M3 Biologische Grundlagen
Fernuni Hagen Modul 3 (alt)
Fernuni Hagen Modul 3 (alt)
Zytoarchitektonik
System den Kortex als Hirnkarten zu untergliedern
Struktur (Dichte, Anordnung, Form der Neurone) des Kortex
Unterteilung "unimodale primäre idiotypische Kortizes" und "multimodale Assoziationskortizes"
- primärer idiotypischer Kortex: reagiert nur auf eine Modalität; Schädigungen dieser Areale betreffen nur eine sensorische oder motorische Modalität
- idio= für eine Sache zuständig
- multimodale (oder poly- heteromodale) Assoziationskortizes: neuronale Antworten werden zunehmend multi- oder heteromodal
- Ausfälle/Schädigungen sind nicht mehr nur auf ein Sinnessystem beschränkt
Kortikale Module/ Kolumnen
sind (meist vertikal) angeordnete Gruppen von Pyramidenzellen, welche einer klar umgrenzten Funktion (z.B. horizontale Kontraste "erkennen") dienen
Kolumnen bezeichnen meistens noch kleinere Gebiete wie Module
Die Assoziationsareale
polymodale Assoziationskortize/ Assoziationsfelder, in denen Informationen aus den sensomotorischen Regionen zu übergeordneten Einheiten flexibel zusammengefasst werden
Großhirnrinde: großer assoziativer Speicher, in dem all unser sprachliches und nichtsprachliches Wissen und viele unserer Fertigkeiten niedergelegt sind
Informationsfluss im Neokortex geht im:
- posterioren sensorischen Abschnitt des Kortex von spezifisch nach multimodal (heteromodal)
- anterioren motorischen Abschnitt von heteromodal nach spezifisch
Ort des Lernens und Denkens
Denken= interaktive Aktivität von Erregungsmustern zwischen den Pyramidenzellen und ihren Dendriten
Ort: Dornfortsätze "spines" der apikalen Dendriten der Pyramidenzellen (sind größtenteils plastisch dh. modifizierbar)
- liegen in den Assoziationskortizes
- apikal = "spitzenwärts", "zur Spitze hin"
Prosopagnosie
- wenn der Gyrus fusiformis zerstört oder inaktiviert ist
- Person kann keine Gesichter mehr erkennen; teilweise sich selbst nicht mehr im Spiegel
- Gyrus fusiformis -- Identifikation größerer, abstrakter Objektkategorien
Das Zerebellum (Kleinhirn)
besteht aus:
- Neozerebellum: Nucl. dentatus; erhält Informationen aus den sensorischen und motorischen Arealen des Großhirns und der Basalganglien; projiziert zum Thalamus und in die motorischen und präfrontalen Areale; dient der Planung und Ausführung gelernter Bewegungen
- Spinozerebellum: erhält Informationen aus dem gesamten Rückenmark und den Sinnessystemen; dient der polysensorischen Integration, um präzise/flexible Bewegungen zu ermöglichen
- Vestibulozerebellum
"kognitive Maschine" zur exakten Zeitplanung und Zeitgebung, die v.a. beim assoziativen Lernen von Bewegungen und Verhalten notwendig ist
Die Ausgänge des Zerebellums führen zu den auf- absteigenden motorischen Systemen und den Vestibulariskernen
Transmittersystem
Alle Neurone (Soma, Axone, Dendriten, Synapsen) und deren präsynaptische Verbindungen, die einen bestimmten Transmitter oder eine bestimmte Kombination von Transmittern zur Kommunikation mit anderen Zellen und Dendriten benutzen
- Transmittersysteme im Gehirn halten sich nicht an die anatomischen Abgrenzungen, sondern können sich durch alle Hirnregionen ziehen
Die 4 wichtigsten Transmittersysteme im ZNS (Abbildung)
Psychopharmaka
- es ist NICHT nur ein Wirkstoff für die Entstehung einer Verhaltensstörung verantwortlich
- die meisten Psychopharmaka beeinflussen eine Vielzahl von Übertragungsprozessen, neuronalen Strukturen und Verhaltensweisen und interagieren mit den Umweltdeterminanten der jeweiligen Störung
- für ein bestimmtes Verhalten sind meist mehrere Transmitter- und Rezeptorsysteme verantwortlich
Eigenschaften der wichtigsten Neurotransmitter (Tabelle)
Was ist eine wichtige Voraussetzung des Gehirns für Aufmerksamkeit, Lernen und Gedächtnis?
