Biopsychologie I

Variation somatischer Strukturen oder Funktionen ⇒ Messung von Erleben und Verhalten

• Physiologische Psychologie
• Beispiel 1: Interferenz mit Neurotransmittersystemen
  • Beruht der Placeboeffekt auf endogenen Opiaten?
  •  Naloxon (Opiat) vs. Placebo ⇒ Ausmaß des Placeboeffekts
    • "Hitzecreme" (siehe VL Definition; F. 24)
• Besipiel 2: Neurostimulation von Ratten

Variation von Erleben und Verhalten ⇒ Messung somatischer Variablen

• Psychophysiologie
• Beipiel: Auswirkung von Stress auf körperliche Vorgänge
  • Trier Social Stress Test
    • Fiktive Bewerbungssituation
    • Unangenehmes Setting
    • Aufgaben: 5 bis 10 Minuten Antizipation; Freie Vorstellung der eigenen Person; Unangekündigte Kopfrechenaufgabe

Soma ⇔ Erleben und Verhalten

• Korrelativer Ansatz zur Untersuchung der Interaktionen zwischen Biologie und Psychologie
• Keine Kausalschlüsse möglich!
• Beispiel: Wie unterscheiden sich die Gehirne von Schizophrenie Patienten und psychisch gesunden Probanden?

• Korrelat. Untersuchungsansätze werden genutzt, wenn es nicht möglich ist, für die Fragestellung ein adäquates experimentelles Setting herzustellen
• z.B. aus ethischen Gründen, oder weil eine zufällige Zuweisung der Merkmale nicht möglich ist
• keine Kausalaussagen möglich!

• Sterotaktischer Atlas:
  • zeigt anhand von Zeichnungen oder Fotos die Lage der wichtigsten Hirnstrukturen in bezug auf Meßpunkte auf, die am Schädelknochen leicht zu bestimmen sind
• stereotyktische Apparatur
  • Kopf des Patienten und die medizinischen Instrumente in einem fest verschraubten Rahmen fixiert

Minimalinvasive Verfahren, bei denen der Kopf des Patienten und die medizinischen Instrumente in einem fest verschraubten Rahmen fixiert sind, um höchste Genauigkeit zu erreichen. Nutzung um bei Versuchstieren exakt gleiche Manipukationen im Gehrin zu erzeugen

Operation, bei der die echte Operation nur simuliert wird, aber kein echter Eingriff in das Gehirn vorgenommen wird.

Nötig, damit auch die Kontrollgruppe in einem Experiment die Nachfolgen der Operation (Schmerzen, narkose etc) erlebt und dahingehend keine Unterschiede bestehen.

• Verfahren der Neurochirurgie und der Strahlentherapie
• ahezu verletzungsfreies Bewegen des versierten Arztes im Körperinneren
• Tief gelegene Erkrankungsherde können diagnostisch genauestens identifiziert werden.
• Aktivierungsmuster klassifiziert werden.
• Durch Punktierung können Zellproben entnommen werden.
• Krebswucherungen im Hirn sowie andere Gefäßmissbildungen können beseitigt werden (Onkologische Stereotaxie).

Was bedeutet es, wenn die Läsion einer Struktur X ein bestimmtes Verhalten A verändert?

• X ist notwendig für A (seltener Idealfall).
• X ist notwendig für Verhalten B. Ohne B kann A nicht auftreten.
• X ist hilfreich für A. A kann aber auch ohne X erneut auftreten.
• X ist relevant für die Funktionsweise einer anderen Struktur Y. Y ist notwendig für A.
• X inhibiert eine andere Struktur Y. Diese Inhibition ist relevant für A. Fällt die Inhibition weg (Disinhibition), funktioniert A nicht mehr.
• Veränderungen in A sind unspezifische Effekte der Operation (z.B. durch Schock, Ödeme, Minderdurchblutung)

Scheinmedikament = Arzneimittel, das meist keinen Arzneistoff enthält und somit auch keine pharmakologische Wirkung hat, die dadurch verursacht werden könnte. Im erweiterten Sinn werden auch andere Heilmittel als Placebos bezeichnet, beispielsweise „Scheinoperationen“.

Blind- oder Doppelblindstudien dienen dazu, Verzerrungseffekte zu vermeiden.

