Biopsychologie I

Licht ist eine Form von elektromagnetischer Energie, die sich wellenförmig ausbreitet. Die Helligkeit eines Lichtreizes wird durch die Amplitude definiert, die Farbe durch die Wellenlänge (Frequenz). 

Das Auge ist ein visuelles Kamerasystem, das Lichtwellen erfasst und bündelt mit Hilfe der Fotorezeptoren auf der Netzhaut. 

Aufbau des Auges von vorne nach hinten:

• Hornhaut
• Augenkammer
• Regenbogenhaut (Iris)
• Pupille (Loch)
• Linse mit Ziliarmuskeln
• Glaskörper
• Netzhaut mit Fotorezeptoren, glebem Fleck (Fovea, höchste Auflösung da meiste Fotorezeptoren)
• Aderhaut 
• Lederhaut
• Sehnerv (Reizweiterleitung, Hirnnerv) mit blindem Fleck (keine Fotorezeptoren)

Apparat, der die Lichtstrahlen aufnimmt und lenkt. Sie reguliert die Blende: mehr oder weniger Lichteinfluss. Sie kann sich krümmen: 

Je kugeliger die Linse ist, desto näher ist der Brennpunkt an der Linse (nahes Objekt schatf). Das Ziel ist es, dass der schärfste PUnkt genau auf der Netzhatut liegt.

• Weitsichtigkeit: Brennpunkt befindet sich hinter der Netzhaut.
• Kurzsichtigkeit: Brennpunkt befindet sich vor der Netzhaut. 

Mit einer Brille wird der Brennpunkt wieder auf die Retina korrigert (dreifache Brechung, da zuerst Hornhaut, dann doppelte Linse).

Sie empfängt das erweiterte Bild, das von der Hornhaut und Linse generiert wird (auf dem Kopf, da die Linse das Licht bricht). Die Zellschichten bilden ein Netzwerk, das Informationen in Form von elektrischen Signalen zum SEhnerv und von dort zum Gehirn weiterleitet. Die Retina besteht aus einem lichtunempfindlichen und einem lichtempfindlichen Teil. Sie bildet einen mehrschichtigen Aufbau aus unterschiedlcihen Zelltypen. Das Licht geht bis ganz nach hinten auf der Netzhaut und der Reiz dan wieder ganz nach vorne in der Netzhaut zum Nervus opticus (Hirnnerv). 

Aufbau der Retina von hinten nach vorne (näher bei Linse): 

• Aderhaut
• Pigmentepithelzellen
• Foto-Rezeptoren (Stäbchen; Schwarz/Weiss im Dunkeln und Zäpfchen; Farben bei Licht)
• Horizontalzellen
• Bipolarzellen
• Amakrine Zellen
• Ganglienzellen (sind die eigentlichen Neuronen -> Magnus- (Input vorwiegend von Stäbchen) und Parvus-Neuronen (Input vorwiegend von Zäpfchen))

Die unterschiedliche Empfindlichkeit dieser Pigmente für verschiedene Wellenlängen des Lichts ist die Grundlage für das Farbensehen. Wenn Licht auf die Retina fällt, wird es ovn diesem Pigementen unterschiedlich absorbiert, je nach Wellenlänge. Pigmente sind also Substanzen, die Wellenlängen absorbieren können. Die Menge des absorbierten Lichts wrid dann als Information an das Gehirn weitergeleitet und interpretiert. Die Hauptpigmente, die mit dem Sehprozess verbunden sind, sind:

• Rhodopsin (in den Stäbchen): Proteinanteil -> Opsin und einem lichtabsorbierendem Molekül -> Retinal (Form von Vitamin A). Wenn Rhodopsin Licht absorbiert verändert es seine Form und löst eine Signalkaskade zum Gehirn aus. 
• Photopsine (in den Zapfen): Drei Typen:
  • S-Kegel-Pigment: blau empfindlich; absorbiert Licht von kurzen Wellenlängen
  • M-Kegel-Pigment: grün empfindlich; absorbiert Licht von mittleren Wellenlängen
  • L-Kegel-Pigment: rot empfindlich; absorbiert Licht von langen Wellenlängen

Damit Licht in elektrische Signale übersetzt werden kann, braucht es den Mechanismus der Signaltransduktion.

Fotorezeptoren sind sekundäre SInneszellen (keine eigenen Aktionspotenziale). In den Stäbchen und Zapfen sind lichtintensive Moleküle eingearbeitet, die sich je nach Lichteinfall äusserlich verändern. Im Gegensatz zu anderen Zellen reagieren die Fotorezeptoren auf die ABWESENHEIT eines Reizes mit einer Depolariosation und werden in Anwesenheit von Licht hyperpolarisisert. 

