht-sprachliche Kommunikation
· Mimik
· Blickverhalten
· Körperhaltung
· Bindungsverhalten
· soziales Lernen / Imitation
· soziale Kognition ( Selbst- und Fremdwahrnehmung )
· Selbstwahrnehmung im Spiegel (Rusch-Test) → Gebrauch des Vornamens → Gebrauch der „Ich“-Form
· mit Beginn der Fremdwahrnehmung ( ~2 Jahre ) wird ärztlicher Untersuch schwieriger
→ endet wieder nach der Entwicklung der Fremdwahrnehmung ( ~4 Jahre )
· Störung → Autismus
kindliche Entwicklung ( Autismus )
· Störung der sozialen Interaktion + Kommunikation / begrenztes Interesse
· Ätiologie
· genetisch ( Fragiles-X-Syndrom* / Neurofibromatose / … )
· Gehirnschädigung ( Asphyxie / … )
· Stoffwechselerkrankung ( Phenylketonurie / … )
*zweithäufigste Ursache für Behinderung / grosse Ohren, langes Gesicht
Definition "Konnektom"
· Gesamtheit der Verbindungen im Nervensystem eines Lebewesens
· Konnektomik = Auflösung der hochkomplexen Netzwerkstruktur des Gehirns
Aufbau des Nervensystems ( ZNS / PNS )
· Zentrales Nervensystem ( ZNS / Informationsverarbeitung )
· Peripheres Nervensystem ( PNS / Leitungsfunktion )
· Sinnesorgane ( hochspezialisierte Strukturen )
Aufbau des Nervensystems ( Sinnesorgane )
· Auge ( Gesichtssinn )
· Nase ( Geruchssinn )
· Zunge ( Geschmackssinn )
· Ohr ( Vestibularorgan → Gleichgewichtssinn / Cochlea → Hörsinn )
· Haut ( Tastsinn / Temperaturwahrnehmung / Nozizeption / ... )
· Propriozeption ( Wahrnehmung der Körperbewegung / -lage )
Aufbau des Nervensystems ( somatisches NS / autonomes NS )
· somatisches Nervensystem
· somatomotorisch ( Skelettmuskulatur )
· somatosensibel ( Hautrezeptoren / Gelenkrezeptoren / Muskelrezeptoren )
· somatosensorisch ( Sinnesorgane )
· autonomes / vegetatives Nervensystem ( Sympathikus / Parasympathikus )
· viszeromotorisch ( glatte Muskulatur / Drüsen )
· viszerosensibel ( Rezeptoren der Eingeweide )
Aufbau des Nervensystems ( Grössenordnungen )
· 100 Milliarden - 1 Billion Nervenzellen
· 1 Billion - 20 Billionen Gliazellen
→ mehr Gliazellen als Nervenzellen ( + mehr Interneurone als Motoneurone → 30:1 )
→ Hirntumore sind meistens Gliome
Aufbau des Nervensystems ( Zelltypen )
· Nervenzellen
· Neurone
· Gliazellen
· Astrozyten ( im Kontakt mit Blutgefässen )
· Mikroglia ( Makrophagen des ZNS )
· Oligodendrozyten ( bilden Myelinscheiden / Pendant zu Schwann-Zellen im PNS )
· Ependymzellen ( kleiden Ventrikel aus / trennen Liquor vom Hirngewebe )
Aufbau des Nervensystems ( Interneurone )
· normalerweise hemmend
· normalerweise GABAerg
Grosshirnrinde ( Gliederung in Lobi )
· Frontallappen ( Lobus frontalis / grün )
· anterior des Sulcus centralis
· Parietallappen ( Lobus parietalis / gelb )
· zwischen dem Sulcus centralis und dem Sulcus parietooccipitalis
· Temporallappen ( Lobus temporalis / blau )
· caudal des Sulcus lateralis
· anterior der Verbindungslinie von Gyrus supramarginalis - Incisura preoccipitalis - Isthmus gyri cinguli
· Occipitallappen ( Lobus occipitalis / rot )
· liegt posterior des Sulcus parietooccipitalis
· Limbischer Lobus ( Lobus limbicus / braun )
· nur der Gyrus cinguli ist gut sichtbar ( durch Sulcus cinguli vom Frontallappen getrennt )
· die anderen Anteile ( Amygdala / Hippocampus / Gyrus parahippocampalis ) sind verdeckt
