03411 1. Biologische Grundlagen II.2 Zentrales Nervensystem (ZNS)

dorsal

- von der Rückseite kommend

ventral

- Bauchwärts

Dermatom

• werden von Spinalnerven versorgt
• Dermatome überlappen sich
• Dermatome werden anhand der Wirbelabschnitte des Rückenmarks bezeichnet:
• beginnend mit den Wirbeln des Halses (Cervicalsegmente 1 bis 8)
• über die Segmente des Brustraums (Thorakalsegmente 1 bis 12)
• die Lenden- (Lumbal-)Segmente 1 bis 5
• die Sakralsegmente (1 bis 5).

Drei Gruppen von Neuronen im Rückenmark

• Motoneurone
• Sensible Neurone
• Interneurone

Motoneurone

• aktivieren die Muskeln des Bewegungsapparates sowie die Muskulatur der inneren Organe und Drüsen
• verlassen das Rückenmark in Richtung Bauch (ventral)
• werden ihrerseits direkt durch efferente Neurone oder durch absteigende Fasern aus den höheren Hirnregionen aktiviert.

Sensible Neurone

• empfangen Reize aus der Peripherie und leiten diese dorsal (von der Rückenseite her kommend) ins Rückenmark; dort sind sie mit aufsteigenden Neuronen, mit Interneuronen oder mit Motoneuronen verschaltet.

Interneurone

• haben keine Fortsätze aus dem Rückenmark heraus
• Aufgabe ist die Weiterleitung von afferenten oder efferenten Aktivierungen oder deren Verschaltung

Reflex

• Verschaltung afferenter Informationen über eine oder nur wenige Synapsen zu den Effektoren ohne den „Umweg“ über das Hirn zu nutzen
• Werden generell automatisch ausgelöst
• Reflexreaktion erfolgt sehr schnell und die Bahnung zwischen Reizorgan und Reaktionsorgan ist angeboren und relativ starr angelegt.
• Bsp. Hustenreflex -> Kratzen im Hals führt zu motorischer Reaktion (Husten, Räuspern)
• Kann bewusst unterdrückt/abgeschwächt werden
• Schutzreflexe: Husten, Schnelle Schließen der Augenlieder

Eigenreflex

• Reflex bei dem Organ der Reizentstehung auch Organ der reflektorischen Aktivität ist
• Laufen sehr schnell ab, ermüden wenig
• Bsp. Patella-Reflex unterhalb der Kniescheibe

Fremdreflex

• Reiz und Effektorgan sind nicht identisch
• Mehrere Neuronen sind an Entstehung beteiligt, Reaktionszeit im Vergleich zum Eigenreflex wird dadurch länger

Reflexbogen

• Bahn von Reizorgan (Rezeptor) und Erfolgsorgan (Effektor)
• Einfacher neuronaler Schaltkreis: Rezeptor – Afferenz – Efferenz – Effektor -> wiederholt sich vielfach im Nervensystem
• „Einfach“ weil: nur wenige Interneurone zwischen afferenter und efferenter Struktur
• bei vielen Nerven/Nervennetzen zwischen afferenten und efferenten Strukturen kann nicht von einem Reflexbogen gesprochen werden -> es finden vielfache Transformationen statt, nicht möglich einen „Schaltplan“ dieser Zwischenprozesse zu ermitteln

Gehirn

• besteht aus Nervenzellen und Gliazellen
• an einigen Stellen, den Kernen: dicht gepackte Ansammlungen von Nervenzellkörpern
• Gehirnmasse ist stark gefurcht
• Wie Rückenmark von Flüssigkeit umgeben (Liquor cerebrospinalis)
• Hohlräume (Ventrikel)
• Gehirnmasse und Liquor sind von Hirnhäuten umgeben (Meningen)
• Blutversorgung über 4 große Arterien
• Blut-Hirn-Schranke verhindert dass bestimmte Giftstoffe über Blut ins Gehirn gelangen

Ventrikel

• mit Hirnwasser (Liquor cerebrospinalis) gefüllte Hohlräume im Gehirn

Liquor cerebrospinalis

- Hirnwasser

Wir wird das Gehirn beschrieben?

