ZNS - mehrke.de
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Das Nervensystem Anatomische Gliederung: • Zentrales Nervensystem • Peripheres Nervensystem Physiologisch: • Somatisches NS • Vegetatives NS Nervensystem Schaltkreise aus Neuronen und unterstützenden Zellen Motorik, Sensorik, Verhalten Nervensysteme in allen Tieren (Ausnahme: Schwämme) Grundbausteine sehr ähnlich Organisation stark variabel Nervennetz (a) Hydra (cnidarian; Nesseltier) Nervensystem der Wirbeltiere Zentrales Nervensystem (ZNS) = Gehirn + Rückenmark Peripheres Nervensystem (PNS) mit ZNS verbunden Gehirn Wirbelsäule mit Rückenmark Salamander sensorisches Ganglion Nervensystem des Menschen zentrales Nervensystem peripheres Nervensystem = Hirn + Rückenmark = alle Neurone ausserhalb des ZNS zentrales Nervensystem (ZNS) Gehirn Rückenmark peripheres Nervensystem (PNS) Hirnnerven (12 Paare) Ganglien ausserhalb des ZNS Spinalnerven (31 Paare) Aufbau des Nervensystems Das zentrale Nervensystem (ZNS) Das ZNS umfasst das Gehirn und das Rückenmark. Die Aufgaben des ZNS sind: • Integration aller „sensiblen“ Reize, die ihm – afferent – von innerhalb oder außerhalb des Organismus zugeleitet werden • Koordination sämtlicher motorischer Eigenleistungen des Gesamtorganismus • Regulation aller dabei ablaufenden innerorganischen Abstimmungsvorgänge, zwischen den organischen Subsystemen oder Organen, einschließlich solcher hormoneller Art Gewebetypen des ZNS Das ZNS wird eingeteilt in graue und weiße Substanz • Die graue Substanz liegt im Gehirn außen und im Rückenmark innen. Sie besteht hauptsächlich aus den Nervenzellkörpern. • Die weiße Substanz liegt im Gehirn innen und im Rückenmark außen. Sie besteht hauptsächlich aus den Nervenfasern, also Axonen und Dendriten. • An Zelltypen finden wir: •Neurone •Glia-Zellen •Das ZNS ist durch den Schädel, den Wirbel – Spinal – Kanal, Meningen und Liquor cerebrospinalis und die Blut – Hirn – Schranke geschützt. 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 Das periphere Nervensystem (PNS) Das periphere Nervensystem umfasst alle Nervenzellen, die nicht zum ZNS gehören. Eine starre Abgrenzung ist allerdings nicht sinnvoll. • Motorische und vegetative Neuronen haben ihre Zellkörper im ZNS, die Fortsätze reichen aber ins PNS. • Die sensiblen Neurone dagegen haben ihre Zellkörper fast ausnahmslos in Ganglien (Nervenknoten) außerhalb des ZNS, ihre Fortsätze ziehen aber fast alle ins ZNS. • Nur bei intramuralen Nerven (Nerven in der Wand von inneren Organen (z.B. Gastro-Intestinal-Trakt) findet die Informationsverarbeitung teilweise unabhängig vom ZNS statt. Funktionelle Einteilung: Somatisches NS Vegetatives NS Das periphere Nervensystem (PNS) • Das PNS wird in das somatische und das autonome Nervensystem weiter unterteilt. • Das somatische Nervensystem regelt die Funktionen, die der Beziehung zur Außenwelt dienen, also der willkürlichen und reflektorischen Motorik und der Oberflächen- und Tiefensensibilität. • Das autonome (vegetative) Nervensystem kontrolliert die „Vitalfunktionen“, wie Herzschlag, Atmung, Blutdruck, Verdauung und Stoffwechsel. Außerdem werden Sexualorgane und das Blutgefäßsystem vom autonomen Nervensystem beeinflusst. Peripheres Nervensystem Hirn- und Spinalnerven: sensorische und motorische Neuronen (Ausnahme: Nervus olfaktorius, Nervus opticus) Bewegung und interne Homöostase Peripheres Nervensystem Sensorische (afferente) Untereinheit Somatosensorische Neurone (Aussenwelt) Motorische (efferente) Untereinheit Viscosensorische Neurone (inneres Milieu) Autonomes (vegetatives) Nervensystem Sympathikus Parasympathikus “fight or flight” Normalisierung Somatisches Nervensystem (bewusst, Reflexe) Enterisches System Informationsverarbeitung im Nervensystem 1. Sensorischer Input 2. Interpretation/Integration 