Stäbchen: In Dunkelheit wird cGMP erzeugt. Dieses hält Kationenkanäle offen, durch die Na+ einströmt (Dunkelstrom) und die Zellen depolarisiert. Dadurch wird Transmitter Glutamat freigesetzt. Dieser hemmt die Bipolarzellen, die Reizweiterleitung ist gehemmt. Bei Belichtung steigt das Membranpotenzial, weil der Natriumeinstrom versiegt. Dadurch wird weniger Glutamat ausgeschüttet und die Signalübertragung zur Bipolarzelle wird nicht mehr gehemmt.

Zapfen: Der Ablauf in den Stäbchen ist in den Zapfen ebenso nachzuweisen. Allerdings finden wir in diesem Fall 3 Opsin-Typen, die jeweils nur auf bestimmte Wellenlängen ansprechen und nur dann ein Signal weitergeben, wenn Licht der entsprechenden Wellenlänge einfällt. Fotorezeptor -> Glutamat -> Bipolarzelle

Bipolar bedeutet, dass sie genau nur einen Dendriten und ein Axon haben. Bipolarzellen bündeln die Informationen von mehreren Fotorezeptoren. Je mehr Fotorezeptoren ihre chemischen Signale an die Bipolarzellen schicken, desto sträker geben diese ihre Informationen weiter an die Ganglienzellshcicht. Bipolarzellen stehen aber miest nicht nur mit einem Fotorezeptor in Kontakt, sonderm mit Gruppen, die einige hundert Stäbchen und Zapfen umfassen können. Zusätzlich zu diesen direkten Verbindungen gehen Bipolarzellen über Horizotnalzellen noch indirekte Verbindungen mit weiteren umliegenden Lichtsinneszellen ein -> Infos aus dem Umfeld. Der Retinabereich um eine Bipolarzelle wird als rezeptives Feld dieser Zelle bezeichnet.

Zentrum des rezeptien Fedes (Fotorezeptoren treffen auf 1 Bipolarzelle:

• OFF-Bipolarzelle (nur Zapfen): Depolarisieren, wenn Licht ausgeschaltet ist. DAsdurch werden sie erregt und steigern Glutamatfreisetzung an Synapse zu Ganglienzelle. Licht hemmt OFF-Bipolarzelle (Deaktivierung).
• ON-Bipolarzelle (Stäbchen und Zapfen): Werden erregt, wenn Licht einföllt. 

Umfeld des rezeptiven Feldes (Horizontalzellen machen laterale Hemmung): entgegengesetzte Reaktion zur Kontrastverstärkung

• Umfeld OFF-Bipolarzelle: kein Licht -> Hemmung 
• Umfeld ON-Bipolarzelel: Licht trifft auf -> Hyperpolarisation

Ganglienzellen sind die primären Sinneszellen (können AP erzeugen). Sie stehen ebenfalls nicht nur mit einer, sondern mit vielen Bipolarzellen in Kontakt. Zusätzlich gewährleisten die Amakrinzellen (analog zu den Horizontalzellen) indirekte Verbindungen zu weiteren umgebenden Bipolarzellen. Im bereich der Netzhaut sind die rezeptien Felder von Ganglienzellen von besonderer Bedeutung, da sie die Ausgangssituation im Gehirn darstellen:

• ON- Zentrum und OFF-Umgebung: On-Zenter Zellen im Zentrum eines rezeptiven Feldes wirken erregend auf Ganglienzelle, periphere Sehzellen des Feldes wirken hemmend.
• OFF-Zentrum und ON-Umgebung: OFF-Zenter-Zellen im Zentrum wirken hemmend, periphere Sehzellen wirken erregend auf Ganglienzelle