Wissen weder Versuchspersonen noch betreuende Mediziner, wer Wirkstoff und wer Placebo bekommt, sind Beeinflussungen weitgehend ausgeschlossen.

Einfache Dissoziation

• Manipulation der Struktur X
  • Funktion A verändert
  • Funktion B nicht verändert
• Keine eindeutige Zuordnung von Hirnstruktur zu Funktionen A und B möglich

Doppelte Dissoziation:

• Manipulation der Struktur X
  • Funktion A verändert
  • Funktion B nicht verändert
• Manipulation der Struktur Y
  • Funktion A nicht verändert
  • Funktion B verändert
• Hinweis auf Zuordnung der Funktionen A und B zu den Strukturen X und Y

Eine doppelte Dissoziation ermöglicht den Nachweis der Unabhängigkeit von zwei verschiedenen Dissoziationen. Dieser Nachweis beruht auf zwei Patienten (oder Patientengruppen), die verschiedene Hirnschäden davongetragen haben und genau entgegengesetzte Krankheitsbilder zeigen.

• Korrelatives Design:
  • Patienten mit Läsionen in den betreffenden Regionen werden auf die Funktionen untersucht, die betrachtet werden sollen
• Tierexperiment
  • Manipulation dieser Hirnregion und Betrachtung der Folgen
• ...

• Produktion des Liquors
  • darüber Versorgung des Gehirns mit Nährstoffen + Abtransportation von Nährstoffen
• Flüssigkeitsbett des Gehirn (Liquor)

• Im Ventrikelsystem wird im Plexus choroideus der Liquor gebildet.
• Plexus choroideus = Membran mit einem Geflecht aus Blutgefäßen der Pia mater (weiche Hirnhaut) mit dünner Epithelschicht aus spezialisierten Zellen (Ependym).
• Liquor wird in das Ventrikelsystem abgesondert
•  
• Die drei Öffnungen in der Decke des 4. Ventrikels sind wichtig für den Druckausgleich des Liquors in den Hirnventrikeln.
• Über das Ventrikelsystem und dem darin zirkulierenden Liquor wird das Gehirn mit Nährstoffen versorgt und Stoffwechsel-Abbauprodukte werden abtransportiert.

• Funktion des Gehirns kann durch chemische Substanzen schwer gestört werden
• Schranke verhindert übertritt vieler toxischer Substanzen aus dem Blut in das Gehirn

• Blut-Hirn-Schranke = Barriere zwischen dem Blut und der Hirnsubstanz
• Besteht aus Endothelzellen an der Innenwand der Blutkapillaren im Gehirn und den die Gefäße umgebenden Astrozyten (eine Form von Gliazellen)
• Über sogenannte Tight junctions (gürtelförmige, enge Verbindungsstellen) sind Endothelzellen in den kapillaren Hirngefäßen so eng miteinander verknüpft, dass keine Stoffe unkontrolliert zwischen den Zellen hindurchschlüpfen können
• Um ins Gehirn zu gelangen, müssen alle Stoffe durch die Zellen hindurch, was streng kontrolliert abläuft.
• Vgl.: Blut-Liquor-Schranke

• Soma
  • Zellorganellen
    • Mitochondrien
    • Endoplasmatische Retikulum
    • Vesikel
    • etc
  • Zellkern
• Dendriten 
  • sternförmig vom Soma weg
• Axon
  • beginnend am Axonhügel
  • Synaptisches Endköpchen
• Synapsen zu anderen Neuronen

lokale, graduelle Änderung des Membranpotentials an der postsynaptischen Membran von Nervenzellen

• EPSP:
  • erregendes Postsynaptisches Potenzial
  • löst ein Aktionspotential im postsynaptischen Element oder trägt zu dessen Auslösung bei
  • Neurotransmitter:
    • Acetylcholin
    • Glutamat
    • etc.
• IPSP
  • inhibitorisches PSP
  • Hyperpolarisation der Zellmembran der Synapse -> Erregung der Zelle wird  gehemmt und das Auslösen von Aktionspotentialen durch EPSP erschwert 
  • Neurotansmitter:
    • GABA
    • etc.

