Nervensystem - Biologie Past Paper PDF

**Lymphsystem** =============== S. 113-- 129 #### Aufgaben: - dient der **Abwehr** körperfremder Zellen und Stoffe, - **befördert Flüssigkeit** aus dem Gewebe zurück in den Blutkreislauf - **transportiert** Fettbestandteile vom Darm ins Blut A diagram of a person\'s body Description auto...

**Lymphsystem** =============== S. 113-- 129 #### Aufgaben: - dient der **Abwehr** körperfremder Zellen und Stoffe, - **befördert Flüssigkeit** aus dem Gewebe zurück in den Blutkreislauf - **transportiert** Fettbestandteile vom Darm ins Blut A diagram of a person\'s body Description automatically generated #### Zum Lymphsystem gehören u. a. - das Lymphgefässsystem mit Lymphe, Lymph gefässen und Lymphknoten - lymphatische Organe wie der Thymus, die Milz und die Mandeln ### Definitionen: *Lymphe:* Die Lymphe ist die Flüssigkeit, die aus den Kapillaren des Blutkreislaufs ins Gewebe austritt. In der Zusammensetzung ähnlich wie Blutplasma aber Proteingehalt tiefer. #### Lymphgefässe: - *Sammelsystem:* Die Lymphgefässe bilden keinen Kreislauf, sondern ein Sammelsystem, das aus den Geweben in den Blutkreislauf führt - *Bau:* Die grossen Lymphgefässe sind im Bau den Venen ähnlich. Sie besitzen Klappen und glatte Muskulatur. - *Bewegung der Lymphe:* Die Lymphe wird durch rhythmische Kontraktionen der Lymphgefässe oder durch Pulswellen angrenzender Arterien bewegt. #### Lymphknoten Wo sich mehrere Lymphgefässe vereinen, sitzen Lymphknoten (0.3 -- 1 cm). Sie reinigen die Lymphe, indem ansässige Fresszellen fremde Zellen phagocytieren. Wenn die Lymphe einen Knoten mit Erregern überschwemmt, schwillt er an, produziert mehr Lymphocyten und entlässt diese auch in die Lymphe. ### Lymphatische Organe: *Knochenmark:* Die Vorläuferzellen der Lymphocyten werden im roten Knochenmark gebildet und entweder im Knochenmark zu B-Lymphocyten oder im Thymus zu T-Lymphocyten geprägt. *Thymus:* Der Thymus liegt über dem Herz, bei Erwachsenen ist er zurückgebildet. *Milz:* Die Milz filtriert das Blut. Sie entnimmt ihm alte Erythrocyten und Blutplättchen und baut diese ab. Zudem funktioniert sie wie ein grosser Lymphknoten: Sie produziert und speichert Lymphocyten und gibt sie bei Bedarf ab. *Mandeln:* Die Mandeln bewachen den sonst wenig geschützten Rachenraum. Sie arbeiten wie Lymphknoten. Bei akuten Entzündungen (Angina) schwellen sie an, begleitet von Halsschmerzen und Schluckbeschwerden. Eine Vergrösserung der Mandeln behindert das Öffnen der Ohrtrompete, durch die das Mittelohr belüftet und drainiert wird. Bei chronischer Entzündung werden die Mandeln operativ entfernt. **Bau und Funktionsweise der Nervengewebe** =========================================== **Lernziele:** - Bau und Funktion einer Nervenzelle und ihrer Teile beschreiben. - die Begriffe Nerv, Gliazelle, graue und weisse Substanz definieren. - das Ruhepotenzial und die Ionenverteilung an der Zellmembran angeben. - beschreiben, was sich bei Erregung am Zellkörper von Nervenzellen ändert. - Entstehung und Weiterleitung eines Aktionspotenzials am Axon darlegen. - Bau, Aufgabe und Funktionsweise der Synapsen beschreiben. - die Wirkung des Transmitters bei erregenden und hemmenden Synapsen erörtern. Bau der Nervengewebe -------------------- Nervengewebe besteht aus Nervenzellen (Neuronen) und Gliazellen. A close-up of a cell Description automatically generated Nervenzellen/Neuronen: ---------------------- Allgemein: ca. 100 Milliarden Nervenzellen haben wir Ein Neuron kann bis zu 10'000 Synapsen haben, mit denen viele hundert weitere Nervenzellen aktiviert werden können. Längste Axone 1m + lang beim Menschen (Rückenmark bis kleine Zehe). An den Axonen werden elektrische Signale mit einer Geschwindigkeit von 120m/s (-\> 450 km/s) weitergegeben, da diese myelinisiert sind (ansonsten mind. 10x langsamer) *Bau:* Neuronen besitzen einen Zellkörper mit dünnen, z. T. verzweigten Plasmafortsätzen. Axone verzweigen sich oft in mehrere Ästchen, die in einer Erweiterung enden. Axone sind meist lang und besitzen eine isolierende, aus vielen Membranlagen aufgebaute Myelinhülle, die aus ca. 1 mm langen, durch Ranvier-Schnürringe getrennten Abschnitten besteht. *Aufgabe:* zuständig für Bildung, Weiterleitung und Verarbeitung nervöser Erregungen und für die Speicherung von Informationen. Die Dendriten leiten Erregungen zum Zellkörper, das Axon leitet sie vom Zellkörper weiter. *Bildung:* aus Stammzellen, nicht teilungsfähig, sie altern und sterben. - *Synapse:* Die Stelle, an der die Erregung vom Axon (bei den Endknöpfchen meistens) auf einen Dendriten oder auf den Zellkörper des nächsten Neurons oder auf eine Muskelfaser überspringt, heisst Synapse. - *Nervenfaser:* Axon und Hülle(Myelinhülle) bilden eine Nervenfaser. Axone mit Myelinhülle leiten Erregungen etwa 100-mal schneller als Axone ohne Hülle. - *Nerv:* Ein Nerv ist ein Bündel von vielen Nervenfasern (Axonen mit Myelinhülle). Gliazellen ---------- *Bau:* 10x kleiner als Nervenzellen, zahlreicher als Nervenzellen *Aufgabe*: stützen die Nervenzellen, kontrollieren ihre Versorgung und unterstützen sie bei ihrer Arbeit. Gliazellen sind auch an der Entwicklung des Nervensystems beteiligt. - Gliazellen stützen die Neuronen und schützen sie vor schädlichen Stoffen, indem sie den Stofftransport von den Blutkapillaren zu den Neuronen kontrollieren. - Gliazellen wie die Schwann-Zellen bilden die Myelinhüllen um die Axone. - Gliazellen sind über Botenstoffe an der Erregungsleitung und -verarbeitung beteiligt. - Gliazellen spielen eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung des Nervensystems im Embryo und bei der Regeneration von Axonen nach Beschädigung. ### Zentralen *Graue Substanz:* Die Zellkörper der Nervenzellen liegen zum grössten Teil im Zentralnervensystem (ZNS), d. h. im Gehirn und im Rückenmark. Sie bilden hier zusammen mit Gliazellen die graue Substanz. Die dichte Packung der Zellkörper in den Zentralen hat den Vorteil, dass sich zwischen ihnen viele Kontakte bilden können *Weisse Substanz:* Die myelinisierten Axone bilden die weisse Substanz des ZNS und die peripheren