Die Versorgung des Gehirns mit Azetylcholin aus dem Stammhirn und dem basalen Vorderhirn
Dopamin
- Dopaminerge Synapsen lösen im ZNS hemmende oder erregende postsynaptische Potenziale aus
- Dopamin ist der wichtigste Botenstoff im Gehirn, der motorisch und psychologisch als neurochemische Grundlage von Anreizen und positiver Psychomotorik fungiert
- Dopamin kann mehrere Wirkungen haben
- die zwei wichtigsten Dopaminsysteme:
- mesolimbisches System: entspringt im lateralen Tegmentum des Mittelhirns; positive Anreizfunktionen; Dopaminüberschuss kann hier Denkstörungen bei Schizuphrenen bewirken
- nigrostriatales System: Wechsel motorischer Programme; Dopaminmangel in diesem System zeigt Symptome der Parkinson-Erkrankung
- die zwei wichtigsten Dopaminsysteme:
Noradrenalin und Adrenalin
Zwei Noradrenerge Transmittersysteme:
- Locus-coeruleus-System: die Hälfte aller Noradrenalin-synthetisierenden-Neurone im Gehirn entspringen hier
- Nucl. coeruleus liegt innerhalb des periventrikulären Graus; ist diffus und unspezifisch
- Zwei Fasersysteme gehen vom Nucl. coeruleus aus:
- dorsale noradrenerge
- dorsale periventrikuläre
- Zwei Fasersysteme gehen vom Nucl. coeruleus aus:
- Nucl. coeruleus liegt innerhalb des periventrikulären Graus; ist diffus und unspezifisch
- Laterale tegmentale System: führt ins Zerebellum, Hypothalamus und limbisches System
Adrenerges Transmittersystem:
- Adrenalinsystem: entspringt der Medulla und zieht in alle Regionen des Stamm- Zwischenhirns, Thalamus
Histamin
- wirkt erregend
- alle Histaminneurone liegen im Hypothalamus und ziehen von dort in alle Teile des NS
beteiligt an:
- Schlaf-Wach-Steuerung
- vielen hormonellen Funktionen; Hormonausschüttung
Serotonin (5-HT) und Antidepressiva
Serotonin
- hat extensive Verbindungen im ZNS
- Regelung des zerebralen Blutflusses
- Regelung der Gefäßweite
- Regelung der Schmerzwahrnehmung
- Stimmungsbeeinflussender Effekt --> bestimmt die Persönlichkeitsstruktur eines Menschen
- wichtigste Ursprungszonen im Nucl.raphe
- Abfall der Serotoninkonzentration; Verlust einzelner Serotoninrezeptoren --> exzessiv aggressives Verhalten
Antidepressiva
- Hemmung der Wiederaufnahme von Serotonin aus dem synaptischen Spalt in die präsynaptische Endigung
- Latenz von 1-3 Wochen; schwacher antidepressiver Effekt; antiaggressiver Effekt
- kann teilweise auch Zellverlust bzw. Abnahme der Rezeptordichte von Serotoninrezeptoren verursachen --> die antiaggressive Wirkung kann in exzessive Aggression umschlagen
Kannabis
- Kannaboikrezeptoren und endogene Kannaboide: die am häufigsten im ZNS vorhandenen Rezeptoren
- Kannaboidsystem auch "Anandamidsystem" genannt
- wirkt meist hemmend
- Rezeptoren sind präsynaptisch lokalisiert --> hemmen Ca++-Einstrom --> reduzieren Ausschüttung anderer Transmitter
- Im ZNS nur in: Basalganglien, Kortex, Zerebellum-Kortex, Hippokampus, limbisches System
- die wichtigen Zentren des Stammhirns haben KEINE THC-Rezeptoren --> daher Kannabis kaum negative vitale Seiteneffekte
- Wirkung:
- entspannend, euphorisierend, schmerzhemmend, appetit-steigernd
- Gedächtnisstörungen, Bewegungs- Aufmerksamkeitsbeeinträchtigung
GABA
- wirkt meist hemmend und beruhigend
- kann aber bei Vorhandensein von Kotransmittern errgend werden
- je nach dem Ort des Ausfalls von GABA treten schwere Störungen der Erregbarkeit auf
- Epilepsie bei Störungen intrakortikaler GABA-Neuronen
Der Ausfall der ersten Tiefschlafphasen im Kindesalter führt zur Unterdrückung der Produktion und Ausschüttung von Wachstumshormonen
.
