Neurowissenschaft - auditives System
Osteopathie
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Flashcards
Welches sind die 3 Parameter des Schalls?
Frequenz (Hz)
Intensität (dB)
Dauer (Sek.)
Welche Anteile gehören zum Aussen-, welche zum Mittel- und welche zum Innenohr? Nenne die Funktionen der Strukturen.
Aussenohr:
Ohrmuschel (Pinna): Schallaufnahme
Gehörgang (Tuba auditiva): Schallverstärkung
Mittelohr:
Trommelfell (Tympanus) => wird von Schallwellen in Schwingung versetzt (+ mechanische Barriere)
Gehörknöchelchen (Hammer, Amboss und Steigbügel => in der Paukenhöhle) => übertragen die Bewegung des Trommelfells auf die Membran des ovalen Fensters
Eustachische Röhre => Verbindung zum Nasopharynx (Druckausgleich, Infektionsschutz)
Innenohr:
Gehörschnecke (Cochlea): Umwandlung von Vibrationen in nervösen Stimulus
semi-zirkuläre Kanäle (Labyrinth): vestibuläres System
N. vestibulocochlearis (VIII)
Nenne 2 Funktionen der Eustachischen Röhre.
Equipressiv: Druckausgleich der beiden Seiten des Trommelfells (Paukenhöhle vs. Aussenraum)
Mechanisch: Schutz vor Infektionen durch Drainage der Sekretionen aus den Schleimhäuten zum Nasopharynx
Was ist die Funktion der Gehörknöchelchen?
Der Druckunterschied (Kraft/Fläche) der Schallwellen würde nicht ausreichen, um die mit Flüssigkeit gefüllten Strukturen (=> Höhere Massenträgheit als Luft) der Cochelea in Schwingung zu versetzen => Adaptation von der Luft ins wässrige Millieu
Die Gehörknöchelchen verstärken die Schallwellen, welche am Trommelfell auftreffen (20x), indem:
Die Knöchelchen als Hebel wirken => grössere Kraft
Die Übertragungsfläche verkleinert wird (AF.Ovale < A Tympn) => kleinere Fläche
Welche 2 Muskeln befinden sich im Mittelohr? Was ist der Attenuationsreflex (Dämpfungsreflex)?
M. Tensor tympani (Wand der Paukenhöhle => Hammer)
M. Stapedius (Wand der Paukenhöhle => Steigbügel, I: N. facialis)
=> Bei lauten (violenten) Schall-Ereignissen kontrahiert insb. der M. Stapedius => Versteifung der Leitkette via den Gehörknöchelchen => Schallweiterleitung zum Innenohr und damit die Gehörempfindlichkeit nimmt deutlich ab (=> allerdings erst 50-100 ms nach Schall-Eintritt => oft zu spät!) => dient dennoch dem Schutz des Innenohrs
Bei niedrigen Frequenzen ist die Schall-Abschwächung weit stärker als bei hohen Frequenzen
Auch wenn man selbst spricht dämpft der Attenuationsreflex die entstehenden Geräusche
Welcher beiden Anteile besitzt das Innenohr? Welche Funktion haben diese? Welcher Nerv leitet die sensible Infermation dieser Systeme zum Gehirn?
Cochlea (auditives System) => Gehör
Labyrinth (vestibuläres System) => Gleichgewicht
=> der N. Vestibulocochlearis (HN VIII) leitet die sensible Afferenz zum ZNS
Welche beiden Memran-überzogenen Öffnungen besitzt die Cochlea?
Foramen ovale: Übertragung der Schall-induzierten Bewegung aus dem Mittelohr, in direktem Kontakt mit dem Steigbügel
Foramen rotondum (rundes Fenster): Druckausgleich
Welche 3 flüssigkeitsgefüllten Kanäle lässt ein Querschnitt durch die Cochlea erkennen? Durch welche Membranen sind sie voneinander getrennt? Was ist das Helicotrema?
Scala vestibuli: trifft an der Cochlear-Basis auf das ovale Fenster
Ductus cochlearis
Scala tympani: trifft an der Cochlear-Basis auf das runde Fester
=> Reissnermembran: Trennt die Scala vestibuli vom Ductus cochlerais/Scala media
=> Basilarmembran: Trennt die Scala tympani vom Ductus cochlearis/Scala media (=> trägt das Corti-Organ)
=> Scala vestibuli und tympani kommunizueren an der Spitze der Cochlea via dem Helicotrema (Loch in der breitesten Stelle der Basilarmembran) miteinander => der Ductus cochlearis/Scala media ist hier blind geschossen
Was ist der Unterschied der Perilymphe zur Endolymphe?