Nerven. Membran ------- *Selektiv permeabel:* Ionen haben für den Durchlass der Zellmembran zwei Optionen. - **Proteintunnel:** Ionenkanäle sind Proteintunnel in der Zellmembran, die spezifische Ionen, wie Natrium- oder Kalium-Ionen, durchlassen. Einige dieser Kanäle öffnen oder schließen sich durch chemische Botenstoffe oder Änderungen im Membranpotenzial. Die Richtung und Geschwindigkeit der Ionenbewegung werden vom Konzentrationsgefälle und Membranpotenzial bestimmt. Ein negatives Ruhepotenzial fördert den Eintritt positiver und den Austritt negativer Ionen - **Carrier:** Ionenpumpen (Membranproteinen) = aktiven Transport. Ionenpumpen sind Membranproteine (Carrier), die bestimmte Ionen aktiv, d. h. gegen das Konzentrationsgefälle, durch die Membran transportieren. Die Natrium-Kalium- Pumpe transportiert Natrium-Ionen (Na +) nach aussen und Kalium-Ionen (K +) nach innen. Sie wird durch ATP angetrieben. Membranpotenzial: Selektive Durchlässigkeit der Membran ungleichen Verteilung der Ionen (K + überwiegen in der Zelle, Na + aussen). bewirkt dadurch eine elektrische Spannung zwischen Zellinhalt und Umgebung, die man Membranpotenzial nennt. - *Ruhepotenzial:* Das Ruhepotenzial an der Membran ruhender Neuronen beträgt ca. -- 70 mV (innen negativ). Es wird unter Energieaufwand von der Natrium-Kalium-Pumpe aufrechterhalten.  A screen shot of a cell Description automatically generated ### Ionen Transport  #### Natrium Kalium Pumpe Diagram of a cell membrane Description automatically generated  Erregbarkeit von Nervenzellen ----------------------------- Nervenzellen können nervöse Erregungen bilden, leiten und verarbeiten. Sie verändern ihr Membranpotenzial als Reaktion auf Reize, elektrische Impulse oder Botenstoffe, indem sie die Membrandurchlässigkeit verändern. Neben Nervenzellen sind auch Sinneszellen und Muskelzellen erregbar. Nervöse Erregung bedeutet - am Zellkörper: eine mehr oder weniger starke Änderung des Membranpotenzials, - am Axon: eine Salve von Aktionspotenzialen mit einer bestimmten Frequenz, - an Synapsen: Ausschüttung und Diffusion eines Überträgerstoffs. Erregungsbildung ---------------- ### Erregung am Zellkörper: Änderung des Membranpotenzials #### Reiz Erregung Depolarisation: Sinneszellen reagieren auf bestimmte Reize mit der Bildung nervöser Erregungen. Der Reiz löst in der Sinneszelle Reaktionen aus, die zum Öffnen von Ionenkanälen und damit zur Veränderung des Membranpotenzials führen. Die Reaktionen sind je nach Sinneszelle verschieden, verursachen aber meist das Öffnen von einigen Natrium-Kanälen. Weil die Natrium-Ionen aussen in höherer Konzentration vorliegen, wandern sie in die Zelle und vermindern hier durch ihre positive Ladung das negative Potenzial. Das Membranpotenzial schwächt sich also ab, d. h., es geht von -- 70 mV gegen null: Die Membran wird depolarisiert. Die Depolarisation breitet sich über die Membran des Zellkörpers aus. Bei einer Depolarisation verändert sich das Membranpotenzial immer in Richtung 0 mV, d. h., durch eine Depolarisation wird der Betrag des Membranpotenzials kleiner. Sowohl bei einer Veränderung des Membranpotenzials von -- 70 mV zu -- 30 mV als auch bei einer Veränderung von + 30 mV zu + 10 mV handelt es sich um eine Depolarisation. #### Reizstärke: überschwellig Wie stark sich das Membranpotenzial am Zellkörper ändert, hängt von der Reizstärke ab. Reize, die das Membranpotenzial so stark verändern, dass am Axonhügel Aktionspotenziale gebildet werden, nennt man überschwellig. ### Erregung am Axon: Bildung von Aktionspotenzialen In Sinneszellen lösen bestimmte Reize Vorgänge aus, die zur Veränderung des Membranpotenzials führen. In der Regel wird das Membranpotenzial schwächer, d. h., es verändert sich in Richtung 0 mV. Je stärker der einwirkende Reiz ist, umso stärker ändert sich das Membranpotenzial. Eine Veränderung des Membranpotenzials in Richtung 0 mV heisst Depolarisation. - Schwächt sich das Membranpotenzial am Axonhügel unter -- 50 mV ab, entstehen Aktionspotenziale: Die spannungsabhängigen Natrium-Kanäle öffnen sich. - Natrium-Ionen diffundieren ins Axon, wo ihre Konzentration tiefer ist. Der Na + -Einstrom depolarisiert zuerst die Membran und verursacht anschliessend durch Polarisierung ein Aktionspotenzial von ca. + 30 mV. - Natrium-Kanäle schliessen, Kalium-Kanäle öffnen sich. Kalium-Ionen diffundieren nach aussen, wo ihre Konzentration tiefer ist. Durch den K + -Ausstrom wird die Axonmembran wieder bis ca. -- 70 mV polarisiert, also wieder bis zum ursprünglichen Wert des Ruhepotenzials. - Die Natrium-Kalium-Pumpe stellt die ursprüngliche Ionenverteilung wieder her. Die Natrium-Kanäle bleiben noch 2 -- 10 ms geschlossen: Die Membran ist refraktär. Kurz gefasst verläuft die Erregungsbildung so: Reiz senkt Ruhepotenzial bis zum Schwellenwert -- Natrium-Kanäle öffnen -- Na + -Einstrom -- Aktionspotenzial -- Natrium-Kanäle schliessen, Kalium-Kanäle öffnen -- K + -Ausstrom -- Aktionspotenzial verschwindet -- Na-K- Pumpe stellt ursprüngliche Konzentrationsverhältnisse von Na-Ionen und K-Ionen wieder her. Ein Reiz löst eine Serie von Aktionspotenzialen aus. Die Frequenz der Aktionspotenziale ist umso höher, je stärker der Reiz bzw. die Potenzialänderung am Zellkörper ist. Der Wert der Aktionspotenziale ist ohne Bedeutung. *Dauer, Refraktärzeit:* Der Auf- und Abbau eines Aktionspotenzials dauert 1 -- 2 ms. Danach können die Natrium- Kanäle für einige Millisekunden nicht geöffnet werden. In dieser Zeit, die Refraktärzeit genannt wird, kann die Membran an dieser Stelle keine Aktionspotenziale bilden. #### Aktionspotenzial- Serien: Ein Reiz löst in der Regel eine Serie von Aktionspotenzialen aus. Mit der Reizstärke steigt die Zahl der Aktionspotenziale, die in einer Sekunde gebildet werden. Die Stärke der Erregung zeigt sich also in der Frequenz der Aktionspotenziale, die Höhe der Aktionspotenziale (die Amplitude) ist ohne Bedeutung. Da die Refraktärzeit 2 -- 10 ms beträgt, liegt die höchst mögliche Frequenz bei 500 Aktionspotenzialen/ Sekunde. A diagram of a device Description automatically generated ### Weiterleitung von Aktionspotenzialen