3. motorischer Output Sensorischer Input Integration Sensor Motorischer Output Effektor peripheres Nervensystem (PNS) zentrales Nervensystem (ZNS) Nervensystem, Gehirn Menschliches Hirn: ca. 100 Millarden Nervenzellen Jede Nervenzelle kann mit > 1000 anderen Nervenzellen kommunizieren Functional MRI Abbildung der Aktivitätsmuster im Gehirn Informationen zu verarbeiten – Afferenzen Sinneszellen Großhirn Kleinhirn Kopfsinne durch Hirnnerven Körpersinne Stammhirn Rückenmark durch Spinalnerven Aus: Frank H. Netter, Farbatlanten der Medizin, Nervensystem I, Thieme Verlag Informationsverarbeitung im Nervensystem Sensorisches Neuron: leitet Signale von Sensor weiter Information über externe Stimuli/interne Bedingungen Afferenz Interneuron: im ZNS integriert Information Motor-Neuron: leitet Output-Signal des ZNS kommuniziert mit Effektorzellen Efferenz Der Weg ins Gehirn Hinterhorn Vorderhorn Sensorische Fasern Motorische Fasern Spinalnervenplexus • Plexus cervicalis (Halsgeflecht) versorgt Haut und Muskeln in der Hals und Schulterregion. • Plexus brachialis (Armgeflecht). Hier entspringen drei große Armnerven. Nervus radialis, N. ulnaris, N. medianus • Plexus lumbalis (Lendengeflecht). Versorgung der unteren Bauchwand, der äußeren Geschlechtsorgane. Wichtigster Nerv: N. femoralis. Er versorgt die Streckmuskeln. • Plexus sacralis (Kreuzgeflecht) versorgt Gesäß und einen Teil des Damms. Der N. ischiadicus entspringt aus diesem Geflecht. • Plexus pudendus (Schamgeflecht) versorgt Beckeneingeweide, Damm und äußere Genitalien. Hinterhorn und Vorderhorn Muskelspindeln Schmerzzellen Berührungssensoren Vibrationssensoren Temperatursensoren „dorsal root“ a-Motoneurone im Vorderhorn Muskeln Afferenzen „ventral root“ Efferenzen Reflex Direkte sensorisch-motorische Verschaltung einfachster neuronaler Schaltkreis (Reflexbogen) = sensorischer Input führt direkt zu motorischem Output z.B. Kniesehnenreflex: Rückenmark Sensor misst Streckreiz sensorisches Neuron Synapse zu Motor-Neuron des Quadrizeps graue Substanz Quadrizeps Muskel gestreckt weisse Substanz Beuger Synapse zu Interneuron Synapse zu Motor-Neuron des Beugers: Inhibition sensorisches Neuron Motor-Neuron Interneuron Hirnnerven I. N. olfactorius Geruch Bulbus olf. II. N. opticus Sehen Netzhaut III. N. oculomotorius Augenbewegung Mittelhirn IV. N. trochlearis Augenbewegung Mittelhirn V. N. trigeminus Sensibilität Gesicht Pons / Medulla VI. N. abducens Augenbewegung Pons VII. N. facialis Geschmack, Mimik Pons VIII. N. vestibulocochlearis Gehör, Gleichgewicht Pons / Medulla IX. N. glossopharyngeus Geschmack, Rachen Medulla X. N. vagus Eingeweide, Herz Medulla XI. N. accessorius Halsmuskulatur Medulla XII. N. hypoglossus Zungenmuskulatur Medulla Rückenmark • 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) Schutzeinrichtungen Meningen - Hirnhäute • Dura mater • Arachnoidea • Pia mater Liquor cerebrospinalis Cerebrospinalfüssigkeit Fluss des Liquors Liquor, gebildet vom Plexus choroidei der Ventrikel Cerebrospinalfüssigkeit Embryonalentwicklung: ZNS liegt in zentralem Neuralrohr Hohlraum, mit Cerebrospinalfüssigkeit gefüllt durch Blut-Hirnschranke abgeschirmt graue Substanz weisse Substanz Zentralkanal des Rückenmarks Ventrikel Blut-Hirn-Schranke Schutzeinrichtungen: Chemische Barriere Kapillarendothel & Astroglia WH: Zelltypen: Neuronen Neuron: funktionelle Einheit des Nervensystems meiste Organellen im Zellkörper (Soma) Dendriten = Fortsätze die Signale empfangen Axon = leitet Signal weiter Dendriten Soma Nucleus Synapse Signal Axon Richtung Axonhügel Presynaptische Zelle Postsynaptische Zelle Myelinscheide (Gliazelle) typisches Motoneuron Synaptische Endigung Neuronen Verbindung zu Rezeptoren strukturelle Vielfalt Dendriten Axon Zellkörper (a) sensorisches Neuron (b) Interneuron (c) Motoneuron