Biologische Psychologie 1

Der spinothalamale Pfad übermittelt Schmerzreize von den Nozizeptoren über den lateralen spinothalamalen Trakt direkt zum Thalamus, ohne eine Synapse an Zwischenstationen zu bilden und ist somit extrem schnell.
Das lemniskale System (=Berührungsinformationen) hingegen bildet Synapsen an mehreren Stellen (Hinterstränge, Hinterstrang-Nuclei (...).)

Die beiden Knochen des Ober- und Unterarms verbinden 2 Muskelgruppen: Der Extensor und (in diesem Fall) zwei Flexoren (Beugemuskeln). Kontraktiert der Extensor, so wird der Arm gestreckt, kontraktieren die Flexoren, so wird er gebeugt.

Axialmuskeln: Die Muskeln, die den Rumpf bewegen
proximale (Gürtel-) Muskulatur: zuständig für die Bewegung der Schultern, der Ellenbogen, des Beckens und der Knie.
distale Muskeln: bewegen die Hände, Füße und Finger bzw. Zehen.

Die Alpha Motoneuronen lösen direkt Muskelkontraktionen aus. Ein Alpha Motoneuron und alle Muskelfasern mit denen es verbunden ist, wird als Motoreinheit bezeichnet.
Die Gesamtheit an Motoneuronen, welche in einem Muskel zu finden sind, wird als Motoneuronen-Pool bezeichnet.

Alpha Motoneuronen erhalten Input von
1) Sensorischer Input von Muskelkspindeln
2) Input von oberen Motoneuronen im Motorcortex und Hirnstamm -> Kontrolle und Initialisierung von Bewegungen
3) Input von Interneuronen im Rückenmark

Muskelfasern können zwischen 1mm und 500mm lang werden.
Sie werden von einer Zellmembran namens Sarcolemma umgeben. Im Innern befinden sich zylinderartige Strukturen, die Myofibrillen und Mitochondrien. Die Myofibrillen werden von sarcoplasmatischen Reticulen umgeben (SR), die Ca2+ enthalten, das bei Kontraktionen ausgeschüttet wird. Aktionspotenziale können die SR über ein Tunnelnetzwerk an T-Tubuli erreichen.

In den Myofibrillen gibt es dicke Filamente im Innern und dünne Filamente außen. Das Hauptprotein der dicken Filamente, das Myosin, bindet durch das Einströmen von Ca2+ an das Hauptprotein der dünnen Filamente, das Actin.

Reziprokale Inhibition meint den Vorgang der automatischen Entspannung des antagonistischen Muskels, also des Extensors, wenn ein agonistischer Muskel angespannt wird.
Dieser Vorgang ist wichtig, weil ansonsten die Muskelgruppen sich ständig gegenseitig behindern würden, da sie gegeneinander arbeiten müssten.

1. Die Membran wird durch den Einfluss von Glutamat depolarisiert
2. Na+ und Ca2+ fließen durch den NMDA-Rezeptor in die Zelle
3. Ca2+ aktiviert Kalziumkanäle
4. K+ fließt aus der Zelle
5. Die Membran wird durch das Ausfließen von Kalziumionen hyperpolarisiert
6. Ca2+ hört auf, in die Zelle zu fließen
7. Die Kalziumkanäle schließen sich
8. Die Membran wird depolarisiert und der Prozess beginnt erneut.

1.  Level: Hoch
Funktion: Strategie
Strukturen: Assoziationsareala des Neocortex und Basalganglien

2. Level: Mittel
Funktion: Taktik
Strukturen: Motorischer Cortex, Kleinhirn

3. Level: Niedrig
Funktion: Exekution
Strukturen; Hirnstamm und Rückenmark

Die lateralen Pfade übermitteln freiwillige Bewegungsreize an die distalen Muskeln und werden direkt vom Cortex kontrolliert.
Es gibt es unterschiedliche Trakte:

1) Der kortikospinale Trakt  (auch pyramidaler Trakt)= Er beginnt im motorischen Cortex, also den Arealen 4 und 6 des Frontallappens und ist der längste Trakt im ZNS. Er verläuft über die "internale Kapsel" durch die Basis der Crus Cerebri (eine Anhäufung von Axonen) im Mittehirn und kreuzt sich kurz hinter der Medulla, an der Schnittstelle von Medulla und Rückenmark. Das bedeutet, dass  ab hier die rechte Seite des motorischen Cortex über die linke Körperhälfte verfügt und andersherum. Die Axone enden schließlich in der dorsolateralen Region der ventralen Hörner, wo Motoneuronen und Interneuronen ankommen.

