Biopsychologie I

Unterschiedliche Justierungen passieren durch parallele Systeme (Basalganglien, Kleinhrin) aber der finale Akt der Bewegung entsteht im motorischen Kortex. Der motorische Kortex weist eine somatotrope Gliederung auf. 

Aufbau motorischer Kortex:

• Primär-motorischer Kortex (Frontallappen, grenzt an Parietallappen)
• Supplementär-motorischer Kortex (Frontallappen, links von primär-motorischer Kortex)
• Prämotorischer Kortex (Frontallappen, links von primär-motorischer Kortex)
• Posterior-parietaler Kortex (Parietallappen, grenzt rechts an primär-motorischen Krotex)

Liegt an Grenze zwischen Frontal- und Parietallappen, sendet motorische Befehle (efferent) über Motoneuronen im Rückenmark zu Muskulatur. Er ist kein Planungsareal, er gibt die elektrischen Impulse (Befehle) für Bewegungen. Er ist ausserdem für die willkürliche Steuerung kleiner GLiedmassen zuständig.

Ist dem primär-motorischen Krotex vorgeschaltet und beeinflust ebenfalls die Motorik beider Körperhälften. Er ist ein Planungsareal und seine Aktivierung erfolgt bei komplexen Bewegungsabfolgen, sowie bei der Vorstellung von Bewegungen (mentales Training). 

Liegt neben dem supplementär-motorischen Kortex und ist ebenfalls dem primären-motorischen Kortex vorgeschaltet. Er wirkt auf rumpfnahe Muskelgruppen und hat ebenfalls die Aufgabe, komplexe Bewegungsabläufe zu generieren. Er gibt Impulse und ist kein Planungsareal.

Liegt im Parietallappen an der Grenze zum Frontallappen. Er ist bei der Planung von Bewegungen, die von sensorischen Informationen gesteuert werden, wichtig. 

Der TAstsinn dient dem Informationserwerb über die Beschaffenheit (Gestalt, Oberfläche) von Objekten. Er ergänzt das Sehen. Seine Empfindungen sind Kitzel, Berührung, Vibration, Druck und Spannung. 

• Epikritisch (exakt): kann genaue Funktionen messen -> lemniskales System
• Protopathisch (diffus): misst diffuse Empfindungen (kaum kognitive Bedeutung -> extralemniskale Verbindungen

Die Haut ist das grösste Organ des Menschen. Sie fungiert als Sinnesorgan, Schutz und dient der Thermoregulation. 

Hauttypen:

• Unbehaarte Haut: Handflächen, Fingerspitzen, Fussohlen, Zehen, Teile der Genitalien
• Behaarte Haut: Rest des Körpers

Von aussen nach innen:

• Epidermis (harte Haut): Freie Nervenenden und Druck- und Beschleunigungs-Sensoren
• Dermis (weiche Haut): Rezeptoren, die Vibration oder Dehnung wahrnehmen udn Rezeptoren, die um die Haarwurzeln gewickelt sind, um Berührungen der Haare wahrzunehmen
• Unterhaut Fettschicht: Isolation

Rezeptoren und Sensoren sind das Gleicche. Zahlreiche unterschiedliche Mechanosensoren übertragen Informationen aus der menschlichen Haut. Die Zellkörper liegen in rückenmarksnahen Spinalganglien (nicht im Rückenmark). Es sind alles primäre Sinneszellen, die selbst Aktionspotentiale erzeugen können:

• Freie Nervenendigungen
• Merkel-Tastzellen: Druck
• Meissner-Tastkörperchen: Beschleunigung 
• Vater-Pacini-Lamellen-Körperchen: Vibration
• Zahlreiche Übergangsformen z.B. Ruffini-Endigungen: Dehnung

Aufzweigungen am Ende afferenter (aufsteigender) Dendriten, die von Schwannschen Zellen eingehüllt sind. Sie verwandeln einen Reiz in ein elektrisches Signal (primäre Sinneszellen). Sie liegen frei (sind nicht myelinisiert) und dienen der Übertragung von Thermo-, Schmerz- und Berührungsinformationen. Sie sind als Berührungssensoren um die Haarwurzeln gewickelt.

