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Das Nervensystem Vorlesung Biologische Psychologie C. Kaernbach Literatur: Schandry, Kapitel 6 Vertiefung: –Kandel, Schwartz, Jessell.

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2 Das Nervensystem Vorlesung Biologische Psychologie C. Kaernbach Literatur: Schandry, Kapitel 6 Vertiefung: –Kandel, Schwartz, Jessell

3 Anatomie Herz und Kreislauf Verdauungssystem Geschlechtsorgane Atemwegssystem

4 Lagebezeichnungen Achsen –vertikal –transversal –sagittal Lagebezeichnungen –superior, kranial, rostral –inferior, kaudal –anterior, ventral –posterior, dorsal –proximal / distal –lateral / medial / median –zentral / peripher –profundus / superficialis –dexter / sinister Ebenen –Sagittal Sonderfall: Medianebene –Horizontal –Frontal

5 Anatomie des Nervensystems Topographie: Zentrales Nervensystem –Gehirn –Rückenmark Peripheres Nervensystem –Spinalnerven –Hirnnerven –Körpernerven Funktionelle Gliederung: Somatisches Nervensyst. –Sinnesorgane auch: Haut, Gelenke, sensorische Muskelfasern,... –Skelettmuskulatur Autonomes / Vegetatives / Viszerales Nervensystem –Innere Organe –glatte Muskulatur u. a. Innenhaut der Arterien, musculus arrector pili

6 Nerven Afferente Fasern bringen Information von der Peripherie zum ZNS Efferente Fasern bringen Information vom ZNS zur Peripherie Spinalnerven: Nerven, die das Rückenmark verlassen –zweigen sich auf, bündeln mit anderen Fasern, bilden die klassischen Nerven der Körperperipherie –Sonderfall: Hirnnerven, verlassen direkt das Gehirn Ganglien: Ansammlungen von Nervenzellkörpern außerhalb des ZNS –Schaltstellen

7 Wirbelsäule 7 Halswirbel 12 Brustwirbel 5 Lendenwirbel 5 zusammengewachsene Kreuzbeinwirbel 4 oder 5 zusammengewachsene Steißbeinwirbel

8 Rückenmark lat. Medulla spinalis, verläuft in der Wirbelsäule, fingerdick, cm lang schwimmt (wie das Gehirn) im Liquor cerebrospinalis, umgeben von 3 Häuten: –Dura mater (Auskleidung Wirbelkanal) Subduralraum (Bindegewebszüge; Blutungen führen zu gefährlichen Hämatomen) –Arachnoidea (Spinnwebhaut) Subarachnoidalraum: Liquor –Pia mater (liegt an Gehirn/Rückenmark an)

9 Aufbau des Rückenmarks (Seitenhorn: ab Brustwirbeln, vegetative Kerne) Interneurone im Rückenmark, Reflexe

10 Dermatome nicht streng getrennt, überlappen einander –Jeder Punkt der Körperoberfläche wird von mindestens zwei Spinalnerven versorgt –Gürtelrose

11 Gehirn Oberfläche stark gefurcht: Oberflächenvergrößerung Gehirngewicht kein guter Prädiktor für Leistung –teilweise erstaunliche Leistungen bei (früh) reduzierter Masse Aufbau: –Medulla oblongata –Pons (Brücke) –Mittelhirn (Mesencephalon) Tectum, Tegmentum, Crura –Zwischenhirn (Diencephalon) Thalamus,... Hypothalamus –Kleinhirn (Cerebellum) –Großhirn (Telencephalon) Marklager (mit Kernen), Kortex

12 Liquorsystem innerer Liquorraum –zwei Seitenventrikel –dritter Ventrikel = Zwischenhirn –vierten Ventrikel = Rautenhirn = Medulla, Pons, Cerebellum äußerer Liquorraum –Subarachnoidalraum Gesamtvolumen 150 ml tägliche Produktion 500 ml –Plexus choroidei Verstopfung der Zwischengänge: Hydrocephalus

13 Hirnstamm Medulla oblongata Pons Mittelhirn Zwischenhirn einheitliche Innengliederung: –Absteigende Bahnen im vorderen Bereich –Aufsteigende Bahnen im hintere Bereich –zentraler Bereich Formatio reticularis (s.u.)