1. Licht trifft als Welle auf das Auge (Hornhaut, Linse, Pupille, Glaskörper).
2. Die Fotorezeptoren (Stäbchen, Zapfen) auf der Netzhaut nehmen den Reiz auf und leiten ihn über die Bipolarzellen zu den Ganglienzellen. Diese wandeln den Reiz in ein elektrisches Signal um. 
3. Die Axone der Ganglienzellen bilden auf beiden Seiten den Sehnerv.
4. Die Informaitonen aus beiden Augen werdnen am Kreuzpunkt "optic chiasm" ein erstes Mal zusammengefügt, sortiert und wieder getrennt:
   1. Die Fasern im Sehnerv, welche vom nasalen Teil der Netzhaut kommen, kreuzen und verlaufen anschliessend in Bahnen zur Gegensetie des Auges im Gehirn. 
   2. Die Fasern, die aus dem temporalen TEil der Netzhaut (Schläfe) kommen, laufen ungekreuzt weiter.
   3. Die Fasern, die von innersten Bereich des Gesichtsfeldes kommen, laufen zu beiden Gehirnhälften.
5. Der Sehnerv letiet das elektrische Signal über eine Umschaltung im Hypothalamus (Lichtsensor). 
6. Dann über eine Umschaltung im Pretectum (Messung der Pupillenbreite). 
7. Dann über eine Umschaltung im Mittelhirn (Informationen über die STellung der Augen im Raum). 
8. In den pirmären visuellen Kortex (ganz hinten am Kopf -> Okzipitallappen) für komlexe Strukturen. 
9. Der Pfad spaltet sich auf dem Rückweg nach vorne in zwei Wege auf: 
   1. WHAT: Temporallappen -> ventral (unten)
   2. WHERE: Parietallappen -> dorsal (oben
10. Schlussendlich: Reintegration zu einem Gesamteindruck. 

Hierarchisch organisiertes System zur Erkennung von visuellen Reizen. Der Visuelle Kortex hat 5 Areale. Als visuellen Kortex bezeichnet man diejenigen Areale, die auf die Verarbeitung von visuellen Informationen spezialisiert sind. Zwei unabhängige Systeme verarbetiten räumliche Infomrationen, Farbe, zeitliche Abfolge visueller Stimuli und Lichtintensität. 

Liegt im Okzipitallappen. Visuelle Information wird nur abgebildet, nicht erkannt oder interpretiert. Jeder Punkt des Gesichtsfeldes wir ach a) Linien, b) Bewegungen und c) Fabren durchleuchtet. 

Die rezeptiven Felder der Neuronen des primären visuellen Kortex sind von höherem Komplexitätsgrad als diejenigen der Netzhaut. Überraschenderwaeise finden sich hier nur noch relativ wenige Neuronen, die reagieren, wenn ein einzelner Lichtpunkt au fdi eNetzhaut fällt. Dagegen werden die meisten Neuronen im V1 durch komplexere Netzhautbilder aktiviert. 

Horizontal: 6 Schichten, vertikal: Säulenstruktur

• Orientierungssäulen (einfachste Zellen): Einfache Zellen mit gleicher Orientierung sind zu Orientierungssäulen gruppiert. Die Organisation erfolgt also nach Orientierungsrichtung. Sie reagieren auf Lichtstreifen oder Balken einer bestimmten Orientierung auf der Retina (langgestreckte rezeptive Felder). Organisation nach ORIENTIERUNG.
• Okuläre Dominanzsäulen (komlexe Zellen): Die Orientierungssäulen ihrerseits sind über weite Strecken in sogenannte okuläre Dominanzsäulen eingebettet. Die in einer solchen Säule gelegenen Zellen werden bevorzugt entweder vom rechten oder vom linken Auge aktiviert (Augendominanz). Die okulären Dominanzsäulen vom rechten bzw. linken Aueg sind in V1 abwechslungsweise angeordnet. Sie antworten selektiv auf die Orientierung streifenförmiger Reize und eigen darüber die Bewegungsrichtung an (Reaktion auf beweglichen Reiz). Organisation nach AUGENDOMINANZ.
  • Blobs: Bereiche innerhalb der okulären Dominanzsäulen, die farbempfindliche Zellen aufweisen.
  • Interblobs: Neuronen ausserhalb der Blobs, die auf Form- und Bewegungsinfo reagieren (kaum farbempfindlich).
• Hypersäulen (hyperkomplexe Zellen): Man kann eine Überstruktur definieren, die jedem Netzhautabschnitt zugeordnet ist. Diese besteht aus den beiden okulären Dominanzsäulen (in welche die Orientierungssäulen und die Blobs eingebettet sind). Eine solche Überstruktur nennt man Hypersäule. Sie sind die Basiseinheiten für die weitergehende Inhaltsanalyse des Netzhautabbildes an einerbestimmten Stelle der Retina (Grundmodule visueller Informationsverarbeitung im V1). Sie antworten auf Streifen, Ecken, oder Winkeln einer bestimmten Länge und haben sehr grosse rezeptive Felder, die die Signale komplexer Zellen kombinieren können (Winkeldetektoren). Organisation nach POSITION DES REZEPTIVEN REIZES.