2) Der Rubrospinale Trakt: Er beginnt im rechten roten Nukleus im Mittelhirn und verläuft über die Medulla bis zum lateralen Seitenstrang des Rückenmark, wo er parallel zum kortikospinalen Trakt endet. Durch die Evolution ist die Funktion des rubrospinalen Traktes beim Menschen verringert, und die meisten Funktionen wurden vom kortikospinalen Trakt übernommen.

Die ventromedialen Pfade übermitteln Haltungs- und Fortbewegunsreize und werden vom Hirnstamm kontrolliert. Es gibt 4 verschiedene Traktarten:

1) Die vestibospinalen Trakte = haben die Aufgabe, den Kopf auf den Schultern auszubalancieren und ihn zu neuen sensorischen Reizen hinzubewegen. Sie entspringen in den vestibulären Nuklei der Medulla, die sensorischen Input vom vestibulären Labyrinth des Innenohrs erhalten. Sie verlaufen weiter bis ins Rückenmark, wo sie mit Nacken- und Rückenmuskeln verbunden sind.

2) Die tektospinalen Trakte = sie haben dieselbe Aufgabe wie die vestibulospinalen Trakte, nur dass diese im Colliculus Superior im Mittelhirn beginnen (welcher direkten Input von der Retina und vom visuellen Cortex erhält!). Hier wird eine visuelle Landkarte der äußeren Welt erstellt, und wichtige neue Stimuli werden direkt durch Kopf- und Augenbewegungen fixiert, nachdem die Axone weiter in spezifische Regionen des Rückenmarks laufen, wo sie mit Motoneuronen der Nacken- und Rückenmuskulatur in Verbindung treten.

3) Die pontinen reticulospinalen Trakte( = zuständig für Kontrolle des Rumpfes und der Antigravitationsmuskeln der Glieder). -> medial

4) Die "medullary" reticulospinalen Trakte (= haben die gegenteilige Aufgabe, die Reflexkontrolle der Antigravitationsmuskeln aufzuheben.) -> lateral

Zusammen werden die pontinen und medullary reticulospinalen Trakte als retikulare Formation bezeichnet. .

Die Basalganglien liegen tief im Telencephalon. Eine ihrer vielen (wenig erforschten) Funktionen ist die Auwahl und Initiierung von bewusster Bewegung. Sie besteht aus dem Putamen und dem Nucleus Caudatus (zusammen Striatum genannt), dem Pallidum, welches aus einem internalen Segment (GPi) und einem externalen Segment (GTe) besteht.
Die motorische Schleife ist ein Pfad, der Informationen von einem beliebigen Ort des cerebralen Cortex zum motorischen Cortex (Areale 6 und 4) übermittelt.Der letzte Zwischenschritt dieser Schleife ist der ventrale laterale Nucleus (VLo).

Cortex (beliebiger Ort) -> Striatum -> GPi -> VLo -> (motorischer) Cortex

Das Kleinhirn macht nur etwa 10% der Hirnmasse aus, besitzt aber sehr viele Neuronen, von denen die meisten sehr kleine exzitatorische Körnerzellen sind. Die dorsale Oberfläche des Kleinhirns ist übersät von kleinen Strängen namens Folia. Im Innern sind Neuronen in der White Matter eingebettet, die den tiefen cerebralen Nukleus bildet. Die Mitte (das Vermis) trennt kaum merkbar die beiden Hälften des Kleinhirns in die zwei lateralen cerepbralen Hemisphären. Diese sind sehr wichtig für die Bewegung der Gliedmaßen.

1. Parese: Schäden an den Alpha-Motoneuronen oder den motorischen Axonen verursacht Schwäche (Parese)
2. Paralyse: Das komplette Ausschalten eines motorischen Nervs verursacht Bewegungsverluste des betroffenen Muskels und Araflexia (=das Fehlen von Spinalreflexen)
3. Spastizität: Ohne Verbindung zum Hirn werden die Funktionen des Rückenmarks eingestellt. Erholt sich die Verbindung jedoch, kann es zu dramatisch erhöhtem Muskeltonus (Hypertonie) kommen und zu übermäßigen Spinalreflexen (Hyperreflexie),
4. Babinski Signal: Normal -> Streichen der Fußsohle lässt den großen Zeh sich nach unten beugen. Bei Motortraktschäden beugt sich der Zeh jedoch nach oben!