14 Medulla oblongata Kerngebiete vegetativer Steuerung –Atmung, Kreislauf –Erbrechen, Schlucken, Husten Pyramidenkreuzung –80% der Motoneurone kreuzen in der Pyramidenkreuzung –der Rest kreuzt segmental –Huftiere: nur 50% kreuzen Hirnnerven VI - XII

15 Pons Hirnnervenkerne V-VII, Schaltstation für VIII –Augenbewegungen –mimische Muskulatur –Gleichgewicht –Sensorik der Gesichtshaut (Trigeminus, V) Faserbündel zu Kleinhirnhemisphären

16 Formatio reticularis vernetztes Kerngebiet im Inneren des Hirnstamms, von Medulla über Pons bis Mittelhirn Atmen, Kreislauf, allgemeine Aktivierung mediane Zone –Raphe-Kerne (lat. raphe = Naht, Serotonin): u. a. Hemmung von Schmerzen –Locus Coeruleus (Noradrenalin): retikuläres Aktivierungssyst. mediale Zone –Doppelaxone mit aufsteigendem und absteigendem Ast –integrativ für basale vegetative Funktionen und Grobmotorik laterale Zone –Umschaltung durchlaufender Impulse

17 Retikuläres Aktivierungssystem Zielgebiet sensorischer Kollateralen aktiviert Thalamus, Kortex und Vegetativum –ARAS Wachheit –kaudale Zentren auch hemmend Kreislaufregulation, Atemsteuerung –Vasomotorenzentren: Blutdruck Bewußtseinsfilter Motorik: Tonus, Rhythmik

18 Mittelhirn Tectum –Vierhügelplatte Colliculi superiores: vis. System –Reflexbewegungen der Augen –niedere Wirbeltiere: wichtigstes visuelles Zentrum Colliculi inferiores: auditives System Tegmentum –Kerngebiete für Augenmotorik –zentrales Höhlengrau, periaquäduktales Grau, opioiderg Raphe-Kerne serotoninerg, Schmerzunterdrückung) –Substantia nigra, dopaminerg, Bewegungssteuerung –Nucleus ruber, Feinmotorik Hirnschenkel (Crura, Pedunculi) –absteigende motorische Bahnen zentrales Höhlengrau

19 Hirnnerven I.N. olfactoriusGeruchBulbus olf. II.N. opticusSehenNetzhaut III.N. oculomotoriusAugenbewegungMittelhirn IV.N. trochlearisAugenbewegungMittelhirn V.N. trigeminusSensibilität GesichtPons / Medulla VI.N. abducensAugenbewegungPons VII.N. facialisGeschmack, MimikPons VIII.N. vestibulocochlearisGehör, GleichgewichtPons / Medulla IX.N. glossopharyngeusGeschmack, RachenMedulla X.N. vagusEingeweide, HerzMedulla XI.N. accessoriusHalsmuskulaturMedulla XII.N. hypoglossusZungenmuskulaturMedulla

20 Zwischenhirn Thalamus (gr. Schlafgemach) Hypothalamus, Hypophyse Epithalamus, Epiphyse Subthalamus

21 Thalamus ca. eigroß, paarig –Adhaesio interthalamica ohne (oder mit wenig) Funktion –Durchgangsstation sensorischer Information Kortex spezifische Kerne (direkt & spezifisch Kortex) –Nuclei anteriores/mediales: emotionales Verhalten, Motivation –Nuclei mediani: Geruchsreize –Nuc. ventralis anterior/lateralis/posterior... –Corpus geniculatum laterale / mediale: Sehbahn / Hörbahn –Pulivnar (lat. Kissen): intermodale Integration? unspezifische Kerne ( Hirnstamm, Kortex indirekt&diffus ) –Nucleus. centromedianus: Wecksystem –Nuclei intralaminares: Schmerzleitung, Motorik