WH: Gliazellen Stütz-, Schutz-, Hilfszellen 10-50x mehr als Neurone auch synaptische Interaktion Glia-Neuron Wichtige Vertreter: Astrozyten: grosse Gliazellen (Makroglia) metabolische- und Stützfunktion Tight Junction Regulation in Endothelzellen der Blutkapillaren = „Blut-Hirnschranke“ Oligodendrozyten (im ZNS), Schwannzellen (im PNS): isolierende Myelinschicht für Axone saltatorische Nervenleitung Astrozyten 50 µm im ZNS strukturelle Stützung der Neurone regulieren extrazelluläres Medium: Ionen Neurotransmitter Myelinschicht Oligodendrozyten (im ZNS) Schwannzellen (im PNS) bilden isolierende Myelinschicht für Axone 0.1 µm Myelinschichten Axon Schwann Zelle Axon MyelinScheide Ranvier Schnürringe Schwann Zelle Zellkern Myelinscheide REM Bild einer Myelinscheide Saltatorische Erregungsleitung Aktionspotenziale im myelinisierten Axon springen von einem RanvierSchnürring zum nächsten Schwann -Zelle depolarisierte Region (Ranvier-Schnürring) Myelinscheide –– – Zellkörper Geschwindigkeit: 15 μm dickes myelinisiertes Axon: nicht myelinisiertes Axon: 1mm dickes Riesenaxon (Tintenfisch): + ++ + ++ ––– 150 m/sec 3 m/sec 100 m/sec –– – + + + ++ –– – Axon Synapsen (chemische) Erregende (exzitatorische) und Hemmende (inhibitorische) Neurotransmitter: Rezeptoren Neurotransmitter: Ionenkanalproteine: unterschiedliche Effekte in untersch. Zellen hängt ab von Art des postsynapt. Rezeptors: ändern Membranleitfähigkeit wenige Millisekunden indirekte synaptische Transmission: Bindung triggert komplexe Signalwege Eigenschaften der postsyn. Zelle verändert langsam + lang anhaltend (bis mehrere min) z.B. Stimmung, Aufmerksamkeit Wichtige Neurotransmitter Acetylcholin einer der häufigsten Neutrotransmitter Vertebraten, Invertebraten Wirkung: Inhibitorisch, excitatorisch Neuromuskuläre Endplatte: Depolarisation der Muskelzelle Herzmuskel: wirkt via G-Proteine: hemmen Adenylat-cyclase (cAMP = second messenger) öffnen K+-Kanäle beides vermindert Stärke v. Herzschlag und Herzfrequenz Biogene Amine Neurotransmitter aus Aminosäurestoffwechsel Catecholamine: aus Tyrosin Adrenalin (auch Hormonwirkung) Noradrenalin (auch Hormonwirkung) Dopamin aus Tryptophan: Serotonin Wirkungsweise: oft indirekte synaptische Transmission Wirkungsort: ZNS, PNS Dopamin, Serotonin: beeinflussen Schlaf, Stimmung, Aufmerksamkeit, Lernen Parkinson‘sche Krankheit: Dopaminmangel in best. Hirnregionen weitere chemische Neurotransmitter Aminosäuren: GABA (Gamma-Aminobuttersäure) häufigster hemmender Neurotransmitter (Gehirn) erhöht Cl- Leitfähigkeit Glycin - hemmender Neurotransmitter (RM) Glutamat Aspartat Hemmung glycinerger Synapsen: Starrkrampf (Tetanustoxin, Strychnin) Neuropeptide: Wirkungsweise: oft indirekte synaptische Transmission Substanz P Neurotransmitter der Sinneszellen Schmerzempfinden Endorphine gleicher Rezeptor wie Heroin, Morphium reduzieren Schmerzempfinden Euphorie vermindern Sekretion von Antidiuretischem Hormon GABAA - Rezeptoren und Benzodiazepine GABA Cl - GABAA-Rezeptor Benzodiazepine: - Valium - Librium - Xanax - Adumbran - Halcion Alkoholwirkung auf Rezeptoren im Gehirn • Alkohol erhöht die Dopaminkonzentration =>Einfluss auf das Hirnbelohnungssystem, Verbesserung der Stimmung, positive Verstärkung erhöht das Abhängigkeitsrisiko • Alkohol reduziert die Serotonin- und die NoradrenalinAusschüttung, => kann dadurch Aggressivität und Depression begünstigen • Alkohol erhöht die Endorphin und EnkephalinAusschüttung => Euphorie begünstigt die Sucht • Alkohol verstärkt die GABA-Aktion, (Bindungsstellen für Benzodiazepine und Barbiturate) => Sedierung, motorische Beeinträchtigungen • Alkohol vermindert die Glutamat- und AChRezeptorfunktion => kognitive Beeinträchtigung, Reduktion der Gedächtnisfunktion Gasförmige Transmitter NO: Stickstoffmonoxid erst bei Bedarf