Biologische Psychologie II WS 2019/20 PDF

Bio II Prof. Claus Lamm WS 2019/20 Biologische Psychologie II Universität Wien WS 2019/2020 Prof. Claus Lamm Sarah Plaschke...

Bio II Prof. Claus Lamm WS 2019/20 Biologische Psychologie II Universität Wien WS 2019/2020 Prof. Claus Lamm Sarah Plaschke 1 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 TEIL III – GEHIRN UND VERHALTEN 1 15 NEUROVEGETATIVE UND MODULATORISCHE SYSTEME 1 EINFÜHRUNG 1 DER NEUROSEKRETORISCHE HYPOTHALAMUS 2 EINE ÜBERSICHT ÜBER DEN HYPOTHALAMUS 2 ZUR HYPOPHYSE HINFÜHRENDE BAHNEN 3 DAS VEGETATIVE NERVENSYSTEM 5 VEGETATIVE SCHALTKREISE 5 NEUROTRANSMITTER UND PHARMAKOLOGIE 8 DIFFUSE MODULATORISCHE SYSTEME 9 ANATOMIE UND FUNKTIONEN 9 PHARMAKOLOGISCHE BEEINFLUSSUNG MODULATORISCHER SYSTEME 11 ABSCHLIEßENDE BEMERKUNGEN 12 16 MOTIVATION 14 EINFÜHRUNG 14 HYPOTHALAMUS, HOMÖOSTASE UND MOTIVIERTES VERHALTEN 14 LANGZEITREGULIERUNG DER NAHRUNGSAUFNAHME 14 ENERGIEGLEICHGEWICHT 14 HORMONELLE UND HYPOTHALAMISCHE REGULIERUNG VON KÖRPERFETT UND NAHRUNGSAUFNAHME 15 KURZZEITREGULIERUNG DER NAHRUNGSAUFNAHME 18 APPETIT, ESSEN, VERDAUUNG UND SÄTTIGUNG 18 WARUM ESSEN WIR? 20 VERSTÄRKUNG UND BELOHNUNG 20 DOPAMIN UND MOTIVATION 20 SEROTONIN, NAHRUNG UND STIMMUNG 21 ANDERE MOTIVIERTE VERHALTENSWEISEN 21 TRINKEN 22 TEMPERATURREGULATION 22 ABSCHLIEßENDE BEMERKUNGEN 23 17 MÄNNLICHES UND WEIBLICHES GEHIRN 25 EINFÜHRUNG 25 DAS GESCHLECHT 25 GENETISCHE GRUNDLAGEN DES GESCHLECHTS 25 GESCHLECHTLICHE ENTWICKLUNG UND DIFFERENZIERUNG 26 HORMONELLE KONTROLLE DES GESCHLECHTS 27 DIE WICHTIGSTEN MÄNNLICHEN UND WEIBLICHEN HORMONE 27 REGULATION DER SEXUALHORMONE DURCH HYPOPHYSE UND HYPOTHALAMUS 28 NEURONALE GRUNDLAGEN DES SEXUALVERHALTENS 29 GESCHLECHTSORGANE UND IHRE STEUERUNG 29 PAARUNGSSTRATEGIEN VON SÄUGETIEREN 30 NEUROCHEMIE DES FORTPFLANZUNGSVERHALTENS 30 LIEBE, BINDUNG UND DAS MENSCHLICHE GEHIRN 31 UNTERSCHIEDE ZWISCHEN MÄNNLICHEN UND WEIBLICHEN GEHIRNEN 32 2 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 NEUROANATOMISCHE GESCHLECHTSUNTERSCHIEDE 32 KOGNITIVE GESCHLECHTSUNTERSCHIEDE 33 SEXUALHORMONE, GEHIRN UND VERHALTEN 34 DIREKTE GENETISCHE EFFEKTE AUF VERHALTEN UND GESCHLECHTLICHE DIFFERENZIERUNG DES GEHIRNS 36 AKTIVIERENDE WIRKUNGEN DER SEXUALHORMONE 37 SEXUELLE ORIENTIERUNG 39 ABSCHLIEßENDE BEMERKUNGEN 40 18 NEURONALE MECHANISMEN DER EMOTION 41 EINFÜHRUNG 41 FRÜHE EMOTIONSTHEORIEN 41 DIE JAMES-LANGE-THEORIE 41 DIE CANNON-BARD-THEORIE 42 UNBEWUSSTE EMOTIONEN UND IHRE FOLGEN 43 DAS KONZEPT DES LIMBISCHEN SYSTEMS 43 BROCAS LOBUS LIMBICUS 44 DER PAPEZ-KREIS 44 PROBLEME MIT DEM KONZEPT EINES EINZELNEN EMOTIONSSYSTEMS 45 EMOTIONSTHEORIEN UND NEURONALE REPRÄSENTATIONEN 45 THEORIEN DER BASISEMOTIONEN 45 DIMENSIONALE EMOTIONSTHEORIEN 46 WAS IST EINE EMOTION? 47 FURCHT UND DIE AMYGDALA 47 DAS KLÜVER-BUCY-SYNDROM 47 ANATOMIE DER AMYGDALA 48 AUSWIRKUNGEN VON STIMULATION UND LÄSIONEN DER AMYGDALA 48 SCHALTKREIS FÜR GELERNTE ANGST 49 WUT UND AGGRESSION 50 AMYGDALA UND AGGRESSION 50 ANDERE HIRNSTRUKTUREN, DIE BEI WUT UND AGGRESSION EINE ROLLE SPIELEN 51 SEROTONIN UND DIE REGULIERUNG VON WUT UND AGGRESSION 52 ABSCHLIEßENDE BEMERKUNGEN 54 19 GEHIRNRHYTHMEN UND SCHLAF 55 EINFÜHRUNG 55 DAS ELEKTROENZEPHALOGRAMM 55 AUFZEICHNUNG VON HIRNSTROMWELLEN 55 EEG-RHYTHMEN 56 MECHANISMEN UND FUNKTION VON GEHIRNRHYTHMEN 57 EPILEPTISCHE KRAMPFANFÄLLE 59 SCHLAF 60 FUNKTIONELLE ZUSTÄNDE DES GEHIRNS 60 DER SCHLAFZYKLUS 61 WARUM SCHLAFEN WIR? 62 FUNKTIONEN VON TRÄUMEN UND REM-SCHLAF 63 NEURONALE MECHANISMEN DES SCHLAFES 64 CIRCADIANE RHYTHMEN 68 BIOLOGISCHE UHREN 68 3 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 DER SUPRACHIASMATISCHE KERN: EINE GEHIRNUHR 69 SCN-MECHANISMEN 70 ABSCHLIEßENDE BEMERKUNGEN 71 20 SPRACHE 72 EINFÜHRUNG 72 WAS IST SPRACHE? 72 LAUT- UND SPRACHERZEUGUNG BEIM MENSCHEN 72 SPRACHE BEI TIEREN 73 SPRACHERWERB 73 GENE, DIE FÜR SPRACHE EINE ROLLE SPIELEN 74 DIE ENTDECKUNG SPEZIALISIERTER SPRACHREGIONEN IM GEHIRN 75 BROCA-AREAL UND WERNICKE-AREAL 76 VERSCHIEDENE ARTEN VON APHASIEN 77 BROCA-APHASIE 77 WERNICKE-APHASIE 77 APHASIE UND DAS WERNICKE-GESCHWIND-MODELL 78 LEITUNGSAPHASIE 79 APHASIE BEI ZWEISPRACHLERN UND GEHÖRLOSEN 79 ASYMMETRISCHE SPRACHVERARBEITUNG IN DEN HIRNHEMISPHÄREN 80 SPRACHVERARBEITUNG BEI SPLIT-BRAIN-PATIENTEN 80 ANATOMISCHE ASYMMETRIE UND SPRACHE 82 SPRACHSTUDIEN MIT HIRNSTIMULATION UND BILDGEBUNG 83 WIE SICH HIRNSTIMULATION AUF DIE SPRACHE AUSWIRKT 83 UNTERSUCHUNG DER SPRACHVERARBEITUNG DURCH FUNKTIONELLE BILDGEBUNG 84 ABSCHLIEßENDE BEMERKUNGEN 85 21 AUFMERKSAMKEIT 86 EINFÜHRUNG 86 HIRNAKTIVITÄT IM RUHEZUSTAND 86 DAS DEFAULT-MODE-NETZWERK DES GEHIRNS 86 AUFMERKSAMKEIT 88 AUFMERKSAMKEIT UND VERHALTEN 88 PHYSIOLOGISCHE EFFEKTE DER AUFMERKSAMKEIT 90 SCHALTKREISE ZUR STEUERUNG DER AUFMERKSAMKEIT 93 BEWUSSTSEIN 96 WAS IST BEWUSSTSEIN? 97 NEURONALE KORRELATE DES BEWUSSTSEINS 97 ABSCHLIEßENDE BEMERKUNGEN 99 22 PSYCHISCHE ERKRANKUNGEN 101 EINFÜHRUNG 101 PSYCHISCHE ERKRANKUNGEN UND GEHIRN 101 PSYCHOSOZIALE ANSÄTZE ZUR ERKLÄRUNG PSYCHISCHER ERKRANKUNGEN 101 BIOLOGISCHE ANSÄTZE ZUR ERKLÄRUNG PSYCHISCHER ERKRANKUNGEN 102 ANGSTSTÖRUNGEN 103 4 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 EINE BESCHREIBUNG VON ANGSTSTÖRUNGEN 103 ANDERE STÖRUNGEN, DIE SICH DURCH EIN ERHÖHTES ANGSTNIVEAU AUSZEICHNEN 104 BIOLOGISCHE GRUNDLAGEN VON ANGSTSTÖRUNGEN 105 BEHANDLUNG VON ANGSTSTÖRUNGEN 106 AFFEKTIVE STÖRUNGEN 107 BESCHREIBUNG AFFEKTIVER STÖRUNGEN 107 BIOLOGISCHE GRUNDLAGEN AFFEKTIVER STÖRUNGEN 109 BEHANDLUNG AFFEKTIVER STÖRUNGEN 110 SCHIZOPHRENIE 113 BESCHREIBUNG VON SCHIZOPHRENIE 113 BIOLOGISCHE GRUNDLAGEN VON SCHIZOPHRENIE 113 BEHANDLUNG VON SCHIZOPHRENIE 115 ABSCHLIEßENDE BEMERKUNGEN 116 TEIL IV – DAS ADAPTIVE GEHIRN 117 23 DIE ENTSTEHUNG NEURONALER SCHALTKREISE 117 EINFÜHRUNG 117 DIE ENTSTEHUNG DER NEURONEN 117 ZELLPROLIFERATION 117 ZELLWANDERUNG 119 ZELLDIFFERENZIERUNG 119 DIFFERENZIERUNG DER CORTEXAREALE 120 ENTSTEHUNG VON VERBINDUNGEN 121 DAS WACHSENDE AXON 122 AXONALE WEGFINDUNG 123 SYNAPSENBILDUNG 125 ELIMINATION VON ZELLEN UND SYNAPSEN 125 ZELLTOD 126 VERÄNDERUNGEN DER SYNAPTISCHEN KAPAZITÄT 126 AKTIVITÄTSABHÄNGIGE NEUORDNUNG DER SYNAPSEN 127 SEGREGATION DER SYNAPSEN 127 SYNAPTISCHE KONVERGENZ 129 SYNAPTISCHE KOMPETITION 130 MODULATORISCHE EINFLÜSSE 130 GRUNDLEGENDE MECHANISMEN DER CORTIKALEN PLASTIZITÄT 131 EXZITATORISCHE SYNAPTISCHE ÜBERTRAGUNG IM UNAUSGEREIFTEN SEHSYSTEM 131 SYNAPTISCHE LANGZEITPOTENZIERUNG 132 SYNAPTISCHE LANGZEITDEPRESSION 133 WARUM SENSIBLE PHASEN ENDEN 135 ABSCHLIEßENDE BEMERKUNGEN 136 24 GEDÄCHTNISSYSTEME 137 EINFÜHRUNG 137 ARTEN VON GEDÄCHTNIS UND AMNESIE 137 DEKLARATIVES UND NICHT-DEKLARATIVES GEDÄCHTNIS 137 FORMEN DES NICHT-DEKLARATIVEN GEDÄCHTNISSES 138 FORMEN DES DEKLARATIVEN GEDÄCHTNISSES 139 AMNESIE 139 5 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 ARBEITSGEDÄCHTNIS 140 PRÄFRONTALER CORTEX UND ARBEITSGEDÄCHTNIS 140 AREAL LIP UND ARBEITSGEDÄCHTNIS 142 DEKLARATIVES GEDÄCHTNIS 142 NEOCORTEX UND DEKLARATIVES GEDÄCHTNIS 142 UNTERSUCHUNGEN ZUR BEDEUTUNG DES MEDIALEN TEMPORALLAPPENS 143 TEMPORALLAPPENAMNESIE 145 GEDÄCHTNISFUNKTIONEN DES HIPPOCAMPUSSYSTEMS 147 GEDÄCHTNISKONSOLIDIERUNG UND ANLEGEN VON ENGRAMMEN 151 PROZEDURALES GEDÄCHTNIS 153 STRIATUM UND PROZEDURALES GEDÄCHTNIS BEI NAGETIEREN 154 GEWOHNHEITSLERNEN BEI MENSCH UND AFFE 155 ABSCHLIEßENDE BEMERKUNGEN 155 25 MOLEKULARE MECHANISMEN VON LERNEN UND GEDÄCHTNIS 156 EINFÜHRUNG 156 GEDÄCHTNISBILDUNG 156 GEDÄCHTNISBILDUNG AUF ZELLEBENE 157 VERSTÄRKUNG VON SYNAPSEN 159 SCHWÄCHUNG VON SYNAPSEN 162 LTP, LTD UND GEDÄCHTNIS 164 SYNAPTISCHE HOMÖOSTASE 165 GEDÄCHTNISKONSOLIDIERUNG 167 DAUERHAFT AKTIVE PROTEINKINASEN 167 PROTEINSYNTHESE UND GEDÄCHTNISKONSOLIDIERUNG 169 ABSCHLIEßENDE BEMERKUNGEN 171 6 Bio II Prof. Claus Lamm WS 2019/20 TEIL III – GEHIRN UND VERHALTEN 15 Neurovegetative und modulatorische Systeme Einführung Organisation der synaptischen Verbindungen = wichtig für Verständnis von Gehirnfunktion Meisten Verbindungen = sehr präzise & spezifisch Zusätzlich zu anatomischer Präzision sind für Kommunikation in senso. & motor. Systemen Mechanismen nötig: begrenzen syn. Informationsfluss auf den Spalt zw. Axonterminale und Zielstruktur Glutamat (in somatosensorischen Cortex freigesetzt) kann keine Aktivierung in motorischen Cortex bewirken‼ Informationsübertragung muss sehr schnell erfolgen, damit rasche Reaktion auf neue Signale möglich ist Deshalb: An Synapsen bei jedem Impuls nur minimale Menge an Neurotransmitter freigesetzt & Moleküle dann schnell abgebaut/wieder aufgenommen Postsynaptische Aktivierung der ligandengesteuerten Kanäle dauert nur so lange, wie sich Transmitter in syn. Spalt befindet = max. einige ms Viele Axonsterminale haben Autorezeptoren messen Transmitterkonzentration in Spalt und verhindern evtl. weitere Ausschüttung ⇒ diese Mechanismen gewährleisten eine zeitlich & räumlich eng begrenzte syn. Übertragung Kommunikation in Gehirn hat sehr hohe Spezifität = wie Internet/ Telefon Mutter telefoniert mit Sohn „letzte Woche war mein Geburtstag“ Mitteilung bekommt nur er übermittelt Reales Neuron, das zu senso. oder motor. System gehört, übermittelt zu Dutzenden Zellen (eher Telefonkonferenz, dennoch sehr spezifisch) Wenn Mutter in TV-Show auftritt: Kabelverbindung ermöglicht Millionen Zuschauer So kommunizieren manche Neuronen mit Hunderttausenden von Zellen diffus projizierende Neuronensysteme neigen zu langsamer Arbeit Können komplexe Verhaltensweisen steuern wegen breiten, tonischen Aktivität 3 Teilsysteme des Nervensystems: Wirkung auf einer breiten räumlichen und zeitlichen Skala 1. Neurosekretorische Anteil des Hypothalamus: gibt chemische Stoffe direkt in Blutstrom ab beeinflusst Gehirn- und Körperfunktionen 2. Vegetative Nervensystem: unterliegt neuronalen Kontrolle durch Hypothalamus; kontrolliert Reaktionen innerer Organe, Blutgefäße und Drüsen wegen umfangreichem Verbindungsnetz in Körper 3. Diffuse modulatorische Systeme des Gehirns: = vollständig in ZNS 1 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 = aus verwandten Zellgruppen, die sich in Neurotransmittern unterscheiden Wirkung durch stark divergierende Axonprojektionen mit großer räumlicher Reichweite Zeitlich lang anhaltende Effekte durch metabotrope postsynaptische Rezeptoren Vermutung: steuern