· Insula ( Lobus insularis )
· liegt überdeckt von den Opercula (Deckelchen) des Frontal-, Parietal- und Temporallappens
Grosshirnrinde ( Sulcus centralis )
· kommt von der Fissura longitudinalis
· verläuft senkrecht zum Sulcus lateralis ( syn. Fissura lateralis )
Grosshirnrinde ( Fissura / Sulcus / Gyrus )
· Fissura: tiefe Furche
· Sulcus: Furche
· Gyrus: Windung / Vorwölbung zwischen den Sulci
· Gyri und Sulci der beiden Hemisphären sind nicht zu 100% deckungsgleich
Grosshirnrinde ( Gyrus cinguli )
· liegt über dem Corpus callosum
Grosshirnrinde ( Corpus callosum )
· massive Faserverbindung zwischen linker und rechter Hemisphäre
· ~200 Millionen markhaltige Nervenfasern
· Einteilung in Rostrum (Schnabel) → Genu (Knie) → Truncus (Stamm) → Splenium (Hinterende)
Grosshirnrinde ( Gliederung nach Funktion )
· primäre Areale ( unimodal )
· sekundäre Areale ( z.T. schon Verarbeitung )
· assoziative Areale ( polymodal / für Integration der Informationen )
a primärer somatomotorischer Kortex ( M1 )
b primärer somatosensorischer Kortex ( S1 )
c sekundärer somatosensorischer Kortex ( S2 )
d posteriorer Assoziationskortex
e WERNICKE-Zentrum ( sensorisches Sprachzentrum )
f Assoziationsfeld des Sehens
g sekundäre Sehrinde ( V2/3 )
h primäre Sehrinde / visueller Kortex ( V1 )
i sekundäre Hörrinde / auditorischer Kortex
j primäre Hörrinde / auditorischer Kortex
k BROCA-Zentrum ( motorisches Sprachzentrum )
l präfrontaler Assoziationskortex
m prämotorischer Kortex ( PM )
n supplementär motorischer Kortex ( SMA )
Grosshirnrinde ( Gliederung nach Brodmann )
· zytoarchitektonische Einteilung
· 52 verschiedene Brodmann-Areale
· Brodmann-Areale 3,1,2 = primärer somatosensorischer Kortex S1
· Brodmann-Areal 4 = primär somatomotorischer Kortex M1
· Brodmann Areal 17 = primär visueller Kortex V1
· Brodmann Areal 22 = sensorisches Sprachzentrum ( WERNICKE / nur links )
· Brodmann Areal 41 = primärer auditorischer Kortex
· Brodmann Areal 42 = sekundärer auditorischer Kortex
· Brodmann Areale 44,45 = motorisches Sprachzentrum ( BROCA / meist nur links )
Grosshirnrinde ( Gliederung nach phylogenetischen Kriterien )
· Neocortex ( Isocortex )
· phylogenetisch jung
· 6 Schichten
· z.B. Grosshirnrinde
· Allocortex ( Archicortex + Paleocortex )
· phylogenetisch alt
· <6 Schichten
Grosshirnrinde ( Gliederung nach ontogenetischer Entstehung )
· Neuralrohr → Drei-Blasen-Stadium → Fünf-Blasen-Stadium → reife Strukturen
· Prosencephalon ( Vorderhirn )
· Telencephalon ( Endhirn ) → Grosshirnrinde / Basalaganglien / Amygdala / Hippocampus / Bulbus olfactorius
· Diencephalon ( Zwischenhirn ) → Thalamus / Hypo-, Epi- und Subthalamus / Retina / Sehnerv / Sehbahn
· Mesencephalon ( Mittelhirn )
· Mesencephalon ( Mittelhirn ) → Mesencephalon
· Rhombencephalon ( Rautenhirn )
· Metencephalon ( Hinterhirn ) → Pons / Cerebellum
· Myelencephalon ( Nachhirn ) → Medulla oblongata
· caudaler Teil des Neuralrohrs
· caudaler Teil des Neuralrohrs → Medulla spinalis ( Rückenmark )
Hirnventrikel ( Übersicht )
· mit Liquor cerebrospinalis gefüllte Hohlräume im Gehirn ( ~25ml )
· zu 5% vom Plexus choroideus ausgekleidet ( bildet Liquor cerebrospinalis )