synthetisiert Wirkt auf Membranrezeptorproteine second Messenger (cGMP) Glatte Muskelzellen (Blutgefäße) Gefäßerweiterung CO: Kohlenmonoxid ähnlich NO Sexuelle Erregung: Neurone setzten NO in Schwellkörper frei NO entspannt Gefässwandmuskeln Blut-Einstrom Sidenafil : hemmt Enzym (Phospho-diesterase) das normalerweise NO-Wirkung auf Gefässwandmuskeln bremst Das Gehirn • Windungen (Gyrus) und Furchen (Sulcus) Blutversorgung des Gehirns Ein kommunizierendes Netz von Arterien gewährleistet die kontinuierliche Versorgung Embryonalentwicklung des Gehirns Erwachsen Telencephalon Diencephalon Mesencephalon Metencephalon Myelencephalon Grosshirn (Grosshirnrinde, weisse Substanz, Basalkerne) Zwischenhirn (Thalamus, Hypothalamus, Zirbeldrüse) Mittelhirndach Brücke (Pons), Kleinhirn Medulla oblongata (Teil des Hirnstamms) Zwischenhirn Grosshirn-Hemisphere Hypothalamus Thalamus Zirbeldrüse Brainstem: Hypophyse Rückenmark Mittelhirn Brücke (Pons) Medulla oblongata Kleinhirn (Cerebellum) Zentralkanal Gehirn Gehirn Diencephalon Grosshirn (Telencephalon) Telencephalon - Grosshirnrinde, - weisse Substanz, - Basalkerne Zwischenhirn (Diencephalon) - Thalamus, - Hypothalamus, - Hypophyse - Epiphyse (Zirbeldrüse) Hirnstamm (Truncus encephali) - Mittelhirn (Mesencephalon), - Brücke (Pons), - Verlängertes Mark (Medulla oblongata) Kleinhirn (Cerebellum) Hirnstamm Mittelhirn 1. Mittelhirn - Mesencephalon 2. Brücke - Pons 3. Verlängertes Mark – Medulla oblongata Homöostase Bewegungskoordination Weiterleitung von Information In Medulla und Brücke sind Zentren die nach Stimulierung Schlaf auslösen Brücke (Pons) Medulla Hirnstamm Zwischenhirn Hypothalamus Thalamus Zirbeldrüse Grosshirn alle motorischen Befehle laufen durch Hirnstamm Medulla oblongata Hypophyse Stammhirn Mittelhirn Brücke Medulla oblongata Kleinhirn vegetative Steuerung von inneren Organen (Atmung, Herz etc.) Axone ins Cortex und Kleinhirn Aufmerksam, Wach, Appetit „Kreuzung“ motorischer Axone für Bewegung Pons beteiligt an vielen Funktionen der Medulla Mittelhirn Zentren für Transmission/Integration sensorischer Signale Zwischenhirn Grosshirn • Thalamus (Relais-Station zwischen Sinnesorganen und Großhirn) Hypophyse • Hypothalamus (Steuerkoordinator vegetativer Vorgänge) Hormondrüsen: • Hypophyse • Epiphyse Limbisches System Zwischenhirn Hypothalamus Thalamus Zirbeldrüse Stammhirn Mittelhirn Brücke Medulla oblongata Kleinhirn Zwischenhirn Grosshirn Epithalamus: Thalamus: Kapillargeflecht; bildet CerebrospinalFlüssigkeit Ausstülpung = Zirbeldrüse - Epiphyse Hypophyse Eingangszentrum für sensorische Information auf Weg zum Grosshirn (Filter) Ausgangszentrum für motorische Information vom Grosshirn Hypothalamus: Homöostase Hormone, releasing-Hormone Temperaturregler Hunger Durst Fortpflanzungsverhalten Kampf/Fluchtverhalten Limbisches System Zwischenhirn Hypothalamus Thalamus Zirbeldrüse Stammhirn Mittelhirn Brücke Medulla oblongata Kleinhirn Limbisches System Limbisches System = Teile v. Thalamus, Hypothalamus und Grosshirnrinde (incl. Amygdala, Hippocampus, Teil v. Frontallappen) ringförmig um Hirnstamm angeordnet Interaktion mit sensor. Arealen des Neocortex u.a. höheren Arealen direkter Input von Thalamus Bulbus olfactorius Hypothalamus steuert Emotionen tasten präfrontaler Cortex schmecken hören sehen riechen Bulbus olfactorius Amygdala Hippocampus Limbisches System steuert Verhaltensweisen: „Brutpflege“ Essverhalten Aggression Sexualität „gutes Benehmen“ Verbindung zum Thalamus: Filter für Sinneseindrücke Schlaf – Wachsein – Aufmerksamkeit Amygdala (Mandelkern): Erkennung von Emotion in Mimik + Aufbau von Gedächtnis darüber Grundlage für kindliches emotionales Gedächtnis = Erinnerung mit Emotion verknüpft Erwachsene: Assoziation von Situationen mit primären Emotionen v.a. im Frontallappen (Schädigung Motivation, Benehmen, Gefühle beeinträchtigt) Das limbische System - Zugang zu Neurohormonen Limbisches System Schnittstelle: somatisches, vegetatives & hormonelles System (Hypophyse) Mittelhirndach, Retikuläre Formation Retikuläre Formation: 90 Nuklei, Teil des Hirnstamms kontrolliert Aufmerksamkeit Schlaf (via Serotonin) sensorischer Filter: nur best. Info zu Grosshirnrinde Auge Retikuläre Formation sensorischer Input Hörnerv Zircadianer Rhythmus superchiasmatische Nuclei des Hypothalamus Zwischenhirn Hypothalamus Thalamus Zirbeldrüse Grosshirn Hypophyse Stammhirn Mittelhirn Brücke Medulla oblongata Kleinhirn z.B. Schaf/Wachzyklen „interne“ Komponente der zirkadianen Rhythmik = biologische Uhr stellen best. Protein her, wenn Tag/Nacht Zyklus geändert externe Reize (Licht) Feineinstellung fehlt Lichtinformation: Mensch: 25h Zyklus Zircadianer Rhythmus Versuch: mit/ohne Lichtreiz Days of experiment (a) 12 hr light-12 hr dark cycle (b) Constant darkness Dark Light Light Dark 1 5 10 15 20 12 16 20 24 4 8 Time of day (hr) 12 12 16 20 24 4 8 Time of day (hr) 12 Epiphyse • Bildung und Ausschüttung von Melatonin • modifizierte Photorezeptoren – bei niederen Wirbeltieren lichtempfindlich – beim Menschen Information über Lichtpegel via Hypothalamus (lichtsensitive Ganglienzellen in Retina) – Dunkelheit Melatonin – zirkardiane Rhythmik – depressiogen (Winterdepression, u. a.) – Lichttherapie Großhirn am höchsten entwickelte Struktur des Säugergehirns Embryogenese: aus Telencephalon (Endhirn) - olfaktorische, visuelle und auditorische Zentren Grosshirn Hypophyse Zwischenhirn Hypothalamus Thalamus Zirbeldrüse Stammhirn Mittelhirn Brücke Medulla oblongata Kleinhirn Großhirnrinde größter, komplexester Teil des Gehirns - Analyse sensorischer Information - Aussendung motorischer Befehle - Sprache jede Hemisphäre hat (außen) 4 Lappen Parietallappen Frontallappen Sprache frontales Assoziationsareal Schmecken Sprache Riechen Temporallappen Somatosensor. Assoziationsareal Lesen Hören auditorisches Assoziationsareal visuelles Assoziationsareal Sehzentrum Okzipitallappen Großhirn 2 Hemisphären Grosshirnrinde = graue Substanz gefaltete Oberfläche: = Neokortex 6 Lagen von Neuronen Korrelation mit kognitiven Fähigkeiten weisse Substanz = darunter Basalkerne: = Zentren für Planung, Bewegungs-Lernen Corpus callosum (Balken): verbindet beide Hemisphären linke GrosshirnHemisphäre Corpus callosum Neocortex linke GrosshirnHemisphäre Basal Kerne Großhirnrinde größter, komplexester Teil des Gehirns Analyse sensorischer Information Aussendung motorischer Befehle Sprache jede Hemisphäre hat (außen) 4 Lappen Parietallappen Frontallappen Sprache frontales Assoziationsareal Schmecken Sprache Riechen Temporallappen Somatosensor. Assoziationsareal Lesen Hören auditorisches Assoziationsareal visuelles Assoziationsareal Sehzentrum Okzipitallappen Grosshirnrinde jeder Grosshirnlappen hat primäre sensorische- und Assoziationsareale Informationsverarbeitung: 1. sensorischer Input primäre sensorische Areale 2. Informationsintegration benachbarte Assoziations-Areale 3. Weiterleitung an höhere Assoziations-Areale in Frontallappen 4. Antwort (z.B. Befehl an Skelettmuskulatur) Lateralisierung der Gehirnfunktionen Gehirnentwicklung des Kindes Aufteilung best. Funktionen auf eine Hemisphäre linke Hemisphäre: Sprache, Mathematik, Logik, Prozessierung serieller Vorgänge rechte Hemisphäre: Mustererkennung, nonverbale Kommunikation, emotionale Intelligenz Areale der Grosshirnrinde Sulcus centralis Zuordnung bestimmter Körperzonen Frontallappen Parietallappen Toes Lips Jaw Genitalia Tongue Tongue primärer motorischer Cortex Pharynx Abdominal organs primärer somatosensorischer Cortex Kleinhirn (Cerebellum) Ständige Koordination und Fehlerkorrektur: Koordinierte Motorik/Körperhaltung