am Axon Vom Axonhügel wird das Aktionspotenzial über das Axon bis zur folgenden Synapse geleitet. Bei Axonen mit Myelinhülle treten Aktionspotenziale nur an den Schnürringen auf. Axone mit Myelinhülle leiten mit ca. 100 m/ s 100-mal rascher als Axone ohne Hülle. - Von einem Schnürring mit Aktionspotenzial fliessen kleine Ausgleichsströme zu den benachbarten Schnürringen (Ionen wandern) und vermindern hier das Ruhepotenzial. - Erreicht das Ruhepotenzial den Schwellenwert, öffnen sich spannungsabhängige Natrium-Kanäle, Natrium-Ionen dringen in die Zelle ein und verursachen ein Aktionspotenzial. Die Natrium-Kanäle schliessen, die Kalium-Kanäle öffnen. - Kalium-Ionen wandern nach aussen, das Aktionspotenzial verschwindet und die Natrium-Kalium-Pumpe stellt die ursprüngliche Ionenverteilung wieder her. Die Natrium- Kanäle bleiben noch 2 -- 10 ms geschlossen: Die Membran ist refraktär. Kurz gefasst verläuft die Weiterleitung so: Ausgleichsstrom senkt Ruhepotenzial -- Natrium-Kanäle öffnen -- Na + -Einstrom -- Aktionspotenzial -- K + -Ausstrom -- Aktionspotenzial verschwindet -- Na-K-Pumpe stellt Ruhe-Ionenverteilung wieder her.  ### Elektrische vs. chemische Weiterleitung der Signale A diagram of a nerve cell Description automatically generated ### ### Erregungsübertragung an den Synapsen S.130-137 *Bau:* Das Axonende verzweigt sich meist in viele Ästchen, deren Ende zu einem Axonendknöpfchen erweitert ist. Die Synapse ist die Stelle, an der die Erregung vom Axon auf die folgende Zelle übertragen wird. Sie besteht aus der präsynaptischen Membran des Endknöpfchens, dem synaptischen Spalt und der postsynaptischen Membran der folgenden Zelle. #### Transmitterauschüttung: Das Axonendknöpfchen enthält Vesikel mit Transmitter, die beim Eintreffen eines Aktionspotenzials ihren Inhalt in den Spalt ausschütten. Ein Aktionspotenzial löst die Ausschüttung von ca. 100 Vesikeln mit je 10 000 Transmitter- Molekülen aus. #### Wirkung des Transmitters an der postsynaptischen Membran Der Transmitter diffundiert durch den Spalt und bindet sich an die Rezeptoren der postsynaptischen Membran. Das führt zum Öffnen von Ionenkanälen und damit zur Änderung des postsynaptischen Potenzials (PSP). - **Erregende Synapsen:** Bei erregenden Synapsen bewirkt der Transmitter (z. B. Acetylcholin) meist das Öffnen von Natrium-Kanälen. Natrium-Ionen diffundieren ihrem Konzentrationsgefälle folgend in die Zelle und vermindern mit ihrer positiven Ladung das negative Potenzial: *Das postsynaptische Potenzial wird schwächer.* - **Hemmende Synapsen:** Bei hemmenden Synapsen bewirkt der Transmitter (z. B. Glycin) meist das Öffnen von Chlorid-Kanälen. Da auch die Chlorid-Ionen ausserhalb der Zelle höher konzentriert sind, dringen sie auch in die Zellen ein. Weil sie negativ geladen sind, erhöhen sie das negative Membranpotenzial: *Das postsynaptische Potenzial wird verstärkt.* Der Transmitter wird schnell abtransportiert oder gespalten. Ausschüttung und Diffusion des Transmitters und die Änderung des PSP dauern etwa 1 ms. Eine rasche Folge von Aktionspotenzialen am Axonende kann die Transmittermenge im Spalt und die Änderung des PSP für kurze Zeit erhöhen. Diese« Bahnung von Synapsen »trägt zur kurzfristigen Informationsspeicherung im Kurzzeitgedächtnis bei. #### Wichtige Transmitter *Acetylcholin***:** Der bekannteste Transmitter ist das Acetylcholin, das z. B. an den motorischen Endplatten und an Synapsen des vegetativen Nervensystems benutzt wird. *Dopamin:* Der Transmitter Dopamin vermittelt im Gehirn positive Gefühlserlebnisse. #### Abbau oder Abtransport des Transmitters Transmitter-Abbau und -Recycling  #### Transmittermenge und Bahnung der Synapsen ***Zeitlicher Ablauf:*** Jedes am Axonende eintreffende Aktionspotenzial führt zur Ausschüttung einer bestimmten Transmittermenge. Ausschüttung, Diffusion und Veränderung des PSP geschehen innerhalb von 1 ms. Beim Eintreffen des nächsten Aktionspotenzials ist der Transmitter bereits wieder verschwunden ***Bahnung:*** Eine rasche Folge von Aktionspotenzialen am Axonende kann die Menge des ausgeschütteten Transmitters erhöhen und seine Wirkung auf das PSP verstärken. Man spricht von der Bahnung der Synapse. Synapsen im ZNS zeigen Bahnung, die für einige Sekunden bis Minuten anhält. Es ist wahrscheinlich, dass synaptische Bahnung bei der kurzfristigen Speicherung von Informationen im Kurzzeitgedächtnis (vgl. Kap. 9.7.1, S. 159) eine Rolle spielt. #### Chemische Beeinflussung der Synapsen durch Drogen und Nervengifte Viele Gifte, Drogen und Pharmaka wirken an Synapsen. Gifte können die Bildung, die Ausschüttung, die Wirkung oder den Abbau des Transmitters hemmen oder die Rezeptoren blockieren und dadurch Lähmungen oder Dauerkontraktionen verursachen Synapsen sind Angriffspunkte von Psychopharmaka und Drogen. So hemmen Betablocker die Synapsen, die durch das« Stresshormon »Adrenalin stimuliert werden. Dadurch lassen sich bei Menschen mit hohem Infarktrisiko Überbelastungen des Herzes vermeiden. ***Drogen:*** Gewisse Drogen wie z. B. Nikotin oder Crystal Meth erhöhen die Dopamin-Ausschüttung, andere, z. B. Kokain, hemmen den Dopamin-Abbau. Natürlich wirkt Nikotin viel weniger stark, aber der Effekt ist der gleiche: Der Konsum führt zu einem Belohnungseffekt und zu Glücksgefühlen. Das Bestreben, diese Zustände erneut zu erreichen, führt letztlich zur eigentlichen Abhängigkeit von diesen Substanzen und ist damit für die Sucht verantwortlich. **Hemmung der Transmitterausschüttung** Andere Substanzen, die die Bildung oder die Ausschüttung des Transmitters blockieren, verhindern die Erregungsübertragung, was zur Lähmung der entsprechenden Muskulatur führt. So wirkt der giftigste bekannte Stoff, das Botulinusgift (das von anaeroben Bakterien z. B. in nicht ausreichend sterilisierten Lebensmitteln produziert wird), durch Hemmung der Transmitterausschüttung schon in winzigen Dosen tödlich. **Hemmung des Transmitter-Abbaus** Organische Phosphorsäureester, wie sie in Insektiziden verwendet werden, hemmen das Enzym, das den Transmitter abbaut. Das führt zur Dauerkontraktion von Skelettmuskeln und