Das sind zwei parallelle, wenn auch nicht unabhängig voneinander arbeitende Systeme:

• Parvozellulär: Diejenigen Schichten des V1, die Impulse aus den parvozellulären Neuornen (Zapfen) erhalten. Analyse von Farben, Formen und Bewegungen.
• Magnozellulär: Impulse aus Stäbchen, Feinanalyse von Bewegungen, präzise Ortung eines Objekts.

Von der V1 zu den nachgeschalteten Kortexarealen wird die Verarbeitung immer komplexer: Erkennung und Interpretation: 

• Ventraler Strom (unten): Sehen zum Verstehen -> WHAT Temporallappen
  • V2 (sekundärer visueller Kortex): Empfängt Kantenmerkmale von V1, extrahiert einfache visuelle Eigenschaften (Rekonstruktion)
  • V4: verabreitet komplizierte Objektmerkmale 
  • Inferiorer temporaler Gyrus: Alle verarbeiteten visuellen Merkmale fliessen in die letzte logische Einheit zur Objekterkennung (Bedeutung und Verständnis)
• Dorsaler Strom (oben): SEhen zum Handeln -> WHERE Parietallappen
  • V2 (sekundärer visueller Kortex): Empfängt Kantenmerkamle von V1, extrahiert einfache visuelle Eigenschaften (Rekonstruktion)
  • V5: Bewegungssensitive Areale

Letzter Stopp: Präfrontaer Kortex, alles wird zu einem Gesamtbild zusammengesetzt und interpretiert/Bedeutung zugewiesen.

• Agnosie (nicht physisch): Störungen im Erkennen und richtigen Interpretieren von Sinneseindrücken, obwohl Sinneswahrnehmung intakt (neurophysisches Problem)
  • Apperzeptiv: Gegenstand benennen möglich, Zeichnung davon nicht machbar
  • Assoziativ: Zeichnung des Gegenstandes möglich, Benennung davon nicht machbar
• Anopisie (physisch): Unfähigkeit zu sehen, Trennung der Sehbahn an unterschiedlichen Orten (kann partiell oder vollständig sein)
  • Hemi: Ausfall der Hälfte des Gesichtsfeldes
  • Quadrant: Besondere Form der Gesichtsfeldeinschränkung
  • Heteronyme (gegensätzliche) vs. homonyme Hemiagnosie (gleiche Gesichtshälfte)

Informationsübertragung (Reiz-Sinneszelle-Neuron): Transport, Verarbeitung und Speicherung von elektrischen Signalen. Neurone und Axone sind bei der Geburt angelegt. Dendriten bilden sich vor allem postnatal.

Ein Neuron besteht grob aus 3 unterschiedlichen Einheiten: Rezeptor (Dendriten, Synapsen), Zellkörper, Axon

Zellkern (nur Eukaryoten), Zellkörperchen, Ribosomen, ER, Golgi-Apparat, Mitochondrien, Lysosomen, Peroxisomen, Zytoskelett, Zytosol, Zellmembran

Ort, wo Untereinheiten der Ribosome gebildet werden.

Synthetisieren (umwandeln) mRNA zu Proteinen.

Speichersystem von synthetisierten Proteinen für den zellulären Gebrauch.

Synthese von Fettsäuren und Phospholipiden für Aufbau der Zellmembran, Herstellung von Hormonen, Abbau von Giften und Speicherung von Kalizum-Ionen.

Steht mit der Membran des Zellkerns in Verbindung, an Ribosomen auf Oberfläche geschieht Synthese von Proteinen, neue Proteine werden zum Golgi-Apparat geleitet.

End-Strecke des ER, posttranslationale Aktivierung von Proteinen (Splicing von Introns). Golgi-Apparat schnürt Stücke seiner Membran ab und bildet daraus Vesikel. Proteine werden in Vesikel durch Zytosol transportiert und Verschmelzen mit Zellmembran.

Ort der Zellatmung, stellen Energie in Form von ATP her.

Dienen dem Abbau und Wegtransport von Substanzen, die aus der Zelle oder von extern stammen und nicht mehr gebraucht werden.

Abbau von schädlichen Peroxidradikalen, die bei Stoffwechselvorgängen entstehen.

Basis für die räumliche Struktur der Zelle. Besteht aus: 
- Neurotubuli: röhrenförmige, langgestreckte Strukturen für den Transport über grosse Distanzen im Innern der Zelle.

- Neurofilamente: Stäbilität und Aufrechterhaltung der Zellform

Flüssigkeitsgefüllte Räume in der Zelle, das das Zytoskelett und die Zellorganellen Umgeben, Ort der Translation.