Perilymphe (Flüssigkeit der Scalae vestibuli und tympani): ähnlicher Ionengehalt wie das Liquor: wenig K+ und reich an Na+ (und reich an Cl-)
Endolymphe (Flüssigkeit des Ductus cochlearis/Scala media): ungewöhnliches ECF (ähnlich dem ICF): Reich an K+ und arm an Na+ (und reich an Cl-)
=> führt zum endochlearen Potential => die Endolymphe ist positiver geladen als die Perilymphe => durch aktive Transportprozesse der Stria vascularis (Zellen an der Wand des Ductus cochlearis) aufrecht erhalten
Beschreibe die strukturellen Eigenschaften der Basilarmembran an der Basis vs. Am Apex der Cochlea. Was versteht man unter "Tonotopie"?
Basis (schmal und rigid): registriert hohe Frequenzen, es bedarf viel Energie um die rigide Membran in Schwingung zu versetzen
Apex (Breit und flexibel): registriert tiefe Frequenzen
=> Tonotopie: Ortscode für die Freqenz, die auf diesem Abschnitt der Basalmembran die grösste Amplitude bewirkt
Beschreibe die Anteile und deren Anordnung im Corti-Organ.
=> die Flimmerzellen (wandeln mechanisches Potential bzw. Bewegungsenergie in eine Veränderung des Membranpotenzials bzw. ein elektrisches Potential um) => bilden Synapsen mit Dendriten von bipolaren Neuronen (erst hier wird das AP generiert), deren Zellkerne im Spiralgaglion (im Zentrum der Cochlea) liegen und deren Axone im N. Vestibulocochlearis (HN VIII) verlaufen
Geteilt in innere (nur 1 Reihe) und äussere (3 Reihen, 3 nebeneinander) Flimmerzellen (bedeckt von der Lamina Reticularis) => dazwischen liegt der Corti-Tunnel, welches von Pfeilerzellen gestützt wird
Jede Flimmerzelle trägt 10-300 Stereozilien
Die Streozilien der inneren Flimmerzellen reichen nur bis direkt unter die Tektorialmembran und sind fast linear angeordnet
Die Streocilien der äusseren Cilienzellen reichen bis in die Tektorialmembran hinein und sind W-förmig angeordnet
=> das Corti- Organ ist sehr fragil: Wir besitzen nur 30'000 Flimmerzellen (im Vergleich zu 100 Mio. Photorezeptoren), welche sich auch nicht erneuern
Beschreibe die 3 Phasen/Ebenen der Transformation der Flüssigkeits-Vibration (mechanisch) in ein elektrisches Potential (Transduktion).
Flüssige Phase: Die Bewegung des Steigbügels am ovalen Fenster bewirkt eine Verschiebung der Perilymphe: von der Basis zum Apex in der Scala vestibularis und vom Apex zur Basis in der Scala tympani
Membranäre Phase: Die Verschiebung der Perilymphe bewirkt eine Bewegung und Verformung der Reissner- und Basilarmembran => Wanderwelle entlang der Basilarmembran (nur an der Cochlear-Basis für hohe Töne, über die ganze Basilarmembran bis zum Apex für tiefe Töne)
Zellulär: Die Wanderwelle der Basilarmembran induziert Bewegungen im Corti Organ => Stereozilien der internen und externen Cilienzellen werden abgebogen => je nach dem in welche Richtung De- oder Hyperpolarisieren sie (ausgehend von einem Ruhepotential von -70mV) => Umwandlung der Vibrations- in elektrische Energie
Beschreibe die Funktionsweise der Stereozilien.
=> Stereozilien (rigide Akitn-Filamente) liegen zwischen der retikulär und der tektorial Membran
=> hebt sich die Basilarmembran (durch Schalwellen induziert) an bewegt sie sich in Richtung des Cochlear-zentrums => die Stereozilien werden dabei nach aussen abgebogen => eine Bewegung der Basilarmembran nach unten bewirkt ein Abbiegen in die Gegenrichtung => je nach Bewegungsrichtung De- oder Hyperpolarisieren die Cilienzellen (ausgehend von einem Ruhepotential von -70mV) => im Gegensatz zum visuellen und gustatorischen Sinn: Umwandlung der Vibrations- in elektrische Energie (=> sehr schnell)
Was sind Kinozilien und was tip-link-Filamente?