Erregungs- und Gefühlszustände Der neurosekretorische Hypothalamus Hypothalamus = unter Thalamus an Wänden des 3. Ventrikels Über Stiel mit Hypophyse verbunden, unter Gehirnbasis Gewaltigen Einfluss auf Körperphysiologie Eine Übersicht über den Hypothalamus Thalamus und Hypothalamus haben grundverschiedene Funktionen Thalamus: Station in allen spezifischen Bahnen mit Zielort Neocortex kleinere Schäden in Thalamus führen zu umschriebenen sensorischen und motorischen Defiziten Hypothalamus: leistet Integration von neuronalen, hormonellen und vegetativen Systemen & kontrolliert vitale Körperfunktionen Läsion hat dramatische und fatale Störungen lebenswichtiger Körperfunktionen zur Folge ❊ Homöostase Voraussetzungen für Überleben = Konstanthaltung der Körpertemperatur und der Zusammensetzung der Extrazellulärflüssigkeit und des Blutes Hypothalamus reguliert diese durch Reaktion auf Veränderung äußerer Umweltbedingungen Regulationsprozess = „Homöostase“ Sichert Aufrechterhaltung von innerem Milieu innerhalb enger physiologischer Grenzwerte Temperaturregulation: biochem. Reaktionen in Körperzellen so, dass bei 37°C Abweichung von mehr als einigen Grad kann katastrophale Folgen haben Nackt in Schnee Hypothalamus gibt Befehle zu Zittern Muskeln erzeugen Wärme In Tropen joggen Hypothalamus aktiviert wärmereduzierender Mechanismen rot & schwitzt Genaue Regulation des Blutvolumens, Blutdrucks, Salz- und Säuregehalts, Sauerstoff- und Glucosekonzentration ❊ Strukturen und Verbindungen des Hypothalamus Beide Hypothalamusseiten in 3 funktionale Zonen unterteilen: Laterale & mediale Zone: dichte Verbindungen mit Hirnstamm und Großhirn; an Regulation von Verhaltensweisen beteiligt Periventrikuläre Zone: Zellen dieser Region schließen genau an Wand von 3. Ventrikel an Komplexe Mischung von Neuronen verschiedenster Funktion 1 Zellgruppe: nucleus suprachiasmaticus = direkt über Sehnervenkreuzung; direkt von Netzhautzellen innerviert 2 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 synchronisieren den circadianen Rhythmus mit Hell-Dunkel-Wechsel des Tageslichts andere Zellgruppen kontrollieren das vegetative NS und die sympathische & parasympathische Modulation innerer Organe 3. Zellgruppe: „neurosekretorische Neuronen“ senden Axone zu Hypophysenstiel Zur Hypophyse hinführende Bahnen In lebenden Gehirn: Hypophyse = von knöchernen Vertiefung in Schädelbasis umschlossen Schutz = nötig, weil Hypophyse = Schnittstelle, über die Hypothalamus mit Körper kommuniziert Hypophyse = Hypophysenvorderlappen (Adenohypophyse) + Hypophysenhinterlappen (Neurohypophyse) Werden unabhängig voneinander auf untersch. Weise von Hypothalamus kontrolliert ❊ Hypothalamische Kontrolle der Neurohypophyse (HHL) Größten hypothalamischen neurosekretorischen Zellen = magnozellulären neurosekretorischen Zellen Axone ziehen um Sehnervenkreuzung herum, Hypophysenstiel hinunter bis in Hypophysenhinterlappen (Neurohypophyse) 1930er: Hypothese: diese Neuronen geben chem. Substanzen direkt in Kapillargefäße der Neurohypophyse ab = richtig Von Neuronen ins Blut abgegebene Substanzen = „Neurohormone“ Magnozelluläre neurosekretorische Zellen geben Oxytocin & Adiuretin (Neurohormone) in Blutstrom ab = Peptide, jeweils aus 9er Aminosäurenkette Oxytocin: „Liebeshormon“ steigt bei Sex etc., fördert soz. Bindung; bei Frauen wichtig in Geburtenendphase, bewirkt Kontraktion des Uterus während Wehen; Stimuliert Einschießen der Milch… ↑ bei jeder dieser Sachen: durch Reiz entstandene Sinnesinfo wird über Thalamus zu Großhirnrinde geleitet Cortex stimuliert Hypothalamus Oxytocinausschüttung Cortex kann auch Hemmung der hypothalam. Funktion bewirken Angst unterdrückt Milchfluss Adiuretin: antidiuretisches Hormon (ADH)/Vasopressin Reguliert Blutvolumen & Osmolarität des Blutes Bei Wassermangel: Blutvolumen nimmt ab & Salzkonzentration erhöht Druckrezeptoren des Herz-Kreislauf-Systems & Zellen des Hypothalamus registrieren Veränderungen leiten Info an adiuretinhaltige Neuronen weiter Ausschüttung von Adiuretin wirkt auf Nieren Wasserrückgewinnung & Verringerung der Harnproduktion Bei Verminderung des Blutvolumens & Blutdrucks Kommunikation zw. Gehirn & Nieren Nieren geben Renin (Enzym) in Blut ↑ Renin in Blut Kaskade biochem. Reaktionen Angiotensinogen (von Leber freigesetztes Protein) durch Renin in Angiotensin I durch Enzym zu Angiotensin II (Peptidhormon) beeinflusst Niere & Blutgefäße direkt Erhöhung des Blutdrucks 3 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 Im Blut vorhandenes Angiotensin II in subfornikalem Organ (Großhirn) erkannt Axone dieser Zellen projizieren in Hypothalamus Aktivierung der adiuretinhaltigen neurosekretorischen Zellen Aktivierung von Zellen in lateralen Bereich des Hypothalamus Durstgefühl Hypothalamus hält Homöostase aufrecht & Mittel gehen dabei über viszerale Organe hinaus Aktivierung ganzer Verhaltensweisen ❊ Hypothalamische Kontrolle der Adenohypophyse Hypophysenhinterlappen = Hirnteil Hypophysenvorderlappen = Drüse HVL synthetisiert & sondert viele versch. Hormone ab: regulieren Sekretionsaktivität anderer Drüsen im gesamten Körper Hypophysenhormone beeinflussen: Keimdrüsen, Schilddrüsen, Nebennieren, Brustdrüsen „Hauptdrüse“: durch sekretorischen Hypothalamus reguliert eig. ist Hypothalamus selbst die Hauptdrüse des endokrinen Systems HVL = durch Neuronen des periventrikulären Bereichs kontrolliert „parvozelluläre neurosekretorische Zellen“ NO Axone bis in VL kommunizieren über Blutstrom mit ihren Zielstrukturen Nervenzellen sondern hypophyseotrope Hormone in Blutgefäßsystem an Boden des 3. Ventrikels ab Winzige Blutgefäße verlaufen an Hypophysenstiel entlang, verzweigen sich am HVL Netzwerk = „hypothalamisch-hypophysärer Pfortaderkreislauf“ Hypophyseotrope Hormone, die von hypothalamischen Neuronen in Pfortaderkreislauf abgesondert werden, fließen mit Blut stromabwärts bis in HVL an Rezeptoren binden Aktivierung der Rezeptoren Hypophysenzellen sondern best. Hormone ab stellen Sekretion anderer Hormone ein Bsp.: Regulation der Nebenniere Nebenniere = 2-teilig: äußere Nebennierenrinde (adrenaler Cortex) & inneres Nebennierenmark (adrenale Medulla) Nebennierenrinde: Cortisol ins Blut mobilisiert Energiereserven des Körpers & unterdrückt Immunsystem stärkt Durchhaltevermögen Stress = guter Stimulus für Cortisol physiologischer/psychischer Stress oder positive emotionale Stimulation Parvozelluläre neurosekretorische Zellen: kontrollieren Nebennierenrinde Entscheiden, ob Reiz Stressantwort hervorruft oder nicht = in periventrikulärer Hypothalamus Setzen Peptid in Blut von Pfortaderkreislauf frei: Corticoliberin (corticotropin-releasing hormone, CRH) zu HVL regt Freisetzung von Corticotropin/adrenocorticotropes Hormon ACTH an in allgemeinen Kreislauf zu Nebennierenrinde induziert Cortisolfreisetzung in Nebenniere Cortisolkonzentration = Selbstregulation 4 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 Cortisol = Steroid (chem. Substanzen, verwandt mit Cholesterin) = lipophiles Molekül löst sich gut in Lipidmembran überschreitet leicht Blut-Hirnschranke sobald in Gehirn: interagiert mit Rezeptoren Inhibition der CRH-Ausschüttung Cortisolkonzentration steigt nicht zu hoch Ärzte: bei Prednison-Verschreibung Rückkoppelungsschleife beachten Wenn Prednison über mehrere Tage: Gehirn denkt, dass zu viel Cortisol stellt Produktion ein Abruptes Absetzen Nebenniere nicht schnell genug mit Produktion weiter Nebennierenrindeninsuffizienz Morbus Addison: Nebennierenrindeninsuffizienz = Merkmal, 1 Ursache = Degeneration der Nebenniere; Hormonersatztherapie Morbus Crushing: = Gegenteil Hypophysenfehlfunktion führt zu erhöhtem ACTH- Spiegel erhöhter Cortisolspiegel Verhaltensveränderungen = Symptom Erklärung: Neuronen mit Cortisolrezeptoren = in gesamten Hirn zu finden Cortisol überall signifikante Auswirkungen auf neuronale Aktivität Das vegetative Nervensystem Periventrikuläre Zone des Hypothalamus kontrolliert Hormoncocktail und auch: Vegetatives/autonomes Nervensystem: = Neuronennetzwerk, das das gesamte Körperinnere innerviert = automatisch, unbewusst, ohne willkürliche Kontrolle hoch koordinierte Funktionen Fight-or-Flight-Situationen: Körper reagiert, während Verstand noch nachdenkt Sympathikus: Erhöhung Herzfrequenz, Anstieg Blutdruck, Hemmung Verdauung, Glucosereserven Parasympathikus: Herzfrequenz reduziert, Blutdruck sinkt, Verdauung aktiviert, No schwitzen Viszerale Funktionen zeigen drastische Reaktionen, obwohl vlt. noch gar nicht mal bewegt Sensomotorisches System: α-Motoneuronen = schnell & präzise VS: vegetatives Nervensystem = mannigfaltig & langsam Balanciert synaptische Erregungs- und Hemmungsprozesse für Kontrolle Vegetative Schaltkreise Somatomotorische + vegetative NS zusammen = gesamter neuronaler Output des ZNS Somatomotorische System: innerviert & steuert Skelettmuskelfasern Vegetative NS: steuert alle anderen innervierten Gewebe/Organe Beide haben übergeordnete Zentren in Gehirn: Befehle über periphere efferente Neurone an Zielstrukturen außerhalb NS Unterschiede: Zellkörper somatischer peripherer Motoneuronen: in Vorderhorn v Rückenmark oder Hirnstamm 5 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 Zellkörper vegetativer efferenter Neuronen: außerhalb ZNS in autonomen Ganglien (Zellkörper) Neurone dieser Ganglien = „postganglionäre Neuronen“ Postganglionäre Neuronen werden durch präganglionäre Neuronen gesteuert ↑Zellkörper in Rückenmark/Hirnstamm ⇒ somatomotorische System: monosynaptische Bahn ⇒ Vegetative NS verwendet disynaptische Bahn ❊ Sympathikus und Parasympathikus Sympathikus & Parasympathikus arbeiten parallel, aber Leitungsbahnen unterscheiden sich in Struktur & Neurotransmittersystemen präganglionäre Axone: Sympathikus: kommen alle aus Thorakal- und Lumbalmark (mittleres Drittel des Rückenmarks) Parasympathikus: aus Hirnstamm und sakralen Rückenmark Präganglionäre Neurone: Sympathikus: in Seitenhorn des Rückenmarks senden Axone durch Vorderwurzeln dann Verschaltung mit Neurone in Ganglien des sympathischen Grenzstrangs oder Neuronen der prävertebralen Ganglien Parasympathikus: in Hirnstamm und sakralem Rückenmark Axone innerhalb Hirnnerven und Spinalnerven des sakralen Rückenmarks Parasympathische Ganglien = direkt auf/neben/in Erfolgsorganen parasympath. Präganglionäre Axone haben langen Weg Vegetative NS innerviert: Drüsen, glatte Muskulatur & Herzmuskel Sekretorische Drüsen Schweiß, Tränen, Schleim Herz und Blutgefäße Blutdruck Bronchien der Lungen Sauerstoff Verdauungs- und Stoffwechselfunktion Leber, Magen-Darm Nieren, Harnblase, Dickdarm, Mastdarm Sexuelle Reaktionen Immunsystem Normalerweise gegensätzliche physiologische Wirkungen Sympathikus: größte Aktivität bei Gefahrensituation (4 Fs: fight, flight, fright, fuck) sofortige Mobilisierung des Körpers in akuten Notsituation Parasympathikus: Verdauung, Wachstum, Immunreaktion, Energiespeicherung entspannend, langfristiges Wohlbefinden Nicht gleichzeitig stark aktiviert Herzmuskulatur & glatte Muskulatur von Verdauungstrakt von beiden innerviert Nicht alle Gewebe von beiden: Haut-Blutgefäße & Schweißdrüsen nur sympathisch, Tränen nur parasympathisch 6 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 Sexualreflexe der Männer: Erektion = Parasympathikus, Orgasmus & Ejakulation = Sympathikus Sympathische Erregung hat hemmenden Einfluss auf Erektion Impotenz & frühzeitige Ejakulation wegen Stress ❊ Das enterische Nervensystem 3. Teil des vegetativen NS = enterische NS In inneren Wänden von Speiseröhre, Magen, Darm, Bauchspeicheldrüse & Gallenblase Aus 2 Nervengeflechten: Plexus myentericus (Auerbach-Plexus) Plexus submucosus (Meissner-Plexus) Jeweils aus sensorischen, Interneuronen & autonomen Motoneuronen Kontrollieren Großteil der physiologischen Prozesse für Transport & Verdauung von Nahrung was zwischen Mund und After passiert Genauso viele Neuronen wie Rückenmark „kleines Gehirn“: arbeitet größtenteils eigenständig Sensorische Neuronen des enterischen Systems überwachen: Spannungs- und Dehnungszustand der Muskelschichten in Verdauungstrakt, chem. Status der Magen- und Darminhalte & Hormonkonzentration in Blut Infos dann von enterischen interneuronalen Schaltkreisen zu Kontrolle der Aktivität der Output-Motoneuronen verwendet beeinflussen Motilität (nicht bewusst gesteuerte Bewegungen der Körperorgane) der glatten Muskulatur, Sekretproduktion & Durchmesser der Blutgefäße Pizza in Dünndarm: Plexus myentericus stellt Schleim und Verdauungsenzyme bereit, rhythmische Muskelaktivität für Durchmischen der Enzyme mit Pizza, Erhöhung des intestinalen Blutflusses für ausreichend Flüssigkeit und Transportfähigkeit der aufgenommenen Nährstoffe in Körperregionen ≠vollständig autonom: über Axone des Sympathikus & Parasympathikus Eingangssignale aus Gehirn = zusätzliche Kontrolle, ersetzt teilweise Funktionen des enterischen Anteils ❊ Zentrale vegetative Kontrolle Hypothalamus = zentrale Kontrollinstanz für Steuerung der autonomen präganglionären Neuronen Integriert die unterschiedlichen Infos, antizipiert körperliche Bedürfnisse, stellt koordinierte neuronale & hormonale Ausgangssignale bereit Verbindungen zwischen periventrikulären Zone, Hirnstamm & Rückenmarkskerne(mit prägangl. Neuronen v. Symp. & Parasymp.) = wichtig Nucleus tractus solitarii: in Medulla, mit Hypothalamus verbunden; = wichtige Zentralstelle für autonome Kontrolle Einige auton. Funktionen auch selbstständig, wenn Hirnstamm inkl. Hypothalamus getrennt Integriert Info v inneren Organen & koordiniert Ausgangsignale zu auton. Hirnstammkerne 7 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 Neurotransmitter und Pharmakologie Vegetative NS in Vgl. zu ZNS viel einfacher Wissen = fundierter Periphere Neurone des veget. NS = außerhalb Blut-Hirn-Schranke können auf alle Wirkstoffe in Blutstrom reagieren ❊ Präganglionäre Neurotransmitter Wichtigster Transmitter der peripheren autonomen Neuronen = Acetylcholin selbe wie in motorischen Endplatten Präganglionäre Neuronen des Symp. & Parasymp. setzen Acetylcholin frei Folge: ACh bindet an spezifische Ionenkanäle: nikotinische Acetylcholin-Rezeptoren (nAChR) Erzeugung v schnellem exzitatorischen postsynaptischem Potenzial (EPSP) Auslösung von Aktionspotenzial in postganglionären Zellen ⇒ große Ähnlichkeit mit Vorgängen an neuromuskulären Endplatten Wirkstoffe, die Blockade der nAChR in Muskel auslösen, blockieren auch autonomes Ausgangssignal Ganglionäres ACh kann mehr als neuromuskuläres ACh Aktiviert zusätzlich mAChR (muscarinische Acetylcholinrezeptoren) = metabotrope Rezeptoren Bewirken Öffnen & Schließen von Ionenkanälen Sehr langsame EPSPs & IPSPs Langsame, mAChR-gekoppelte Vorgänge haben i.d.R. keine große Wirkung bis der präganglionäre Nerv wiederholt aktiviert wird Präganglionäre Axonsterminale setzen versch. kleine neuroaktive Peptide frei (NPY Neuropeptid Y und VIP vasoaktives intestinales Peptid) Treten mit G-Protein-gekoppelten Rezeptoren in Wechselwirkung lösen kleine, minutenlange EPSPs aus Peptide hauptsächlich regulative Effekte NO Aktionspotenzialauslösung, aber bewirken, dass Neurone besser auf evtl.e schnelle nikotinische Effekte reagieren Für Freisetzung dieser Neurotransmitter mehr als ein einzelnes Aktionspotenzial nötig Feuerrate der präganglionären Neuronen = wichtige Größe ↑ bestimmt Art der postganglionären Aktivität ❊ Postganglionäre Neurotransmitter Postganglionäre Zellen: Drüsensekrete, Schließmuskel… Verwenden in symp. VS parasymp. Teilen versch. Neurotransmitter postgang. parasymp. Neurone: Acetylcholin Effekte = örtlich begrenzt; nur über mAChR postgang. symp. Neurone: Noradrenalin tritt in Blutstrom ein zirkuliert weit autonome Effekte versch. Wirkstoffe = vorhersagbar Noradrenalingesteuerte Vorgänge begünstigende/muscarinische ACh-Effekte hemmende Wirkstoffe = sympathomimetisch imitieren Aktivierung des Sympathikus Bsp.: Atropin = Antagonist von mAChR typische Anzeichen für Symp.aktivierung 8 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 Muscarinische Vorgänge begünstigende Wirkstoffe = parasympathomimetisch imitieren Aktivierung des Parasympathikus Bsp.: Propranolol = Antagonist von noradrenalinspezifischen β-Rezeptoren Adrenalin: in Nebennierenmark Effekte fast identisch mit sympathischen Aktivierung Nebennierenmark = modifiziertes sympathisches Ganglion Diffuse modulatorische Systeme Bei Einschlafen: innere Befehle „ich schlafe ein“ von weiten Gehirnbereichen empfangen Verbreitung dieser Info durch Neuronen mit besonders ausgedehntem Axonennetz Mehrere Neuronengruppen zur Verfügung, jeweils best. Neurotransmitter & weite Verbindungen NO detaillierte Sinnesinfos, sondern regulatorische Funktionen & Modulation großer postsyn. Neuronenpopulationen werden mehr/weniger erregbar bzw. mehr/weniger synchron aktiv Wie Lautstärke-, Höhen- und Bassregler; Musik & Text bleibt gleich, aber Wirkung ändert sich Versch. Systeme für versch. Aspekte entscheidend: motor. Kontrolle, Erinnerung, Gemütskontrolle, Motivation… Modulationssysteme = durch viele psychoaktive Wirkstoffe beeinflusst wichtig für Theorien über biolog. Grundlagen bestimmter psychischer Störungen Anatomie und Funktionen Diffuse modulatorische Systeme unterscheiden sich in Struktur & Funktion Grundsätzliche Übereinstimmungen: Ursprungsgebiet von Systemen = relativ kleine Neuronengruppe Projektionen aus Hirnstamm hervor Jedes Neuron beeinflusst viele andere, weil über Axon Kontakt zu 100.000 postsyn. Neuronen Über Synapsen Transmittermoleküle in extrazelluläre Flüssigkeit diffundieren zu Neuronen anstatt Wirkung nur in syn. Spalt zu halten 4 versch. Modulationssysteme Aktivieren alle spezifische metabotrope Rezeptoren (G-Protein-gekoppelte Rezeptoren) = für meisten der Effekte verantwortlich Genauen Funktionen noch nicht untersucht Hängen aber von Höhe der elektrischen Aktivität & Menge an Neurotransmitter ab ❊ Der noradrenerge Locus coeruleus Noradrenalin ≠ nur bei peripherem vegetativen NS Auch von Neuronen im Pons: Locus coeruleus (blauer Ort wegen Zellpigmentierung) Jeweils 2 loci coerulei 1 pro Körperseite, jeweils 12.000 Neurone 1960er: Technik, um catecholaminerge (noradrenerge & dopaminerge) Neuronen sichtbar zu machen Axone verlassen Locus coeruleus in mehreren bahnen & fächern auf 9 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 innervieren alle Gehirnregionen: Cortex, Thalamus, Hypothalamus, Riechkolben, Kleinhirn, Mittelhirn & Rückenmark Locus coeruleus: bildet diffusesten Verbindungen in Gehirn aus Zellen: Steuerung von Aufmerksamkeit, Erregung und Schlaf-Wach-Rhythmus, Lern- & Erinnerungsvorgänge, Angst- und Schmerzgefühle, Gemütsverfassungen und Gehirnstoffwechsel Beteiligung des noradrenergen Systems an all diesen Funktionen schließt Mitwirkung anderer nicht aus = nur 1 von mehreren Randbedingungen für diese Funktionen Weitläufige Verbindungen Einfluss auf fast alle Hirnbereiche Am besten durch neue, unerwartete & nicht schmerzende Sinnesreize aktiviert Geringste Aktivität, wenn unaufmerksam, kaum bewegen & verdauen Bei interessanten Ereignissen in Außenwelt an generellen Erregung des Gehirns beteiligt Noradrenalin lässt Cortex-Neurone auf auffällige Reize reagieren vlt. Funktion Ansprechempfindlichkeit des Gehirns zu erhöhen & Infoverarbeitung in spezifischen sensorischen & motorischen Systemen zu beschleunigen ❊ Die serotonergen Raphekerne Serotoninhaltige Neurone = hauptsächlich in 9 Raphekernen Raphe = Grat/Naht Kerne liegen an Mittellinie des Hirnstamms Neurone der Kerne projizieren in versch. Gehirnregionen Caudal, in Medulla oblongata: innervieren Rückenmark modulieren Schmerzassoziiertes Rostral, in Pons & Mittelhirn: innervieren meisten Hirnregionen Feuern am schnellsten bei Wachsamkeit; geringste Aktivität im Schlaf Klassisches aufsteigendes retikuläres Aktivierungssystem bringt Kerngebiete der Formatio reticularis mit Arousal & Vigilanz in Verbindung Eng mit Schlaf-Wach-Rhythmus & versch. Schlafstadien verbunden Auch andere Transmittersysteme damit verbunden Rapheneuronen mit Gemütszustandskontrolle und emotionalen Verhaltensweisen in Zsmhang ❊ Die dopaminerge Substantia nigra und die Area tegmentalis ventralis Jahrelang geglaubt, dass Dopamin nur metabolische Vorstufe von Noradrenalin 1960er: auch wichtiger Neurotransmitter in ZNS Dopaminhaltige Neurone in gesamten ZNS 2 eng verbundene dopaminerge Zellgruppen weisen typische Merkmale von diffusen Modulationssystemen auf 1: aus Substantia nigra des Mittelhirns senden Axone zu Striatum wirken