Biologische Psychologie - Funktionelle Struktur des Nervensystems

Steuert:

• Antrieb und Gefühl (Motivation und Emotion)
• Hormonhaushalt über Hypophyse
• vegetatives Nervensystem
• endogene Rhytmen
• integrierte artspezifische Verhaltensmuster

Verbindungen:

• eng mit limbischen System verbunden [Limb. System -> Hypothalamus]
• nur indirekt mit Kortex und Thalamus verbunden [Hypothalamus -> unspezifischer dorsomedialer Thalamus/Kortex]

Wichtige Fasersysteme

• Fornix [Hippokampus/Septalregion/Necl.Anterior ->Mamillarkörper -> Hypothalamus]
• Stria terminalis [Amygdala -> Thalamus -> Hypothalamus]
• Stria medullaris [heterogenes Faserbündel mit weitgestreuten Verbindungen ; Habenula -> Hypothalamus]
• mediales Vorderhirnbündel (MFB)

Schlagwort: "Kopf-Ganglion des ANS"

Abgrenzbare Struktur: Mamillarkörper

Kaum direkte Verbindungen

des Hypothalamus

• zum/vom Neokortex (Ausnahme: präfrontaler Kortex)
• zum spezifischen Thalamus
• zu Basalganglien

• Viele Axone kommend aus/hineinführend in Formatio reticularis (Mittelhirn)
• zentrales Kommunikationssystem d. medialen Vorderhirns (Septum, Hippokampus, Amygdala, Hypothalamus) mit Mittelhirn 
• (Kommunikationssystem m. vielen anderen kortikalen/subkortikalen Hirnabschnitten)

• keine abgrenzbare Struktur
• funktionelles System [gesamter Hirnstamm bis Rückenmark]

Alle Strukturen, die aus dem 2. und 3. Hirnbläschen hervorgegangen [Mittelhirn bis Nachhirn]

v.a. an der Ventrikeloberfläche liegende spezialisierte Zellanhäufungen durch die Stoffe (v.a. Hormone) direkt unter Umgehung d. Blut-Hirn-Schranke eindringen können

Hirnanhangsdrüse

• reguliert vielfältige endokrine Funktionen
• übergeordnete Drüse, da viele ihrer Hormone andere Funktionen regulieren
• steht unter Kontrolle des Hypothalamus

Morphologie: 2 paarig angelegt

Wichtige Umschaltregionen/Kerne

• retikulärer Kern
• intralaminärer Kern
• Corpus geniculatum mediale
• Corpus geniculatum laterale

Schlagwort "Tor zum Kortex"

• Relaissystem: Umschaltung von mototrischen u. sensorischen Informationen bevor ins Telenzephalon weitergeleitet
• Informationen gefiltert, um Überbelastung des Telenzepahlons zu verhindern, daher auch "Tor zum Kortex" bzw. "Tor zum Bewusstsein"

Schlagwort "Taktgeber"

• dient auch als Taktgeber der einlaufenden Afferenzen im Kortex (rhytmisch, elektrische Aktivität d. Großhirns)
• Kommt es zu einer Schädigung des Thalamus kann es zu Störungen in der Wahrnehmung von Sinnesempfindungen kommen
• Ausnahme: Geruchssinn, da Informationen nicht im Thalamus umgeschaltet

Schlagwort "Efferenzkopie"

• Kontrolle d. Willkürmotorik (willentl. Bewegung): Alle efferenten Bahnen vom Neokortex geben Seitenäste (Kollateralen) an Thalamus ab -> damit hat Thalamus stets eine Efferenzkopie, v.a. über die motorischen Komandos zur Verfügung

• erhält Projektionen aus dem dorsomedialen Kern

Afferenzen aus

• fast allen Großhirnarealen, aus der medialen Kerngruppe des Thalamus
• aus Hirnstammzentren der Formatio reticularis

Efferenzen zu

• kortikalen Arealen
• Thalamus

Fkt.:

• steuert Kurzzeitgedächtnis
• steuert höhere soziale, psychische und geistige Aufgaben
• beteiligt an kombinatorischem und planerischem Denken

Wichtige Struktur: orbitofrontale Kortex [OFC]

• wichtige Rolle Bewertung von Information in Bezug auf zu erwartende positive/negative Auswirkungen

• wird zu den Basalganglien gezählt
• Teil des extrapyramidalen Systems.
• ist eine als indirekte Bahn bezeichnete Verbindung

erhält Projektionen aus:

• Globus Pallidum,
• Substantia nigra
• motorischen Kortex

Parkinson

• ist hyperaktiv bei Parkinson [Hyperaktivität erregt Pallidum -> Thalamus übererregt 
• führt zum Einfrieren von Bewegungen  [da thalamische Verbindungen meist hemmend]

Linderung Parkinson-Symptome:

• Besserung durch el. Reizung des STN mögl. [eingepflanzte Elektrode]
• Läsion des STN

Def.:

• Bezeichnung für Gehirnregionen von Wirbeltieren, die an der Generierung und Koordination von Bewegungen beteiligt, deren Signale aber nicht über die Pyramidenbahn zum Rückenmark gelangen

Dazu zählen: 

• Corpus striatum
• Pallidum
• Substantia nigra
• Nucleus subthalamicus, also das System der Basalganglien.
• Extrapyramidales System im weiteren Sinne: Kleinhirn m. Olive, Nucleus ruber, Vestibulariskerne

Medikation: L-Dopa

Symptombild: Bewegungsstörung, die durch Bewegungsarmut, Ruhetremor und Problemen bei der Ausführung der Willkürbewegungen gekennzeichnet

Pathogenese:

• auf Schädigung der Substantia nigra und des Nucleus subthalamicus zurückzuführen.
• Degeneration der Nervenzellen (dopaminerge Neurone) in der S. nigra pars compacta führt zu Mangel an dopaminergen Eingängen ins Striatum
• dies wiederum führt zu einer Hemmung des direkten Wegs
• Folge: Störungen in der Motorik. 

Frontallappen [Stirnlappen]

• motorische Kontrolle, kog. Funktionen (planen, entscheiden, Ziele setzen), Persönlichkeit

Parietallappen [Scheitellappen]

• Empfindungen (z.B. Berührung, Schmerz, Temperatur)

Okzipitallappen [Hinterhaupstlappen]

• Sehen (Endstation f. visuelle Infos)

Temporallappen [Schläfenlappen]

• Hören

Zwischenhirn & Hirnstamm

• Zusammenfassung von Zwischenhirn und Hirnstamm zum Stammhirn macht nur aus entwicklungsgeschichtlicher Sicht Sinn
• Im klinischen Sprachgebrauch sollte nur der Begriff Hirnstamm verwendet werden

Engeres limbisches System: Amygdala, Hippocampus, G.cinguli u. deren Verbindungen

Erweitertes limbSys: Teile d. Thalamus/Hypothalamus/Kortex

• Das limbische System definiert sich nicht topographisch über die lokale Nähe der Strukturen, sondern über ihre funktionalen Verbindungen.
• Extensive Verbindungen m. Neokortex: v.a. zum orbitalen präfrontalen Kortex  => oft als Teile d. limbSys betrachtet
• Über Temporallappen laufen die meisten indirekten Verbindungen zum Neokortex => erklärt z.T. Auswirkungen temporaler Läsionen auf Gedächtnisfunktionen

Allg. Fkt.: Integrale Beteiligung an Steuerung aller Verhaltens-/Denkprozesse (auch emotionale Vorgänge)

Schlagwort "Stereotype Reaktionen"

• Steuerung/Speicherung stereotyper Reaktionen darunter liegender Strukturen (z.B. Atmung, Blutdruckregulation, stereotype Annäherung an pos. Geruch)
• Erlaubt schnellers Aufgeben v. Verhaltensweisen zugunsten neuer Reaktionsalternativen
• Stammhirn-Anteile: modulieren Intensität dominierender Reaktionssequenzen wie Annäherung/Vermeidun
• Aktivität d. LimbSys bewirkt: Unterdrückung traditioneller Reaktionsweisen (z.B. stereotypes Annäherung- und Vermeidungsverhalten), um Verhaltensmodifikation auf Grundlage körperinterner Informationen (Freude, Lust, Aversionen) u. auf Grundlage v. Zukunftserwartungen über das Auftreten veränderter Reizbedingungen (neokortikal) zu ermöglichen

Historischer Abriss:

• Pierre Paul Broca 1878: „la grande lobe limbique“
• Papez (1939): Ausweitung zu einem limbSys -> Papez-Kreis: als neuroanatomische Grundlage von Emotionen [heute wesentlich komplexere Verbindungen f. Emotion angenommen]
• limbSys in Evolution primär als Geruchs-/Geschmacksanalysator entwickelt ; bei höheren Säugern an Steuerung aller emotionalen/kognitiven Funktionen beteiligt

Wichtige Struktur: Papez-Kreis

Der Papez-Kreis: Hippcampus -> Fornix -> Corpora mamillaria -> Thalamus -> Gyrus cinguli, der zum Hippocampus projiziert.