=> Sogenannte Tip-links verbinden die Apikalen Extremitäten aller Steriozilien einer Cilienzelle => inserieren an mechanosensiblen K+-Kanälen
=> als Kinozilie wird jeweils die grösste Stereozilie einer Zilienzelle bezeichnet:
Bewegen sich die Stereozilien zur Kinozilie hin, öffnet dies die mechanosensiblie Ionenkanäle (K+ strömt ein) => Depolarisation => Ca2+ -Einstrom (durch spannungsgesteuerte Kanäle) => Freisetzung von Glutamat (NT) aus Vesikeln => AP via N. Vestibularis zum Gehirn
Bewegen sich die Sternozilien von der Kinozilie weg, verschliessen sich die mechanosensiblen K+-Ionenkanäle => die Cilienzelle hyperpolarisiert
Wie unterscheidet sich die neuronale Verbindung der internen und externen Cilienzellen zu den bipolaren Neuronen des Spiralganglions? Welchen funktionellen Nutzen hat dies?
interne Zilienzelle: Eine Zilienzelle bildet Synapsen mit den Dendriten von 10 Ganglienzellen
=> leiten die sensorische Afferenz via Axone im N. Cochlearis zum Gehirn
=> spezifisch für eine bestimmte Region der Basilarmembran und damit charakteristisch für eine bestimmte Frequenz => diese Differenzierung bleibt von der Cochlea bis zum auditiven Kortex erhalten!
externe Zilienzellen: Mehrere Cilienzellen bilden Synapsen mit den Dendriten einer einzelnen Ganglienzelle (machen nur 5% der Zellen im Spiralganglion aus)
=> spielen KEINE Rolle für die auditive Afferenz zum Gehirn
=> Motorisch: Kontrahieren (durch Prestine => membranäre Motorproteine) mit gleicher Frequenz wie der Stiumulus => verstärken somit die Bewegung der Basilarmembran bei Schallreizen geringer Intensität => cochleare Verstärker
Was versteht man unter "otoakustischer Emission"?
=> spontane Schallabstrahlung aus dem Innenohr: Verursacher sind die externen Zilienzellen, die Motoreigenschaften besitzen => Schallwellen folgen dem retrograden Weg von der Basilarmembran zum ovalen Fenster und via dem Mittelohr zum äusseren Gehörgang
=> Pathologie: Tinitus bei spontaner Hyperaktivität der ECC
Welches sind die 3 häufigsten Auslöser von erworbener Hörschwäche?
Drogen => Ototoxine: Gewisse Antibiotixa schädigen die ECC
Altersbedingte Hörschwäche => Presbykusis: Versteifung der Gehörknöchelchen
Traumatismus => akustische Hyperstimulation: Zerstörung der Synapsen zwischen ICC und Dendriten der afferenten auditiven Neuronen => kann bei Spontanauslösung von AP auch zu Tinitus führen
Mit welchen beiden Kernen des Hirnstamms bilden die Neuronen der Spiralganglien (Axone via N. Vestibulochlearis (HN XIII)) Synapsen?
=> verzweigen sich und innervieren (ipsilateral) auf Höhe der Medulla oblongatae Synapsen mit:
Nucleus cochlearis dorsalis
Nucleus cochlearis ventralis
Via welche Strukturen gelangt die auditive Information vom Ohr ins Gehirn? Wo bestehen Synapsen?
=> Dendriten insb. Von den internen Cilienzellen
Neuron im Spiralganglion
=> Axone via N. Vestibulocochlearis (HN VIII)
Nucleus cochlearis ventralis (Medulla oblongatae)
Nucleus olivaris superior (Hinstamm: Ab hier bilateral => Informationen von beiden Ohren)
=> Axone via Lemnisculus lateralisColliculus inferior (Mesencephalon) => hierhin konvergieren sämtliche aufsteigende Hörbahnen!
Corpus geniculatum mediale (CGM) des Thalamus
=> Projektion via Axone zum auditorischen Kortx: Im Temporallappen!