förderlich auf Aktivierung willkürlicher Bewegungen Degeneration von dopaminhaltigen Zellen innerhalb Substantia nigra Morbus Parkinson 2: Ursprung in Area tegmentalis ventralis (Mittelhirn, Nahe Substantia nigra) Axone innervieren frontalen Cortex & Teile des limbischen Systems 10 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 Von Mittelhirn ausgehende dopaminerge Projektion = „mesocorticolimbisches Dopaminsystem“ Versch. Funktionen: Belohnungssystem… ❊ Die cholinergen Zellkomplexe des Hirnstamms und basalen Vorderhirns ACh = Transmitter an motorischen Endplatte, an Syn. autonomer Ganglien, an postgang. parasymp. Synapsen Cholinerge Interneuronen auch in Hirn Zusätzlich 2 bedeutende diffuse cholinerge Modulationssysteme in ZNS 1: in basalem Vorderhirn cholinerge Neuronen an Basis des Großhirns in mehreren Kernen medial & ventral an Basalganglien am besten untersucht: mediale Septumkerne für cholinerge Innervation des Hippocampus zuständig nucleus basalis größter Teil der cholinergen Neocortexinnervation Funktion ≠ vollständig verstanden Interesse durch Beteiligung an Alzheimer geweckt Cholinerge System =mit Regulation der generellen Erregbarkeit des Gehirns in aktiven Phasen & Wach-Schlaf-Rhythmus in Verbindung gebracht Basale Vorderhirn: bei Lern- und Erinnerungsprozessen 2: pontomesencephalotegmentaler Komplex Cholinerge Zellen in Pons & Tegmentum des Mittelhirns Wirkt v.a. auf Thalamus zusammen mit noradrenergen und serotonergen Systemen Steuerung der Erregbarkeit Projizieren auch zu Großhirn cholinerge Verbindung zw. Stammhirn & basalen Vorderhirnkomplexen Pharmakologische Beeinflussung modulatorischer Systeme Psychoaktive Drogen wirken auf ZNS durch Beeinträchtigung der chem. Übertragungsvorgänge an Synapsen Viele Drogen beeinflussen direkt Modulationssysteme; v.a. noradrenerge, dopaminerge & serotonerge ❊ Halluzinogene Schon vor 1000en Jahren In einigen Pflanzen: Psilocybe-Pilze & Peyote-Kaktus Neue Ära durch LSD (Lysergsäurediethylamid) Psychiater LSD für Erschließung des Unterbewusstseins geistig gestörter Patienten Außerordentlich wirksam: bereits 25 μg reichen für Wirkung LSD beeinflusst Verhalten zu traumähnlichem Zustand, Bewusstseinsschärfung für Sinnesreize Häufig Vermischung von Wahrnehmungen Bilder als Geräusche und umgekehrt 11 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 Chem. Struktur: ähnlich Serotonin LSD wirkt auf serotonerge System = Agonist an präsyn. Serotoninrezeptoren in Raphekernen Aktivierung führt zu Minderung der Feuerrate Aspekt der LSD-Wirkung = Reduktion der Aktivität des serotonergen Modulationssystems Verminderte Raphekernaktivität = bei Traumschlaf LSD Halluzinationen durch Stoppen von Serotoninsystemen? Bei Stilllegen von Raphekernen ohne LSD nicht gleicher Effekt Auch ohne Raphekerne normale Antwort auf LSD Aktueller Stand: Halluzinationen durch Außerkraftsetzung von serotonergen Modulation in Cortexregionen, wo normalerweise Wahrnehmungseindrücke erzeugt & interpretiert ❊ Stimulanzien VS Unsicherheiten bei LSD & Serotonin: Klar, dass Kokain & Amphetamin über Synapsen der dopaminergen & noradrenergen Systeme wirken Gesteigerte Wachheit, Selbstwertgefühl, Heiterkeit, Euphorie, weniger Hunger Beide sympathomimetisch imitieren Sympathikusaktivierung Kokain: aus Kokapflanze, Andenindianer, 1960er Boom Amphetamine: chemisch synthetisiert, bis 2. WK kaum, dann Soldaten, Gebrauchsvorschriften verschärft, sobald Abhängigkeitspotenzial & Gefahr bei großen Dosen Neurotransmitter Dopamin & Noradrenalin wegen chem. Struktur „Catecholamine“ Aktivitäten der Catecholamine in syn. Spalt normalerweise durch spez. Wideraufnahme beendet Kokain & Amphetamin hemmen diese Wiederaufnahme Kokain v.a. Dopamin-Wiederaufnahme Amphetamin blockiert Dopamin- und Noradrenalin-Wiederaufnahme UND stimuliert Dopaminfreisetzung Drogen verlängern & verstärken Effekte von Dopamin- & Noradrenalinausschüttung ⇒ so anregende Wirkung? Gute Gründe für Annahme Kokain & Amphetamin bewirken auch beide eine weitere heimtückische Verhaltensänderung Abhängigkeit Effekte von durch Drogenkonsum erhöhten Übertragungsrate innerhalb des mesocorticolimbischen Dopaminsystems ableiten System übernimmt normalerweise Funktion, Anpassungsverhalten zu stärken Durch Drogen wird System kurzgeschlossen verstärkt Sucht Abschließende Bemerkungen 3 Komponenten von NS mit großer Reichweite: sekretorische Hypothalamus & vegetative NS kommunizieren mit Zielzellen im ges. Körper Diffusen Modulationssysteme kommunizieren mit Neuronen in vielen Gehirnregionen Außerdem lange Dauer der Effekte (Minuten bis Stunden) Kennzeichnend auch chem. Neurotransmitter 12 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 Oft definiert Transmitter das System in Peripherie: noradrenerg & sympathisch Synonyme Raphe und Serotonin = Synonym in Vorderhirn Substantia nigra und Dopamin = Synonym in Basalganglien Chem. Eigenheiten erlauben Interpretation bezügl. Effekte von Pharmaka auf Verhalten gute Vorstellung davon, wo Drogen anregenden Effekt haben In Detail jedes System eigene Funktionen, aber grob: alle an Homöostase des Gehirns beteiligt regulieren innerhalb best. physiologischen Bereichs versch. Prozesse 13 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 16 Motivation Einführung Versch. Formen motorischer Antworten: unbewusste Reflexe = unterste Ebene; bewusste Bewegungen = höchste Ebene Willkürbewegungen = wegen Motivation (um Bedürfnis zu befriedigen): Abstrakt (segeln gehen) oder konkret (Klo) Motivation = Triebkraft für Verhalten Vgl. Triebkraft, damit Na+-Ionen Nervenmembran durchqueren Triebkraft alleine entscheidet nicht, ob Stromfluss: benötigt Ionenkanäle Menschl. Verhalten nicht in so einfache Formel wie Ohm`sche Gesetz, aber wichtig: Wahrscheinlichkeit & Richtung eines Verhaltens variiert mir Stärke des Antriebs dafür Motivation garantiert Auftreten aber nicht !Steuerung der Expression versch. motivierter Handlungen = wichtiger Aspekt bei Kontrolle von Verhalten! Hypothalamus, Homöostase und motiviertes Verhalten Homöostase: Prozesse der Konstanthaltung des inneren Milieus Hypothalamus = Schlüsselrolle Hypothalamische Regulation beginnt mit sensor. Transduktion Parameter werden gemessen Abweichungen von Neuronen in periventrikulären Zone des Hypothalamus registriert generieren Antwort Parameter auf Optimalwert zurück 3 Komponenten: Humorale Antwort: Freisetzung von Hypophysenhormon in Blutstrom fördern/hemmen Viszeromotorische Antwort: Anpassung von Gleichgewicht zwischen sympathischen & parasympathischen Ausgangssignalen Somatomotorische Antwort: Einleiten geeigneter somatomotorischer Verhaltensreaktionen Humoral & viszeromotor. = automatisch; Motivierte Verhaltensweisen durch Aktivität im lateralen Hypothalamus Langzeitregulierung der Nahrungsaufnahme Kurze Sauerstoffunterbrechung schwere Hirnschäden & Tod Bedarf an Glucose als Nahrung fürs Gehirn genauso hoch paar Minuten ohne Bewusstlosigkeit Umwelt = gute Sauerstoffquelle, Nahrungsnachschub ≠ gewiss innere Regulationsmechanismen, um Energie zu speichern Grund für Essensmotivation: Reserven hochhalten, damit NO Energieknappheit Energiegleichgewicht Energiereserven während & nach Mahlzeit aufgefüllt 14 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 digestive Phase: Blut mit Nährstoffen angereichert Energie in 2 Formen gespeichert: Glykogen & Triglyceride Glykogenreserven: begrenzte Speicherkapazität, Leber, Skelettmuskulatur Triglyceridreserven: in adipösen Gewebe, unbegrenzte Speicherkapazität Aufbau von Makromolekülen Glykogen und Triglycerin aus einfachen Vorläufermolekülen bezeichnet man als Anabolismus Interdigestive Phase: zwischen Mahlzeiten Abbau der Glykogen- und Triglyceridvorräte kontinuierliche Versorgung des Körpers mit Molekülen, die Energielieferanten für zellulären Stoffwechsel sind Abbau von Makromolekülen = Katabolismus Gegenteil von Anabolismus System = im Gleichgewicht, wenn Energiereserven genauso rasch gefüllt wie erschöpft Wenn Aufnahme > Verbrauch: Fettanteil nimmt zu Übergewicht & Adipositas Wenn Aufnahme < Bedarf: ↓ Fettgewebe Untergewicht & Verhungern Für Gleichgewicht nötig, dass Nahrungsaufnahme reguliert werden kann Zahlreiche regulatorische Mechanismen Einige, um Fettreserven langfristig aufrecht zu erhalten, andere kurzfristiger regulieren Umfang & Häufigkeit von Mahlzeiten Hormonelle und hypothalamische Regulierung von Körperfett und Nahrungsaufnahme Nahrungsaufnahme = angeregt, wenn Hypothalamusneurone Spiegelsenkung von Fettzellenhormon feststellen Neurone, die Essverhalten auslösen = in lateralen Hypothalamus ❊ Körperfett und Nahrungsaufnahme Ratte durch Kohlenhydratentzug zu Abnehmen bringen, sobald freien Futterzugang aber wieder so lange mehr, bis wieder ursprüngliches Gewicht Masttiere: essen weniger, sobald Möglichkeit, bis Fettniveau normal = Mechanismus zu Erhalt der Energiehomöostase 1953: erstmals Idee, dass Gehirn Körperfettmenge überwacht und Energiespeicher gegen Störungen verteidigt lipostatische Hypothese Beziehung zwischen Körperfett und Nahrungsaufnahme spricht für Kommunikation zwischen Fettgewebe & Gehirn hormonelles Signal über Blutstrom? Untersuchung an genetisch übergewichtigen Mäusen: DNA fehlt 2 Kopien von ob Vermutung; ob-Gen kodiert Hormon, das mitteilt, dass Fettreserven normal sind bei ob/ob-Mäusen falsche Annahme, dass Fettreserven erschöpft abnorm starke Fressmotivation Parabioseexperiment: Parabiose = langfristige anatomische & physiologische Vereinigung 2er Lebewesen gemeinsame Blutversorgung ⇒ Fresslust & Übergewicht ging stark zurück, wenn mit normalen Mäusen vereinigt ⇒ Suche nach ob-Gen kodierendem Protein: Leptin 15 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 = von Fettzellen ausgeschüttet, reguliert Körpermasse wirkt direkt auf Hypothalamusneuronen, die Appetit verringern & Energieumsatz erhöhen Niedriger Leptinspiegel bekämpft Untergewicht ❊ Hypothalamus & Nahrungsaufnahme 1940: kleine beidseitige Läsionen des Hypothalamus Auswirkungen auf Fressverhalten Bilaterale Läsionen von lateralen Hypothalamus Magersucht (laterales hypothalamisches Syndrom) Läsionen des ventromedialen Hypothalamus Überfressen (ventromediales hypothalamisches Syndrom) These: laterale Hypothalamus = Hungerzentrum