22 Hypothalamus Schnittstelle zwischen ZNS und Körper –Temperatur, Wasser/Nahrungsaufnahme, Funktion innerer Organe, Körperflüssigkeiten, Sex –Neuronaler Input: Vielzahl von Transmittern Sensorik: Hören, Sehen, Muskeln, u.a. Lichtpegel Tag/Nachtrhythmus Locus coeruleus (ARAS), Raphe-Kerne (Schmerzunterdrückung): Einbindung des Körpers in Aktivierungsprozesse –Hormoneller Input: Erfolgskontrolle, negativer Feedbackkreis –Efferente Signale: Sympathikus, Parasympathikus Lage unterhalb des Thalamus, ca. 4 g –medialer Teil, lateraler Teil, Mammilarkörper

23 Hypophysen- vorderlappen Adenohypophyse Pfortadersystem Releasing bzw. Inhibition von –Corticotropin, ACTH –Follitropin, FSH (Östrog.) –Luteotropin, LH (Gestagene, Androgene) –Prolaktin (Milchproduktion) –Thyrotropin (Schilddrüse) –Somatotropin (Wachstum) –Melanotropin (Hautfarbe, Fieber, Hunger, Libido) –Lipotropin (Fettfreisetzung)

24 Hypophysen- hinterlappen Neurohypophyse Neurone aus dem Hypothalamus setzen hier ihre Transmitter (Hormone) frei: –Vasopressin, anidiuretisches Hormon Wasserhaushalt, Blutdruck, Leistungsmotiv? –Oxytocin, Wehenauslöser, Kuschelhormon

25 Epiphyse Bildung und Ausschüttung von Melatonin modifizierte Photorezeptoren –bei niederen Wirbeltieren lichtempfindlich –beim Menschen Information über Lichtpegel via Hypothalamus –Dunkelheit Melatonin –zirkardiane Rhythmik –depressiogen (Winterdepression, u. a.) –Lichttherapie

26 Kleinhirn Oberfläche gefurcht wie Großhirn –50% aller Neurone des ZNS! –im Querschnitt 1 mm graue Rindenzone –drei Schichten von Zellkörpern darunter Marksubstanz (Myelin) –darin vier Kleinhirnkerne N. dentatus, N. emboliformis, N. globulosus, N. fastigii Hauptfunktion: motorische Feinabstimmung –erhält via Kollateralen Infos über Lage, Tonus, Bewegung der Gliedmaßen, Gleichgewicht, Kopien motorischer Programme auch vegetative Funktionen, evtl. kognitive Funktionen –Aktivierung des Kleinhirns bei kognitiven Aufgaben

27 Großhirn zwei Hemisphären, vier Lappen –Balken, Corpus callosum Kortex (Rinde): grau, 2-5 mm Mark: –Fasern, Myelin (weiß) –Basalganglien (grau)

28 Großhirn zwei Hemisphären, vier Lappen –Balken, Corpus callosum Kortex (Rinde): grau, 2-5 mm Mark: –Fasern, Myelin (weiß) –Basalganglien (grau)

29 Endhirnkerne Basalganglien –Globus pallidus –Putamen –N. caudatus –Amygdala –N. subthalamicus –Substantia nigra Motorik –Hemiballismus: N. subthalamicus –Parkinson Substantia nigra | Striatum | Motorik Akinese, Rigor, Tremor –Chorea Huntington autosomal-dominant, Striatum Linsen- kern Striatum

30 Amygdala kortikomediale Subkerne –Afferenzen und Efferenzen Riechnerv Hypothalamus basolaterale Subkerne –Afferenzen und Efferenzen Thalamus Frontallappen Temporallappen Gyrus cinguli Angst

31 Limbisches System Funktion nicht einheitlich Aufbau nicht einheitlich Gesamtfunktion (Emotion) unsinnig etliche limbische Strukturen haben definitiv nichts mit Emotionen zu tun