führt wegen der Dauerkontraktion der Atemmuskulatur rasch zum Tod. Dieselbe Wirkung haben auch Kampfstoffe wie Tabun und Sarin. Atropin kann die Wirkung dieser Gifte lindern, weil es Transmitter-Rezeptoren blockiert. ### Wirkungen des Transmitters in der folgenden Zelle Was der Transmitter bzw. die Änderung des postsynaptischen Potenzials in der folgenden Zelle bewirkt, betrachten wir an zwei Beispielen. #### Übertragung der Erregung vom Motoneuron auf die Muskelfaser **Übertragung:** 1:1-Übertragung: Jedes an der Synapse eintreffende Aktionspotenzial löst in der Muskelfaser ein Aktionspotenzial aus. **Motorische Endplatte:** Das Axon eines Motoneurons verzweigt sich in viele Äste, von denen jeder eine Muskelfaser versorgt. Die Muskelfasern, die vom gleichen Motoneuron versorgt werden, reagieren gleichzeitig: Sie bilden eine motorische Einheit. Die motorische Endplatte, d. h. die Synapse zwischen den Endknöpfchen eines Axonasts und der Muskelfaser, hat eine grosse Fläche. Weil zudem die Transmittermenge gross ist, löst jedes eintreffende Aktionspotenzial in der Muskelfaser ein Aktionspotenzial und eine Kontraktion aus. Eine Serie von Aktionspotenzialen mit hoher Frequenz bewirkt eine Dauerkontraktion der Muskelfaser.  *Kniesehnen Reflex:* Beim Kniesehnenreflex sorgt ein kurzer Schlag auf die Patellarsehne dafür, dass der vordere Oberschenkelmuskel (Quadrizeps) kontrahiert und das Bein sich schnell streckt. Damit das Bein sich frei bewegen kann, müssen die Muskeln auf der Beinrückseite (die Gegenspieler) entspannt bleiben. Dies wird durch hemmende Nervenzellen im Rückenmark ermöglicht, die diese Gegenspieler-Muskeln blockieren, damit sie sich nicht mit anspannen. Ohne diese Hemmung würde es zu einem Krampf kommen, und der Reflex könnte nicht richtig funktionieren. #### Verrechnung der Potenziale am Zellkörper von Nervenzellen Weil im ZNS ein Neuron mit ca. 10 000 Synapsen übersät ist, muss es viele gleichzeitig eintreffende Erregungen kombinieren. Das geschieht durch Summation der postsynaptischen Potenziale (PSP) aller Synapsen. Das Membranpotenzial des Zellkörpers wird an erregenden Synapsen vermindert, an hemmenden verstärkt. Diese lokalen Änderungen des Membranpotenzials an den postsynaptischen Membranen aktiver Synapsen breiten sich unter Abschwächung über die Oberfläche des Zellkörpers aus und summieren sich. Erreicht das Membranpotenzial, das am Axonhügel aus der zeitlichen und räumlichen Summation aller PSP resultiert, den Schwellenwert, werden dort Aktionspotenziale gebildet und vom Axon weitergeleitet. Je mehr sich das Membranpotenzial abschwächt, umso höher ist die Frequenz der Aktionspotenziale, die am Axonhügel entstehen. *Anders formuliert:* Das Neuron (Nervenzelle) hat viele Verbindungen (Synapsen), die Signale an den Zellkörper senden. Im Zentralnervensystem (ZNS) gibt es etwa 10.000 solcher Synapsen pro Neuron. Die Aufgabe des Neurons ist es, die eingehenden Signale sinnvoll zu verarbeiten. Dafür müssen die eintreffenden Signale summiert werden -- das nennt man „Summation". - **Räumliche Summation**: Wenn mehrere Synapsen gleichzeitig Signale senden, addieren sich ihre Potenzialänderungen. - **Zeitliche Summation**: Wenn eine Synapse mehrere Signale hintereinander sendet, addieren sich auch diese Potenzialänderungen. Diese Summation entscheidet darüber, ob das Neuron die Signale weiterleitet. Der Ort dieser Entscheidung ist der **Axonhügel**. Wenn das dortige Membranpotenzial den Schwellenwert erreicht, werden sogenannte **Aktionspotenziale** (Nervenimpulse) erzeugt und über das Axon (Nervenfaser) weitergeleitet. Zusammenfassung --------------- A diagram of a nerve cell Description automatically generated Nervensystem ============ Humanbiologie S. 138- 144, 147-157, 159-167 #### Das Nervensystem (NS) umfasst - **Zentralnervensystem:** Gehirn und Rückenmark - **Peripheres Nervensystem:** Nerven, die das ZNS mit den Organen verbinden Das Nervensystem bildet, leitet und verarbeitet nervöse Erregungen und speichert Informationen. Nerven leiten nervöse Erregungen von den Sinnesorganen zum Hirn, wo sie Wahrnehmungen und Assoziationen auslösen. Das Hirn plant Reaktionen und schickt die entsprechenden Befehle in Form von nervösen Erregungen über Nerven zu den Organen. Das animale oder willkürliche NS steuert die willkürlichen Aktivitäten, insbesondere die Bewegungen der Skelettmuskeln. Das vegetative oder unwillkürliche NS arbeitet unabhängig vom Willen und ist von diesem nicht beeinflussbar. Es regelt die Arbeit innerer Organe (z. B. Darm). Aufgaben des Nervensystems: --------------------------- Das Nervensystem erfüllt in enger Zusammenarbeit mit den Sinnesorganen und dem Hormonsystem folgende Aufgaben. 1. Steuert **Aktionen und Reaktionen** 2. Regelt die **Körperfunktionen** und **koordiniert** die **Zusammenarbeit aller Organe** 3. Ermöglicht **Wahrnehmungen** 4. Kann **Information** ins Gedächtnis aufnehmen, **speichern** und wieder **abrufen** 5. Ermöglicht die **intellektuellen Leistungen** (Denken, Assoziieren, Planen, Erfinden) 6. Ist das Zentrum der **Gefühle** und liefert die **Motivation** für viele Aktivitäten ### Aktionen und Reaktionen: #### Ablauf einer Reaktion: 1. Sinneszellen antworten auf Reize mit der Bildung nervöser Erregungen. 2. Das Nervensystem leitet und verarbeitet diese Erregungen und erteilt Befehle. 3. Die Erfolgsorgane reagieren.  ### Regulation der Körperfunktionen #### Regelvorgang: 1. Sensoren messen den Istwert der Regelgrösse und melden ihn ans Regelzentrum. 2. Weicht der Istwert vom Sollwert massgeblich ab, erteilt das Regelzentrum Korrektur- Befehle an das zuständige Organ. 