• von „unten“ nach „oben“ -> vom verlängerten Rückenmark bis zur „obersten“ Struktur dem Großhirn (Telencephalon) mit der Großhirnrinde (Kortex)
• Dieser Logik entspricht in groben Zügen die Funktionalität des Gehirns und dessen phylogenetische Entwicklung -> in unteren Strukturen laufen einfache Prozesse, in den oberen komplexe kognitivere ab

Räumliche Anordnung der Hauptfunktionskreise des Gehirns, die sensorischen und die motorischen Funktionen

• entspricht in den Grundzügen der Anordnung des Rückenmarks
• nach vorne (ventral) befinden sich eher die motorischen Kontrollfunktionen angeordnet
• rückwärtig (dorsal) eher die sensorischen Verarbeitungsbereiche
• Im Gegensatz zum Rückenmark befinden sich aber zahlreiche komplexe neuronale Netzwerke zwischen diesen beiden Hauptverarbeitungsbereichen.

Hirnnerven

• 12
• verlaufen nicht durch Rückenmark, wirken nicht afferent oder efferent
• im Wesentlichen für sensorische und motorische Versorgung von Kopf und Hals und der dort angesiedelten Sinne und Reaktionen zuständig

Welche Strukturen werden im Gehirn unterschieden?

Gehirn und Rückenmark gehen anatomisch ineinander über

Vom Rückenmark beginnend wird unterschieden:

• Verlängertes Mark (Medulla oblongata),
• Brücke (Pons),
• Mittelhirn (Mesenzephalon),
• Zwischenhirn (Dienzephalon),
• Kleinhirn (Zerebellum),
• Großhirn (Telencephalon)

Hirnstamm

• Fasst Medulla oblongata, Brücke, Mittelhirn und Zwischenhirn zusammen

Woraus werden Bezeichnungen und „Einteilungen“ des Gehirns abgeleitet?

• vor allem aus dessen anatomisch unterscheidbaren Strukturen, nicht so sehr aus dessen Funktionen
• neuronale Plastizität schließt eine 1:1-Struktur- und Funktionsübereinstimmung aus

Medulla oblongata

• kreuzt die Pyramidenbahngrößenteils auf die andere Seite
• aus ihr treten sieben der zwölf Hirnnerven aus, darunter der Nervus vagus
• Wichtige Funktionen, die hier verortet sind: Steuerung von Atmung und Kreislauffunktion, aber auch Reflexe wie Erbrechen, Schlucken oder Husten sowie die Steuerung des Wach- und Schlafrhythmus

Brücke (Pons)

• besteht zum Teil aus Faserbündeln, die von hier in das Zerebellum ziehen
• Ursprung von vier Hirnnerven, darunter der Nervus trigeminus.

Mittelhirn (Mesencephalon)

• hier befinden sich Schaltstellen des optischen Systems sowie der akustischen und der Schmerzwahrnehmung
• an der Steuerung der Bewegung, der Willkürmotorik beteiligt.

Formatio retikularis

• durchzieht gesamten Hirnstamm
• verdankt Namen ihrer netzartigen Struktur
• Sub-Strukturen: Raphe-Kerne, Locus Coeruleus
• Weitere Teile leiten Impulse nach oben und unten weiter; sie üben eine integrierende Funktion bei basalen vegetativen und grobmotorischen Funktionen aus
• F.r. kann als aktivierend-deaktivierendes Zentrum verstanden werden, das entsprechende Impulse nach oben beziehungsweise nach unten weitergibt und integrierend verarbeitet
• es wird angenommen, dass sie bei der Bewusstwerdung peripherer Reize als Filter fungiert

Raphe-Kerne,

• in Formatio Retikularis
• empfangen Afferenzen aus dem Hypothalamus und entsenden Efferenzen in verschiedene Hirnregionen
• sind bei der Schmerzempfindung beteiligt, sie steuern den Schlaf-Wach-Rhythmus und eventuell auch aggressives, emotionales Verhalten
• Serotonin als Transmitter