Gegenspieler des Sättigungszentrums im ventromed. Hypothalamus Läsionen in lateralen Hypothalamus bringen System aus Gleichgewicht Zerstörung lateral: Tiere fühlen sich satt & fressen nicht Zerstörung ventromedial: ständig hungrig ⇒ Zwei-Zentrum-Modell jedoch zu einfach Essverhalten hat mit Leptin-Wirkung zu tun ❊ Auswirkungen eines hohen Leptinspiegels Reaktionen auf erhöhten Leptinspiegel nach erzwungener Mast: Zirkulierende Leptinmoleküle von Fettzellen in Blut entlassen aktivieren Leptinrezeptoren an Neuronen in Nucleus arcuatus (Hypothalamus, Nähe der 3.Ventrikelbasis) ↑ = durch best. Peptidneurotransmitter gekennzeichnet: αMSH & CART Konzentration von Peptid verändert sich proportional zu Leptinkonzentration in Blut [Abkürzungen: Peptide nach 1. Funktion benannt, verwirrend, wenn weiter Funktionen entdeckt; αMSH = α-Melanocyten-stimulierendes Hormon, CART = cocaine- and amphetamine-regulated transcript] Körperreaktion auf exzessives Übergewicht, hohen Leptinspiegel & Aktivierung auf α- MSH/CART-Neuronen: Humorale Antwort: erhöhte Sekretion von TSH & ACTH wirken auf Schilddrüse & Nebennieren kurbeln Stoffwechselrate in ganzen Körper an Viszeromotorische Antwort: Erhöhung des Sympathikustonus Steigerung des Stoffwechsels (erhöhte Körpertemperatur) Somatomotorische Antwort: Senkung Nahrungsaufnahme αMSH- & CART-Neurone senden Axone in NS-Regionen, die Antworten steuern Humorale Antwort durch Aktivierung von αMSH/CART-Neuronen in Nucleus paraventricularis (Hypothalamus; bewirkt TSH- und ACTH-Ausschüttung aus HVL) ↑ kontrolliert Sympathikus durch direkte axonale Projektion zu Hirnstamm & prägang. Neuronen in Rückenmark Aber auch direkte Bahn für Sympathikuskontrolle durch nucleus arcuatus: αMSH/CART- Neurone senden selbst Axone Nahrungsaufnahme wird über Verbindungen von Neuronen des Nucl. Arcuatus mit lateralen Hypothalamus gehemmt 16 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 Injektion von αMSH oder CART ahmt Antwort auf erhöhten Leptinspiegel nach „anorexigene Peptide“ Senken Appetit Substanzen, die Wirkung blockieren, erhöhen Appetit ⇒ αMSH und CART sind normalerweise an Regulation des Energiegleichgewichts beteiligt = gehirneigene Appetitzügler ❊ Auswirkungen eines niedrigen Leptinspiegels Sinkender Leptinspiegel stellt Reaktionen ab, die αMSH und CART-Neurone vermitteln + Aktiviert weiteren Neuronentyp in Nucleus arcuatus: enthalten eigene Peptidmischung: NPY (Neuropeptid Y) & AgRP (agouti-related peptide) stehen mit Nucl. Paraventricularis & lateralen Hypothalamus in Verbindung Effekte: entgegengesetzt zu αMSH und CART hemmen Freisetzung von TSH und ACTH aktivieren Parasympathikus regen Nahrungsaufnahme an „orexigene Peptide“ AgRP & αMSH = Antagonisten beide binden an MC4-Rezeptor an postsyn. Neuronen in lateralen Hypothalamus αMSH Agonist, AgRP Antagonist (blockiert Stimulation) Aktivierung von MC4-Rezeptoren hemmt Nahrungsaufnahmen, Blockierung fördert ❊ Kontrolle durch die Area hypothalamica lateralis Laterale Hypothalamus offenbar Rolle bei Essensmotivation NO wohldefinierte Kerne unspezifischen Namen Area hypothalamica lateralis 1. Hinweis für Beteiligung an Essensmotivation: Läsion führt zu Essenseinstellung 2. elektrische Reizung löst auch bei satten Tieren Fressverhalten aus gültig für alle Säuger Befundinterpretation = schwierig Problem: Läsion & elektrische Reizung beeinflusst auch viele andere axonale Bahnen, die durch lateralen Hypothalamus gehen Beweise, dass Neurone in lateralen Hypothalamus und Axone, die durch lateralen Hypothalamus durchziehen, zur Nahrungsmotivation beitragen Neuronengruppe in lat. Hypothalamus erhält direkte Eingänge von leptinempfindlichen Zellen in Nucl. Arcuatus Hat Peptidneurotransmitter: MCH (melanin-konzentriertes Hormon) Bilden weit divergierende Verbindungen inkl. Direkte Projektion in Cortexareale Cortex = wichtig für Planung & Initiierung zielgerichteter Handlungen MCH-System hat günstige Lage, um Cortex über Leptinspiegel zu informieren wesentlich für Motivation zu Nahrungssuche 17 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 MCH-Injektion: fördert Nahrungsaufnahme Mäuse ohne MCH: fressen weniger, höhere Stoffwechselrate 2. Neuronenpopulation in lat. Hypothalamus: große cortikale Projektion Weiteres Peptid: Orexin/Hypocretin Direkten Input von Nucl. arcuatus; = orexigenes Peptid fördert Aufnahme Leptinspiegel sinkt MCH- und Orexin-Spiegel steigen ≠ redundant, sondern komplementäre Funktionen Orexin: fördert Nahrungsaufnahme; wichtig bei Regulation von Wachzustand MCH: verlängert Nahrungsaufnahme Genmutation, die Orexin-Signalgebung deaktiviert Gewichtsverlust & Schläfrigkeit Schlaflosigkeit & Adipositas oft zusammen Orexin Zusammenfassung der Reaktionen von Hypothalamus auf Leptinspiegel in Blut: Anstieg αMCH und CART Anstieg Aktivierung von MC4-Rezeptoren, Hemmung Nahrungsaufnahme, Steigerung Stoffwechselaktivität Absinken Anstieg NPY und AgRP, MCH und Orexin Anregung Nahrungsaufnahme, Senkung Stoffwechselaktivität Kurzzeitregulierung der Nahrungsaufnahme Leptinabhängige Regulation der Tendenz zu Nahrungssuche und -konsum = wichtig, aber nicht alles Motivation hängt von Zeitraum seit und Größe von letzten Mahlzeit ab Motivation hängt während Mahlzeit von Menge bereits verzehrten Essens ab = kurzfristige Regulierung von Nahrungsaufnahme Essenstrieb schwankt recht langsam mit Ansteigen/Absinken des Leptinspiegels ↑ durch orexigene Signale gefördert & Sättigungssignale gehemmt Sättigungssignale beenden Mahlzeit & hemmen für best. Zeit weitere Nehrungsaufnahme Interdigestive Phase: Sättigungssignale langsam schwächer & orexigene Signale stärker, bis wieder Nahrungsaufnahmetrieb Appetit, Essen, Verdauung und Sättigung Frühstücksteller füllen und essen bis satt: 3 Phasen 1. Cephale Phase: Anblick & Geruch löst physiologische Prozesse aus; parasymp. & enterische Teil von vegetativen NS aktiviert Wasser im Mund & Verdauungsenzyme in Magen 2. Gastrische Phase: Reaktionen nehmen an Stärke zu kauen, schlucken, Magen füllen 3. Intestinale Phase: Magen gefüllt, teils verdautes Essen geht in Darm Nährstoffe werden resorbiert ins Blut Bei Durchlaufen der Phase: Signale, die zu Frühstück motiviert haben, durch Signale ersetzt, die Frühstück beenden ❊ Ghrelin Beginnt, weil hungrig Bis kurz: Hunger = Abwesenheit von Sättigung 18 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 1999: Entdeckung Peptid Ghrelin Fördert Ausschüttung von STH (Wachstumshormon) + in Magen in hoher Konzentration ins Blut freigesetzt, wenn Magen leer Intravenös Ghrelin ↑ Appetit ↑ Nahrungsaufnahme durch Aktivierung von NPY und AgRP ❊ Magendehnung = starkes Sättigungssignal Magenwände = mit mechanosensorischen Axonen ausgestattet verlaufen im Vagusnerv zum Gehirn sensorische Axone von Nervus Vagus aktivieren Neurone in Nucleus tractus solitarii hemmen Nahrungsaufnahme Nucl. tractus solitarii: Abschnitt = Nucleus gustatorius Bedeutendes Kontrollzentrum des vegetativen NS Erhält viszerale sensorische Eingänge von Vagusnerv = wichtiges Integrationszentrum für Kontrolle von Nahrungsaufnahme und Stoffwechsel Sättigungsgefühl von vollem Magen kann lange verzögert werden, wenn das, was man isst, sehr schmackhaft ist ❊ Cholecystokinin 1970er: Verabreichung von Cholecystokinin CCK Senkung von Häufigkeit und Menge der Nahrungsaufnahme Von endokrinen Zellen der Dünndarmschleimhaut & von Neuronen des enterischen NS gebildet Ausschüttung als Antwort auf Stimulation v Verdauungstrakt durch fettreiche Nahrungsmittel Hauptwirkung auf sensorische Axone in Vagusnerv Wirkt synergetisch mit Magendehnung & hemmt Nahrungsaufnahme ❊ Insulin Von β-Zellen der Bauchspeicheldrüse in Blutstrom = lebenswichtig Glucose wird jederzeit von Neuronen aufgenommen, aber Transport benötigt Insulin! Insulin = für anabolen & katabolen Stoffwechsel wichtig Anabol: Glucose für Speicherung In Leber, Skelettmuskulatur & Fettgewebe Katabol: Glucose aus Speicherstätten freigesetzt, von anderen Zellen als Brennstoff Glucosespiegel wird in Blut von Insulinspiegel streng reguliert ⇒ Blutzucker erhöht, wenn Insulin niedrig; Blutzucker fällt, wenn Insulin hoch; Vom Pankreas freigesetzt Kontrolle: 1. cephale Phase: parasymp. Innervation regt über Vagusnerv β-Zellen in Pankreas zu Insulinausschüttung an Blutzucker sinkt Gehirn registriert Verstärkt Appetit 2. gastrische Phase: Nahrung in Magen Insulinausschüttung durch CCK & weitere gastrointernale Hormone angeregt 3. intestinale Phase: Nahrung in Darm resorbiert Blutzucker steigt an Insulinausschüttung auf Maximum ⇒ wichtigste Stimulus = erhöhter Glucosespiegel 19 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 Insulinanstieg mit hohem Glucosespiegel = Sättigungssignal Aufhören zu essen Andere Sättigungssignale wirken über Nervus Vagus; Insulin über Blut direkt auf Nucl. arcuatus und Kerne in ventromed. Hypothalamus zur Hemmung Insulin reguliert ähnlich wie Leptin Nahrungsaufnahme Warum essen wir? Psychologische Bedeutung von Essensmotivation Man isst, weil man Essen mag hedonistischer Aspekt von Essensmotivation + weil Hunger & Körper nach Nahrung verlangt Triebabbau: Befriedigung eines heftigen Verlangens Mögen & Verlangen = 2 sinnvolle Aspekte von gleichem Prozess, aber von getrennten Schaltkreisen in Hirn vermittelt Verstärkung und Belohnung 1950er: Elektroden in Rattenhirn für Untersuchung von Wirkung von elektr. Hirnstimulation auf Tierverhalten Hebel, dann Impuls Ratten wiederholt betätigt, um sich elektrisch zu stimulieren elektr. Selbststimulation Vergaßen Essen & Trinken so lange, bis zusammenbrachen Elektr. Selbststimulation stellte Belohnung dar verstärkte Verhalten von Hebelbetätigung ⇒ Identifikation von Hirnregionen, die verstärkend wirken Effizientesten Orte: längs Bahnen der Dopaminergen Axone, die von ventr. tegmentalen Area VTA durch lat. Hypothalamus in mehrere Vorderhirnregionen ziehen Tiere sind bemüht, Dopaminausschüttung anzuregen Tiere drücken Hebel, um Amphetamininjektion zu erhalten (setzt Dopamin frei) ↑ spricht für Mechanismus, durch den natürliche Belohnungen Verhalten verstärken Dopamin und Motivation Lange Vorstellung: Dopaminerge Projektion von VTA zu basalen Vorderhirn dient hedonistischer Belohnung Dopaminausschüttung als Antwort auf schmackhafte