· zu 95% von Ependym ausgekleidet ( einschichtiges Epithel aus Gliazellen / mit Kinozilien )
· hat keine Tight junctions und keine Basallamina ( → direkter Kontakt mit Membrana limitans gliae = Astrozyten )
· enthält Tanizyten ( Ependymzellen mit langem basalem Fortsatz )
· Liquor-Kontakt-Neurone (v.a. im Canalis centralis) haben Dendritenfortsätze durch Ependym in Liquor
· 4 Hirnventrikel ( innerer Liquorraum )
· 1. Ventrikel = Seitenventrikel in der linken Hemisphäre ( über Foramen monroi mit dem 3. Ventrikel verbunden )
· 2. Ventrikel = Seitenventrikel in der rechten Hemisphäre ( über Foramen monroi mit dem 3. Ventr. verbunden )
· 3. Ventrikel im Diencephalon ( zwischen den Thalamushälften / verjüngt sich an seiner Basis )
· 4. Ventrikel in der Rautengrube / Pons
· ist über den Aquaeductus mesencephali mit dem 3. Ventrikel in Verbindung
· ist über den Canalis centralis mit dem Rückenmark in Verbindung
· kommuniziert lateral über Foramina Luschkae (Apertura lateralis) mit dem äusseren Liquorraum
· kommuniziert medial über Foramen Magendie (Apertura mediana) mit dem äusseren Liquorraum
· äusserer Liquorraum ( im Subarachnoidalraum / zwischen Arachnoidea und Pia mater / ~125ml )
Hirnventrikel ( Liquor cerebrospinalis )
· klare Flüssigkeit / von den Plexi choroidei in den Ventrikeln produziert ( 900ml/Tag )
· insgesamt 150ml Liquor ( davon ≈ 25ml in den Hirnventrikeln )
· Zirkulation:
· Seitenventrikel → 3. Ventrikel → 4. Ventrikel → Subarachnoidalraum / Pendelbewegungen im Zentralkanal
· Zufluss über aktiven transzellulären Transport aus den Tela choroidea in der Pia mater
· Abfluss über Granulationes arachnoidea im Bereich des Sinus sagittalis superior ( Pacchioni-Granulationen )
· Abfluss über Granulationes arachnoidea in den Duratrichtern um Spinalnerven ins Lymphsystem
· bei gestörten Abfluss entsteht Druckanstieg → Hydrocephalus
· Zusammensetzung:
· hohe NaCl-Konzentration
· enthält K+ / Glucose (→ primäre Energiequelle)
· nur wenige Proteine und sehr wenige Zellen
Hirnventrikel ( Plexi choroidei )
· es gibt zwei Plexi choroidei ( einschichtiges Epithel mit dichten Tight-Junctions, Mikrovilli und Basallamina )
· im 1. + 2. + 3. Ventrikel ( ausser in den Cornu anterior et posterior )
· im 4. Ventrikel ( ausser im Aquaeductus cerebri und im Canalis centralis )
Hirnventrikel ( Seitenventrikel )
· sind die grössten Ventrikel
· liegen im Telencephalon
· Einteilung in
· Cornu anterior ( 1 / Vorderhorn )
· Pars centralis ( 2 / Mittelteil )
· Cornu posterior ( 3 / Hinterhorn )
· Cornu inferior ( 4 / Unterhorn )
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Cartes-fiches
limbisches System ( Hippocampus - Gedächtnisbildung 4 )
· Konsolidierung
· Auslagerung der Gedächtnisspur vom Hippocampus in alle beteiligten cortikalen Areale
· Replay
· Aktivitätsmuster werden wiederholt ( ~10x schneller als erlebt )
· sharp wave ripples (~100Hz) im CA1 ( wichtig für Konsolidierung )
· Efferenzen
· CA1 → entorhinaler Kortex → limbischer Neokortex → Assoziationsareale → primär sensorische Areale
· CA1 → laterales Septum + Amygdala
· CA1 → Subiculum → limbischer Neocortex → Ncl. accumbens + Hypothalamus + limbische Thalamuskerne
