Biopsych

• Enthält ca. 50% der Neurone des Gehirns
• Wichtig für (zeitliche) Bewegungskoordination, Augenbewegungen, Körperhaltung, prozedurales Lernen
• Enthält sensorische Informationen aus dem Rückenmark, motorische aus der Großhirnrinde und Informationen aus den Vestibularorganen
• Mitverantwortlich für motorisches Lernen (Fahrradfahren, Klavierspielen etc.)
• Bei Schädigung: Ataxie = Störung der Bewegunskoordination

• Enthält Thalamus, Hypothalamus
• Hypothalamus (Homöostase)
  • Regulation des autonomen NS über Hormonabgabe (über Hypophyse)
  • Umschaltstelle zwischen Gehirn und Peripherie − Regulation motivationaler Verhaltensweisen (z.B. Essen, Schlaf, Sexualität)
  • Afferente und efferente Verbindungen mit Thalamus, Mittelhirn, Cortex
• Thalamus = Tor zum Bewusstsein
  • Liefert Informationen zum Kortex
  • alle Sinnesmodalitäten werden hier verschaltet (außer Geruch)
  • Thalamus bekommt kortikales Feedback
  • Besteht aus paarweise angelegten Relais-Kernen (Corpus geniculatum laterale (visuelle Bahn), Corpus geniculatum mediale (auditorische Bahn), Nucleus ventralis posterior (somatosensorische Bahn)
  • Input aus Hirnstamm und RM

• Neurohypophyse: „trockener Weg“
  • Neurone des Hypothalamus im Nucleus paraventricularis produzieren Oxytocin und ADH=Vasopressin
  • Axonen der Neurone reichen bis in die Hypophyse und sorgen dort direkt für Ausschüttung von Oxytocin und ADH ins Blut
• Adenohypophyse: „nasser Weg“
  • Releasing Hormon (Faktor) wird im Hypothalamus ausgeschüttet und diffundiert zur Adenohypophyse
  • Hormonproduzierende Zellen werden durch die Releasinghormone stimuliert und setzen das eigentliche Hormon frei
    • Somatotropin (Wachstum)
    • Follikelstimulierendes Hormon (Geschlechtsorgane)
    •  Adrenocorticotropes Hormon (Nebennierenrinde)
    • Thyroideastimulierendes Hormon (Schilddrüse) 

• Großhirnrinde (zerebraler Kortex)
• Limbisches System
• Basalganglien
• Uneinigkeit über genaue Bestandteile

• Größe der Oberfläche
• Dicke der Cortexschichten
• → je größer die Fläche und je dünner die Schicht, desto stärker ist die Faltung
• → die Grenze der Faltung ist die Dicke der kortikalen Schicht 

• Stirnlappen (Frontallappen)
• Scheitellappen (Parietallappen)
• Hinterhauptslappen (Okzipitallappen)
• Schläfenlappen (Temporallappen)

yramidenzellen

• Interkortikale Kommunikation
• Pyramidenförmige Zellkörper
• Große, multipolare Neurone
• Großer Dendrit (apikaler Dendrit)

→verläuft geradlining zur Kortexoberfläche

• Sehr langes Axon

Sternzellen

• Intrakortikale Kommunikation
• Sternförmiger Zellkörper
• Kleine Interneurone

• Steuert motivationale Verhaltensweisen (fight, flight, feed, fuck) ▪ Amygdala (Emotionen, Furchtkonditionierung, Salienz)
• Hypothalamus (z.B. Homöostase, Sexualverhalten)
• Hippocampus (Transferieren von Informationen ins Langzeitgedächtnis, räumliche Orientierung)
• Cingulärer Cortex
  •  ACC (Schmerzverarbeitung, emotionales Verhalten, Eingeweidesteuerung)
  • PCC (visuelle Aufmerksamkeitssteuerung)

• relativ diffuses und weitverzweigtes Netzwerk alle Funktionen die irgendwie „basal“ sind werden gerne dem limbischen System zugeordnet.
• ABER: An Emotionsentstehung sind z.B. auch „höhere“ Hirnregionen beteiligt
• Auch anatomisch problematisch: einige Hirnregionen liegen unterhalb des Corpus callosum (Amygdala) andere darüber (ACC, PCC)
• ALSO: relativ schwammiger Begriff