• Addition postsynaptischer Effekte, die durch zwei oder mehrere präsynaptische Vorgänge bewirkt wurden
• zeitliche Summation
  • aufeinander folgende PSP an der sleben Synapse werden verrechnet
• räumliche Summation
  • Gleichzeitig an verschiedenen Synapsen antreffende PSP werden verrechnet
• Hemmung: Summation von IPSP und EPSP gleicht sich aus -> kein Polaristaion
• Bahnung: Membran durch vorangegangenes PSP vulnerabler für folgendes 

Ruhepotenzial → Reiz → Überschreiten der Schwellenspannung → Depolariation → Repolarisation → Hyperpolaarisation → Ruhepotenzial

• Überschreiten der Schwellenspannung →
  • Na+ Kanäle öffnen sich
  • Na+ strömt in die Zelle ein
  • verzögert öffnen sich K+ Kanäle, K+ strömt aus
• → Depolariation: 
  • das Membranpotenzial steigt rasant auf +40 mV
• → Hyperpolarisation:
  • Na+ Kanäle werden refraktär, kein Na+ kann mehr einströmen
  • K+ strömt weiter aus der Zelle aus
  • das Membranpotenzial sinkt unter das Ruhepotenzial
• → Rückkehr zum Ruhepotenzial:
  • K+ Kanäle werden geschlossen
  • Na/K-Pumpe stellt das Gleichgewicht wieder her

Ausführlicher:

Ein Aktionspotential entsteht, wenn durch einen Reiz an der Membran viele spannungsgesteuerte Natriumkanäle geöffnet werden und viele Na+ in den Innenraum des Axons eindringen. Durch den Na+ Einstrom wird die Innenseite der Membran (lokal begrenzt) positiv - ca. +30 mV (weil dort nun viel + vorhanden) und die Außenseite negativ (weil die Na+ dort nun fehlen). Man spricht hier von einer Depolarisierungsphase.

Kurze Zeit später werden die Natriumkanäle inaktiviert und es öffnen sich nun die spannungsgesteuerte Kaliumkanäle, durch die Kalium-Ionen nach außen strömen (weil außen nun – und wenig K+ vorhanden). Dadurch wird es im Zellinnern wieder negativer und im Zelläußeren positiver. Am Ende dieser Repolarisierungsphase herrscht dann wieder ein Membranpotenzial von ca. -70 mV, allerdings befinden sich noch zu viele Natrium-Ionen im Innern der Zelle, während zu viele Kalium-Ionen im Außenmedium sind. Um die Konzentrationsunterschiede des Ruhepotentials zu erreichen werden beide Probleme mit der Natrium-Kalium-Pumpe auf elegante Weise gelöst. Diese pumpt (unter ATP Verbrauch) die Natrium-Ionen von innen nach außen und im Gegenzug Kalium-Ionen von außen nach innen. Am Ende dieser Regenerationsphase (Wiederherstellung des Ruhepotenzials) kann an dieser Stelle der Membran ein neues Aktionspotenzial erzeugt werden.

• medial - lateral
  • medial: zur Körpermitte hin
  • lateral: seitlich, von der Körpermitte weg
• dorsal - ventral
  • dorsal: hinten/zum Rücken hin
  • ventral: vorne/zum Bauch hin
• anterior - posterior
  • anterior: "weiter vorne gelegen"
  • posterior: "weiter hinten gelegen"
• cranial - caudal
  • cranial: zur Schädeldecke hin
  • caudal: zum "Schwanz" hin

• frontal
  • auch Coronal- oder Koronalebene
  • bezeichnet in der Medizin die Vorderansicht des Menschen
  • Die Frontalebenen teilen Körper/Gehirn in vorn und hinten
•  saggital 
  • von oben nach unten und hinten nach vorne erstreckende Ebene
  • Beim senkrechten (im Sinne von orthogonalen) Blick auf eine Sagittalebene sieht man eine seitliche Ansicht des Körpers
  • Gehirn halbiert in Gehirnhälften (bei Medialschnitt)
• horizontal
  • waagrechte Ebene, die nach oben und unten teilt

• Hinterhornaxone = sensorische afferente pseudounipolare Neurone
  • Sensorische Informationen aus der Haut, den Gelenken, Muskeln des Rumpfes und der Gliedmaßen
  • empfängt Informationen aus den inneren Organen
• Vorderwurzelneurone = motorische efferente multipolare Neurone
  • zuständig für Willkürmotorik und Reflexbewegungen
  • Projektionsbahn für autonome Regulation (Sympathikus, Parasympathikus)
• Bahnen:
  • Aufsteigend: sensorische Informationen (Afferenzen)
  • Absteigend: motorische Verschaltung (Efferenzen)

