Gehirn

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
– vertikal
– transversal
– sagittal
• Ebenen
• Lagebezeichnungen
– Sagittal
• Sonderfall:
Medianebene
– Horizontal
– Frontal
–
–
–
–
–
–
–
–
–
superior, kranial, rostral
inferior, kaudal
anterior, ventral
posterior, dorsal
proximal / distal
lateral / medial / median
zentral / peripher
profundus / superficialis
dexter / sinister
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
– 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
– 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
Mittelhirn
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
I.
II.
III.
IV.
V.
VI.
VII.
VIII.
IX.
X.
XI.
XII.
N. olfactorius
N. opticus
N. oculomotorius
N. trochlearis
N. trigeminus
N. abducens
N. facialis
N. vestibulocochlearis
N. glossopharyngeus
N. vagus
N. accessorius
N. hypoglossus
Geruch
Sehen
Augenbewegung
Augenbewegung
Sensibilität Gesicht
Augenbewegung
Geschmack, Mimik
Gehör, Gleichgewicht
Geschmack, Rachen
Eingeweide, Herz
Halsmuskulatur
Zungenmuskulatur
Bulbus olf.
Netzhaut
Mittelhirn
Mittelhirn
Pons / Medulla
Pons
Pons
Pons / Medulla
Medulla
Medulla
Medulla
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
Hypophysenvorderlappen
• „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)
Hypophysenhinterlappen
• „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
• zwei Hemisphären, vier Lappen
Großhirn
– Balken, Corpus callosum
• Kortex (Rinde): grau, 2-5 mm
• Mark:
– Fasern, Myelin (weiß)
– Basalganglien (grau)
• zwei Hemisphären, vier Lappen
Großhirn
– Balken, Corpus callosum
• Kortex (Rinde): grau, 2-5 mm
• Mark:
– Fasern, Myelin (weiß)
– Basalganglien (grau)
Endhirnkerne
• Basalganglien
Linsenkern
–
–
–
–
–
–
Globus pallidus
Putamen
Striatum
N. caudatus
Amygdala
N. subthalamicus
Substantia nigra
• Motorik
– Hemiballismus: N. subthalamicus
– Parkinson
• Substantia nigra | Striatum | Motorik
• Akinese, Rigor, Tremor
– Chorea Huntington
• autosomal-dominant, Striatum
Amygdala
• kortikomediale Subkerne
– Afferenzen und Efferenzen
• Riechnerv
• Hypothalamus
• basolaterale Subkerne
– Afferenzen und Efferenzen
•
•
•
•
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
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
I.
II.
III.
IV.
V.
VI.
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
Zelle
feuert
7
octaves above 110 Hz
6
5
4
3
2
1
0
-100
0
time [ms]
• „reverse correlation“:
nachträgliche Analyse,
wann das Neuron 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
– 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)
– 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 Embryonalentwicklung 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
– 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