• Wichtige Rolle bei Ausführung von Willkürbewegungen
• Ventrales Striatum:
  • Ncl. Caudatus
  • Putamen
  • Ncl. Accumbens
• Globus pallidus

Anatomisch:

• Nach makroskopischen Kriterien (Gyri, Sulci etc.)
• z.B. „automated anatomical labeling atlas“
• Für funktionelle Bildgebung geeignet

Cytoarchitektonisch:

• Nach mikroskopischen Kriterien (Histologie)
• z.B. Brodmann Atlas
• Idee: gleicher Aufbau, ähnliche Funktion

• Elektrische/magnetische Stimulation mit Beobachtung der Verhaltensweisen (physiologische Psychologie)
• Messung von Gehirnaktivität beim Ausführen bestimmter Tätigkeiten (Psychophysiologie)

• Ist eine cytoarchitektonische Karte
• Sortiert also Hirnregionen nach ihrem mikroskopisch/histologischen Aufbau
• in 52 unterschiedliche Areale

• Motorcortex auf gyrus präcentralis
  • Ausgangspunkt des Corticospinaltrakts
  • Funktion: Willkürmotorik

• Somatosensorischer Cortex auf gyrus postcentralis
  • Repräsentiert alle berührungsempfindl. Teile des Körpers Funktion: Schmerz/ Berührungssinn

• Ort:
  • gyrus präcentralis (motorisch)
  • gyrus postcentralis (sensorisch)
• Funktion: Repräsentation aller Körperregionen entsprechend
  • ihrer feinmotorischen Kontrollierbarkeit (motorisch)
  • ihrer Berührungsempfindlichkeit (sensorisch)
• Merke:
  • Je sensibler (somatosensorischer C.) bzw.
  • je besser willkürlich beweglich (motorischer C.),

→ desto größer die Repräsentation im Gehirn

• Je wichtiger ein bestimmter Bereich der Sinnesfunktion ist, desto größer ist seine neuronale Repräsentation! -> Dominanz
• z.B.:
  • auditorischer Cortex

→sprachrelevante Frequenzen sind überrepräsentiert

• somatosensorischer Cortex

→Hände bei Menschen(affen) sind sehr groß repräsentiert

• visueller Cortex

→die Fovea (Ort des schärfsten Sehens) ist in V1 überrepräsentiert

• Sensorische Bereiche die nebeneinanderliegen werden auch im Gehirn nebeneinander repräsentiert -> Nähe
• zB.:
  • Die Bereiche die auf der Netzhaut nebeneinanderliegen sind auf dem visuellen Kortex auch nebeneinander repräsentiert („Retinotopie“)

• Primärer visueller Cortex= V1=BA 17 im Occipitallappen
• Primärer Motorcortex=M1=BA4=im Frontallappen
• Primärer auditorischer Cortex = A1=BA 41 im Temporallappen
• Primärer somatosensorischer Cortex= S1=BA1,2 und 3 Im Parietallappen

• Schnelle Kommunikation von verschiedenen Regionen des ZNS/PNS miteinander
• Zu diesem Zwe >Ermöglichen saltatorische (schnelle) Erregungsleitung
• (Im ZNS durch Oligodendrozyten und im PNS durch Schwannzellen gebildet)

• Komissuren: zwischen Hemispheren
• Projektions: Afferente und efferente Verbindungen zw. Cortex und Subcortex
• Assoziations: Verschiedene Cortexareale innerhalb einer Hemisphere

• Wird im MRT-Scanner gemessen
• Strukturell bildgebendes Verfahren
• Ziel: über die Diffusion von Wasser sollen Rückschlüsse auf Lage und Richtung von Fasern gezogen werden
• In weißer Substanz laufen viele Fasern nebeneinander parallel
• Daher kann hier Wasser hauptsächlich nur in eine Richtung diffundieren (da ja parallel)
• Wenn also Diffusion nur in eine Richtung gemessen wird