Druck: Form- und Texturwahrnehmung: Sie befinden scih in der behaarten und unbehaarten Haut. In der behaarten Haut wird ein Aktionspotential ausgelöst, in dem die Rezeptoren bei Haarbewegung deformiert werden.

Beschleunigung: Rutsch-Detektion und Griff: Sind aus lamellenartig aufgeschichteten, eingekapselten Zellen aufgebaut. Sie liegen nur in der unbehaarten Haut, besonders dicht an den Innenflächen von Händenund Füssen. Sie reagiern auf mechanische Verformung der Haut. Die Meissner Tastkörperchen haben die kleinsten rezeptiven Felder und ermöglichen so die genauste GEstalterkennung. 

Dehnung: Fingerstellung: Es gibt zahlreiche Übergangsformen zwischen freien Nervenendigungen und eingekapselten Endorganen, wie zum Beispiel die Ruffini-Endorgane in den mittleren Hautschichten.

Die genannten Rezeptorarten besitzen eine unterschiedliche Informationsverarbeitung:

• schnell vs. Langsam auf Veränderungen
• Tonisch vs. phasisch (immer vs. nur bei Veränderungen aktiv)

SA-I (slowly-adapting, Merkel Tastscheiben): Tonisch (dauerhaft aktiv)

SA-II (slowly adapting, Ruffini Kolben): tonisch (dauerhaft aktiv)

RA (rapidly adapting, Meissner Körperchen): phasisch (nur bei Veränderung aktiv)

PC (rapidly adapting, VAter-Pacini-Körperchen): phasisch (nur bei Veränderung aktiv)

• Scharfe Begrenzungen:
  • Meissner-Körperchen (Geschwindigkeitsänderung)
  • Merkel-Scheibe (Deformation) 
• Breite Begrenzungen:
  • Pacini-Körperchen (Druckänderung)
  • Ruffini-Endigungen (Dehnung)

Rezeptorpotenzial: Entsteht im Dendrit aufgrund eines mechanischen Reizes

• obligaotrisch elektirsches Signal
• analoges Signal (abhängig von Intensität)
• Summation möglich (Intensität wird als Frequenz kodiert)
• Depolarisation oder Hyperpolarisation (Aktivierung oder Hemmung)
• Lkoalisiert (dort, wo der Reiz kommt, wird Aktionspotential generiert)

Aktionspotenzial: Entsteht im Axon aufgrund eines elektrischen Reizes

• Fakultativ elektrisches signal (alles oder nichts Antwort)
• Digitales Signal
• keine Summation 
• immer Depolarisation (Aktivierung)
• Nicht lokalisiert (breitet sich über die gesamten Nervenzellen aus)

Zur besseren Lokalisation eines Reizes: 

VErschaltungsmuster von Neuronen, bei dem benachbarte Neuronen bzw. Rezeptoren sich gegenseitig hemmen. Die maximale Hemmung in der unbittelbaren Umgebung des gereizten Neurons und in der Peripherie erzeugt einen Kontrast -> Lokalisation des Reizes wird verstärkt und die weniger relevante Umgebung wird unterdrückt.

