Nervensysteme und neuronale Koordination

Nervensysteme und neuronale
Koordination
Neuronale Verschaltung
Sensorischer Input
Sensorische
Filterung
Funktionelle Hauptteile
des Zentralnervensystems
Sensorische Zentren
Genetische
Information
Assoziative Schaltkreise
Erfahrung
Mustergeneratoren
Motorischer Output
Motorische Zentren
Eckert
1
Die Wahrnehmung ist ein schöpferischer Prozess
Spektrum Neurowissenschaften
Spektrum Neurowissenschaften
2
Identifizierte Neurone
Heuschrecke
Säugetier
Synaptische Übertragung
Elektrische Synapsen
Chemische Synapsen
3
Sehr schnelle, unverzerrte
Übertragung von Aktionspotentialen
Selten zwischen Neuronen
des erwachsenen ZNS
von Wirbeltieren.
Häufig zwischen Gliazellen
(Kommunikationskontakt)
Bear
Campbell
4
Schritte der synaptischen Übertragung
Ca++
1. Aktionspotential depolarisiert
die präsynaptische Membran
Ca++ Einstrom
über spannungsabhängige
Ca-kanäle
Campbell
2. Vesikelfusion
mit präsynapt.
Membran
Synapt.
Vesikel
mit
Neurotransmitter
Synapt.
Spalt
3. Neurotrans4. Neurotransmitterfreisetzung; mitter bindet
Diffusion über
an Rezeptor
synapt. Spalt
Präsynapt.
Membran
Subsynapt.
Membran
Rezeptormolekül
mit Ionenkanal
Campbell
5
5. Öffnung des
Ionenkanals.
Ioneneinstrom
Rezeptor
Neurotransmitter
Ionen
Ionenkanal
Campbell
5. Öffnung des
Ionenkanals.
Ioneneinstrom
Rezeptor
6. Spaltung des
Neurotransmitters.
Schließung des
Ionenkanals
Neurotransmitter
Ionen
Ionenkanal
Campbell
6
Neurotransmitterrezeptoren
1. Ionotrope Rezeptoren
LIGANDENGESTEUERTE Ionenkanäle
Beispiel: nikotinischer Acetylcholinrezeptor
((2. Metabotrope Rezeptoren
Rezeptorprotein aktiviert Enzymkaskade;
Bildung „second messenger“; Steuerung
Ionenkanal))
Tierphysiologie
Ionotrope Neurotransmitterrezeptoren
Lodish
7
Zitterrochen (Torpedo)
- Modelltier für synaptische Übertragung
Gzimek; Starck
Elektrische Organe
(modifizierte
Muskelplatten)
Verstärkungsfunktion
der Kaskade
8
Exzitatorische (erregende) Synapsen
Exzitatorische
Neurotransmitter
Glutamat
Acetylcholin
Öffnung von Na+ Kanälen
MembranPotential
(mV)
Graduierte Depolarisation
der subsynaptischen
Membran
=
Erregendes postsynaptisches
Potential (EPSP)
-70
Zeit (ms)
Bear
Inhibitorische (hemmende) Synapsen
Inhibitorische Neurotransmitter
z.B.
Gamma-aminobuttersäure (GABA)
Glyzin
Öffnen Chloridkanäle
graduierte Hyperpolarisation
MembranPotential
(mV)
inhibitorisches postsynaptisches Potential (IPSP)
-70
Zeit (ms)
Bear
9
Einzelereigniss
Räumliche
Summation
Synaptische
Integration
Zeitliche
Summation
Bear
Lage von Synapsen
1
3
2
1. Axodendritisch
2. Axosomatisch
3. axoaxonisch
Dorrit
Immunzytochemie
Lodish
10
Ultrastruktur von Synapsen
Raster-EM
Transmissions EM
Lodish; Dorrit
Kandel
11
Einfache neuronale Schaltkreise
Hypothetischer Ausgangszustand
Rezeptorneuron
Einfache neuronale
Schaltkreise
Effektorzelle
Monosynaptischer Reflexbogen
Polysynaptischer Reflexbogen
Rezeptorneuron
Rezeptorneuron
Sensorisches
Neuron
Interneuron
Effektorzelle
Motoneuron
Effektorzelle
MotoNeuron
Eckert
12
Divergenz
Konvergenz
Feedback
1.
1. Positives feedback
(direkt exzitatorisch)
2.
2. Negatives Feedback
(inhibitorisches Interneuron)
Spektrum Neurowiss.
Verschiedene Typen von Nervensystemen
13
Zentralisierte Nervensysteme
Diffuses Nervensystem
Strickleiternervensystem
Zentralnervensystem
Gehirn
Gehirn
Gehirn +
Markstränge
Ganglien
Süßwasserpolyp
Rückenmark
Kommissuren
Konnektive
Plattwurm
Remane/Storch/Welsch
Ringelwurm
Wirbeltier
Zentralnervensystem der Wirbeltiere
Rückenmark
14
Campbell
Querschnitt Rückenmark
Graue Substanz
(Neurone)
Weiße Substanz
(Axone)
Hinterhorn
(sensorisch)
Vorderhorn
(motorisch)
Ross
15
Soma + Dendriten
Motoneurone im Vorderhorn des RM
Graue Substanz
Weiße Substanz
Pia mater
Axon
Muskel
Ross
Polysynaptischer Reflexbogen
1.