32 Kortex Dicke 2-5 mm Neokortex, Isokortex: Aufbau in sechs Schichten –Reptilien: kein Neokortex Allokortex: drei bis fünf Schichten –Paläokortex, Riechhirn –Archikortex, Hippocampus

33 Archikortex: Hippocampus drei Kortexschichten –leicht erregbar Epilepsie –Afferenzen: Thalamus, Assoziationsfelder Amygdala Raphe-Kerne, L. coeruleus Gyrus dentatus: Eingang Ammonshorn, Cornu ammonis –CA1 – CA4, Mensch: CA1 –CA1: Langzeitpotenzierung Gedächtnis

34 Übergang: Gyrus cinguli Afferenzen vom Neokortex Efferenzen zum Hippocampus und zur Amygdala Atmung, Kreislauf, Verdauungsfunktion Schnittstelle zwischen Archikortex und Neokortex

35 Neokortex 90% der Kortexoberfläche Einheitlicher Aufbau in sechs Schichten 80 Neuronentypen 3 Hauptklassen: –Pyramidenzellen –Sternzellen –Spindelzellen 2 Transmitter –GABA –Glutamat

36 Nervenzellen des Kortex Pyramidenzellen –Apikaldendrit, zentrifugal, oft bis zu Schicht I –Basaldentriten –basales Axon, verläßt oft Neokortex –dornenreich Sternzellen, Körnerzellen –kurze Axone, Kortex Spindelzellen –Schicht VI

37 Schichten des Kortex I.Molekularschicht II.äußere Körnerschicht III.äußere Pyramidensch. IV.innere Körnerschicht V.innere Pyramidensch. VI.multiforme Schicht Eingang: II und IV Ausgang: III und V

38 Kortikale Säulen Übereinander liegende Neurone –verschiedener Schichten (I-VI) –unterschiedlicher Gestalt und Funktion (Eingang/Ausgang) arbeiten am selben Projekt. Beispiele –somatosensorischer Kortex –primärer auditiver Kortex –primärer visueller Kortex –primärer motorischer Kortex Kortikale Säulen sind die kortexweit fast identisch organisierten Elemente kortikaler Verarbeitung

39 primär, sekundär, tertiär Sensorischer Kortex –primäre Areale: direkter Input vom Sinnesorgan Schandry: interpretationsfreie Repräsentation komplexe spektrotemporale rezeptive Felder in A1 nächste Folie –sekundäre Areale: Input von primären Arealen Steigerung der Komplexität –tertiäre Areal: Assoziationsfelder erneute Steigerung der Komplexität –intermodal Größe der Assoziationsfelder speziesabhängig, Mensch Motorischer Kortex –primäre Areale: direkter Output an Effektoren –sekundäre Areale: Output an primäre Areale

40 Komplexe spektrotemporale rezeptive Felder im primären auditiven Kortex wacher Affen Zufallsstimulusreverse correlation: nachträgliche Analyse, wann das Neuron feuert. Zelle feuert

41 Brodmann-Areale Korbinian Brodmann, 1909 Einteilung in 47 Areale auf Grund der Zytoarchitektur erfaßt nicht die Kortex-Oberfläche in den Sulci (>50%)

42 Frontallappen primärer motorischer Kortex –somatotopisch, Homunculus –Hand und Gesicht (Sprechen) prä- & suplementärmotor. Feld –Vorbereitung motorischer Aktionen frontales Augenfeld –Afferenzen von primärer und sekundärer Sehrinde –willkürliche Augenbewegungen Broca-Sprachzentrum –sprachmotorische Programme –zu 90% links lateralisiert

43 Frontallappen präfrontaler Kortex –phylogenetisch jung –25-30% des Kortex enge Verbindungen zu –Assoziationsfeldern –gegenüberliegende Hemisphäre –Hippocampus –Thalamus Funktionen –Arbeitsgedächtnis –Handlungsvorbereitung Läsionen beeinträchtigen: –langfristige Handlungsplanung –emotionale / motivationale Kontrolle –Ethik, Moral