3. Das Erfolgsorgan reagiert, Sensoren melden den veränderten Istwert: Feedback. #### Regelkreis: Das Nervensystem arbeitet mit dem Hormonsystem zusammen, um Organe und Körperfunktionen zu *steuern* und die *inneren Bedingungen stabil* zu halten. Es regelt eine Sollgröße (z. B. Körpertemperatur), indem es Istwerte von Sinnesorganen mit dem Sollwert vergleicht. Bei Abweichungen gibt das Regelzentrum Anweisungen an Organe und überprüft durch Rückmeldung die Anpassung. Dieses System nennt man Regelkreis. Regelvorgänge können sowohl der Konstanthaltung als auch der gezielten Veränderung der Regelgrösse dienen. ### Wahrnehmungen - *Im Gehirn:* Wahrnehmungen wie Sehen, Hören, Riechen etc. sind Leistungen des Gehirns. Augen und Ohren nehmen Reize auf und bilden nervöse Erregungen, aber erst deren Auswertung im Gehirn führt zur Wahrnehmung. - *Spezifische Areale:* Obwohl sich die nervösen Erregungen, die verschiedene Sinnesorgane dem ZNS liefern, grundsätzlich nicht unterscheiden, lösen sie ganz verschiedene Wahrnehmungen aus. Das liegt daran, dass die Erregungen von jedem Sinnesorgan in ein bestimmtes Areal des Gehirns geleitet und dort mithilfe abgespeicherter Informationen« interpretiert »werden. - *Selektion:* Weil das Nervensystem von der Datenmenge, die alle Sinnesorgane zusammen liefern, nur einen kleinen Teil verarbeiten kann, muss es die eingehenden Meldungen selektionieren. Wir nehmen nicht unsere ganze Umwelt wahr, sondern nur die Dinge, auf die wir bewusst oder unbewusst achten. ### Gedächnis Lernen verändert Wissen und Verhalten durch Vorgänge im Gehirn. Gelerntes wird im Gedächtnis gespeichert und bei Bedarf abgerufen -- von Fakten bis hin zu Bewegungsabläufen wie Radfahren. Selten genutztes Wissen verblasst, um Speicherplatz zu schaffen. Das Gedächtnis und neue Assoziationen bilden die Basis für Denken und geistige Fähigkeiten. ### Intellektuelle Leitungen *Denken, Erfinden, Kreieren* Das Gehirn ermöglicht komplexes Denken, das Menschen von anderen Lebewesen unterscheidet und die Grundlage der Kultur bildet. Es erlaubt Verstehen, Planen, Erfinden und Selbstreflexion. Kreative und handwerkliche Fähigkeiten, ob Chirurgie, Dolmetschen, Musik oder Design, basieren alle auf seiner Leistung. ### Gefühle und Motivation Sinneseindrücke wie Töne, Bilder oder Berührungen lösen neben Wahrnehmungen auch Gefühle aus. Denken und Fühlen sind eng verknüpft und beeinflussen sich gegenseitig. Selbst unbewusste Reize können das Befinden verändern. Entscheidungen „aus dem Bauch" und emotionale Belastungen entstehen im Gehirn. Träume und Erinnerungen zeigen, dass Gefühle mit gespeicherten Informationen verbunden sind. Teile des Nervensystems ----------------------- - *Zentralnervensystem:* *Gehirn und Rückenmark* Das Gehirn ist das übergeordnete Zentrum des ganzen Nervensystems. Es ist durch 12 Hirnnervenpaare und das Rückenmark und die Rückenmarksnerven mit den Organen verbunden. - *Peripheres Nervensystem:* *Nerven, die das ZNS mit den Organen verbinden* Das periphere Nervensystem umfasst die Nervengewebe ausserhalb der Zentren. Seine Nerven verbinden die Organe mit den Zentren. Die meisten Nerven sind gemischt, d. h., sie enthalten afferente, sensorische und efferente, motorische Fasern. A diagram of the human body Description automatically generated ### Nervensysteme - *Animales Nervensystem:* willkürliche NS, bewusste Wahrnehmungen (Bewegungen der Skelettmuskulatur) - *Vegetatives Nervensystem:* unwillkürliche NS, arbeitet unabhängig vom Willen (regelt zusammen mit dem Hormonsystem innere Organe) ### Nervenfasern - *Sensorische Nervenfasern* führen Erregungen von den Sensoren (Sinneszellen) zum ZNS, sie sind **afferent**. - *Motorische Nervenfasern* führen Erregungen vom ZNS zu den Motoren (Muskeln), sie sind **efferent** Rückenmark ---------- ### Bau und Funktion: Das Rückenmark (RM) ist ein weisser ca. 50 cm langer, 1 cm dicker Strang im Wirbelkanal. Es ist umgeben vom liquorgefüllten Kissen aus den drei Rückenmarkshäuten. Zwischen den Wirbeln tritt jeweils links und rechts je ein Spinalnerv aus. *Spinalnerven:* Jeder Spinalnerv besitzt zwei Wurzeln - Die *hintere*: enthält die sensorischen Fasern der afferenten Bahnen zum RM, - die *vordere* die motorischen Fasern der efferenten Bahnen vom RM zur Peripherie. #### Rückenmark: - ***Graue Substanz:*** liegt innen. Die schmetterlingsförmige graue Substanz enthält die Zellkörper von Motoneuronen, vegetativen Neuronen und Schaltneuronen. - ***Weisse Substanz**:* liegt aussen. Die Graue Substanz ist umgeben von der weissen Substanz mit den Axonen der aufsteigenden sensorischen und der absteigenden motorischen Bahnen.  #### Reflexe: Reflexe laufen nach Reizeinwirkung unabhängig von inneren Faktoren in jedem Fall ab. Die Erregung wird von den Sinneszellen über den Reflexbogen direkt zum Erfolgsorgan geleitet. - ***Eigenreflex:*** Bei Eigenreflexen liegen die Sensoren im Erfolgsorgan. Der Reflexbogen besteht bei Eigenreflexen aus einem sensorischen und einem motorischen Neuron. *Bsp:* Reflexe, wie der Kniescheibensehnenreflex, bei denen der Sensor im reagierenden Muskel liegt, heissen Eigenreflexe. Ihr Reflexbogen ist monosynaptisch, er hat nur eine Synapse, weil er nur aus zwei Neuronen besteht. - ***Fremdreflex:*** bei Fremdreflexen liegen die Sensoren nicht im Erfolgsorgan. Bei Fremdreflexen liegt dazwischen mindestens ein Schaltneuron. *Bsp:* Ein Beispiel eines Fremdreflexes ist das schnelle Heben und Beugen des Beins beim Tritt auf einen Nagel. Dabei arbeitet auch das zweite Bein mit, indem es sich streckt. Die Erregung gelangt über Schaltneuronen auf die andere Seite des Rückenmarks und wird hier über eine erregende Synapse zum Strecker und über eine hemmende zum Beuger des zweiten Beins geleitet. Reflexe schützen den Körper (Lidschluss, Husten), stabilisieren seine Haltung (Muskeldehnungsreflexe) und erhöhen die Sekretion von Drüsen (Speichel- und Tränenfluss). Gehirn ------ #### Bau: - ***Grösse:*** Das Gehirn des Menschen enthält schätzungsweise 50 Milliarden Neuronen und wiegt im Durchschnitt 1 400 g, - ***5 Teile:*** Anatomisch lassen sich fünf Teile unterscheiden: Grosshirn, Kleinhirn, Zwischenhirn (Thalamus und Hypothalamus), Mittelhirn und Nachhirn. Die Brücke verbindet Grosshirn, Kleinhirn und Rückenmark. Grosshirn, Kleinhirn und Thalamus bestehen aus einer linken und einer rechten Hälfte. - ***Hirnnerven:*** Am Gehirn beginnen bzw. enden die 12 Hirnnervenpaare. Die meisten versorgen den Kopfbereich. Eine Ausnahme macht der für das vegetativ NS wichtige zehnte Hirnnerv, der« herumschweifende Nerv », der durch den