1. Noradrenalin bindet an den Beta-Rezeptor
2. Dieser aktiviert ein G-Protein
3. Das G-Protein aktiviert ein Effektorprotein, nämlich ein Enzym namens Adenylyl Cyclase, das ATP freisetzt und in cAMP umwandelt
4. cAMP aktiviert ein Enzym, das als  Protein-Kinase bekannt ist
5. Protein-Kinase veranlasst durch Phosphorylierung  Kaliumkanäle, sich zu schließen und moduliert somit die Effektivität von IPSP's, indem die Zelle exzitatorischer wird

Bei diesem Verfahren wurde bei Tieren systematisch ein Teil des Gehirns zerstört, um herauszufinden ob entweder die motorischen oder die sensorischen Fähigkeiten eingeschränkt wurden und wo im Gehirn diese Funktionen angesiedelt sind.(-> Kleinhirn = Motorik, Großhirn = Sensorik)

Diese Wissenschaft versuchte, Persönlichkeitsmerkmale und später andere Eigenschaften anhand der Schädelform abzuleiten.

1. Molekular - die elementarste Analyseebene
2. Zellulär - es wird untersucht, wie die Moleküle zusammenarbeiten
3. Systematisch - die Frage, wie unterschiedliche Systeme innerhalb der Organismen funktionieren; z.B. das visuelle System
4. Behavioral - wie wird das Verhalten gesteuert?
5. Kognitiv - es wird untersucht, wie höhere menschliche Mechanismen entstehen, wie Selbstwahrnehmung oder Vorstellungskraft

Histologie ist die Erforschung von Gewebe mtihilfe von Mikroskopen. Um das Hirngewebe in feine Stücke schneiden zu können, wurde im 19. Jahrhundert ein Gerät namens Mikrotom erfunden.

Die Methode ist das Nissl-Färbemittel (Nissl stain) und wurde im späten 19. Jahrhundert von Franz Nissl eingeführt und färbt die Materialklumpen, welche die Zellkerne von Neuronen umgeben - die sogenannten Nissl-Körper.

Die Methode heißt "Golgi stain" und wurde 1873 von Camillo Golgi eingeführt. Er entdeckte, dass sich in Hirngewebe, wenn es in eine Silber-Chromatlösung getaucht wird, ein kleiner Teil der Neuronen gut sichtbar dunkel färbt.

Das Neuron besteht aus  dem Soma - dem Zellkörper (auch Perikaryon), von dem zwei Arten von Neuriten abgehen - die Dendriten, welche sich nach oben und zur Seite verzweigen und (typischerweise) ein Axon, welches sehr lang sein kann.

Golgi war der Meinung, Neuronen funktionierten als ein Gesamtnetzwerk, das verbunden ist.
Cajal widerum vertrat die Position, dass Neuronen durch Kontakt, nicht durch Kontinuität kommunizierten. Diese Theorie wurde als "neuron doctrine" bekannt und erwies sich in den 1950er Jahren als korrekt.

Das Soma enthält eine Flüssigkeit namens Cytosol, die durch die neuronale Membran abgegrenzt ist. Außerdem enthät das Soma verschiedene Strukturen, die Organellen: nämlich den Nukleus, das "rough" und "smooth" endoplasmatische Retikulum, den Golgi-Apparat und die Mitochondrien.

Zusammenfassend kann man alles außer den Nukleus als Cytoplasma bezeichnen.

Die Gene in der DNA werden mithilfe der Messenger-Ribonukleinsäure (m-RNA)  transkribiert und das Endprodukt sind spezifische Proteine. An einem Ende des Gens ist ein Promoter, der den Start für das Enzym RNA-Polymerase markiert und am anderen Ende des Gens ist ein Terminator, der das Ende der Transkription markiert. Die Bereiche zwischen den Coding-Sequenzen (= Extrons), die keinen bekannten Zweck erfüllen, heißen Introns. Durch einen Prozess namens RNA Splicing werden die Introns herausgeschnitten.

DNA -> Transkription -> mRNA -> Translation -> Protein

Rough ER = Rough Endoplasmic reticulum
Eine Membran, an der die Ribosomen haften. Nissl hat sie schon vor über 100 Jahren als "Nissl bodies" beschrieben.

Smooth ER = Smooth Endoplasmic reticulum. Hat verschiedene Funktionen: zum einen kann es den neugeschaffenen Proteinen seine dreidimensionale Struktur geben oder die interne Konzentration von Substanzen wie Kalzium steuern. Vom Aussehen ähnelt es dem Rough ER, nur ohne die Ribosomen.

Golgi Apparatus = Eine komplexe Organelle am Ende des Proteinsynthese-Prozesses, die diese  Proteine nach Bestimmungsorten sortiert.

Die Mitochondrien sind wurstförmige kleine Organellen, die aus wiederum mehrfach gefalteteten inneren Membranen (Cristae) bestehen. Zwischen den Cristae befindet sich die Matrrix.
Mitochondrien sind für die Zellatmung verantwortlich (in ihnen wird ATP aus ADP hergestellt).