• essentiell für Gedächtnis: wenn durch Operationen o. Läsionen unterbrochen, dann Verlust Fähigkeit Abspeichern neuer Gedächtnisinhalte
• Erinnern d. Vergangenheit mögl.: je älter Erinnerung, umso besser –> Weg Kurzzeit– Langzeitgedächtnis zerstört.

Syn: Amygdala (= Mandelkern, Corpus amygdaloideum)

Morphologie/Lage: Ansammlung mehrerer Kerngruppen im vorderen Abschnitt d. Temporallappens

Strukturelle/funktionelle/biochemische Beschaffenheit:

• Funktionelle Heterogenität spiegelt sich in biochemischer Heterogenität wieder: cholinerge, endorphinerge, dopaminerge, glutamaterge, adrenerge Transmitter + versch. Neuropeptide

3 Hauptabschnitte

Basolateraler Kern: NEOKORTEX 

• projiziert efferent und afferent zu fast allen Assoziationsarealen des Neokortex
• projiziert z.B. in den mediodorsalen Thalamus
• Kortex -> BK -> Kortex: emotionale Bewertung sensorischer Infos
• Kortikoamygdalen Fasern nutzen Glutamat als Transmitter

Olfaktorischer Kern: KORTEX

• [Bulbus olfactorius -> OK -> temporaler Geruchskortex]
• Verbindung mit dem primären olfaktorischen System

Zentromedialer Kern: SUBKORTEX

• oft als erweiterte Amygdala bez. -> mündet über Stria terminalis in den sog. „bed nucleus“ der Stria terminalis -> führt wie ein Ring um Basalganglien + innere Kapsel (Abb 5.11)
• steuert endokrine/autonome/motorische Anteile emotionaler Reaktionen (Kap27.2/Box5.2)
• versorgt primär die limbischen Anteile des Neokortexes (Orbitofrontalkortex) und den Hypothalamus

Syn.: Ammonshorn, Seepferdchen

Lage: Vorderhirn im Temporallappen

Morphologie: zwei gefalteten Schichten, den Gyrus dentatus und den den eigentlichen Hippokampus (Ammonshorn), welche aus mehreren hintereinander geschalteten Schichten CA1-CA4 besteht.

• Aus dem Gyrus dentatus werden Axone ausgesendet, die sogenannten Moosfasern, die Synapsen mit Zellen der Schicht CA3 bilden
• Von dort gehen verzweigt Axone einmal über den Fornix und einmal bilden die sogenannte Schaffer-Kollaterale Synapsen mit Neuronen der CA1 aus.

Fkt.:

• Zentrale Rolle beim Vergleich ankommender/gespeicherter Infos/beim kontextuellen Lernen
• Beteiligung an Konsolidierung u. Habitation 

Afferenzen/Efferenzen

• Eingang v. Info’s [AFF]: entorhinaler Kortex über Tractus perforans (G.Dentatus)
• Ausgang v. Info’s [EFF]: Subikulum.

Wichtige Strukturen:

• Schaffer-Kollaterale: Synapsen zwischen Axonen der CA3 und CA1 Regionen des Hippocampus. Diese Synapsen zeigen ein hohes Maß synaptischer Plastizität. (LTP und LDP)
• Hippokampusformation: Hippokampus + Nucleus bzw. Gyrus dentatus + Übergangskortex (entorhinaler, perirhinaler und parahippokampaler) + Subikulum
• Subiculum: Die im Hippokampus verarbeiteten Informationen laufen über das Subiculum in den Kortex zurück.
• Tractus perforans: leitet Infos aus Neokortex/Amygdala an Hippokampus
• Septum
• Pyramidenzellen: Neuron mit pyramidenförmigem Zellkörper und verlängerten Dendritenbaum, die vorrangig im Kortex zu finden sind, aber auch im Hippocampus, wo sie ein autoassoziatives System bilden. 