Wirkungen von Hormonen auf Verhalten und Wahrnehmung (Abbildung)
Wie viele Neurone besitzt das menschliche Gehirn?
25 Milliarden
Synapse =
Verbindungsstelle einer axonalen Endigung mit einer anderen Nerven-, Muskel-, oder Drüsenzelle
Axosomatische Synapse =
Wenn ein Axon auf dem Soma eines anderen Neurons endet
Axodendritische Synapse =
Eine Synapse zwischen Axon und Dendrit
Neuromuskuläre Endplatte =
Wenn ein Axon auf einer Skelettmuskelfaser endet
Axoaxonische Synapse =
Synapse zwischen zwei Axonen
Synapsen auf Muskelfasern der Eingeweide (glatte Muskulatur) und auf Drüsenzellen haben...
...keine speziellen Bezeichnungen
Gliazellen
- Stützgewebe; generelle Stütz- und Ernährungsfunktionen (beteiligt an der Ernährung der Neurone)
- bilden die Myelinscheiden (spezieller Typ "Oligodendroglia") und die Blut-Hirn-Schranke aus
- sind zahlreicher als die Nervenzellen im ZNS
- sind kleiner als die Nervenzellen
- nehmen an den Erregungsprozessen modulierend teil
- behalten zeitlebens die Fähigkeit zur Zellteilung bei --> Ausfüllen neuronaler Zelldefekte
Aufbau eines Neurons
- Nenne die Bestandteile eines Neurons
- Nenne die Verbindungen (verschiedene Synapsen)
Formenvielfalt der Neuronen
- Was besitzt JEDES Neuron?
- Die Ausbildung von welchem Bestandteil schwank stark?
- Jedes Neuron besitzt ein Soma und ein Axon
- die Ausbildung der Dendriten schwank sehr (s.Bild, Neuron D&E)
Axon
- Verbindet die Nervenzellen mit anderen Zellen
- Zweigt sich nach seinem Abgang aus dem Soma in zahlreiche Äste auf
- kann unterschiedlich lang sein (nur wenige Mirkon kurz oder über einen Meter lang)
Kollaterale
- Verzweigungen der Axone
- Können unterschiedlich lang sein (nur wenige Mikron kurz oder über einen Meter lang)
Durchmesser der Somata
von 5 µm bis 100 µm
(1 mm = 1000µm)
Länge der Dendriten
können einige hundert Mikrometer lang sein
Wie viel % des Volumens von Gehirn und Rückenmark machen Neurone und Gliazellen jeweils aus?
Je knapp 50%.
(Es gibt zwar mehr Gliazellen als Neurone, aber sie sind im Durchschnitt kleiner)
Oligodendroglia
- Ein Typ von Gliazellen
- bildet die Myelinscheiden der zentralen und peripheren Nervenfasern
Astroglia
- Ein Typ von Gliazellen
- bildet ein Auffangbecken bzw. Reservoir für Kaliumionen, die aus den Neuronen bei den Erregungsprozessen in das Interstitium freigesetzt werden
Glianarben
Gliazellvermehrungen.