Aber auch beteiligt an Lernen von Bewegungsabläufen Wahrnehmung (Perzeption) Verständnis (Kognition) sensorischer Input: Gelenkstellung Muskelstreckung Sehsinn Gleichgewichtsorgan Grosshirn Hypophyse Zwischenhirn Hypothalamus Thalamus Zirbeldrüse Stammhirn Mittelhirn Brücke Medulla oblongata Kleinhirn Kleinhirn • Feinsteuerung von Bewegung • trainierte, automatisierte Bewegungsabläufe Efferenzkopie Kleinhirn Eine 24 Jahre alte Chinesin, Mutter einer kleinen Tochter, erfuhr nach einer Untersuchung im Krankenhaus, dass sie kein Kleinhirn hat. Sie konnte erst mit vier Jahren alleine stehen. Mit sieben Jahren konnte sie ohne Unterstützung und mit schwankenden Schritten gehen. Die Frau hat nie springen oder laufen gelernt. Verständlich sprechen konnte sie erst mit sechs Jahren. Ihre Stimme ist zittrig und ihre Aussprache undeutlich, aber sie hat ein intaktes Wortgedächtnis und kann sich verständlich ausdrücken. Eine Schule hat sie nie besucht. „Ihre Einschränkungen sind deutlich moderater, als man es für jemanden ohne Kleinhirn erwarten würde“, „Ihr Fall zeigt, wie anpassungsfähig das Gehirn ist.“ Motorische Systeme im ZNS • Pyramidenbahn – willentliche Bewegung • Ausdrucks- Affekt-bewegungen - Muskeltonus – EPMS – Extrapyramidales System • Extrapyramidal-motorische System geht von subkortikalen Zentren aus Der motorische Cortex steuert die Muskeln Motorischer Cortex vorne Pyramidenbahn hinten Bewegungssteuerung • 1 Assozationsfelder; Entschluss zur Bewegung 2 Motorische Felder; Befehl an die Muskeln • 3 Rohbefehl an die Muskulatur • 4 Zwischenhirn • 5 Positive Zwischenmeldung vom Zwischenhirn zum Großhirn • 6 Mittelhirn Meldung an das Kleinhirn • 7 Kleinhirn; gespeicherte Bewegungsprogramme (Bewegungsentwürfe) • 8 Abgabe der Kleinhirnprogramme (über hemmende Bahnen) • 9 Hemmung des Rückkopplungskreises durch Kleinhirnbefehle • 10 Rückenmark; Befehl an die Muskeln Bewegungssteuerung • Der Entschluss zur Bewegung entsteht in den Assoziationsfeldern des Großhirns (1). Er enthält die Information, welche Körperteile die Bewegung ausführen sollen. Dieser Entschluss wird zu den sog. motorischen Feldern (Motorcortex) geleitet (2), die für alle Muskelpartien spezielle Nervenzellen besitzen. • Diese Nervenzellen erteilen nun den für die Bewegung benötigten Bein-, Fuß-, Arm-, Handmuskeln usw. den Befehl, Kraft zu bilden (3). • Allein aufgrund dieser Befehle würde jedoch die Bewegung nur sehr grob und unzureichend koordiniert ablaufen, wobei die Ungenauigkeit durch antreibende Impulse aus dem Zwischenhirn ein Teil des Antriebs- und Empfindungshirns (Thalamus) - noch verstärkt wird (5). • Gleichzeitig läuft der Rohbefehl auch über Querverbindungen in das Kleinhirn (6). • Dort sind für alle geübten Bewegungen Programme gespeichert, die Informationen zur Feinkoordinierung der Muskelarbeit enthalten (7). • Auf der Grundlage dieser Bewegungs(fertigkeits)programme dämpft das Kleinhirn mit hemmenden Impulsen, so dass die Nervenzellen der motorischenFelder nur Befehle abgeben, die genau der vorgesehenen Bewegung entsprechen (9). • Ein so durch das Kleinhirn modellierter Befehl läuft über das Rückenmark zu den Muskeln der beteiligten Glieder (10) und bewirkt schließlich, dass die Muskeln wohlabgestimmt - eben koordiniert - Kraft bilden. Hirnnerven I. N. olfactorius Geruch Bulbus olf. II. N. opticus Sehen Netzhaut III. N. oculomotorius Augenbewegung Mittelhirn IV. N. trochlearis Augenbewegung Mittelhirn V. N. trigeminus Sensibilität Gesicht Pons / Medulla VI. N. abducens Augenbewegung Pons VII. N. facialis Geschmack, Mimik Pons VIII. N. vestibulocochlearis Gehör, Gleichgewicht Pons / Medulla IX. N. glossopharyngeus Geschmack, Rachen Medulla X. N. vagus Eingeweide, Herz Medulla XI. N. accessorius Halsmuskulatur Medulla XII. N. hypoglossus Zungenmuskulatur