• Verbindungen zu subcortikalen Arealen (Hypothalamus, Formatio reticularis, Tegmentum) über Fornix zum Septum und von dort wieder zurück
• hippokampaler Theta-Rhythmus (4-7Hz) über diese Bahn erzeugt
• tritt bei Orientierung, Exploration, Extinktion alter Verhaltensweisen auf

• bei PTBS traumatisches Ereignis nicht als „normale Erinnerung“ im Hippocampus abgespeichert -> Amnesie

Fkt.:

• Steuerung Aufmerksamkeit & motorische (Bewegungsplanung/-ausführung), kognitive, emotionale Fkt.
• Versch. Aspekte d. Zeitverarbeitung
• motorische Feinsteuerung 
• Feinabstimmung d. Kortexaktivierung bei selektiven Aufmerksamkeitsprozessen
• Auswahl v. Gedächtnisinhalten

Bestandt.: Nucl. Caudatus, Nucl. Lentiformis, Putamen, Globus Pallidus

Wichtige Strukturen:

• Striatum = Nucl. Caudatus + Putamen

Verbindungen: in direktem und indirektem Weg aufgeteilt

direkte Verb.:

• Putamen->internes Segment d. Pallidum [GPi] + Thalamus
• gabaerge Synapsen des GPi zum Thalamus enthemmen Thalamus => ERLEICHTERT BEWEGUNG
• direkte Verbindung v. Putamen zum Pallidum ist dopaminerg

indirekte Verb.:

• Putamen -> externes Segm. d. Pallidums [GPe] -> nucl. Subthalamicus
• STN erregt GPi m. glutamatergen Synapsen) => ERSCHWERT BEWEGUNG
• indirekter Weg hemmt thalamokortikale Bahnen

Rückkopplungsschleife: Kortex -> Basalganglien -> Thalamus -> Kortex

Fkt.:

• an Wach-Schlaf-Steuerung (Schwellenregulierung Aktivierung/Schlaf) beteiligt ist.
• spielt eine große Rolle für Gedächtnis/Aufmerksamkeit

Verbindungen:

• direkt mit Hippocampus/medialen Temporallappen verbunden
• diffuses überwiegend cholinerges Projektionssystem

Morphologie:

• ventrales Striatum
• Nucleus basalis Meynert
• zentromediale Amygdala

Pathophysiologie:

• Strukturen m. großer WH f. Alzheimer, Schizophrenie mitverantwortlich

Gehört zu: den Kernen der Basalganglien

Setzt sich zusammen aus: Ncl. Caudatus + Putamen

Verbindungen:

• erhält Projektionen aus dem basolateralen Kern der Amygdala

 Fkt.:

• zentrale Eingangspunkt der Basalganglien
• zentrale Schaltstelle motorischer Impulse (inhibitorische Beeinflussung dieser)
• Eingänge sind topographisch in sog. Striosomen organisiert, die sich gegenseitig hemmen und so eine laterale Kontrastbildung der kortikalen Eingänge erzielen

Wichtige Struktur: Anteriores Striatum

• essentieller Teil des Antriebssystems

Gehört zu: Basalganglien

Ist Teil des: extrapyramidalen Systems.

Verbindungen

• als indirekte Bahn bezeichnete Verbindung
• erhält Projektionen aus Globus Pallidum/Substantia nigra/motorischem Kortex
• bei Parkinson hyperaktiv und führt zum Einfrieren von Bewegungen
• Eine elektrische Reizung des STN kann Symptomatik bessern

Syn.: Großhirnrinde

Morphologie: durch viele Gyri und Sulci gefaltet

Fkt.:

• f. keine d. höheren Fkt. allein verantwortlich
• lernen/Gedächtnis
• bewusste Wahrnehmungsperzepte
• kann Info-Verabeitungs-geschwindigkeit erhöhen
• Kann durch Sprachsteuerung schnelle Änderungen in Zukunftserwartungen u. Aktivitäten ermögl.  => Zwänge d. internen/externen Welt können damit rasch aufgegeben werden, wenn sich die Erwartungen ändern

Neurone des Kortexes: Pyramiden- und Sternzellen

Verbindungen:

• AFF in den Kortex machen nur einen sehr geringen Teil der kortikalen Verbindungen aus
• INTERKORTIKALE VERB. machen größten Anteile aus

Schlagwort "plastischer, assoziativer Speicher"

• Neokortex kann als plastischer, assoziativer Speicher aufgefasst werden

Unterteilung in Hirnkarten nach Brodman

• in etwa 52 Areale unterteilt
• Areale lassen sich in unimodale primäre idiotypische und multimodale Assoziationskortizes unterteilen

Unterteilung der Brodmann-Areale

Unimodale primäre idiotypische Kortizes:

• Neurone verarbeiten nur Informationen zu einer Modalität. Schädigung dieser Areale führt zum Ausfall nur einer Modalität