Nahrung Motivation nach schmackhafter Nahrung zu suchen NO: Zerstörung dopaminerger Axone schwächt hedonistische Antwort nicht, auch wenn Tiere aufhören zu fressen; wenn aber essen auf Zunge gelegt, Reaktion als angenehme Empfindung Tier mag Nahrung noch, hat aber kein Verlangen danach ⇒ Motivation fehlt, obwohl Nahrung noch schmeckt! Reizung von dopaminergen Axonen löst heftiges Verlangen aus, aber hedonistische Wirkung wird nicht verstärkt Zusammenhang mit Sucht: kein Zufall, dass suchterzeugendsten Drogen direkt auf dopaminerge Synapsen wirken Beeinflussung von Verhalten durch Dopamin-Signalgebung: Affe nach Licht Saft bevor Affe lernt, dass Licht Saft ankündigt: Dopaminerge Neuronen reagieren nicht auf Licht; nur aktiv, wenn Saft 20 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 Wiederholte Paarung von Licht & Saft dopaminerge Neuronen ändern Feuermuster: reagieren kurz bei Licht, keine Reaktion auf Saft Wenn nach Licht kein Saft: nahm Feuerrate zu Zeitpunkt, wo eig. Saft, ab ⇒ These: Aktivität der dopaminergen Neuronen signalisiert Fehler bei Belohnungserwartung: Ereignis „besser als erwartet“ Aktivierung dopa. Neuronen „schlechter als erwartet“ Hemmung nicht wiederholt, anderen beiden schon „wie erwartet“ konstante Feuerrate, auch wenn trotzdem hedonistisch Menschen genauso gelernt, dass Geruch & Anblick von Toast Frühstück ankündigt = integraler Bestandteil der cephalen Vorbereitung auf Verdauung: Dopamin = wichtig für diese Lernvorgänge Syn. Verbindungen, die bei/vor Dopaminanstieg aktiv sind, werden verändert zur Erinnerungsspeicherung = normalerweise vorteilhaft, aber bei suchterzeugenden Drogen abnorm verstärkt wirken aufs zentrale dopaminerge System Serotonin, Nahrung und Stimmung Stimmung & Nahrung = verknüpft Kontrolle von Stimmung: Serotonin Bindeglied Serotoninmessungen in Hypothalamus: in interdigestiven Phase niedrig Anstieg in Erwartung von Nahrung Maximum während Mahlzeit Serotonin kommt von Aminosäure Tryptophan wird mit Nahrung aufgenommen Tryptophanspiegel schwankt mit Kohlenhydratmenge Anstieg Tryptophan im Blut Anstieg Serotonin im Gehirn Erklärung für Stimmungshebung bei Keksen Besonders während Stressperioden viele Menschen Stress Gewichtszunahme Medikamente, die Serotoninspiegel heben = Appetitzügler (Bsp.: Dexfenfluramin gegen Fettsucht) Anomalien in Serotoninregulation = 1 Faktor für Essstörungen Anorexia nervosa: Bewusste Aufrechterhaltung v niedrigem Körpergewicht Bulimia nervosa: Fressanfälle, Erbrechen deutliche Verbindung zu Serotonin Gehen mit Depression einher (Stimmungsbeeinträchtigung) Verbindung mit niedrigem Serotoninspiegel Niedriger Serotoninspiegel verringert Stimmung & Sättigungsgefühl Antidepressiva heben Serotonin auch gegen Bulimie einsetzen Andere motivierte Verhaltensweisen Essen = detailliertes Bild zu Einfluss von Hirnmechanismen auf Verhalten Andere Systeme für Motivation anderer Verhaltensweisen: Physiologische Signale auch durch Hypothalamus analysiert, humorale und viszeromotorische Antworten durch periventrikulären & medialen Hypothalamus eingeleitet, Verhaltensreaktionen durch lat. Hypothalamus 21 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 Trinken 2 versch. physiologische Signale regen zu trinken an 1. Abnahme des Blutvolumens: Hypovolämie 2. Zunahme von gelösten Substanzen in Blut: Hyperosmolarität versch. Mechanismen Hypovolämie hypovolämischer Durst: Adiuretin wirkt auf Nieren hält Wasser zurück & hemmt Urinproduktion Adiuretinausschüttung im Zusammenhang mit hypovolämischen Durst wird durch 2 Faktoren ausgelöst: a. Reaktion auf verringerte Durchblutung der Nieren: Anstieg des Angiotensin-II-Spiegel wirkt auf Neuronen des Subfornikalorgans im Großhirn Anregung der magnozellulären neurosekretorischen Zellen des Hypothalamus zu Adiuretinfreisetzung b. Mechanorezeptoren in Wänden von Herz & großen Blutgefäßen signalisieren Blutdruckverlust, der zu Rückgang von Blutvolume führt Info über Vagusnerv und Nucleus tractus solitarii zu Hypothalamus ↑ humorale Antwort Verringerte Blutvolumen aktiviert Sympathikus wirkt Absinken des Blutvolumens durch Arteriolenverengung entgegen motiviert nach Wasser zu suchen Annahme: lat. Hypothalamus auch hier relevant Hyperosmolarität von Neuronen in Organum vasculosum laminae terminalis OVLT registriert (hat NO Blut-Hirn-Schranke) Wenn Blut hypertonisch: Wasser durch Osmose aus Zellen raus Wasserverlust von OVLT in Änderung von Aktionspotenzialfrequenz umgesetzt OVLT-Neurone: i. erregen magnozelluläre neurosekretorische Zellen direkt sezernieren Adiuretin ii. stimulieren osmotischen Durst = Motivation zu trinken, wenn man dehydriert Läsionen von OVLT: humorale und verhaltensphysiologische Antworten auf Dehydrierung kommen zu Erliegen Motivation zu trinken & Adiuretinsekretion aus Hypothalamus = Hand in Hand Selektiver Verlust der adiuretinsezernierender Neuronen in Hypothalamus Diabetes insipidus Körper arbeitet gegen das Gehirn Adiuretinmangel Nieren scheiden zu viel Wasser aus Blut in Urin ab Entwässerung Starke Motivation zu Trinken Wasser, das aus Darm resorbiert wird, geht über Nieren in Urin extremer Durst mit Ausscheidung von viel blassem, wässrigen Urin Behandlung durch Ersetzen fehlenden Adiuretins Temperaturregulation Jeder hat Motivation mit der Umgebung in Austausch zu treten, um eigene Körpertemperatur konstant zu halten 22 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 Notwendig, weil Zellen auf 37°C abgestimmt Abweichungen beeinträchtigen Funktion In Rückenmark & Gehirn Neuronen, die wegen Temperaturschwankungen Feuerrate verändern Wichtigsten Neuronen für Temperaturhomöostase: in vorderen Hypothalamus Passen Aktionspotenzialfrequenz den Bluttemperaturänderungen an Neuronen in der Regio praeoptica (Hypothalamus) leiten humorale und viszeromotorische Reaktionen; von Neuronen in Area hypothalamica lateralis werden Verhaltensreaktionen ausgelöst Läsionen: schalten komplexe Antworten selektiv aus Kälteempfindliche Neurone des anterioren Hypothalamus registrieren Temperaturabsinken Antwort: HVL schüttet Thyreotropin TSH aus stimuliert Thyroxinfreisetzung Anstieg des zellulären Stoffwechsels Viszeromotorische Reaktion: verengte Blutgefäße in Haut & Gänsehaut Somatomotorische Reaktion: Zittern & Wärme suchen Wärmempfindliche Neurone in anterioren Hypothalamus registrieren Temperaturanstieg Verringerung der TSH-Ausschüttung Verlangsamter Stoffwechsel Blut in Körperperipherie, um Wärme abzugeben Schatten aufsuchen Hecheln bei manchen Säugern/ Schwitzen bei Menschen Starke parallelen zwischen hypothalamischen Kontrolle von Energiebalance, Wasserbalance & Temperatur Spezialisierte Neurone registrieren Abweichungen Hypothalamus steuert Antworten Stets physiologische Anpassungen & best. typische Verhaltensweisen Abschließende Bemerkungen Hier: Warum? Essen wir, trinken wir… Konkrete Antwort auf WIE: Ausschüttung von ACh an neuromuskulären Endplatte Konkrete Antwort auf WARUM: (trinkt) Angiotensin-II-Spiegel steigt wegen verminderten Nierendurchblutung Konvergenz von WIE und WARUM noch nicht so viel bekannt 23 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 Humorale Faktoren starken Einfluss auf Wahrscheinlichkeit bestimmter Verhaltensweisen, aber großer Triumph menschlicher Evolution = Fähigkeit, kognitive cortikale Kontrolle über die primitiven Instinkte auszuüben Nicht nur rationale Überlegungen: Selbsterhaltungstrieb, Vererbung, Ängste, Ambitionen, Geschichte… 24 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 17 Männliches und weibliches Gehirn Einführung NO Sex NO Fortpflanzung NO Artenüberleben ⇒ Fortpflanzungstrieb‼ Fortpflanzung & Nahrungsaufnahme = überlebenswichtig nicht nur durch bewusstes Denken, sondern durch subcortikale Strukturen reguliert Großhirnrinde steuert gedankliche Kontrolle bei Sexual- und Fortpflanzungsverhalten bei Männern und Frauen unterschiedlich Gehirne auch? Betreffen Unterschiede nur Fortpflanzung oder auch allgemeines Verhalten & Kognition Ursprung der Unterschiede: geerbte Gene von Eltern Produktion von Sexualhormonen, wirken auf sexuelle Differenzierung, Physiologie & Sexualverhalten Fortpflanzungsorgane ≠ NS-Teil, aber durch Hirn aktiviert Hypothalamus setzt Hormone aus HVL frei regulieren Sekretion von Sexualhormonen aus Eierstöcken und Hoden Sexualhormone wirken auf menschl. Körper & auf Gehirn beeinflussen Widerstandsfähigkeit gegen bestimmte neurologische Erkrankungen Das Geschlecht = männlich VS weiblich WHO: = biologischer Status, der durch Geschlechtschromosomen, Hormone & Körperanatomie beeinflusst Kulturell: best. Verhaltensweisen & Eigenschaften werden mit Geschlechtern assoziiert Erwartungen/Verhalten biologische oder gesellschaftliche Ursachen? Kulturelle Auswirkungen auf Geschlecht bereits bei Geburt Machen viele Annahmen, um jemandes Geschlecht zu identifizieren Geschlechtsspezifische Verhaltensweisen = Selbstwahrnehmung ⬌ Erziehung ⬌ Lebenserfahrungen ⬌ gesell. Erwartungen ⬌ Genetik ⬌ Hormone ⇒ in Beziehung mit Geschlechtsidentität Genetische Grundlagen des Geschlechts DNA in Zellkern jeder Zelle = genetischen Code einer Person DNA = verteilt auf 46 Chromosomen 23 Vater, 23 Mutter Jeder hat 2 Versionen von Chromosomen 1-22 nummeriert nach abnehmender Größe Ausnahme: Geschlechtschromosomen X Y 44 Autosomen, 2 Geschlechtschromosomen Frauen XX (eines pro Elternteil), Männer XY (X Mutter, Y Vater) = Genotyp Genotyp = genetische Geschlecht Geschlecht durch Beitrag von Vater bestimmt DNA-Moleküle, aus denen die Chromosomen sind = größte bekannte Moleküle Enthalten Gene = Grundeinheiten der Erbinfo Abschnitt der DNA, der ein Gen bildet, enthält Info für Synthese eines best. Proteins Genom = 25.000 Gene 25 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 X-Chromosom > Y X ca. 800 Gene, Y nur 50 XY-Genotyp kann schlimme Folgen haben: wenn bei Frauen ein X defekt, kein Problem, solange andere normal; bei Männern hingegen jeder Defekt auf X-Chromosom Entwicklungsstörungen X-Chromosom-gebundene/X-chromosomal vererbte Krankheiten Gibt viele: Rot-Grün-Schwäche, Hämophilie, Muskeldystrophie Typ Duchenne Y-Chromosom umfasst weniger Gene weniger Funktionen Wichtigste für Geschlechtsbestimmung: Y-Chromosom enthält SRY-Gen sex-determining region of the Y