→handelt es sich um weiße Substanz

• Charakteristisches Symptomcluster: "Frontalhirnsyndrom"
• Kennzeichen
  • Probleme beim Aufgabenwechsel (Perseveration)
  • Stimulus getriebenes ("bottom up drive") Verhalten (Desinhibition)
  • vermindertes Urteils/Planungsvermögen
• Aber auch:
  • soziale Auffälligkeiten
  • Beeinträchtigung von Motorik und Sprache
• Verhalten bei Schädigung ähnelt oft dem Verhalten von Kindern, da bei diesen der präfrontale Kortex noch nicht voll ausgereift ist

• höhere kognitive Funktionen
  • Verhaltensüberwachung und Arbeitsgedächtnis
  • Integration sensorischer, motorischer und interner Informationen
  • höhere Kontrollfunktion
  • Antizipation, Auswahl, Inhibition von Handlungen
• Test
  • Wisconsin card sorting
    • Karten müssen nach bestimmter Regel sortiert werden
    • welche Regel gerade gilt ist nur durch das Feedback des VL (richtig/falsch) abzuleiten
    • bei Läsionen Perserveration (verharren auf Zuordnung nach einer mittlerweile falschen Regel)
  • Stroop -Test

• Eisenbahnvorarbeiter mit schwerem Unfall: Eisenstange wurde durch Fehlzündung durch seinen Kopf geschossen
• Zerstörung von großen Teilen seines Orbitofrontalkortex:Lokalisation von Funktionen der Emotions- und Impulskontrolle, der sozialen Anpassung, Evaluationsprozesse und Entscheidungsfindung
• Gage wurde (anders als vorher) impulsiv, unzuverlässig, unberechenbar, lernte kaum aus Erfahrungen -> Verhaltens- und Persönlichkeitsveränderung -> Probleme in Entscheidungsfindung und sozialer Anpassung
• "Gage was no longer Gage"

• wurden in Makaken mittels Einzelzellableitung entdeckt (Rizzolatti et al., 1992)
  • erstmals in Area F5 (=prämotorische Region im Frontallappen bei Affen)
  • Ähnliches Aktivierungsmuster, enn der Affe nach der Rosine greift und sie zum Mund führt, wie wenn VL nach Rosine greift und sie zum Mund führt
• beim Menschen nur Neuronenbündel mit dieser Funktion nachgewiesen, aber keine einzelnen Neurone (da nur invasiv erforschbar) --> unklar ob dieses Reaktionsmuster Spiegelneurone belegt
• Funktion (wahrscheinlich): Motorisches Modelllernen

• Info aus der rechten primärmotorischen Rinde (Gyrus präcentralis) läuft über den Corticospinaltrakt (pyramidales System) über den Hirnstamm ins Rückenmark und von dort aus in die Motorneurone
• linksseitige Beeinträchtigung der Bewegungsqualität (Präzision, Geschwindigkeit usw.)
• KEIN Ausfall der Willkürmotorik: Es gibt Bahnen, die von den sekundären motorischen Arealen absteigen ohne den primären Motorkortex zu passieren

(Bild)

• Primärer Motorcortex ( BA 4)
  • Bewegungsinitiierung
  • Bewegungsbefehle an tiefergelegene motorische Regionen
• prämotorisches Feld (BA 6)
  • Bewegungsplanung
• frontales Augenfeld (BA 8)
  • Willkürliche Augenbewegung
  • visuelle Aufmerksamkeit
• Broca-Areal (B 44/45)
  • Sprachmotorik
  • Lautbildung

• Urbach-Wiethe Syndrom (Erbkrankheit): kongenitale bilaterale Verklkung der Amygdala --> Patientin S.M.
• S.M. kann bei anderen Angst erkennen, wenn sie bewusst auf Angst schaut, reflexiv schaut sie aber eher auf den Mund (und erkennt deshalb oft Angst anderer Personen nicht)
• Experiment: S.M. wird in angstauslösende Situationen gebracht (Säulendiagramm zeigt ihre Reaktion mit Angst auf angsteinflößende Filme im Vergleich zu gesunden Personen)
  • Fürchtet sich vor nichts
  • kann alle anderen Basisemotionen normal empfinden
  • S.M. war schon in vielen gefährlichen Situationen, da ihr der Instinkt fehlt, diesen aus dem Weg zu gehen