Multimodale Assoziationskortizes:

• Neurone reagieren auf multi-/heteromodale Informationen. Eine Schädigung dieser führt zu Ausfällen, die nicht mehr auf ein Sinnessystem zurückzuführen sind

NEOKORTEX

• Prospagnosie: Störung bei der Gesichtererkennung durch eine Schädigung/Läsion der Gyrus fusiformis der rechten Hemisphäre 
• bei größeren Läsionen erkennt man sich selbst im Spiegel nicht mehr
• Kategorienbildung/-Identifikation größerer, abstrakter Objektkategorien beeinträchtigt

Lokalisation: Neokortex    => großer assoziativer Speicher -> sprachliches/nichtsprachl. Wissen, Fertigkeiten niedergelegt

Informationsfluss der polymodalen Assoziationskortizes:

• Denken = interaktive Aktivität v. Erregungsmustern zw. Pyramidenzellen u. ihren Dendriten
  • Infofluss: BOTTOM-UP
    • sensorische Areale -> primäre -> heteromodale Assoziationskortizes
    • dabei wird immer abstraktere Information extrahiert
  • Infofluss: TOP-DOWN
    • frontales Areal -> polymodale präfrontale Areale (Handlungsplanung/-kontrolle) -> spezifische primäre motorische Regionen (Ausführung)

Apiktale Dendriten

• Ort des Lernen und Denkens: Dornfortsätze („spines“) d. apikalen Dendriten d. Pyramidenzellen
• i.d.R. plastisch (= größter Teil d. plastischen Dendriten in Assoziationskortizes)
• Jede Pyramidenzelle mit 1000den oft weit entfernt liegenden anderen Pyramidenzellen verbunden -> Axone enden meist an apikalen Dendriten d. Schicht I u. II, während Eingänge aus Thalamus (sensorische Info) in Schicht IV münden

dorsaler Anteil des Mittelhirns

Wichtige Strukturen:

• Colliculi superior
• Colliculi inferior

ventraler Teil des Mittelhirns

Wichtige Strukturen:

• Formatio reticularis
• Nc. ruber
• Substantia nigra

3 Anteile

1. Spinozerebellum (Paläozerebellum, Pars intermedia): präzise und flexible Bewegungen (polysensorische Integration)
2. Neozerebellum (Pontocerebellum, Pars lateralis): mit dem Nucl. Dendatus Planung/harmonische Ausführung gelernter Bewegungen
3. Vestibulozerebellum (Wurm, Archicerebellum, Pars media): Gleichgewicht/Koordination von Augen/Körperbewegung.

Fkt::

• Es ist das wichtigste Integrationszentrum für das Erlernen, die Koordination (Takt und Zeitgeber für sensorische, motorische und kognitive Leistungen)
• Feinabstimmung von Bewegungsabläufen

Efferenzen:

• führen zu den auf- und absteigenden motorischen Systemen und den Vestibulariskernen

Wichtige Struktur: Nucl. Dendatus

• Kleinhirnkern im Neozerebellum

Fkt.: Kleinhirnkerne

• Ausgangsstationen aus dem Kleinhirn

Lokalisation: Hinterhirn

Fkt.:

• Zentren d. Atmung
• dient als Schaltstation

Neokortex in 6 Schichten (I-VI) organisiert

• Schichten I-IV: primären Eingänge des Kortex
• Dendritenschicht I: Einlaufen aller intrakortikalen Eingänge der Pyramidenzelle
• Schichten V-VI: enthalten kortikalen Efferenzen
• Schichten, die vorwiegend Zellkörper enthalten, wechseln sich mit solchen ab, in denen vorwiegend Axone verlaufen
• Spezif. Thalamische Fasern: gelangen aus den Sinnessystemen in Schicht III, IV, V, wo die Zellkörper d. Pyramidenzellen liegen
• Assoziationsfasern (aus ipsilateralen kortik. Reg.), d. Kommissurenfasern (aus gegü. Hemisphäre) u.d. unspezif. Thalamischen Fasern (Ursprungskerne, die nicht m. spezif. sensor. u. motor. Aufgaben betraut) führen an die Dendriten v. Schicht I und II
• Schichten variieren in Dichte, Form und Anordnung der Neurone je nach funktioneller Einheit

Lokalisation:

• Rhombenzephalon
• liegt kaudal zur Pons und zum Zerebellum

Fkt.: Zentren für

• Kreislaufkontrolle
• Schlucken
• Atmung
• und viele andere unwillkürliche Funktionen