Über welche alternativen Wege (ausser zum CGM des Thalamus) kann die auditive Informaiton aus dem Colliculus inferior weitergegeben werden?
Zum Colliculus superior => Integration von auditorischer und visueller Information (ventromediales System) => zur Umgebungs-Wahrnehmung
Zum Cerebellum (Vestibulocerebellum)
Auf welche Weise werden Informationen über die Schallstärke registriert?
AP-Fequenz der Neuronen
Anzahl der aktivierter Neuronen => es gibt 3 Populationen auditiver Fasern, welche unterschiedlich sensibel sind (verschiedene Spontanaktivität) => hierarchische Rekrutiertierung
Was versteht man unter "Cochlearer Tonotopie"?
=> Von der Basis zum Apex der Basilarmembran der Cochlea sinkt die Frequenz, die zu einer maximalen Auslenkung der Basilarmembran führen, kontinuierlich ab.
=> Dieses örtlich organisierte Muster entsprechend der charakteristischen Frequenz bleibt über die gesamte Höhrbahn bis zum auditiven Kortx erhalten
Was versteht man unter "Phasenkopplung"?
=> spezifischer Mechanismus zur Wahrnehmung tiefer Frequenzen (20-1000 Hz), welche rein durch Tonotopie nicht/kaum repräsentiert sind => die von den Neuronen generierten APs korrelieren mit den Schallwellen (Depolarisation stets zur gleichen Wellen-Phase) => erleichtert das Erkennen von Schallfrequenzen
=> hohe Fequenzen (> 5000 Hz) werden ausschliesslich mittels der Tonotopie identifiziert (=> zu schnell für die Phasenkopplung)
Wie funktioniert die Schallokalisation in der Horizontalebene?
Für plötzliche Geräusche: Die Zeit-Differenz (intraurale Laufzeitdifferenz) zwischen dem Eintreffen des Schalls an den beiden Ohren
Für Dauertöne:
… niedriger Frequenz (20-2'000 Hz): Differenzierungs-Mechanismus aufgrund der Phasen (bzw. dem Maxima) der Schall-Wellen und der Differenz deren Registrierungszeitpunktes beider Ohren
… hohe Fequenzen (2'000-20'000 Hz: Schallwellenzyklus < Ohrenabstand): Differenzierungs-Mechanismus auf Grund des Schallschattens (intrauraler Intensitätsunterschied => existiert bei niedriger Frequenz kaum/nicht)
=> Die Duplex-Theorie der Schallokalisation fasst beide Prozesse der Schallokalisation in Horizontalebene zusammen
Wie unterscheiden sich monourale und biurale Neuronen? Wo liegen diese? Wozu tragen sie bei?
Die Neuronen der Nucleoli cochleari erhalten ihre Afferenz lediglich aus einem Ohr (via dem ipsilateralen N. Vestibulocochlearis => sie sind monoural
Bei allen späteren Verarbeitungsschritten (zuerst im Nucleus olivaris superior) basiert die Efferenz aufgrund von afferenter Information beider Ohren
=> spielen eine wichtige Rolle bei der Schallokalisierung in Horizontalebene (auf Grund der interuralen Laufzeitdifferenz => Ort der maximalen Addition der exitatorische postsynaptischen Potentiale beider Seiten im Nucleus olivaris superior)
=> gewisse Neuronen des Nucleus olivaris superior registrieren auch die Schallintensität
Wie funktioniert die Schallokalisation in der Vertikalebene?
=> auf Grund der Kurven und Windungen der Ohrmuschel (reflektieren den Schall)
=> die Verzögerung zwischen dem direkten und reflektierten Weg verändert sich durch die Positonierung der Schallquelle in Horizontalebene
Vergleiche die auditiven mit den visuellen Bahnen.
Audition:
Cilienzellen
Hirnstamm (Ncc. Cochleares + Olivaris)
Corpus geniculatus medialis (Thalamus)
Primärer auditiver Cortex
Visus:
Photorezeptoren
Retinale Strukturen (Bipolar- und Ganglienzellen)
Corpus geniculatus latealis (Thalamus)
Primärer visueller Cortex
Wo liegt der primäre, wo der sekundäre auditive Cortex?