chromosome codiert Protein TDF (testis-determining factor) ⇒ Menschen mit Y-Chromosom und SRY-Gen entwickeln sich männlich, ohne: weiblich SRY-Gen = auf kurzem Arm von Y-Chromosom; wenn dieses Stück künstlich in XX DNA eingebaut: Maus wird männlich statt weiblich SRY-Gen aber nicht einziges Gen für Geschlechtsbestimmung SRY reguliert Gene auf anderen Chromosomen Männchenspezifische Physiologie beruht auf anderen Genen von Y-Chromosom SRY bewirkt Hodenentwicklung ❊ Anomalien der Geschlechtschromosomen Seltener Fall: zu wenige/zu viele Geschlechtschromosomen Turner-Syndrom: Monosomie X Frau fehlt 1 X teilweise oder ganz 1:2500 Meistens Fehlgeburten; Merkmale: Kleinwuchs, Kieferdysplasie, Flügelhals, Gedächtnisschwierigkeiten; degenerierte Eierstöcke Östrogenersatztherapie für Brüste & Menstruation Männer mit Y0 ≠bekannt, vermutlich Männer ohne X nicht überlebensfähig Klinefelter-Syndrom: Männer mit zusätzlichem X 1:1000 XXY = männlich wegen SRY auf Y-Chromosom, manchmal keine Auffälligkeiten, Symptome: verringerte Testosteronproduktion weniger Muskeln, weniger Körperbehaarung, stärkeres Brustgewebe auch XYY oder XXYY, immer männlich; XXX weiblich Geschlechtliche Entwicklung und Differenzierung ♀& ♂ = Unterschiede: Körpergröße, Muskelentwicklung, endokrine Funktionen Wann & wo in Entwicklung differenziert sich Fetus in ♀oder ♂? Antwort: Gonaden während Entwicklung Anders als andere Organe, sind rudimentäre Zellen, die sich zu Gonaden entwickeln, nicht auf einen einzigen Entwicklungsweg beschränkt: Während ersten 6 Schwangerschaftswochen: Gonaden in undifferenzierten Zustand können Eierstöcke oder Hoden werden = noch nicht festgelegte Keimdrüsen 2 versch. Strukturen: Müller’scher Gang & Wolff’scher Gang Wenn Y-Chromosom mit SRY-Gen: Leydigzellen in männl. Gonaden produzieren Testosteron Wolff’scher Gang entwickelt sich zu männl. Inneren Geschlechtsorganen 26 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 Anti-Müller-Hormon AMH/MIS (Müllerian-inhibiting substance): wird in Sertolizellen in Hoden synthetisiert verhindert Ausdifferenzierung von Müller’schem Gang Wenn kein Y-Chromosom: NO Testosteronanstieg Müller’scher Gang wird weibl. Innere Geschlechtsorgane & Wolff’sche Gang wird degeneriert Äußere männl. und weibl. Genitalien entwickeln sich aus selben undifferenzierten Urogenitalstrukturen auch Formen, die zwischen männl. & weibl. Liegen: Hermaphroditismus Hormonelle Kontrolle des Geschlechts Hormone = chemische Verbindungen, ins Blut physiologische Vorgänge Endokrine Drüsen: Eierstöcke und Hoden sezernieren Sexualhormone & Hypophyse reguliert Ausschüttung Sexualhormone = wichtig für Entwicklung & Funktion der Fortpflanzungsorgane & des Sexualverhaltens = Steroidhormone Testosteron, Östrogen… Steroide = aus Cholesterin synthetisierte Moleküle mit 4 Kohlenstoffringen Kleine Änderungen der Cholesterinstruktur erheblichen Einfluss auf Hormonwirkung Testosteron = wichtiges männliches Hormon; unterscheidet sich in Struktur kaum von Östradiol Die wichtigsten männlichen und weiblichen Hormone Steroidale Sexualhormone oft in männl. VS weibl., obwohl ♀& ♂ jeweils auch Hormone „vom anderen Geschlecht“ Benennung spiegelt Konzentrationsunterschied wider: Männer mehr Androgene (Testosteron), Frauen mehr Östrogene (Östradiol) & Gestagene (Progesteron) Östradiol wird aus Testosteron synthetisiert durch Enzym Aromatase Steroide wirken anders als andere Hormone: viele = Proteine können Lipiddoppelschicht der Zellmembran nicht durchdringen wirken an Rezeptoren mit extrazellulären Bindungsstellen VS Steroidhormone: = Lipide passieren Zellmembran & binden an Rezeptoren in Cytoplasma Ligand-Rezeptor-Komplexe in Cytosol haben direkten Zugang zu Zellkern & Genexpression Unterschiede in Konzentration: Steroide wirken sich lokal begrenzt auf versch. Hirnregionen aus Meisten Androgene aus Hoden, weniger Nieren und Rest Testosteron = am meisten; für vermännlichende Hormonwirkungen Vor Geburt: hohes Testosteronlevel = Voraussetzung für männl. Geschlechtsorgane Pubertät: Zunahme von Testosteron reguliert sekundäre Geschlechtsmerkmale Muskelbildung, Bartwuchs… Testosteron führt zu Glatzenbildung Testosteronkonzentration bei ♀: 10% von ♂ Testosteron bei ♂: schwankt aufgrund von Stress, körperlicher Anstrengung, Aggression Anstieg von Testosteronlevel korreliert mit sozialen Problemen: Wut, Konflikte… 27 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 Wichtigsten Hormone ♀: Östradiol & Progesteron von Eierstöcken Östrogenkonzentration in Kindheit niedrig, Zunahme in Pubertät Reifung der Geschlechtsorgane, Brüste Spiegel der Sexualhormone = sehr variabel bei Männern täglich rasche Schwankungen, bei Frauen folgen Hormonkonzentrationen Rhythmus von ca. 28 Tagen Regulation der Sexualhormone durch Hypophyse und Hypothalamus HVL sezerniert 2 Hormone für normale geschlechtliche Entwicklung & Funktion bei Frau & Mann wichtig Luteinisierende Hormon LH Follikelstimulierende Hormon FSH „Gonadotropine/gonadotrope Hormone“ Von speziellen Zellen ausgeschüttet: in HVL verstreut, ca. 10% der gesamten Zellpopulation HVL-Hormonausschüttung wird von hypophyseotropen Hormonen aus Hypothalamus gesteuert Gonadotropin-releasing-Hormon GnRH/Gonadoliberin bewirkt Freisetzung von LH und FSH aus Hypophyse GnRH auch LHRH (luteinisierendes-Hormon-releasing-Hormon), weil stärker auf LH- Konzentration wirkt als FSH Hypothalamus durch viele psychische und Umweltfaktoren beeinflusst, wirken sich indirekt auf Gonadotropinausschüttung aus Ereigniskette Hypothalamus --> Ausschüttung Keimdrüsenhormone Retinaeingänge in Hypothalamus bewirken wegen täglich veränderten Lichtmenge veränderte GnRH-Ausschüttung Bei einigen Tieren starke saisonale Schwankungen des Fortpflanzungsverhaltens Licht hemmt Melatonin-Produktion; ↑ inhibiert Gonadotropinfreisetzung Hormone werden verstärkt ausgeschüttet Fortpflanzungsaktivität kann durch Länge von Tageslicht beeinflusst werden Nachkommen zu besten Überlebenszeit geboren Bei Männern regt LH Testosteronproduktion in Hoden an FSH = an Spermienzellreifung in Hoden beteiligt Auch Testosteron erforderlich FH und FSH = wichtig für Fruchtbarkeit bei Männern Hypothalamus erhält Eingänge von Großhirnrinde psychische Faktoren können Fruchtbarkeit hinabsetzen hemmen Spermienproduktion und Gonadotropinausschüttung Bei Frauen regulieren LH & FSH Ausschüttung von Östrogen & Gestagene in Eierstock Ohne Gonadotropine: Eierstöcke inaktiv in Kindheit Zyklische Schwankungen der LH- und FSH-Ausschüttung führen zu periodischen Veränderungen in Eierstöcken Zeitpunkt & Dauer der LH- und FSH-Ausschüttung bestimmen Menstruationszyklus In Follikelphase: FSH bewirkt Follikelwachstum = Gebilde in Eierstöcken, die Eizellen umschließen Gelbkörperphase: nach Eisprung chem. Veränderung der Zellen, die Eizelle umgeben, durch LH-Ausschüttung aus Hypophyse: Luteinisation Dauer der Phasen schwanken bei versch. Säugetieren 28 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 Im Sexualzyklus/Brunstzyklus von Ratten/Mäusen: Gelbkörperphase = kürzer als Östrus (Phase vor Ovulation) Viele Tiere nur 1x im Jahr Östrus damit Kinder nur dann zur Welt kommen, wenn Wetterbedingungen & Nahrungsversorgung optimal Neuronale Grundlagen des Sexualverhaltens Geschlechtsorgane und ihre Steuerung Männl. und weibl. Geschlechtsorgane zeigen anatomische Unterschiede, aber neuronale Regulation = ähnlich Sexuelle Erregung durch psychische, sensorische oder taktile Stimulation Vollständiger sexueller Reaktionszyklus: Erregung, Plateauphase, Orgasmus, Entspannungsphase Länge der Phasen kann schwanken, aber physiologische Veränderungen in jeder Phase = konsistent Für neuronale Steuerung = Großhirnrinde Erzeugung erotischer Gefühle & Fantasien Rückenmark koordiniert Hirnaktivität mit sensorischen Info aus Genitalien & erzeugt efferente Signale Sexuelle Erregung: best. Teile der äußeren Geschlechtsorgane werden von Männern & Frauen stark durchblutet & schwellen an ♀: Schamlippen & Klitoris ♂: Penis In äußeren GO viele Mechanorezeptoren: v.a. Klitoris und Eichel Reizung dieser Blutandrang & Erektion Meisten Männer, wo Rückenmark auf Brusthöhe oder Lenden durchtrennt, trotzdem mechanische Stimulation des Penis = Beweis, dass Blutandrang durch Rückenmarksreflex Mechanosensorische Nervenbahnen der Genitalien = Teil von somatosensorischen System Axone der Mechanorezeptoren in Penis & Klitoris sammeln sich ein Kreuzbeinregion in Hinterwurzeln von Rückenmark Verzweigungen in Hinterhörner von Rückenmark & Hinterstrang Signale in Gehirn Blutandrang & Erektion durch Axone der parasympathischen Bahn des vegetativen NS Parasymp. Neurone in Sakralmark: durch mechanosensorische Reizung der Genitalien oder absteigende Fasern von Gehirn erregt Anschwellen von Klitoris/Penis wegen Anstieg Durchblutung Parasymp. Nervenenden schütten Kombi aus ACh, vasoaktivem intestinalem Polypeptid & Stickstoffmonoxid in erektiles Gewebe Entspannung der glatten Muskelzellen in Arterien & schwammigen Schwellkörpern von Klitoris & Penis Arterien = normal schlaff füllen sich mit Blut & erweitern so Organe Wenn schwammige innere Penisgewebe anschwillt größer und dicker Steifheit durch elastische Bindegewebshülle, die Schwellkörpergewebe umgibt Parasymp. Nerven aktiv Sekretion eines Gleitsekrets aus Scheidenwand während Plateauphase problemloses Gleiten Abschluss: Sympathikusaktivität 29 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 Sensorische fasern sehr aktiv regen Aktivität absteigender Bahnen sympathischer Neuronen in Brust-/Lenden-Rückenmark an Männer: efferente sympathische Fasern Samenerguss: Muskelkontraktion Spermien von Hoden durch Samenleiter mit anderen Sekreten vermischt in Harnröhre ⇒ Ejakulation: Mischung durch mehrere Muskelkontraktionen aus Harnröhre raus intensive Empfindung Frauen: Stimulation aktiviert Sympathikus Anschwellen der äußeren Scheidenwand Muskelkontraktion Neuronale Grundlagen = schwierig, v.a. Empfindungen zu erforschen Orgasmus: cortikale & subcortikale Strukturen aktiv, aber nicht sicher welche Epilepsiepatienten geben Hinweise häufig Temporallappen Elektrische Stimulation medialer Temporallappen/basales Vorderhirn Entspannungsphase: Blut fließt aus äußeren Genitalien wieder ab & Erektion… gehen zurück