ganzen Bauch- und Brustraum zieht ### Nachhirn *Lage:* Das ca. 4 cm lange Nachhirn oder verlängerte Mark bildet den Übergang zwischen Gehirn und Rückenmark #### Funktionen: - Das Nachhirn regelt *vegetative Funktionen* wie Verdauung, Atmung und Kreislauf. - Über das Nachhirn laufen *vegetative Reflexe* wie Husten, Niesen und Schlucken. - Durch das Nachhirn laufen alle *auf- und absteigenden Bahnen*. - Im Nachhirn *kreuzen die motorischen Bahnen* von jeder Grosshirnhemisphäre auf die Gegenseite im Rückenmark #### Zusammengefasst: **Bau:** Das Nachhirn bildet den Übergang zwischen Gehirn und Rückenmark. **Funktionen:** - Regulation vegetativer Funktionen (Verdauung, Atmung, Kreislauf) - Durchleitung auf- und absteigender Bahnen ### Mittelhirn *Lage:* Das Mittelhirn liegt als kleinster Hirnteil zwischen Zwischenhirn und Brücke #### Funktionen: - Das Mittelhirn ist eine ***Schaltstation*** der ***Seh- und der Hörbahn***. - Im Mittelhirn liegt *das visuelle Reflexzentrum*, das Änderungen im Gesichtsfeld blitzschnell beantwortet. Es ermöglicht z. B. die schnelle Reaktion auf einen anfliegenden Gegenstand, bevor dieser vom Grosshirn erkannt wird. - Das Mittelhirn steuert die *Bewegung der Augen* und die Veränderung der *Pupille.* - Das Mittelhirn ist beteiligt an der *Bewegungssteuerung.* #### Zusammengefasst **Bau:** Das Mittelhirn liegt als kleinster Hirnteil zwischen Zwischenhirn und Brücke. **Funktionen:** - Schaltstation in der Seh- und der Hörbahn - Visuelles Reflexzentrum, Steuerung der Augenbewegungen und der Pupillenweite ### Zwischenhirn *Lage:* Das Zwischenhirn liegt zwischen den beiden Grosshirnhemisphären. Es besteht aus dem Thalamus und dem Hypothalamus mit der Hypophyse. *Thalamus:* Der Thalamus ist die wichtigste Schaltstelle in den sensorischen Nervenbahnen zum Grosshirn. Hier werden die eintreffenden *sensorischen Erregungen selektioniert*. Von einer Million Meldungen wird nur eine zur bewussten Wahrnehmung ans Grosshirn weitergeleitet. *Hypothalamus:* Der Hypothalamus ist die *Zentrale des vegetativen Nervensystems* (vgl. Kap. 9.8). Er überwacht z. B. die Körpertemperatur, den Wasserhaushalt und die Nahrungsaufnahme. Der Hypothalamus regelt die Arbeit des *Hormonsystems* und koordiniert sie mit der Arbeit des Nervensystems. Die Regulation der Hormonproduktion erfolgt meist über die am Hypothalamus hängende *Hypophyse*. Sie regelt mit ihren Hormonen die Hormondrüsen des Körpers #### Zusammengefasst: Das Zwischenhirn aus Thalamus und Hypothalamus liegt zwischen den Grosshirnhälften. - Thalamus: Sammel-, Schalt- und Selektionsstelle für sensorische Meldungen - Hypothalamus: Zentrale des vegetativen Nervensystems und des Hormonsystems ### Kleinhirn *Bau, Verbindungen:* Das Kleinhirn ist der zweitgrösste Hirnteil und seine Rinde ist stark gefaltet. Es besteht aus zwei Hälften, die durch den Wurm miteinander und durch die Brücke mit dem Grosshirn verbunden sind (vgl. Abb. 9 - 12). Im Kleinhirn und im Grosshirn liegt die graue Substanz aussen in der ca. 3 mm dicken Hirnrinde, die weisse innen. *Funktionen:* Das Kleinhirn spielt bei der Steuerung der Bewegungen eine zentrale Rolle Das Kleinhirn ist zentral für die *Steuerung* und *Feinabstimmung von Bewegungen*. Es erhält Informationen über die aktuelle Lage des Körpers, Gelenkstellungen und Muskelspannungen, die für die Bewegungsplanung notwendig sind. Obwohl das Grosshirn die Befehle an die Skelettmuskulatur ausgibt, *erstellt das Kleinhirn* *detaillierte Pläne basierend auf der geplanten Bewegung* und den Körperdaten. Es *speichert Bewegungsprogramme*, die durch Übung optimiert werden können, und kann *Bewegungen* während ihrer Ausführung *korrigieren.* #### Zusammengefasst: **Bau:** Das Kleinhirn ist der zweitgrösste Hirnteil, seine Rinde ist stark gefaltet. Es ist mit dem Grosshirn durch die Brücke verbunden und besteht aus zwei Hälften. **Funktionen:** - Erhält Informationen über Lage und Haltung der Körperteile und erarbeitet Detailpläne für die vom Grosshirn geplanten willkürlichen Bewegungen. - Koordiniert die Arbeit der Muskulatur mithilfe seiner Bewegungsprogramme. ### Grosshirn *Bau:* Das Grosshirn besteht aus zwei durch den Balken verbundenen Hälften, die Rinde ist stark gefaltet. Viele Leistungen werden von einem bestimmten Rindenfeld erbracht. ####  #### Funktionen: - Wahrnehmungen, Bewusstsein, Gedächtnis, Assoziationen, Denken, Kreativität, Sprache und alle anderen komplexen geistigen Leistungen. - Sensorische Felder empfangen sensorische Erregungen aus« ihrem »Körperteil. - Motorische Felder geben die Einsatzbefehle an die Muskeln« ihres »Körperteils. - Assoziationsfelder ermöglichen die komplexen geistigen Leistungen (Erinnern, Assoziieren, Denken, Abstrahieren, Fantasieren etc.). #### Grosshirnhemisphäre: Grundsätzlich ist jede Grosshirnhemisphäre für eine Körperhälfte (meist die gegenüberliegende) zuständig. Es gibt aber auch Zentren (z. B. die Sprachzentren), die nur in einer Hemisphäre vorkommen. - Stärken der sprachdominanten (linken) Hemisphäre sind: Erkennen von Wörtern, verbales Gedächtnis, analytisches Denken, Sprache und Mathematik. - Stärken der rechten Hemisphäre sind: Erkennen von Mustern, Klängen und Melodien, nichtverbales Gedächtnis, räumliche Vorstellung, Musikalität, Malen und Gestalten. #### Rindenfelder Feldtypen: - Sensorischen Feldern: hier treffen die Erregungen aus den Sinnesorganen ein. - Motorischen Feldern: geben die Einsatzbefehle an die Skelettmuskulatur - Assoziationsfeldern: Denkprozesse, Anteil 80% **Körperbewegungsfelder:** aus denen die motorischen Befehle an alle Skelettmuskeln einer Körperhälfte kommen.  