· CA3 → Fimbria → Fornix → Septum
limbisches System ( Temporallappen-Epilepsie )
· Degeneration der Zellen im Hilus area dentatae
1. Ausfall der Mooszellen ( durch exzitatorischen Zelltod )
2. inhibitorische Korbzellen sind weniger aktiv
3. Wegfall der lateralen Inhibition
4. Übererregung des gesamten autoassoziativen CA3-Netzwerks
· Risikofaktor sind Fieberkrämpfe
limbisches System ( Altersvergesslichkeit und Alzheimer-Demenz )
· Altersvergesslichkeit
· altersbedingter Verlust von Neuronen im Hilus area dentate und Subiculum
· kein Verlust im CA3 - CA1 / kein Verlust in den Körnerzellen
· Alzheimer-Demenz ( keine beschleunigte Alterung )
· Verlust von Neuronen in der Schicht II des entorhinalen Cortex → kein Input mehr
· Verlust von Neuronen im CA1
· Früherkennung noch nicht möglich → keine Behandlungsansäze
limbisches System ( Ncll. septales und Ncl. supramamillarius )
· wichtig für Generation des Theta-Rhythmus
· Ncll. septales ( telencephalisch / im Septum unter dem Rostrum des Corpus callosum )
· cholinerge Efferenzen vom medialen Septum zum Hippocampus ( über Fornix und Fimbria )
· Ncl. supramammillarius ( diencephalisch / über dem Corpus mammillare )
limbisches System ( Amygdala - Aufbau )
· Mandelkern ( telencephalisch / gehört zu den Ncll. basales ≠ Basalganglien )
· besteht aus mehreren Kernen ( nur Ncl. corticalis liegt an der Oberfläche → Gyrus ambiens )
· liegt and der vorderen Grenze des Unterhorns des Seitenventrikels im Temporallappen
· kontinuierlicher Übergang zum rostralen Pol des Hippocampus
limbisches System ( Amygdala - Funktion )
· Erkennung von Emotionen
· Assoziation zwischen rational Erlebtem und emotionalem Wert ( Valenz )
→ bei Läsion kann man Emotion nicht mehr mit Erlebtem verknüpfen
limbisches System ( Amygdala - Verbindungen )
· reziproke Verbindungen
· oberflächlichen Kerne → olfaktorischen Arealen
· laterobasalen Kerne → limbischen Kortex
· efferente Verbindungen ( über Stria terminalis entlang dem medialen Rand des Ncl. caudatus bis zur Comm. anterior )
· zentromedialen Kerne → Hypothalamus
· mediale Kerne zum
· medialen Hypothalamus → endokrine Regulation
· zentrale Kerne zum
· lateralen Hypothalamus → Sympathikus ( z.B. Ncl. paraventricularis → CRH-ACTH ) → Stress
· Hirnstamm → Parasympathikus ( z.B. Ncl. ambiguus )
limbisches System ( Ncl. accumbens )
· Schnittstelle zwischen limbischem und motorischem System ( Basalganglien )
· Einteilung in
· Shell ( Belohnungserwartung / dopaminerg kontrolliert von der VTA* )
· Core ( Codierung von Motorprogrammen die zu einer Belohnung führen )
· Afferenzen aus Hippocampus + Amygdala + limbischen Cortex
· Efferenzen zu Hypothalamus + Gyrus cinguli ( frontale + anteriore Anteile )
*area tegmentalis ventralis ( liegt dorsomedial der Substantia nigra / erhält Feedback von der Shell )
neuronale Plastizität ( LTD / LTP )
· Langzeitdepression ( Erniedrigung der Synapsenaktivität zwischen zwei Nervenzellen )
· Langzeitpotentierung ( Erhöhung der Synapsenaktivität zwischen zwei Nervenzellen )
neuronale Plastizität ( Langzeitpotentierung )
· benötigt gleichzeitige Aktivität der beiden Nervenzellen
· ermöglicht Ausbildung neuer dendritischen Spines → Gedächtnis (?)