Medulla Hirnnerven: Die Eingänge Sensorische Verarbeitung Hirnnerven: Die Eingänge II I V VIII IX Der Weg zum Bewusstsein Die Sehbahn Thalamus Sehnerv primäre Sehrinde Der Thalamus: Das Tor zum Bewußtsein Zentralfurche vorne Thalamus vorne hinten hinten Der Thalamus: Das Tor zum Bewußtsein Somatosensorischer Cortex vorne Thalamus vorne hinten hinten Der somatosensorische Cortex Somatosensorischer Cortex vorne hinten Riechen: Wege der sensorischen Signale Orbifrontaler Cortex Thalamus Riechkolben Limbisches System Hippocampus Amygdala Hypothalamus primär, sekundär, tertiär • Sensorischer Kortex – primäre Areale: direkter Input vom Sinnesorgan – sekundäre Areale: Input von primären Arealen • Steigerung der Komplexität – tertiäre Areal: „Assoziationsfelder“ • erneute Steigerung der Komplexität - Intermodal • Motorischer Kortex – primäre Areale: direkter Output an Effektoren – sekundäre Areale: Output an primäre Areale Funktionelle Bereiche im cerebralen Cortex «Sprachareale»: Max Hearing words Seeing words Min Speaking words Generating words PET-scanning: Areale mit hoher metabolischer Aktivität Somatosensor. frontales Sprache AssoziationsAssoziations- Schmecken areal areal Lesen Sprache Hören visuelles Assoziationsriechen auditorisches areal Assoziationsareal Sehzentrum Lernen und Gedächtnis Kurzzeitgedächtnis in Frontallappen Vergleich mit unmittelbarer Vergangenheit Langzeitgedächtnis in Grosshirnrinde Übertragung benötigt Hippocampus, Amygdala Speicherung ins Langzeitgedächtnis abh. von: Übung positive/negative emotionale Erregung Assoziation mit bekannter Information Geschwindigkeit variabel: Zahlen/Namen: z.T. nur 1 Erfahrung Bewegungsabläufe: viele Wiederholungen ( vgl. Kleinhirn) Zelluläre Basis der Gedächtnisbildung veränderte Synapseneigenschften Langzeitdepression nach wiederholter schwacher Reizung postsynaptische Zelle wird unempfindlicher für Aktionspotenzial Langzeitpotenzierung nach Serie hochfrequenter Aktionspotenziale via Glutamat- und Ca2+-Signale postsynaptische Zelle wird empfindlicher für Aktionspotenziale Stunden-Wochen Neubildung von Synapsen Bewusstsein Das Bewusstsein lässt sich nicht in einem bestimmten Hirnareal lokalisieren. Die Aktivität der Grosshirnrinde v.a. der kleine Teil der GrosshirnrindenAktivität, der auch neue Situationen/Lernprozessen verarbeitet, bestimmt Bewusstsein. > 90% der Reaktionen und Verhaltensweisen sind unbewusst ausgelöst bzw. werden durch «vorbewusste Vorgänge» entschieden. Funktionelle Bereiche: Was passiert wo im Gehirn? Frontallappen Parietallappen Okzipitallappen Temporallappen Ruhe Sehen Hören Denken Bildgebende Verfahren der Gehirnfunktion PET +MRT fMRT +MRT MEG +MRT fMRT +MRT Funktionelle Kernspintomographie (fNMR) - Positronen-Emissions-Tomographie (PET) - Magnetoenzephalographie (MEG) Nuclear Magneto Resonance (NMR) = MRT Magnetresonanztomogramm (MRT) = Nuclear Magneto Resonance (NMR) Bei der fMRT werden Unterschiede der Durchblutung dargestellt. Kernspin „Kernspin“ - MRT „PET“ – Positronen Emissions-Tomografie PET ist ein bildgebendes Verfahren der Nuklearmedizin, das Schnittbilder von lebenden Organismen erzeugt, indem es die Verteilung einer schwach radioaktiv markierten Substanz im Organismus sichtbar macht und damit biochemische und physiologische Funktionen abbildet (funktionelle Bildgebung). Die Radiopharmaka sind Substanzen, die mit einem Radionuklid markiert sind bei dessen Zerfall Positronen entstehen. Der Organismus kann sie nicht von ihren nichtradioaktiven Pendants unterscheiden, daher gehen sie in den gewöhnlichen Stoffwechsel ein. Aufgrund seines radioaktiven Zerfalls kann das Radionuklid im Körper aufgespürt werden. Magneto-Enzephalo-Gramm (MEG) Die Ströme im Gehirn erzeugen sehr schwache Magnetfelder, die mit der MEG-Technik gemessen werden können. Es