Leistungen des Gehirns ---------------------- ### Lernen und Gedächtnis Lernen verändert unser Wissen (explizit) und unser Verhalten (implizit). *Implizites (prozedurales) Lernen:* ist das unbewusste Lernen beim Üben von Fertigkeiten und Gewohnheiten. Das Gelernte wird im erlernten Kontext unbewusst benutzt. Verhaltensgedächtnis: Fertigkeiten, Velo Fahren *Kognitives oder explizites Lernen:* ist der bewusste Erwerb von Wissen, das explizit wiedergegeben oder für Denkprozesse benutzt werden kann. Wissensgedächtnis: speichert Fakten, Begriffe, Erinnerungen, Bilder, Töne etc. *Sensorische Gedächtnis:* Im Gedächtnis kann Information gespeichert und wieder abgerufen werden. Im sensorischen Gedächtnis werden sensorische Meldungen in Sekundenbruchteilen gesichtet. Ein kleiner Teil wird ins Kurzzeitgedächtnis weitergeleitet. #### Kurzzeitgedächnis (KGZ) Dieses hat eine geringe Speicherkapazität und speichert Informationen nur für Sekunden bis Minuten. Es beruht auf kurzfristigen Veränderungen an Synapsen und auf Erregungen, die in Neuronen-Netzen zirkulieren.. #### Langzeitgedächtnis (LGZ) Im Langzeitgedächtnis kann viel Information für lange Zeit gespeichert und abgerufen werden. Die Speicherung im Langzeitgedächtnis ist mit Umbildungen und Neubildungen von Synapsen verbunden A diagram of a diagram Description automatically generated ### Bewusstseinszustände: Formatio Reticularis Die Formatio reticularis ist ein Geflecht von grauer und weisser Substanz, das sich vom Nachhirn bis ins Zwischenhirn erstreckt. Die Formatio reticularis bestimmt den Bewusstseinszustand und den Schlaf-Wach-Rhythmus, indem sie das Grosshirn unterschiedlich stark aktiviert. #### Schlafen und Wachen: Schlaf dient der Erholung. Der Kontakt zur Umwelt ist weitgehend aufgehoben, die Leistung vieler Organe ist vermindert und die Spannung der Muskulatur geringer. In den 90-minütigen Schlafzyklen treten verschiedene Schlafphasen mit unterschiedlichen Hirnstromwellen auf. Jeder Zyklus endet in einer REM-Phase mit regen Träumen ### Gefühle und Motivation Für Gefühle und Motivationen wie Hunger, Durst, Angst, Aggression ist das limbische System zwischen Hirnstamm und Grosshirn zuständig. Hier lösen Meldungen der Sinnesorgane, aber auch Gedanken und Erinnerungen Emotionen aus. Motivation und Stimmung sind entscheidend für Lernvorgänge und für das Verhalten, weil sie die Leistungen des Grosshirns beeinflussen. Es wirkt über den Hypothalamus auch auf die Funktion der inneren Organe und auf die Hormonproduktion.  ### Bewegungssteurung: Zusammenarbeit von Gross- und Kleinhirn Die Befehle für die Bewegung der Skelettmuskulatur liefert das Grosshirn. Die Detailarbeit leistet das Kleinhirn mithilfe abgespeicherter Bewegungsprogramme und mit Informationen über Lage und Haltung des Körpers, die es von den Sinnesorganen erhält. Jede Grosshirnhemisphäre ist für eine Körperhälfte zuständig (meist die gegenüberliegende). Dieser Prozess beschreibt, wie das Gehirn und das Nervensystem zusammenarbeiten, um eine Bewegung zu planen, auszuführen und zu überwachen. Hier eine vereinfachte Zusammenfassung der sechs Schritte: 1. **Entscheidung zur Bewegung**: Der Entschluss, sich zu bewegen, entsteht im **Stirnlappen des Großhirns** (Assoziationsfeld), basierend auf Informationen aus den Sinnesorganen und dem **limbischen System** (das für Emotionen zuständig ist). Diese Information wird dann an die **Basalganglien** und den **Thalamus** weitergeleitet. 2. **Entwicklung des Bewegungsprogramms**: Die **Basalganglien** und der **Thalamus** arbeiten zusammen, um ein Bewegungsprogramm zu entwickeln. In Zusammenarbeit mit den motorischen Feldern des Gehirns wird entschieden, welche Bewegungen ausgeführt werden müssen. 3. **Übertragung an das Kleinhirn**: Das **Großhirn** sendet das Bewegungsprogramm mit den grundlegenden Befehlen für die Muskeln an das **Kleinhirn**, das für die Feinabstimmung und Koordination der Bewegung verantwortlich ist. 4. **Feinabstimmung der Bewegung**: Das **Kleinhirn** nutzt Informationen von **inneren Sinnesorganen** (wie den **Muskelspindeln**) und berücksichtigt die aktuelle Position des Körpers und der Muskeln. Es erstellt dann detaillierte Pläne für die Ausführung der Bewegung und sendet diese zurück an das Großhirn. 5. **Umsetzung der Detailpläne**: Das **Großhirn** empfängt die Detailpläne und wandelt sie in spezifische Befehle für die Muskeln um. Diese Befehle werden über die **motorischen Bahnen im Rückenmark** an die entsprechenden Muskeln gesendet. Kopien dieser Befehle gehen zurück an das **Kleinhirn**, um den Prozess zu überwachen. 6. **Überwachung und Korrektur**: Das **Kleinhirn** überwacht die ausgeführte Bewegung in Echtzeit und kann den Ablauf der Bewegung über direkte Bahnen im Rückenmark (die sogenannten **extrapyramidalen Bahnen**) anpassen und korrigieren, falls notwendig. Insgesamt handelt es sich um einen komplexen, mehrstufigen Prozess, bei dem verschiedene Hirnregionen zusammenarbeiten, um eine Bewegung präzise auszuführen und zu kontrollieren.  **Vegetatives Nervensystem** ---------------------------- Das vegetative Nervensystem regelt und koordiniert in Zusammenarbeit mit dem Hormonsystem die Funktion der inneren Organe unwillkürlich und weitgehend autonom. Es überwacht den Stoff-, Wärme- und Energiehaushalt und befehligt die glatte Muskulatur sowie die meisten Drüsen. Die Zentren des vegetativen Nervensystems liegen im Zwischen- und im Nachhirn. Die vegetativen Bahnen vom ZNS zu den Organen bestehen aus je zwei Neuronen, die Zellkörper der zweiten Neuronen liegen in vegetativen Ganglien ausserhalb des ZNS. Das vegetative Nervensystem besteht aus zwei antagonistisch wirkenden Systemen: - *Der Sympathikus*: Der Sympathikus erhöht die unmittelbare Leistung des Körpers nach aussen in einer physischen oder psychischen Stresssituation (Flucht- oder Kampfsituation). Er beschleunigt Atmung und Kreislauf und hemmt die Verdauung. Die Ganglionen des Sympathikus bilden die beiden Grenzstränge links und rechts neben der Wirbelsäule. Transmitter ist Adrenalin. - *Der Parasympathikus:* fördert die Regeneration und den Aufbau von Reserven. Er beschleunigt z. B. die Verdauung und hemmt Atmung und Kreislauf. Die Ganglien des Parasympathikus liegen nahe bei den Erfolgsorganen und erhalten ihre Befehle mehrheitlich vom Vagus-Nerv. Transmitter ist Acetylcholin. Sinnesorgane ============ #### Aufgaben Sinnesorgane und Sinneszellen liefern dem Nervensystem die Informationen über die Umwelt und die Innenwelt, die den Reaktionen und der Regulation der Körperfunktionen zugrunde liegen. Sinneseindrücke sind die