A1 (Bn 41) => Tonotopie (die Neuronen sind entsprechend ihrer charakteristischen Frequenz in transversalen Spalten angeordnet):
Anteriore Spalten => cochlearer Apex => niedrige Frequenzen
Posteriore Spalten => cochleare Basis => hohe Frequenzen
A2 (Bn 42) + Wernicke-Areal => weniger strikte Tonotopie => Analyse komplexer Geräusche
=> liegen beide im Temporallappen (Gyrus temporalis sup.)
Welcher Mechanismus ist im auditorischen, wie im vestibulären System identisch?
=> beide verwenden Cilienzellen um Bewegung in neuronale Signale umzuwandeln (gleiche ontogenetischer Ursprung im Seitenlinienorgan im wasserlebender Säugetiere)
Aus welchen beiden Anteilen ist das vestibuläre Labyrinth aufgebaut? Was ist deren Funktion?
3 Bogengänge (Sup. => Nicken, Post. => SN, Horiz. => Rot.) => mit Endolymphe gefüllt: Sensibel für die Kopfdrehung
Maculaorgan (2 Kammern: Sacculus und Utriculus): Nimmt die Schwerkraft, die Kopfneigung, sowie die lineare Beschleunigung des Kopfes wahr
Was ist die Crista ampullaris? Welche Rolle spielt sie im vestibulären System?
=> Sinnesepithelfeld/-vorsprung auf welchem die Zilienzellen der Bogengänge sitzen
=> die Stereozilien sind von einer gallertartige Kappe (Cupula) umschlossen
=> alle Kinozilien auf einer Crist ampullaris sind gleich orientiert => De- bzw. Hyperpolarisieren bei Drehreizen in eine Richtung gleichsam => auf Grund der Viskosität und damit der Trägheit der Endolymphe, werden die Stereozilien (zur Gegenseite) abgebogen => Freisetzung der NT zu den vestibulären Neuronen
=> da die Bogengänge der beiden Kopfseiten spiegelgleich angeordnet sind, führt eine Depolarisation der Zilienzellen in einem der Gänge auf der einen Seite zur Hyperpolatisation der entsprechenden Zilienzellen auf der Gegenseite
Was ist die vestibuläre Makula? Welche Rolle spielen Statolithen/Otholithen?
=> Sinnesepithelfelder der Makulaorgane, auf welchem die Cilienzellen sitzen
=> im Sacculus vertikal, im Utriculus horizontal ausgerichtet
=> die Stereozilien ragen in eine gallertarteige Kappe (Statholitenmembran), welche mit Calciumkristallen (Statolithen) bedeckt ist
=> bei Kopfneigung oder -beschleunigung werden die Statolithen (durch ihre höhere Dichte) von der Schwerkraft nach unten/hinten gezogen => Verschiebung der Statholitenmembran und dadurch Abbiegen der Sterozilien => Depolatisation
Via welche Strukturen gelangt die vestibuläre Information ins Gehirn? Wo bestehen Synapsen? Woher stammt weitere afferente Information zum Gleichgewicht?
=> Dendriten von den Cilienzellen der Bogengänge und des Makulaorgans
Neuron im Ganglion vestibularis
=> Axone via N. Vestibulocochlearis (HN VIII)
+ zusätzliche Afferenz aus dem Cerebellum, dem visuellen und dem somatischen System
Nucleus vestibularis medialis und lateralis => Ort der Integration! (Medulla oblongatae)
Information von den Makulaorganen => lateraler Vestibulariskern => Fasciculus longitudinalis lat. => RM (vestibulospinales Bündel des ventromedialen motorischen Systems)
=> 2.1: Motoneuronen der Anti-Gravitations-Muskulatur
Informationen von den Bogengängen => medialer Vestibulariskern => Fascikulus longitudinalis med.
2.2: Motoneuronen der Kopf- und Halsmuskulatur => Stabilität des Kopfes und Posturale Kompensation (=> horizontale Ausrichtung der Augen)
Was ist der vestibulookuläre Reflex?
=> ermöglicht das Stillhalten der Augen (und damit das Fixieren eines Objekts) auch bei Bewegung des restlichen Körpers
=> Wird eine Kopfbewegung von den Bogengängen registriert, wird diese Information vom N. Vestibulocochlearis (VIII) zu den Vestibulariskernen im Hirnstamm geleitet => diese aktivieren via den HN III, IV und VI die extraokuläre Muskulatur, wodurch die Kopfbewegung durch eine Augenbewegung in die Gegenrichtung kompensiert wird
=> z.B. beim Gehen aktiv