44 Parietallappen Primärer somatosensibler Kortex (BA 1,2,3, Gyrus postcentralis) –Afferenzen von kontralateraler Körperseite, via Thalamus, und vom primären motorischen Kortex –bewußte und differenzierte Wahrnehmung der Körpersensorik –Efferenzen zu sensiblen Kernen und zum Rückenmarkshinterhorn Kontrolle sensibler Afferenzen, Schmerzen Sekundärer somatosensorischer Kortex, BA 5, 7 –differenzierte Interpretation –Läsion: taktile Agnosie

45 Okzipitallappen primäre Sehrinde (BA 17) –Area striata, Afferenzen aus Corpus geniculatum laterale (Sehstrahlung) –Retinotopie, Fovea centralis (1% der Retina) am Pol, 50% von V1 Sekundäre Sehrinde (BA 18, teilweise 19) –Weiterverarbeitung –stereoskopisches Sehen –Farbsehen, Bewegungssehen, Objekterkennung (bei Läsionen partielle Agnosien )

46 Temporallappen primäre Hörrinde (BA 41) –Tonotopie –Periodotopie –Afferenzen vom Corpus geniculatum mediale (Hörstrahlung) sekundäre Hörrinde (BA 42, 22) –Afferenzen von A1 und (via Gyrus angularis) aus V2 –Wernicke Sprachzentrum –interpretierende und integrierende Verarbeitung der Information aus A1

47 Inselrinde phylogenetisch alt, während Embryonal- entwicklung früh angelegt, von anderen Lappen überwachsen. Wahrnehmung und motorische Steuerung des Vegetativums Integration externer und körperinterner Reize

48 Beispiele für kortikale Plastizität Frühe Erblindung –Aktivierung von V1 und V2 beim Lesen von Blindenschrift –keine Aktivierung bei simplen taktilen Reizen –bei Sehenden beim Lesen von Blindenschrift eher Deaktivierung von V1 und V2 Amputationen –Hineinwandern benachbarter somatosensibler Projektionsfelder Tierexperimente –Übung vergrößert entsprechende kortikale Repräsentation –Deprivation eines Fingers löst Hineinwandern benachbarter Projektionsfelder aus.

49 Weiße Substanz Projektionsfasern –Capusla interna auf der Innenseite vom Linsenkern –Afferenzen und Efferenzen zwischen Kortex und subkortikalen Kernen –u. a. Hörstrahlung, Sehstrahlung Kommissurenfasern –Corpus callosum (Balken) –Verbindungen der beiden Hemisphären Assoziationsfasern –größter Teil der weißen Substanz –intrakortikale Verbindungen innerhalb einer Hemisphäre

50 Beispiel für Klausurfragen Welche der folgenden Aussagen zu chemischen Elementen trifft zu –Helium ist das häufigste Element im Universum –Pflanzen nehmen Stickstoff aus der Luft auf und bilden Eiweiße –Kohlenstoff geht in der Regel vier kovalente Bindungen ein –Sauerstoff benötig 3 Elektronen, um seine Energieniveaus zu komplettieren –Phosphor geht in der Regel vier kovalente Bindungen ein

51 Beispiel für Klausurfragen Überprüfen Sie folgende Aussagen zur Signalübermittlung zwischen Zellen –Nur Nervenzellen verfügen über Rezeptoren zur Verarbeitung von inneren oder äußeren Reizen –Rezeptoren vom Typ I (ionotrope Rezeptoren) sind schnell, aber nicht so flexibel einsetzbar wie metabotrope Rezeptoren –Saltatorische Erregungsleitung ist langsamer, dafür aber zuverlässiger als kontinuierliche Erregungsleitung –Ein Aktionspotential entsteht durch schnelles Öffnen der K + - Kanäle und etwas langsameres Öffnen der Na + -Kanäle –Die Natrium-Kalium-Pumpe sorgt für eine Erhöhung der intrazellulären Kaliumkonzentration


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