• Angst und Furcht
  • High road (Thalamus --> visueller Kortex--> Amygdala):
    • langsame, genaue Stimulusinterpretation
    • genauere Überprüfung ermöglicht Korrektur der Reaktion
  • Low road (Thalamus-->Amygdala)
    • schnelle, automatische Reaktion durch direkten Abzweig aus Thalamus in die Amygdala
    • nur grobe Abbildung aus Retina im Thalamus
    • Körper wird auf Kampf/Flucht vorbereitet

• Hippocampus wichtig für Lernen aber nicht jegliches Lernen
• Prozedurales (implizites) Lernen weiterhin möglich
• Spiegelzeichnen Aufgabe:
  • keine bewusste Erinnerung daran, die Aufgabe schon mal durchgeführt zu haben
  • trotzdem verbesserte Leistung
  • Bewältigung der Aufgabe implizit gelernt

• Möglichkeit, Auswirkungen bilateraler Hippocampusläsion am lebendigen Menschen zu studieren
• Läsion war (da chirurgischer Eingriff) relativ präzise und umfasste große Teile des medialen Temporallappens incl. Hippocampus
• Grund für OP: schwere Epilepsie
• H.M. war unfähig neue Info explizit neu einzuspeichern
• H.M. hatte graduelle, retrograde Amnesie

• Place Cells im Hippocampus
• Grid Cells im entorhinalen Cortex
• ohne Hippocampus kaum Lernfortschritt beim Orientierungslernen (Ratten, H.M.)!
• Bsp. Morris Water Maze:
  • Ratten werden in Wasser gesetzt und finden erst durch Zufall eine unter Wasser liegende Plattform
  • beim erneuten Aussetzen im Wasser finden gesunde Ratten die Plattform deutlich schneller, weil sie sich erinnern
  • Ratten mit läsioniertem Hippocampus erinnern nicht den Ort der Plattform --> Hippocampusläsionen führen zu langsameren (räumlichen) Lernen

• Allgemein: Zellen, die verschiedene Feuerpräferenzen/reaktionspräferenzen haben --> Feuerungsmuster von Neuronen
• Place Cells (Hippocampus A1)
  • Reaktionspräferenz auf einen Ort
  • bestimmte Zellen reagieren auf bestimmte Orte in der Umgebung
• Grid Cell (Enthorinaler Kortex)
  • Reaktionspräferenz auf ein hexagonales Muster von Orten
  • Landkarten der Umgebung
  • Reaktion v.a. wenn sich ein Tier an den Eckpunkten eines Hexagons befindet
• Head Direction Cell (Striatum, enthorinaler Kortex, Thalamus)
  • Reaktionspräferenz auf eine Kopfausrichtung
  • z.B. reagieren bestimmte Zellen immer, wenn Tier nach unten links schaut

• Hörverlust:
  • Bei Schädigung des primären auditorischen Cortex=A1=BA41/42=Heschl`sche Querwindung
• Wernicke Aphasie
  • Sensorische Aphasie bei Schädigung des Wernicke Areals=BA 22/42
  • Richtiger Sprachrhythmus und Intonation bleibt erhalten, aber bedeutungslose Sprache sowie Verlust des Sprachverständnis
  • Achtung: Broca-Aphasie kommt nicht durch Schädigung im Temporallappen zustande, da es im Gyrus frontalis inferior liegt (Hier ist das Sprachverständnis erhalten, jedoch die Sprachproduktion gestört)
• Beeinträchtigung des räumlichen Gedächtnisses und Gedächtnis für Objekte
  • Schädigung der Hippocampusformation
  • Im schlimmsten Fall: nahezu vollständige anterograde Amnesie für Fakten und biographische Details nach bilateraler Hippocampusschädigung (siehe H.M.)