Locus coeruleus

• in Formatio Retikularis
• wird global aktivierende Funktion zugeschrieben
• Noradrenalin ist ein vorherrschender Transmitter

Zerebellum (Kleinhirn)

• bildet eine prägnante, fast in sich geschlossene Struktur mit stark gefalteter Oberfläche (Kleinhirn = „kleines Hirn“)
• weist Verbindungen zu Regionen des Gehirns auf, die mit Motorik befasst sind, ist Kollaterale („Seitenäste“ / Seitenfasern) mit auf- und absteigenden motorischen Fasern verbunden
• erhält Informationen aus der Großhirnrinde und Peripherie über Lage und Bewegungszustand der Gliedmaße, den Muskeltonus sowie über den Gleichgewichtszustand
• Aufgabe: Integration dieser Informationen, um Feinabstimmung, körperliche Koordination und zeitliche Taktung vornehmen zu können
• Es wird vermutet, dass es auch an Lernprozessen sowie der Steuerung vegetativer Reaktionen beteiligt ist

Zwischenhirn (Dienzephalon)

wird in verschiedene Strukturen unterteilt:

• Thalamus und Metathalamus,
• Epithalamus und Epiphyse
• Subthalamus,
• Hypothalamus und Hypophyse

Thalamus

• Struktur Zwischenhirn
• steht in Verbindung sowohl mit dem Kortex und Hirnstamm
• sortiert sensorische Informationen (außer denen des Geruchs) vor und leitet sie an die Strukturen des Kortexes weiter -> Daher„Tor zum Bewusstsein“
• moduliert Informationsfluss zwischen motorischen Zentren des Gehirns und erhält durch abzweigende Nerven eine sogenannte „Efferenzkopie“, das heißt Informationen über efferente Signale aus dem Gehirn an die Peripherie
• Ihm wird Einfluss auf die sogenannten höheren psychischen Funktionen wie Emotion, Motivation und Kognition zugeschrieben

Efferenzkopie

• Ist Vereinfacht gesprochen die Kopie eines Bewegungsprogrammes, das mit der Bewegungsprogrammausführung über eine Feedbackschleife verglichen wird
• Organismus kann feststellen ob eine Bewegung auf ihn selbst zurückgeht oder nicht

Hypothalamus

• Struktur Zwischenhirn
• Funktion: Steuerung vegetativer Funktionen, darunter die Atmung, die Kreislaufaktivität, die Nahrungs- und Flüssigkeitsaufnahme sowie die Körpertemperatur
• Steuert Aktivierung des parasympathischen und das sympathische NS sowie die Hormonausschüttung
• Zwei Hormone, ADH (Adiuretisches Hormon = Vasopressin) und Oxytocin, werden im Hypothalamus selbst gebildet

Hypophyse (Hirnanhangdrüse)

• Struktur Zwischenhirn
• Hypothalamus untergeordnet
• Erhält über Nervenverbindungen und durch vom Hypothalamus ausgeschüttete Releasing- bzw. Inhibiting Factors (das sind hormonelle Botenstoffe) Befehle zur Ausschüttung bzw. Nicht- Ausschüttung von Hormonen, die dann direkt oder indirekt wirken

Epiphyse (= Zirbeldrüse)

• Struktur Zwischenhirn
• produziert Hormon Melatonin, wird wichtige Bedeutung bei der Regulierung des Schlaf-Wach-Rhythmus zugeschrieben

Großhirn (Endhirn, Telenzephalon)

• besteht aus Großhirnrinde und Großhirnmark (vor allem für die Modulation der Impulse aus dem Kortex zuständig und ermöglicht koordinierte Bewegungen)
• Großhirn überwächst die anderen Hirnregionen
• durch eine große Furche in zwei Hälften (Hemisphären) geteilt
• zeichnet sich durch zahlreiche Sulci (Furchen) und Gyri (Windungen) aus