· frühe Phase der Langzeitpotenzierung ( <2h )
· ohne Gen-Transkription / Proteinsynthese
· kann nicht aufrecht erhalten werden
· späte Phase der Langzeitpotenzierung ( >2h )
· Gene müssen transkribiert und translatiert werden
· Vergrösserung der Synapsen / Neubildung ("Teilung") von Synapsen
neuronale Plastizität ( Langzeitpotenzierung - molekularer Mechanismus )
· Mechanismen unterscheiden sich ( aber Prinzip ist gleich )
· NMDA-Rezeptor öffnet bei wegen Mg2+-Block erst bei Koinzidenz von
· Glutamat-Bindung ( präsynaptisch )
· Depolarisation ( postsynaptisch )
→ starker Ca2+-Einstrom → Aktivierung von Kinasen ( CaMKII + PKA ) → Einbau von AMPA ( Glutamat-Rezeptor )
neuronale Plastizität ( Langzeitpotenzierung - synaptic tag )
· unbekannter "Marker"
· dient dazu die neusynthetisierten Proteine zur erregten Synapse zu bringen
neuronale Plastizität ( Messung von Neuronenaktivität )
· optogenetische Methoden
· transgene Mäuse mit lichtsensitiven Ionenkanälen
· Aktivierung der Nervenzelle über ChR2 ( Na-Kanal / 470nm )
· Inhibition der Nervenzelle über NpHR ( Cl-Kanal / 589nm )
→ Erzeugung von «fake memories»
· künstliche Aktivierung / Inaktivierung von Ionenkanälen
neuronale Plastizität ( Neurogenese )
· lebenslange Neubildung von Nervenzellen im Hippocampus ( im Gyrus dentatus )
· wichtig für Hippocampus-abhängiges Lernen und Gedächtnis ( v.a. für pattern separation )
· Neurogenese ist abhängig von der Tagesaktivität ( Bewegung + Antidepressiva → erhöhte Neurogenese )
→ neugeborene Zellen sind sehr erregbar
· Stress führt zu Degeneration von Nervenzellen
→ bei reduzierter oder veränderter Neurogenese entstehen Depressionen und Epilepsie
Neocortex ( Entwicklung )
· bis 5. Embryonalwoche ( Ventrikelzone + Marginalzone ):
· massive Proliferation der neuronalen Progenitoren ( NP / symmetrische Teilung )
→ durch Zika-Virus um 80% vermindert
· Ausdifferenzierung von Cajal-Rezius-Zellen ( wandern in die Marginalzone )
· bis 7. Embryonalwoche ( Ventrikelzone + Intermediärzone + cortikale Platte + Marginalzone )
· Neuroblasten bilden Intermediärzone ( asymmetrische Teilung )
· radiäre Wanderung entlang der Fortsätze der Radial-Glia-Zellen ( RGC )
· inside-out-layering ( gilt nicht für Cerebellum! )
· frühe Neurogenese ( Woche 5 ) → Lamina V - VI ( haben Projektionsverbindungen )
· späte Neurogenese ( Woche 26 ) → Lamina I - IV ( nur noch lokale Verbindungen )
· Entwicklung der Strukturen
· Radial-Glia-Zellen (RGC) → Astrozyten
· Intermediärzone → weisse Substanz
· subventrikuläre Zone → bildet sich kurz vor der Geburt zurück
· Ventrikelzone → Ependym
Neokortex ( Zytoarchitektonik - Entwicklung )
· Pyramidenzellen ( Projektionsneurone )
· machen radiäre Zellwanderung / bilden 80% aller Neurone im Neokortex
· pyramidenförmiger Zellkern ( eingebettet im Neuropil* )
· exzitatorisch ( glutamerg )
· basal bedornte Dendriten ( aus der "Zellspitze" / zur Pia mater )
· dünnes, unbedorntes Axon
· Körnerzellen ( Sternzellen / modifizierte Pyramidenzellen )
· machen radiäre Zellwanderung ( in der Schicht IV → aus der späten Neurogenese )
· runder, sternförmiger Zellkörper ( eingebettet im Neuropil* )
· exzitatorisch ( glutamerg )
· bedornte Dentriten ( dentritic spines )
· dünnes, unbedorntes Axon zur Pia mater
· Cajal-Rezius-Zellen
· machen tangentiale Zellwanderung
· sezernieren gezielt Reelin ( stoppt Zellwanderung / wichtig für korrekte Laminierung )