(Sind oft der Ausgangspunkt für Krampfentladungen des Gehirns, die sich eventuell als epileptische Anfälle äußern)
Astrozyten
- sind Zellen der Glia ZNS
- Unterschied zu anderen Gliazellen: haben ausgeprägte Zellfortsätze (mit "Gliafüßchen", die sie an die Blutkapillaren des Gehirns anlagern)
- bilden dadurch ein Diffusionshindernis für große Moleküle (Blut-Hirn-Schranke) --> protektive Funktion
- nehmen (mölgicherweise) aktiv an der Informationsverarbeitung im Gehirn teil (enthalten in Vesikeln den Transmitter Glutamat, dessen Freisetzung die Erregbarkeit benachbarter Neurone steigern sollte)
Wer bildet die Blut-Hirn-Schranke?
Astrozyten
-
- 1 / 232
-
Lernkarten
Ephaptische Interaktion
- Form der interzellulären Kommunikation
- extrazelluläre Ströme/Aktionspotenziale (auch wenn sehr geringfügig), verändern bzw. beeinflussen das Membranpotenzial der von ihnen durchflossenen Zelle --> beeinflussen ihre Erregbarkeit
- Ephapse = die pathologische Kontaktstelle
- bei Verletzungen/ Erkrankungen kommt es zu überschwelligen ephaptischen Übertragungen
- bei geschädigten Myelinscheiden können Erregungen ephaptisch von Axon zu Axon überspringen
anterior
nach vorne, zum Kopf
posterior
nach hinten
kaudal
zum Schwanz
rostral
zum Schnabel, zur Nase
dorsal
zum Rücken
ventral
zum Bauch
Bestandteile des Nervensystems
- Zentralnervensystem (ZNS):
- Gehirn
- Rückenmark
- Peripheres Nervensystem (PNS):
- Kraniale und Spinale Nervenfasern (Kopfnerven und Rückenmarksnerven)
- Periphere Ganglien
- (Autonome Nevensystem, ANS: dessen Fasern, Ganlien, Kerne verlaufen teils innerhalb und teils außerhalb des ZNS und PNS
- Innere Organe und Blutgefäße
Anatomische Richtungsbezeichnungen (Abbildung)
Neurachse
= Neuronale Achse
Imaginäre gerade Linie durch Rückenmark und Gehirn.
Frontale Ende der Linie: anterior
Hintere Ende der Linie: posterior
Schnitt- und Sichtebenen im ZNS
- Koronarer Schnitt: Querschnitt, Frontalschnitt, Transversalschnitt
- Sagittalschnitt: im rechten Winkel zum Koronarschnitt
Lage von Gehirn und Rückenmark in Kopf und Nacken (Abbildung)
Was sind Meninges? Was sind deren Bestandteile?
Die Hirnhäute
Bestehen aus 3 Schichten:
- Dura mater (harte Mutter): äußere, dicke, undehnbare Schicht
- Arachnoide Membran (Spinnenmembran): liegt der Dura an; mittlere Schicht
- Subarachnoidaler Spalt: Unterhalb der Arachnoiden Membran
- mit Zerebrospinalflüssigkeit (CSF) und den großen Gefäßen
Zerebrospinalflüssigkeit (CSF)
- Gehirn schwimmt darin
- versorgt das Gehirn mit Nährstoffen, dient dem Stoffwechsel
- verhindert Verletzungen der Hirnmasse durch Schläge/Bewegung etc.