Bahnen ovn SEnsoren zum Gehirn sind parallel angelegte, verschiedene somatosensorische Leitungspfade. Wie die Pyramidenbahn (motorisch, efferent) kreuzen auch sie die Körperseite einmal auf verschiedenen Ebenen un dbestehen meist aus 3 Neuronen zwischen Sensor und somatosensorischem Kortex:

1. Neuron: Zellkörper in Spinalganglien oder Hirnnervenkernen 
2. Neuron: Zellkörper in grauer Substanz des Rückenmarks bzw. Hirnstamms
3. Neuron: Zellkörper im Thalamus

Diese Gliederung dient dem Filtern von nicht-relevanten Reizen. Auf allen Ebenen der Weiterleitung besteht ausserdem eine somatotopische Gliederung.: 

• Neuronen, die Informationen aus benachbarten Gebieten verarbeiten, sind beanchbart angeordnet.
• Neuronen, welche unterschiedliche Modalitäten der Hautsinne verarbeiten, bildne deutlich getrennte Gruppen

Die somatosensible Versorgung des Kopfbereichs erfolgt durch den Trigeminus-Nerv (Hirnnerv). Von da aus ziehen die Fasern üeber die sensorischen Trigeminuskernen und den Thalamus zum primären somatosensorischen Kortex und zum Neokortex.

Es bestehen zwei zentralnervöse Leitungspfade (Systeme) der Somatosensorik vom Rumpf und den Gliedmassen afferent zum Gehirn. Die Fasaern beider Pfade laufen von den Spinalganglien über die Hinterwurzeln im Rückenmark. Dort geschieht die Spaltung in beide Stränge.

Präzise Lokalisation/ Feine- und Tiefensensibiltät):

Impulse der Mechanosensoren aus der Haut empfangen Signale, dabei handelt es sich um dick myelinisierte Fasern. Die Aufsplittung geschieht im Rückenmark:

• Verbindung zu Moto- und Interneuronen -> reflektorische Impulse
• Aufstieg zu Hinterstrangkernen in Medulla oblongata
• Weiter in lemiskalen System: über 2. Neuron in Thalamus Kreuzung auf Gegenseite zu 3. Neuron und primär-sensorischem Kortex. 

Es gibt eine Kontrastverstärkung der Hautreize durch laterale Hemmung.

Diffuse Lokalisation/Information von Schmerz- und Temperaturreizen:

Dünne, marklose oder schwach myelinisierte Fasern (langsameres System). Sie kreuzen im Rückenmark und ziehen über den Vorderstrang in den somatosensorischen Kortex.

Extralemniskal -> Vorderseitenstrang): Temperatursingale werden im Vorderseitenstrang weitergeleitet (parallel zur Schmerzweiterleitung). Das kortikale Projektionsgebiete für Thermoreize ist der somatosensible Kortex. Temperaturreize haben nur ien geringes räumliches Auflösungsvermögen.

Kaltsensoren:

• Spontan aktiv mit langsamer Entaldungsfrequenz
• Sprunghafter Ansteieg der Entladung bei geringer Kühlung
• beinahe vollständige Adaption bei stabilem Kältereiz
• grösste Empfindlichkeit bei 25 Grad Celcius, gleichmässige Abnahme auf beiden Seiten, bei über 40 GRad Celsius keine Aktivität mehr

Warmsensoren:

• meist freie Nervenendigungen
• ab 30 Grad Celcius aktiv

Die Sinneszellen der Tiefensensibilität liegen in GElenken und Muskeln (tiefer gelegenen Körpergebieten). Die Tiefensensibilität umfasst die Wahrnehmung:

• der STellung der Gliedmassen (Stellungssinn)
• der Bewegungen der Gliedmassen (Bewegungssinn)
• des Kraftaufwandes der Muskulatur (Kraftsinn)

Das visuelle System benötigt die grösse Kapazität in unserem Gehirn. Es umfalsst neuronale und psychophysische Mechanismen, die für die ERfassung der Wellenlänge, der räumlichen Informaiton, der Orientierung und weitere visuelle Eigneschaften abgestimmt sind.

Mechanismen, die bei der visuellen Wahrnehmung helfen:

• Orientierung
• Farbe
• Kontrast
• Disparität (Winkel der Augäpfel, Mass der Ungleichheit)
• Bewegungsrichtung
• Kontinuität
• Konturen
• Ähnlichkeit/Nähe
• Segmentierung, Vorder- und Hintergrund
• Gestalt, visuelles Erkennen

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.