· Interneurone
· machen eine lange tangentiale Zellwanderung ( aus dem medialen Ganglienhügel )
→ können in die Marginal- oder in die Intermediär/Subventrikulärzone wandern
· machen noch eine kurze radiäre Zellwanderung
→ steigen entlang der RGC auf oder ab
*unmyelinisierte Axone + Dendriten + Gliazellfortsätze
Neokortex ( Zytoarchitektonik )
· Projektionsneurone ( verlassen die Hirnrinde / Dendriten in Richtung Hirnhaut, Axon nach basal )
· grosse Pyramidenzellen ( projizieren subkortikal → in die Kerngebiete oder ins Rückenmark )
· kleine Pyramidenzellen ( projizieren in andere Kortexareale )
· Interneurone ( beginnen und enden innerhalb der Hirnrinde )
· Martinotti-Zellen
· Korbzellen
· Kandelaberzellen
· Definitionsproblem Körnerzellen:
· Körnerzellen = modifizierte Pyramidenzellen ( bedornt / exzitatorisch / Axon in Richtung Hirnhaut / "Sternzellen" )
( · Körnerzellen = Interneurone + kleine Pyramidenzellen → weil im LM kaum zu unterscheiden )
Neocortex ( Interneurone - Einteilung )
· Interneurone sind
· inhibitorisch ( GABAerg )
· unbedornt
· spezifisch lokalisiert ( Schicht-spezifisch )
· werden durch exzitatorische Neurone erregt
· können auch andere Interneurone hemmen
· Parvalbumin ( 40% / PV )
· Basket ( inhibieren exzitatorische Neurone + PV-Zellen )
· Chandelier ( inhibieren exzitatorische Neurone + PV-Zellen )
· Somatostatin ( 30% / Sst )
· Martinotti ( inhibieren exzitatorische Neurone + PV-Zellen )
· Nicht-Martinotti ( inhibieren PV-Zellen )
· Serotonin Rzeptor Type 3a ( 30% )
· Vip ( inhibieren PV-Zellen + Sst-Zellen )
· Neurogliaform
Neocortex ( Interneurone - Verschaltungsmuster )
· Feedforward inhibition ( FFI ) → Hemmung des gleichzeitig erregten Neurons
· Feedback inhibition ( FBI ) → Hemmung der stimulierenden Zelle ( + evt. benachbarte Zelle )
· Disinhibition → Hemmung eines Interneurons
Neocortex ( Gliazellen )
· Astrozyten ( aus Radiärgliazellen )
· grosser, heller Zellkern ( chromatinarm )
· Stützfunktion / Ausbildung der Blut-Hirn-Schranke / nehmen auch Neurotransmitter auf
· bilden bei Läsion Narbengewebe ( Glianarben )
· Oligodendrozyten ( aus Oligodendrozytenvorläufer )
· kleiner, kompakter Zellkern
· bilden Myelinscheiden um Axone ( Degeneration → MS )
· Mikroglia ( aus Makrophagen / spät eingewandert )
· kleiner, dunkler, kommaförmiger Zellkern
· Aufräum- und Abwehrfunktion ( ändern schnell Form und Position )
Neocortex ( Schichtung / neuronale Verschaltung )
· Stratum moleculare ( I / tangentiale Fasern von Projektionsneuronen + modulierende Afferenzen aus Thalamus )
· Stratum granulosum externum ( II / kleine Pyramidenzellen / projizieren intratelencephal in die andere Hemissphäre )
· Stratum pyramidale externum ( III / immer grössere Pyramidenzellen / bilden Assoziations- und Kommisurenfasern )
· Stratum granulosum internum ( IV / viele Körnerzellen / Afferenzen aus Thalamus )
· Stratum pyramidale internum ( V / grosse Projektionsneurone / subkortikale Efferenzen ausser zum Thalamus )
· Stratum multiforme ( VI / heterogene Schicht / Efferenzen zum Thalamus )
· Funktion der Schichten
· Schicht II + IV ≈ rezeptitiv
· Schicht III + V ≈ effektorisch
· Schicht I + VI ≈ modulierend
· Radiärfaserbündel sind typisch für sensorische Kortizes ( säulenartige Anordnung )
· diffuse neuromodulatorische Kontrollsysteme durchziehen alle Schichten ( ACh / Katecholamine / Serotonin )