können im Gegensatz zum EEG zum Teil auch tiefer liegende Aktivitäten erfasst werden. Im Vergleich zu PET und fMRT ist die hohe zeitliche Auflösung zu erwähnen. Das Gerät muss allerdings wie beim MRT mit flüssigem Helium gekühlt werden. Bildquelle: Wikipedia Elektro-Enzephalo-Gramm (EEG) Die EEGElektrode misst die Summe der Aktivierung kortikaler Neurone Zusammenfassung ZNS ZNS = Gehirn & Rückenmark Graue Substanz: Zellkörper & Synapsen Weiße Substanz: Nervenfasern Gehirn: Großhirn Zwischenhirn Hirnstamm Kleinhirn Rückenmark: Schaltstelle (Reflexe) Leitungsbahnen Zusammenfassung ZNS Spinalnerven führen sensorische Fasern zum Rückenmark und motorische Fasern vom Rückenmark zu den Muskeln. Im Hinterhorn des Rückenmarks werden die sensorischen Nerven verschaltet, im Vorderhorn die motorischen. Alle sensorischen Eingänge laufen durch den Thalamus, das „Tor zum Bewußtsein“. Im somatosensorischen Cortex werden die sensorischen Informationen der Körperoberfläche abgebildet. Vom motorischen Cortex aus werden die Muskeln gesteuert. Die Sehbahn sorgt für eine Abbildung der Umwelt auf dem primären visuellen Cortex. In der Riechbahn werden objektive und subjektive Elemente vermischt. ZNS Erkrankungen ZNS-Schäden meist nicht selbst-heilend Rückenmarksverletzung Parkinsonsche Krankheit Alzheimersche Krankheit Forschung: Nervenzellentwicklung neuronale Stammzellen Schädigung des Assoziationskortex verursacht kognitive Probleme Frontallappen Parietallappen Starrsinn Soziopathie Okzipitallappen Temporallappen Schädigung des Assoziationskortex verursacht kognitive Probleme Phineas Gage Frontalhirnsyndrom Einige Beispiele für Veränderungen: • • • • Handlungskonsequenzen werden nicht vorhergesehen Kein Lernen aus Fehlern Unbedachtes und vorschnelles Handeln (erhöhte Impulsivität) Rasches Aufgeben bei Handlungsbarrieren (reduzierte Beharrlichkeit und Willensstärke) • Wissen kann nicht mehr in effektive Handlungen übersetzt werden Alzheimersche Krankheit Amyloid Ablagerungen zerstören Neurone Symptome: Konfusion, Gedächtnisverlust, Persönlichkeitsveränderung etc. Senile plaque Neurofibrillary tangle 20 m Parkinsonsche Krankheit Symptome: motorische Störungen Zittern, das in Ruhe auftritt, versteifte Muskeln und mangelnde Stabilität der aufrechten Körperhaltung Phänomen: Untergang Dopamin-sezernierender Zellen der Substantia nigra Therapie: Dopamin (L-DOPA) Stammzellen?? Die Substantia nigra befindet sich im Mesencephalon (Mittelhirn) dorsal der Hirnschenkel. Extrapyramidal-motorisches System Ausfall des dopaminergen Systems führt zum Wegfall der Hemmung anderer Bestandteile der motorischen Steuerung. Multiple Sklerose Chronisch-entzündliche (autoimmun-) Erkrankung des ZNS, bei welcher die Markscheiden (Myelin) der Nervenfasern zerstört werden. Symptome: • Schwächegefühl in Armen oder Beinen • Missempfindungen wie z. B. Prickeln oder Kribbeln • Sehstörungen • Koordinationsstörungen Neurale Stammzellen Auch im erwachsenen Hirn entstehen neue Nervenzellen v.a. im Hippocampus (Lernen, Gedächtnis ?) Herkunft: aus speziellen Stammzellen neue Therapieansätze? Psychotrope Drogen Literatur zu neurologischen Krankheitsbildern Oliver Sacks: Der Mann, der seine Frau mit einem Hut verwechselte Eine Anthropologin auf dem Mars. Sieben paradoxe Geschichten. Autismus und Begabung Daniel Tammet: Elf ist freundlich und Fünf ist laut: Ein genialer Autist erklärt seine Welt In seinem Buch "Der Mann, der seine Frau mit einem Hut verwechselte" stellt uns der Neurologe Oliver Sacks 24 Menschen vor, die vorübergehend oder für immer aus der "Normalität" herausfielen. Es handelt sich um kuriose, skurrile und teilweise tragikomische Symptome von neurologischen Erkrankungen. In Einleitungen und Nachschriften zu den Fallstudien gibt er dazu auch Laien verständliche Erläuterungen.