- 500ml/Tag produziert
- wird in den Plexi chorioidei der 4 Ventrikel aus Blutplasma gebildet
- der Abfluss der CSF (Reabsorption im Blutkreislauf) erfolgt über die Arachnoidea
- Extraventrikuläre CSF (Interstitialflüssigkeit): von Kapillaren gebildet; kommuniziert frei mit der ventrikulären CSF
Extraventrikuläre CSF
- Wird von Kapillaren gebildet
- kommuniziert frei mit der ventrikulären CSF
Aquädukt/ Foramen
Schmale Kanäle, die die 4 Ventrikel im Gehirn verbinden
Hirnventrikel
ausgedehnte, mit CSF/Liquor gefüllte Hohlräume im Inneren des Gehirns, die durch Verbindungsstrukturen (Foramina/Aquädukt) kommunizieren
Gyri
Hirnwindungen
Sulci
Hirntäler
Blutversorgung im Gehirn
- läuft relativ gleichmäßig ab
- Zirkulation erfolgt wie in anderen Körperregionen
- arterielle Versorgung: über 2 Hauptarteriensysteme
- Vertebrale Arterien: für die kaudalen Abschnitte des Gehirns
- Innere Karotiden: versorgen den rostralen Hirnbereich
- ca. 1l/min.
- bereits nach Unterbrechung der Blutzufuhr für 1s ist der gesamte zur Verfügung stehende Sauerstoff verbraucht
- nach 6s: Bewusstlosigkeit
Gefäßwände des Gehirns
- für große Moleküle undurchlässig
- bilden zusammen mit den Astrozyten die Blut-Hirn-Schranke
Entwicklung und Lage der 5 Hirnabschnitte wenige Wochen nach der Befruchtung (Abbildung)
Erwachsenes Gehirn (Abbildung)
Ansicht von medial auf die rechte Hemisphäre
Ober- und Unterbegriffe der verschiedenen Hirnabschnitte und ihre wichtigsten Kerngebiete (Abbildung)
Was bildet das Hinterhirn?
Brückenhirn (Pons) und Kleinhirn (Zerebellum)
Welcher Hirnabschnitt ist verantwortlich für die Auftrechterhaltung der vitalen Funktionen (zur Erhaltung der Lebensfunktionen)?
- Mittel- und Hinterhirn
- auch ohne Mitwirkung des Vorderhirns
Mittel- und Hinterhirn sind an den "höheren" psychologischen Funktionen des Vorderhirns essenziell beteiligt
.
Welche Abschnitte des Gehirns sind für die Organisation von Verhalten verantwortlich?
alle 3 Hauptabschnitt des Gehirns (Vorderhirn, Mittelhirn, Hinterhirn) arbeiten gleichberechtigt in der Organisation zusammen
Hierarchie an Flexibilität und Geschwindigkeit der Informationsverarbeitung und Verhaltenssteuerung der einzelnen Hirnabschnitte
- von inferior nach superior
- je telenzephaler eine bestimmte Reaktionsweise lokalisiert ist, um so schneller kann ein gelerntes Verhalten wieder aufgegeben werden
- (Telencephalon - Großhirn)
- je weiter ventral (inferior) eine Erregungssequenz abläuft, um so inflexibler wird das Verhalten gegenüber Verhaltensänderungen
Der Hypothalamus (+Abbildung "Regionen im Hypothalamus")
- Kopf-Ganglion des autonomen Nervensystems ANS
- hauptverantwortlich für Antrieb und Gefühl (Motivation und Emotion)
- beeinflusst außerdem auch höhere sensorische, motorische und kognitive Funktionen des Thalamus und Kortex
- Hypothalamus und Thalamus: bilden entwicklungsgeschichtlich eine Einheit, sind aber anatomisch und in ihrer Bedeutung für Verhalten 2 heterogene Strukturen
- Thalamus wird aus dem Hypothalamus versorgt
- KEINE afferenten Verbindungen vom Thalamus zum Hypothalamus
- die neokortikalen Einflüsse auf den Hypothalamus gehen den indirekten Weg über die limbischen Strukturen