Neocortex ( homotypische und heterotypische Kortexareale )
· Assoziationskortizes ( Ort der Informations-Integration )
· homotypische Kortexareale ( Schichtung ist klar erkennbar / keine Schichtendominanz )
· Schichten I + VI sind etwas stärker ausgeprägt ( wirken modulierend )
· primäre / sekundäre Rindenfelder
· heterotypische Kortexareale ( Schichtendominanz oder keine Schichtung erkennbar )
· einzelne Schichten sind stärker als andere ausgeprägt / nicht alle 6 Schichten sind klar ausgebildet
Neocortex ( Schichtendominanz in verschiedenen Kortizes )
· motorischer Kortex: Schichten III + V ( Schicht IV nur schwach → agranulärer Kortex )
· somatosensorischer Kortex: Schichten II + IV ( granulärer Kortex )
· visueller Kortex: Schicht IV ( so stark ausgeprägt, dass sie noch weiter unterteilt wird )
· Schicht IV ist besonders in primär sensorischen Arealen stark ausgeprägt ( → im entorhinalen Kortex nicht ausgeprägt )
Neocortex ( Baillarger-Streifen / Gennari-Streifen )
· Baillarger-Streifen ( tangential verlaufende, stark myelinisierte Faserbündel im Isocortex )
· äusserer Baillarger-Streifen: in der Lamina IV
· Gennari-Streifen: nur in der Sehrinde ( zellärmere Schicht, makroskopisch als weisser Streifen erkennbar )
· innerer Baillarger-Streifen: in der Lamina V
Neocortex ( Acetylcholin )
· Projektionen aus
· magnozellulären basalen Vorderhirnkomplex ( MBVK* )
· cholinergen Pons-Kernen
· Funktionen
· stimulierend
· erhöht Aufmerksamkeit
· Läsionen des MBVK führen zu
· Verlust der kognitiven Fähigkeiten
· selektiver Aufmerksamkeit ( z.B. bei Degeneration des Ncl. basalis → Alzheimer )
· verringertem Lernen + Erinnern
* Ncl. basalis (MEYNERT) + medialer Ncl. septalis + Kern des diagonalen Bandes von Broca
Neocortex ( Dopamin )
· Projektionen aus
· Substantia nigra
· Area tegmentalis ventralis ( VTA )
· Bahnen
· nigrostriatale Bahn ( Substantia nigra → Basalganglien / motorische Kontrolle )
· mesolimbische Bahn ( VTA → Ncl. accumbens / Motivation + Belohnung + Verstärkung )
· mesocortikale Bahn ( VTA → Cingulum + Schicht II des frontalen Cortex / moduliert Assoziationsfelder )
· Funktionen
· stimulierend
· hemmend
Neocortex ( Noradrenalin )
· Projektionen aus
· Locus coeruleus
· Axon verläuft tangential in Schicht VI / hat viele Verzweigungen in andere Schichten
→ simultane Erregung weitauseinanderliegender cortikaler Areale
· Funktionen
· stimulierend ( erhöhte Wachsamkeit + Aufmerksamkeit + Stimmung + Essverhalten )
→ Antidepressiva sind Serotonin-Noradrenalin-Wiederaufnahmehemmer )
· Bahnen
· dorsale Bahn ( Locus coeruleus → Neocortex + Hippocampus + Amygdala )
· ventrale Bahn ( Locus coeruleus → Hypothalamus )
· Bahnen zum Cerebellum + VTA + Formatio reticularis
Neocortex ( Serotonin / 5-HT )
· Projektionen aus
· Raphe-Kernen
· Funktionen
· stimulierend
· hemmend
· Einfluss auf Verhalten / Emotionen / circadiane Rhythmen / Wahrnehmung / Aufnahmefähigkeit
· Bahnen
· feines, dichtes Geflecht ( v.a. in Schicht IV der sensorischen Cortexarealen )
Neocortex ( funktionelle Asymmetrien )
· Funktionen sind selten 100% lateralisiert → es gibt Präferenzen
· linke Hemisphäre
· Sprache / Mathematik / sequentielles, analytisches Verständnis
· motorische Kontrolle der rechten Körperseite
· visuelle Informationen aus dem rechten Gesichtsfeld
· rechte Hemisphäre
· Färbung der Sprache / Verständis für Analogien, Humor, Geometrie, Farben, Gesichtserkennung, ...
