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

Anatomie Herz und Kreislauf Verdauungssystem Geschlechtsorgane Atemwegssystem www.g-netz.de/Der_Mensch/

Lagebezeichnungen Achsen Ebenen Lagebezeichnungen vertikal transversal sagittal Ebenen Sagittal Sonderfall: Medianebene Horizontal Frontal Lagebezeichnungen superior, kranial, rostral inferior, kaudal anterior, ventral posterior, dorsal proximal / distal lateral / medial / median zentral / peripher profundus / superficialis dexter / sinister Schandry: Tab 6.1. paßt nicht zu Abb. 6.1.a, z. B. Horizontalebene / Transversalebene, oder „rostral“ versus „kranial“, proximal / distal, Ende Tab. 6.1: median – medial: hier heißt der „Strich“ (-) soviel wie „oder“, in den nächsten drei Zeilen steht er eher für „versus“.

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

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

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

Rückenmark lat. Medulla spinalis, verläuft in der Wirbelsäule, fingerdick, 40-45 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)

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

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

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

Liquorsystem innerer Liquorraum äußerer 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

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

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

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

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

Retikuläres Aktivierungssystem Zielgebiet sensorischer Kollateralen aktiviert Thalamus, Kortex und Vegetativum ARAS  Wachheit kaudale Zentren auch hemmend Kreislaufregulation, Atemsteuerung Vasomotorenzentren: Blutdruck Bewußtseinsfilter Motorik: Tonus, Rhythmik Schandry: kommen sensorische Informationen von ventral?

Mittelhirn Tectum Tegmentum Hirnschenkel (Crura, Pedunculi) zentrales Höhlengrau 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

Hirnnerven N. olfactorius Geruch Bulbus olf. N. opticus Sehen Netzhaut N. oculomotorius Augenbewegung Mittelhirn N. trochlearis Augenbewegung Mittelhirn N. trigeminus Sensibilität Gesicht Pons / Medulla N. abducens Augenbewegung Pons N. facialis Geschmack, Mimik Pons N. vestibulocochlearis Gehör, Gleichgewicht Pons / Medulla N. glossopharyngeus Geschmack, Rachen Medulla N. vagus Eingeweide, Herz Medulla N. accessorius Halsmuskulatur Medulla N. hypoglossus Zungenmuskulatur Medulla

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

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

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

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)

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

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

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

Großhirn zwei Hemisphären, vier Lappen Kortex (Rinde): grau, 2-5 mm Balken, Corpus callosum Kortex (Rinde): grau, 2-5 mm Mark: Fasern, Myelin (weiß) Basalganglien (grau) Großhirn Kortex laut Schandry 1,5-4,5 cm [sic!] dickh

Großhirn zwei Hemisphären, vier Lappen Kortex (Rinde): grau, 2-5 mm Balken, Corpus callosum Kortex (Rinde): grau, 2-5 mm Mark: Fasern, Myelin (weiß) Basalganglien (grau) Großhirn Kortex laut Schandry 1,5-4,5 cm [sic!] dickh

Endhirnkerne Basalganglien Motorik 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 Schandry: Textbox S 133 Akinese etc. unvollständig

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

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

Kortex Dicke 2-5 mm Neokortex, Isokortex: Aufbau in sechs Schichten Reptilien: kein Neokortex Allokortex: drei bis fünf Schichten Paläokortex, Riechhirn Archikortex, Hippocampus Kortex laut Schandry 1,5-4,5 cm [sic!] dick

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

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

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

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

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

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

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

Komplexe spektrotemporale rezeptive Felder im primären auditiven Kortex wacher Affen Zufallsstimulus „reverse correlation“: nachträgliche Analyse, wann das Neuron feuert. Zelle feuert

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

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

Frontallappen präfrontaler Kortex enge Verbindungen zu Funktionen 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

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

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 )

Temporallappen primäre Hörrinde (BA 41) sekundäre Hörrinde (BA 42, 22) 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

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

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.

Weiße Substanz Projektionsfasern Kommissurenfasern Assoziationsfasern 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

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

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