• sensorische Informationen aus dem Rückenmark, motorische aus der Großhirnrinde und Informationen aus den Vestibularorganen
• Planung, zeitlicher Ablauf von Bewegungen, Aktivitätsmuster, Körperhaltungskontrolle
• Koordination von Kopf- und Augenbewegungen
• Läsion: Ataxien (Störungen der Bewegungskoordination) 

• Zwischenhirn
• Besteht aus:
  • Thalamus
  • Epithalamus (Zirbeldrüse)
  • Subthalamus
  • Hypothalamus
  • Metathalamus: Corpus geniculatum mediale und laterale

• Thalamus:
  • „Tor zum Bewusstsein“: fast alle sensorischen Afferenzen werden hier zum Kortex (primäre sensorische Areale) verschaltet
  • viele verschiedene, paarweise angeordnete Relais-Kerne z.B.:
    • Corpus geniculatum laterale (visuelle Bahn)
    • Corpus geniculatum mediale (auditorische Bahn)
    • Nucleus ventralis posterior (somatosensorische Bahn)
  • Keine Einbahnstraßen, sondern Rückmeldungen vom Kortex
• Hypothalamus
  • Regulation des ANS und der Hormonabgabe (über die Hypophyse)
  • zentrale Umschaltstelle zwischen Gehirn und Körperperipherie
  • Regulation motivationaler Verhaltensweisen (z.B. Essen, Schlaf und Sexualität)
  • afferente und efferente Verbindungen mit Thalamus, Mittelhirn, Cortex

• Die Hirnanhangsdrüse (Hypophyse) steuert verschiedene Körperfunktionen und spielt eine wichtige Rolle bei der Kontrolle des Hormonhaushalts
• Adenohypophyse:
  • Hypophysenvorderlappen
  • enthält Drüsenzellen, deren Aktivität u.A. vom Hypothalamus gesteuert wird
  • Hormone (in der Adenohypophyse produziert)
    • Somatotropin (Wachstum)
    • follikelstimulierendes Hormon (Gonaden)
    • adrenocorticotropes Hormon (Nebennierenrinde)
    • Thyroideastimulierendes Hormon (Schilddrüse)
• Neurohypophyse:
  • Hypophysenhinterlappen
  • hier enden Axone von hypothalamischen Neuronen, die Effektorhormone produzieren
  • Hormone (im Hypothalamus produziert):
    • Oxytocin
    • Vasopressin

• Pyramidenzellen
  • 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

• Schicht 1: Axone und Dendriten; einige Zellkörper
• Schicht 2: dicht gepackte Sternzellen; einige kleine Pyramidenzellen
• Schicht 3: locker gepackte Sternzellen, mittelgroße Pyramidenzellen
• Schicht 4: Streifen dicht gepackter Sternzellen; keine Pyramidenzellen
• Schicht 5: sehr große Pyramidenzellen; einige leicht gepackte Sternzellen
• Schicht 6: Pyramidenzellen verschiedener Größe; locker gepackte Sternzellen
• Weiße Substanz: myelinisierte Axone von Pyramidenzellen; wenige Zellkörper

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 
• Basalganglien im engeren Sinne:
  • Dorsales Striatum:
    • Ncl. Caudatus (Hauptteil)
    • Putamen (Hauptteil)
  • Ventrales Striatum:
    • Ncl. Caudatus
    • Putamen
    • Ncl. Accumbens
  • Globus pallidus:
    • Pallidum dorsale
    • Pallidum ventrale
• Basalganglien im weiteren Sinne → assoziierte Kerne:
  • Ncl. Subthalamicus
  • Substantia nigra 

• Basalganglien oder Nuclei basales = mehrere Kerne bzw. Kerngebiete des Endhirns (Telencephalon)
• liegen unterhalb der Großhirnrinde (Cortex cerebri)
• für wichtige funktionelle Aspekte motorischer, kognitiver und limbischer Regelungen von großer Bedeutung
  • z.B.: für 
    • Spontaneität, Affekt, Initiative, Antrieb, schrittweises Planen, vorwegnehmendes Denken, Erwartungen, motorische Selektion.