· motorische Kontrolle der linken Körperseite
· visuelle Informationen aus dem linken Gesichtsfeld
Neocortex ( Diskonnektionssyndrome )
· Leitungsaphasie ( Sprachstörung → Gespräch wird verstanden, aber Unfähigkeit unmittelbar zu antworten )
· Läsion des Fasciculus arcuatus
· visuelle Agnosie ( Ausfälle in der Erkennung von Gesichtern, Farben und Gegenständen )
· Läsion in der sekundären Sehrinde und angrenzenden übergeordneten visuellen Rindenfeldern
· z.B. Läsion im Gyrus fusiformis
· Alexie ( Lesestörung )
· Läsion zwischen sekundärem visuellen Cortex und Gyrus angularis
· Callosotomie ( operative Durchtrennung → split brain / verhindert Ausbreitung fokaler epileptischer Anfälle )
· keine Veränderung der Persönlichkeit oder Intelligenz
· Konflikte bei Objektbenennung und -beschreibung
· Defizite bei schneller Einschätzung komplexer Informationen
Neocortex ( Kolumnen / Säulen )
· kleinste Funktionseinheit der sensorischen Kortexareale ( spezifisch auf ein Stimulus / ø ≈ 500µm )
· 10'000 - 100'000 Zellen unterschiedlicher Typen, die miteinander verschaltet sind
Neocortex ( Elektroenzephalogramm )
· unipolare oder bipolare Ableitung / nur oberflächliche Prozesse sind sichtbar
· erlaubt Messung von Bereitschaftspotentialen ( erhöhte Hirnaktivität ~100ms vor Bewegungsausführung )
· über Tetroden (Elektrodenbündel) können mathematisch einzelne Spikes aufgelöst werden
· Amplitudenbereich ≈ 100µV ( 0.1mV )
· Frequenzen ( durch thalamokortikale Netzwerke generiert )
· alpha ≈ 10Hz
· beta ≈ 20Hz
· theta ≈ 5Hz
· delta ≈ 1Hz
· slow oscillations ≈ <1Hz
Neocortex ( funktionelle Magnet-Resonanz-Tomografie )
· Messung von lokalen Blutflussänderungen
· Messung des Oxygenierungszustand des Bluts ( [Hb]/[HbO2] → ändert bei Hirnaktivität = BOLD-Effekt )
Neocortex ( 2-Photonen Mikroskopie )
· Injektion eines Kalzium-Indikators → Änderung der Fluoreszenz durch Ca2+-Bindung
· ermöglicht in vivo Messung
Neocortex ( somatosensorischer Kortex )
· Area 1: Oberflächensensibilität
· Area 2: Oberflächen- und Tiefensensibilität
· Area 3a: Tiefensensibilität
· Area 3b: Oberflächensensibilität
· S1 + Thalamus → S2 → Amygdala + Hippocampus
Neocortex ( Reizverarbeitung in den Kolumnen )
· top-down
· grosse Pyramidenzelle in Schicht V ( Dendrit in Schicht I ) → Projektion in Schicht I
→ Vergleich von Erwartungen / Modulation durch Aufmerksamkeit
· bottom-up
· kleine Pyramidenzelle in Schicht III ( Dendrit in Schicht I ) → Projektion in Schicht IV
→ immer feinere Reizverarbeitung
Neocortex ( visueller Kortex )
· V1 / Brodmann-Areal 17 / „striate Cortex“ wegen prominenter Lamina IV
· der visuelle Kortex ist retinotopisch
· Macula densa hat überproportional grosses Repräsentationsfeld
· Kolumnen für die Orientierungsselektivität sind in der Katze „pinwheel“-artig angeordnet
( in der Maus „salt-and-pepper“-artig )
· Sulcus calcarinus trennt die Repräsentationsfelder des oberen und unteren Gesichtsfeldes
Neocortex ( auditorischer Kortex )
· der auditorische Kortex ist tonotopisch
Neocortex ( motorische Hirnrindenfelder )
· primär motorischer Kortex
· elektrische Reizung (niedrige Schwelle) erzeugt kontralaterale Muskelzuckungen
· supplementär motorischer Kortex ( SMA )
· erstellt Bewegungsprogramm
· bei Reizung werden komplexe Bewegungen eingeleitet
· erhält Afferenzen von den Basalganglien
· prämotorischer Kortex
· organisiert die initiale Phase einer Bewegung
· ist wichtig für die Orientierung und Körperhaltung
· erhält Afferenzen vom Cerebellum
· posterior-parietaler Kortex
· Verarbeitung komplexer sensorischer Informationen für Bewegungsprogramme
Neocortex ( präfrontaler Kortex )
· VLPFC ( ventro-lateraler präfrontaler Kortex )
· DLPFC ( dorso-lateraler präfrontaler Kortex )
· FMPFC ( fronto-medialer präfrontaler Kortex / enthält anteriorer cingulärer Cortex = ACC )
· VMPFC ( ventro-medialer präfrontaler Kortex / enthält Broca-Areal und frontales Augenfeld )