- die Kerngruppen des Hypothalamus sind zwar anatomisch und histologisch schwer abzugrenzen, weisen aber differenzierbare Funktionen auf (bei elektrischer/chemischer Reizung)
Die wichtigsten Fasersysteme des Hypothalamus
- Fornix: verbindet Hippokampus, Septalregion, Nucl.anterior des Thalamus mit dem Hypothalamus
- Stria terminalis: verbindet die Amygdala und den medialen Hypothalamus
- Stria medullaris (heterogenes Fasernbündel mit weitgestreuten Verbindungen): verbinden die Habenula mit dem präoptischen Hypothamalmus
Das mediale Vorderhirnbündel (MFB)
- das am wenigsten anatomisch fassbare Fasersystem
- Rolle als zentrales Kommunikationssystem des medialen Vorderhirns mit dem Mittelhirn
- Viele der Axone kommen aus/ gehen in die Formatio reticularis des Mittelhirns
- verläuft v.a. im lateralen Hypothalamus
Homöostatische Triebe
Durst, Hunger, Körpertemperatur, zirkadiane Periodik, Schlaf, soziale Bindungen
Zirkumventrikuläre Organe
- an der Ventrikeloberfläche liegende spezialisierte Zellanhäufungen, durch die Stoffe (v.a. Hormone) direkt unter Umgehung der Blut-Hirn-Schranke eindringen können
- über die zirkumventrikulären Organe kann der Hypothalamus Stoffwechselprodukte und Hormone aufnehmen
Über die Hypophyse steuert der Hypothalamus den Hormonhaushalt und von seinen Kerngruppen aus das vegetative Nervensystem. Damit verbindet er autonome und endokrine Funktionen und er steuert Antriebsfunktionen und endogene Rhythmen
.
Der Thalamus (+Abbildung)
- "Innere Kammer"
- bildet mit dem Kortex eine funktionelle Einheit
- Thalamus als "Tor zum Kortex" gesehen, da in seinem Relaissystemen (Relais-Kernen) alle sensorischen und motorischen Ein- und Ausgänge zum/vom Kortex umgeschaltet werden
- Relais-Kerne spielen zentrale Rolle in der Steuerung von Aufmerksamkeitsverhalten
- Thalamus als "Tor zum Kortex" gesehen, da in seinem Relaissystemen (Relais-Kernen) alle sensorischen und motorischen Ein- und Ausgänge zum/vom Kortex umgeschaltet werden
- seine vorderen Abschnitte stehen in enger Verbindung zum limbischen System
- Thalamus hat stets eine Efferenzkopie über die motorischen Kommandos zur Verfügung
- Ventrale Kerne: hierrüber erhält der Thalamus Informationen aus den Basalganglien und dem Zerebellum --> hierrüber steuert er die motorische Aufmerksamkeit und Planung
- Nucleus anterior: beidseitige Verbindungen zu den G.cinguli
- Retikulärer Kern: umgibt den Thalamus; erhält Fasern aus allen übrigen Kernen des Thalamus, aus der Formatio reticularis und den Basalganglien
- präfrontaler Kortex verfügt über die "Schlüssel" zum retikulären Thalamus
Nucleus subthalamicus (STN)
- liegt medial-lateral unter dem Thalamus und wird zu den Basalganglien gezählt
- ist Teil des extrapyramidalen Systems
- gibt & enthält Endigungen von Nervenfasern aus dem Globus Pallidum, der Substantia nigra, motorischen Kortex --> sog."Indirekte Bahn"
- --> Hyperaktivität dieser Bahn ist an der Produktion von motorischen Symptomen der Parkinson-Erkrankung beteiligt (Hyperaktivität erregt Pallidum -- Übererregung im Thalamus); Thalamische Verbindung meist hemmend
- -->Elektrische Reizung des STN kann dies bessern!
Zentrale Position des Hypothalamus
Schematische Darstellung der Beziehung zu Kortex und Hypothalamus
Wichtige Verbindungen des limbischen Systems
.