2.
1. Spinalganglienzelle (sensorische
Afferenz) verschaltet mit Interneuron
2. Interneuron verschaltet mit Motoneuron
3. Axon des Motoneurons (motorische Efferenz)
verschaltet mit Effektor
3.
Eckert
16
Sensorisch
Markierung der
Sensorischen Eingänge
und der motorischen
Ausgänge des RM
Spektrum Neurowissenschaft
Motorisch
Verschaltung Rückenmark/Gehirn
Aufsteigende Axone von sensorischen Neuronen des RM
(Tast-, Temperatur-, Schmerzsinn)
Absteigende Axone von motorischen Zentren des Gehirns
(Ansteuerung der Motoneurone des RM)
Ross
17
Zentralnervensystem der Wirbeltiere
Gehirn
Das älteste geschriebene Wort für Gehirn
(Edwin smith surgical papyrus 17.Jahrhundert vor Christus)
Campbell
18
Zwischenhirn
Endhirn
Diencephalon
Telencephalon
Hinterhirn
Metencephalon
Mesencephalon
Vorderhirn
Prosencephalon
Nachhirn
Myelencephalon
Mittelhirn
Rautenhirn
Mesen- Rhombencephalon
cephalon
Campbell
Endhirn
Telencephalon
Zwischenhirn
Diencephalon
Hinterhirn
Metencephalon
Mesencephalon
Nachhirn
Myelencephalon
Vorderhirn
Prosencephalon
Mittelhirn
Rautenhirn
Mesen- Rhombencephalon
cephalon
Campbell
19
Tel
Pro
Mes
Rhomb
Di
Met
Myel
Dorsalansicht
Embryo
Bear
Starck
20
Rückenmark:
- Reflexbögen für Bewegungsapparat
- Verschaltung somatosensorischer
Information nach zentral
Medulla oblongata
-Reflexzentren für vegetative Funktionen
(Schlaf-Wach Zustand; Atmung;
Kreislauf);
- Ursprung von Gehirnnerven, z.B.:
Nervus vagus
Geschmacksnerven
Gleichgewichts- und Hörnerv
Campbell; Wehner, Gehring
Cerebellum (Kleinhirn)
Koordination von Haltung und
Bewegung
Erhält Informationen
1. Aus allen Sinnesorganen,
insbes. Auge, Gleichgewichtsorgan,
Muskel- und Sehnenspindeln (i.e.
über aktuelle Körperstellung
im Raum)
2. Aus der Großhirnrinde
(i.e. über geplante Bewegung)
Tätigkeit des Kleinhirns ist unbewußt
Campbell; Wehner, Gehring
21
Mittelhirn
Tectum (Mittelhirndach)
Tegmentum (Mittelhirnboden)
Niedere Wirbeltiere:
Tectum und Tegmentum
Wichtigste Auswertstation der
Somatosensorik; Lichtsinn; Gehör.
Umschaltung zu Motorik
Säugetiere:
Tegmentum und Vierhügelplatte.
Colliculus superior (= Tectum) und
Colliculus inferior (Hörzentrum)
Campbell; Wehner, Gehring
Zwischenhirn (Diencephalon)
Thalamus
Hypothalamus
Thalamus:
Bei Säugetieren wichtigste SchaltStation zwischen Sinnesorganen
(außer Geruch) und Großhirn
Hypothalamus:
Steuerzentrum vegetativer Funktionen
Homöostase; Freß-; Abwehr- und
Sexualverhalten.
Anhangsdrüsen: Epiphyse
Hypophyse
Campbell; Wehner, Gehring
22
Cerebrum (Großhirn)
Fische:
hauptsächlich Riechzentrum
Höhere Wirbeltiere:
übergeordnetes Integrationszentrum
sensorischer und motorischer
Funktionen; Bewußtsein
Paarige Hemisphären:
Basalkerne: motorische Funktionen
Rinde (Pallium): sensorische und
Motorische Felder
Campbell; Wehner, Gehring
Anpassung an
unterschiedliche
Sinneswelten
23
Absolute und
Relative Hirngrößen bei
Säugetieren
Bear
Spezifität von Sinnesbahnen
Sehrinde
Somatosensorik
Großhirn
Hörrinde
Körper
Somatosensorik
Thalamus
Riechrinde
Mittelhirn Medulla
oblongata Rückenmark
Nase
Auge
Ohr
24
Bear
Bear
25
PET-Scans des menschlichen Gehirns
Spektrum Neurowissenschaften
Somatosensorische und motorische „Homunculi“
Somatosensorischer
Cortex
motorischer
Cortex
Thalamus
Medulla oblongata
Rückenmark
Sinneszellen
(Haut:Tast, Thermo, Schmerz;
Muskel-, Sehnenspindeln)
Rückenmark
quergestreifte
Muskulatur
26
27