• Verarbeitung taktil sensorischer Informationen und von Schmerz (im somatosensorischen Cortex des anterioren Parietallappens)
• Visuell geleitete Bewegungskontrolle
  • Ausfall führt zu Apraxie
  • Integration sensorischer Informationen im posterioren Parietallappen
• Aufmerksamkeit (Teil des fronto-parietalen Aufmerksamkeitsnetzwerks)
  • Ausfall führt zu Neglect

• (Neuropsychologische Testung:
  • 1. Präsentation eines visuellen Stimulus zunächst ins linke, dann ins rechte Gesichtsfeld: à Patient entdeckt beide (intakter Visus)

2. Präsentation beider Stimuli gleichzeitig: àPatient nimmt nur den Stimulus im ipsilateralen Gesichtsfeld wahr (Extinktion)

• Halbierungslinien: Neglectpatienten vernachlässigen das kontralaterale Gesichtsfeld und zeichnen die Halbierungslinien verschoben auf die ipsilaterale Seite)

• Zeichenaufgaben (nachzeichnen oder freies Zeichnen)
• Suchaufgaben (wie das Suchen der Kreisöffnungen)
• Linienhalbierung
• Vorlesen von Texten

• Neglectpatienten zeigen weder spontane Fixation in das kontraläsionale Halbfeld, noch können sie ihre Aufmerksamkeit zielgerichtet dorthin lenken
• Doch !
• Patienten können angeben, ob 2 Objekte gleich oder verschieden sind, auch wenn sie das kontraläsionale Objekt nicht benennen können
  • Unbewusste Informationsverarbeitung
• Bsp. Versuch: Patient soll nur angeben ob die zwei gezeigten Objekte gleich oder verschieden sind, im zweiten Schritt wird gefragt, ob sie die beiden Objekte auch benennen können

• Weitere Studien zeigen, dass Info. Im kontraläsionalen Hemifeld bis zu höheren Ebenen verarbeitet wird (z.B. semantisches Primimng im kontraläsionalen Feld für Targets im ipsiläsionalen Feld)
• Semantisches Priming funktioniert auf der kontraläsionalen Seite (Primes werden auf der kontraläsionalen Seite präsentiert und geben Hinweise auf Informationen im ipsiläsionalen Halbfeld à Verarbeitung findet bis zu höheren Ebenen statt

• Unilateraler räumlicher Neglect: Durch eine halbseitige Läsion des Gehirns hervorgerufene Aufmerksamkeitsstörung, die dadurch charakterisiert ist, dass der Betroffene die kontralaterale Hälfte seiner Umgebung bzw. des eigenen Körpers nicht oder nur schlecht wahrnimmt bzw. missachtet
• Läsion meist im rechten Parietallappen durch Schlaganafall, Auswirkung kontralateral à Teil des fronto-parietalen Aufmerksamkeitsnetzwerks
• Neurologische Störung der Aufmerksamkeit
• Vernachlässigung der kontralateralen Hälfte der Umgebung oder der kontralateralen Körperhälfte (egozentrisch) und/ oder Objekthälften (allozentrisch)
• Multisensorisch betrifft auch Akustik, Sensorik

• extrapersonaler Raum
  • Egozentrisch
  • Vernachlässigung des kontralateralen Raums bzw. Körperhälfte
  • Schädigung im inferioren Parietallappen und er Temporo-Paritalen Verbindung
  • Häufigster Fall!
• Objekt-zentriert
  • allozentrisch
  • Vernachlässigung der kontralateralen Hälfte jedes Objekts
  • Läsion im superioren temporalen Gyrus

• Störung der Ausführung willkürlicher zielgerichteter und geordneter Bewegungen bei intakter motorischer Funktion
• Läsion im posterioren Parietallappen, Läsion ist nur auf einer Seite, die Störung aber auf beiden
• Sprachdominante Hemisphäre (idr links)
  • Ideomotorische Apraxie
    • Flasche Ausdrucksbewegungen und Gesten
    • Nachahmung von Bewegungen eingeschränkt
    • Perseverationen
  • Ideatorische Apraxie
    • Gestörtes Handlungskonzept
    • Ungeordnete Abfolge von Einzelhandlungen
• Nicht-Sprachdominante Hemisphäre (i.d.r. rechts)
  • Konstruktive Apraxie
    • Unfähigkeit, geometrische Gebilde korrekt zu erfassen und nachzuzeichnen
    • Visuell-räumliche Orientierung eingeschränkt (topographische Agnosie und Amnesie)

• Verarbeitung der Somatosensorik
• Verschaltung kontralateral
• Somatope Ordnung (Nah aneinander liegende Körperteile sind auch im Gehirn nebeneinander repräsentiert)
• Gebiete werden anhand ihrer Sensibilität repräsentiert, nicht ihrer Größe→ umgekehrter Homunculus