Paarungsstrategien von Säugetieren Vielfalt; dienen nur Überlebenschancen der elterlichen Gene & Nachkommen Unterschiede basieren auf Investition in Aufzucht der Nachkommen Häufig: Polygynie nur Frauen kümmern sich Polyandrie: bei Säugern und Wirbeltieren selten; Männchen ziehen Junge auf, simultane VS sequenzielle mit mehreren, Männchen ziehen Junge in Territorien der Weibchen auf VS Weibchen danach nichts mehr mit Nachkommen & Partner zu tun Bsp. für Polygamie Monogamie: feste Beziehung; paaren ausschließlich untereinander Neurochemie des Fortpflanzungsverhaltens Unabhängig von Fortpflanzungsstrategie: komplexes Sozialverhalten Wühlmäuse: Präriewühlmaus = in amerikanischen Prärie, monogam, gesellig; Gebirgswühlmaus = ungesellig, promiskuitiv, Paarbindung in Labor beobachtet: Präriewühlmaus nach Paarung mehr Zeit mit Partner als alleine Gebirgswühlmäuse alleine Anatomisch und genetisch recht ähnlich wenige bio. Faktoren als Ursache möglich ⇒ Gehirnunterschiede erforscht: Rolle von Oxytocin und Adiuretin Peptidhormone in Hypothalamus synthetisiert, über neurosekretorische Nervenendigungen in Hypothalamushinterlappen HHL ins Blut Adiuretin in Blut wirkt auf Nieren Wasser- und Salzgehaltregulation ♀Oxytocin stimuliert glatte Muskulatur Uteruskontraktion bei Geburt, Milcheinschuss ♂Oxytocin wirkt auf Beckenbodenmuskulatur Ejakulation 30 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 beide wirken auch auf ZNS & binden Signalmoleküle an spezifische im Gehirn verstreute Rezeptoren: Peptidhormone binden an extrazelluläre Rezeptoren Rezeptoren = in Prärie- VS Gebirgswühlmaus sehr untersch. verteilt, andere Neurotransmitter- und Hormonrezeptoren ähnlich verteilt Unterschiede der Rezeptoren korrelieren mit Unterschieden in Fortpflanzungsverhalten Verteilung = plastisch wenn Gebirgswühlmaus Mutter wird, ändert sich vorübergehend Verteilung & = ähnlich wie Präriemaus Untersch. Verteilung von Oxytocin- und Adiuretinrezeptoren sagt aus, dass Hormone polygyner & monogamer Wühlmäuse unterschiedliche neuronale Netzwerke aktivieren Beweist nicht, dass Hormone mit geschlechtsbezogenem Verhalten in Verbindung stehen Paarung Präriewühlmäuse: Adiuretinspiegel bei ♂ & Oxytocinspiegel bei♀ steigen schnell Verabreichung von Adiuretinantagonisten an ♂ vor Paarung: NO feste Paarbindung Verabreichung Oxytocinantagonisten: NO solche Wirkung Verabreichung Adiuretin an ♂vor Paarung: starke Vorliebe Paarbindung bei Wühlmäusen = durch geringe Veränderung von Adiuretinrezeptoren veränderbar Virus Gene in männl. Gebirgswühlmäuse Überexpression von Adiuretinrezeptoren ähnlich wie Präriewühlmäuse vergleichbare Paarbindungen Falls Ursache-Wirkung-Zusammenhang bestätigt: komplexes Sozialverhalten = durch Überexpression eines einzelnen Proteins verändert Oxytocin & Adiuretin auch an Brutpflegeverhalten beteiligt Adiuretin ↑ väterl. Zuneigung Oxytocin Mütterliches Verhalten Hypothese: wenn Mutationen anatomische Verteilung eines Hormonrezeptors ändern, könnte Hormon völlig neues Verhalten auslösen Adiuretin- und Oxytocinverabreichung promiskuitive Gebirgsmäuse verhalten sich nicht wie Präriemäuse! Wahrscheinlich, weil keine Rezeptoren an notwendigen stellen Liebe, Bindung und das menschliche Gehirn Hinweise, dass Hirnsubstanzen auch bei Menschen Verhalten regulieren fMRT-Studien: Erforschung der Hirnaktivität in Zusammenhang mit mütterlicher und romantischer Liebe untersch. Reaktionen auf eigene VS fremde Kinder bzw. auf Partner VS Freunde getestet mehrere Gehirnregionen (anteriore cinguläre Cortex, Nucleus caudatus, Striatum) stärker durch Bilder aktiv, wo eigenes Kind/Partner stärkere Reaktionen überlappen signifikant andere Hirnregionen: reagieren untersch. auf beiden Formen von Beziehungen Hirnbereiche, bei beiden aktiv: Teil von Belohnungssystem Vermutung: Aktivierung hat enorm stärkende Wirkung von Beziehung Viele der aktiven Hirnregionen = reich an Oxytocin- und Adiuretinrezeptoren! ⇒ Oxytocin & Adiuretin spielen Rolle für Paarbindungen bei Menschen Neigung zu Monogamie bei Menschen = komplexer als bei Wühlmäusen 31 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 Trotzdem Belege, dass Adiuretin Bindungsverhalten beeinflusst Zwillingsstudie: alle in Beziehung/verheiratet Interesse an Gensequenzen für Adiuretinrezeptoren & Monogamieneigung Bei Wühlmäusen Adiuretinrezeptoren-codierende DNA-Sequenz identisch ABER bei Präriewühlmaus: benachbarte DNA-Sequenz, die V1aR codiert „Genvariante“ Wenn diese Genvariante in nicht-monogame Mäuse: ändern ihr Verhalten Bei Zwillingen: haben Varianten des Adiuretingens auch hier Einfluss? ♀NO Zusammenhang zwischen Adiuretinvarianten & Ehequalität ♂Zusammenhang: bestimmte Genvariante signifikant schlechtere Qualität doppelt so hohe Wahrscheinlichkeit für Ehekrise Funktion der Genvariante ≠ bekannt, aber anscheinend auch bei Menschen Adiuretinrezeptoren Rolle in Paarbindung Unterschiede zwischen männlichen und weiblichen Gehirnen Sexuelle Fortpflanzung beruht auf Reihe individueller und sozialer Verhaltensweisen Verhalten von Männchen & Weibchen = unterschiedlich ↑ beruht auf Struktur & Funktion des NS weibl. & männl. Gehirne unterscheiden sich = Geschlechtsdimorphismus/Sexualdimorphismus Körperbau unterscheidet sich Gehirne unterscheiden sich Für Geschlecht einzigartige Körperteile erfordern spezielle Innervation für Steuerung Auch Körpergröße und allgemeine Gestalt weichen ab somatosensorische & motorische Systeme sind daran angepasst Wichtige Unterschiede zwischen Arten in Ausprägung sexueller Dimorphismen Bei manchen Unterschiede in Hirn auffällig, bei anderen gar keine Unterschiede Tiere mit ausgeprägtem Dimorphismus: dreistachlige Stichling Männerhirn viel größer Wahrscheinlich wegen kognitiven Anforderung bei Nestbau, Brutpflege… Nagetiere: Unterschiede in Hypothalamus Manchmal Gehirndimorphismen Variationen des Sexualverhaltens: Bei manchen Singvogelarten singen nur Männer, deshalb nur Männer Kerne in Gehirn Bei Menschen nur geringfügige, subtile Unterschiede Kontinuierliche Variationen mit vielen Überlappungen Nucleus in Hypothalamus bei Frauen durchschnittlich größer, aber so große Schwankungen, dass oft bei Männern größer Neuroanatomische Geschlechtsunterschiede Wenige dimorphe neuronale Strukturen lassen sich mit Sexualfunktionen in Zusammenhang bringen Ansammlung spinaler Motoneuronen, innerviert Musculus bulbospongiosus an Penisbasis ↑ Erektion & Harnlassen M. bulbospongiosus = bei ♀& ♂ ♀: Umgibt Vaginaöffnung & dient Verengung Motoneuronenpool, der Muskel steuert, = Nucleus Onuf = in Sakralregion v Rückenmark; = dimorph bei Männern mehr Neuronen, weil M. bulbospongiosus da größer Auffälligsten Geschlechtsunterschiede: 3. Ventrikel Area praeoptica des anterioren Hypothalamus Bei Ratten: 32 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 Läsionen: Störungen des Sexualzyklus bei ♀ & seltenere Kopulation bei ♂ Schnitte: deutliche Unterschiede geschlechtsdimorphe Kern/ sexualdimorphe Nucleus SDN bei ♂ 5-8x größer Bei Menschen: Unterschiede schwer zu erkennen 4 Neuronengruppen: interstitielle Nuclei des anterioren Hypothalamus INAH Kerne INAH-1, INAH-2 & INAH-3 bei Männern größer INAH-1 = vlt analog zu SDN bei Ratten, aber nicht sicher, ob INAH-1 dimorph oder nicht Deutlichster Dimorphismus: INAH-3 bei Männern 2x so groß Noch keine Hinweise über Beteiligung der INAH an Sexualverhalten Verschieden Neuronen der medialen Area praeoptica feuern bei bestimmten Phasen des Sexualverhaltens Kleine Größenunterschiede best. Kerne in Hypothalamus könnten mit sexueller Orientierung in Zusammenhang stehen Kaum Unterschiede in menschlichen Gehirn außerhalb Hypothalamus nachgewiesen Corpus Callosum bei Männern größer, vlt. Weil Männerhirne generell größer Hinterende des Balkens (Splenium) bei Frauen größer Bedeutung? Balken = relevant für kognitive Funktionen, die Koordinierung von links & rechts benötigen Schlaganfallpatienten: Funktionen weiblicher Gehirne = weniger lateralisiert Sexualdimorphismen des Gehirns = schwer nachzuweisen Verlässlichste Folgerung: es gibt nur wenige Dimorphismen Meisten Verhaltensweisen = ähnlich Kognitive Geschlechtsunterschiede NO große strukturelle Unterschiede Trotzdem vlt Unterschiede der kognitiven Fähigkeiten Entwicklungsgeschichtliche Erklärung: Männer Jäger Orientierung; Frauen zuhause sozial & verbal Studien: Frauen sprachlich besser ab 11 J. bis Uni & darüber hinaus Spiegelt vlt Geschwindigkeit der Gehirnentwicklung der beiden Geschlechter wider Nennung von Gegenständen derselben Farbe, Wörter mit gleichem Anfangsbuchstaben, Wortgedächtnis Bei anderen Männer besser: Landkartenlesen, Labyrinthlernen, Mathem. Beweisführung Objekte in Vorstellung drehen vlt wegen Jagd früher Bei Gedanken bezüglich Unterschieden kognitiver Fähigkeiten folgendes beachten: 1. Nicht alle Studien bringen gleiche Ergebnisse 2. In großen Bevölkerungsgruppen beiden Geschlechts = enorme Unterschiede 3. Leistungsunterschiede angeboren oder wegen untersch. Einflüssen? Geschlechtsspezifische Abweichungen häufig auf versch. Hormone zurück Vlt bringen Östrogene oder Androgene Vor-/Nachteile bei best. Aufgaben 33 Bio II Prof. Claus Lamm WS2019/20 Übereinstimmung damit, dass räumliche Aufgaben bei Frauen mit Menstruationszyklus korrelieren besten Ergebnisse mit niedrigstem Östrogenspiegel Männer mit niedrigem Testosteronspiegel: schneiden besser ab, wenn Testosteron verabreicht Aber nicht so einfach NO stichhaltige Korrelation zwischen Hormonspiegel und Abschneiden bei Aufgaben Sexualhormone, Gehirn und Verhalten Ganz unterschiedliche Faktoren können dazu führen, dass best. Verhalten bei 1 Geschlecht häufiger als bei einem anderen Alla fine aber alle Verhaltensweisen von Gehirn gesteuert NO wesentliche anatomische Unterschiede, Verschaltungen müssen aber abweichen, um geschlechtsspezifisches Verhalten zu erklären Keimdrüsen bestimmen die Sexualhormone im Blut & Gonadenunterschiede = genetisch Menschen mit Y-Chromosom exprimieren TDF (testis-determining factor) Keimdrüsen entwickeln sich zu Hoden Menschen ohne Y: NO TDF Keimdrüsen werden Eierstöcke Hoden VS Eierstöcke Kaskade von Entwicklungsereignissen Wichtigste: Hoden produzieren Androgene Vermännlichung des NS durch Expression geschlechtsgebundener Gene NO