Basis des Denkens und Fühlens und prägen unser Weltbild. #### Verarbeitung Sinneszellen reagieren auf bestimmte Reize mit der Bildung nervöser Erregungen. Sinnesorgane besitzen einen Apparat zur Bearbeitung und Übertragung der Reize auf die Sinneszellen, die so angeordnet und koordiniert sind, dass das Organ mehr leistet als die einzelnen Sensoren. Erregungsbildung ---------------- #### Spezifische Sensoren Sinneszellen sind Sensoren und reagieren auf bestimmte Reize mit der Bildung nervöser Erregungen. Jede Sinneszelle reagiert auf eine bestimmte Art von Reiz: - **Chemosensoren** auf der Zunge und in der Nase reagieren auf bestimmte Moleküle. - **Photosensoren** im Auge reagieren auf Licht. - **Mechanosensoren** in der Haut und im Innenohr reagieren auf Druck (Verformung). - **Wärme- und Kältesensoren** reagieren auf die lokale Temperatur und auf Temperaturerhöhung bzw. -erniedrigung #### Reizstärke und Stärke der Erregung: Sinneszellen sind Sensoren, in denen Reize einer bestimmten Reizart Vorgänge auslösen, die zur Veränderung des Membranpotenzials führen. Bei überschwelligen Reizen sind die Änderungen des Membranpotenzials so stark, dass im wegführenden Axon Aktionspotenziale auftreten. Die Frequenz der Aktionspotenziale steigt mit der Reizstärke (bei den meisten Sensoren auf das Zwei- bis Vierfache bei einer Verzehnfachung der Reizstärke).  #### Adaption: Viele Sinneszellen adaptieren: Bei einem Dauerreiz konstanter Stärke nimmt die Änderung des Membranpotenzials und damit die Frequenz der Aktionspotenziale mit der Zeit ab. **Bsp:** Adaption der Nase Besonders gut ist die Adaption bei den Geruchssinneszellen der Nase zu beobachten. Wenn Sie einen Raum betreten, in dem es stark riecht, wird Ihre Nase reagieren und Sie nehmen den Geruch wahr. Wenn Sie sich einige Zeit im Raum aufhalten, adaptiert Ihre Nase und Sie können den Geruch nicht mehr feststellen. Erst wenn Sie die Nase kurz an der frischen Luft ausgelüftet haben, nehmen Sie den Geruch wieder wahr. Von der Erregung zur Wahrnehmung -------------------------------- ### Auswahl der wichtigen Reize bzw. Erregungen Unsere Sinnesorgane können längst nicht alle eintreffenden Reize registrieren und das Nervensystem kann von den dabei gebildeten Erregungen nur einen kleinen Teil verarbeiten. Darum müssen sowohl die Sensoren als auch das Nervensystem zwischen« wichtigen »und« unwichtigen »Informationen unterscheiden. Dies kann durch Adaption der Sinneszellen oder durch Selektion der sensorischen Erregungen geschehen. *Adaption:* Die meisten Sensoren reagieren primär auf Reize, die neu auftreten oder die sich ändern. Bei Dauerreizen nimmt die Empfindlichkeit der Sensoren ab: Adaption. *Selektion:* Die meisten sensorischen Bahnen führen durch das Zwischenhirn ins Grosshirn (vgl. Kap. 9.5.6, S. 154). Im Thalamus werden die sensorischen Meldungen selektioniert. Von 10 Millionen Meldungen wird nur eine ins Grosshirn weitergeleitet und dort bewusst wahrgenommen. *Aufmerksamkeit:* Manchmal lässt sich die Auswahl der sensorischen Meldungen durch Aufmerksamkeit, d. h. willkürlich, beeinflussen. So spüren Sie normalerweise beim Sitzen nicht, dass Ihr Gewicht auf den Po drückt. Wenn Sie jetzt aber an diesen denken, werden Sie die Meldung von seinen Drucksensoren sofort erhalten ### Wahrnehmungen *Definition:* Wahrnehmen ist eine Leistung des Grosshirns und setzt die Interpretation der sensorischen Meldungen durch den Vergleich mit früher abgespeicherten Informationen voraus. Das zeigt sich daran, dass im Grosshirn neben den sensorischen Feldern auch die Erinnerungs- und Assoziationsfelder aktiv werden. #### Kanalspezifische Interpretation: Die nervösen Erregungen, die von verschiedenen Reizen in verschiedenen Sensoren ausgelöst werden, sind grundsätzlich alle gleich und verraten nichts über die Art des auslösenden Reizes Die sensorischen Erregungen gelangen vom Sinnesorgan über einen spezifischen Kanal, d. h. über eine bestimmte Nervenbahn in das für dieses Sinnesorgan reservierte sensorische Feld des Grosshirns. Hier werden sie mithilfe von Informationen des entsprechenden Erinnerungsfelds kanalspezifisch interpretiert **Bsp:** Die Erregungen vom Auge gelangen über den Sehnerv ins Sehfeld des Grosshirns und lösen darum eine andere Wahrnehmung aus als Erregungen, die vom Ohr über den Hörnerv ins Hörfeld geleitet werden #### Die« Projektion »der Wahrnehmung Wenn Sie sich in den Finger stechen, wird die dadurch ausgelöste Erregung ins entsprechende Feld des Grosshirns geleitet und dort wahrgenommen. Trotzdem spüren Sie den Stich nicht im Grosshirn, sondern im Finger. Das Hirn« denkt »die Wahrnehmung an den Ort der Reizeinwirkung. Jede Erregung in einem sensorischen Feld löst eine Empfindung in der entsprechenden Körperregion aus. erklärt Phantomschmerzen (z.B bei einem Amputierten Finger) **Zusammengefasst**: Adaption und Selektion: Die Adaption der Sensoren und die willkürliche oder unwillkürliche Selektion sensorischer Meldungen reduzieren deren Zahl so, dass sie vom Grosshirn verarbeitet werden können. Sensorische Erregungen werden im Grosshirn in das entsprechende sensorische Feld geleitet und kanalspezifisch interpretiert. Die Wahrnehmung basiert auf dem Vergleich mit abgespeicherten Informationen aus den zugeordneten Erinnerungsfeldern Einteilung und Leistung der Sinnesorgane ---------------------------------------- *Repetoire:* Das Repertoire der feststellbaren Reize ist bei verschiedenartigen Lebewesen unterschiedlich und korrespondiert in der Regel mit der Lebensweise. *Zahl der Sinne:* Die klassischen fünf Sinne sind: Sehsinn, Hörsinn, Geruchssinn, Geschmackssinn und Tastsinn. Andere Sinne die nicht mitgezählt werden: Der Gleichgewichtssinn, Chemische Sinne im Körperinneren (Messen z.B den Sauerstoffgehalt und den pH-Wert des Bluts), Mechanische Sinne, Wärme und Kältesinn, Schmerzsinn, Innere Sinne. *Qualitäten:* Innerhalb einer Sinnesmodalität wie Sehen und Hören können oft verschiedene Qualitäten unterschieden werden, beim Sehen z. B. die Farben, beim Hören die Tonhöhen. Die Unterscheidung verschiedener Qualitäten beruht ebenfalls auf der Kanalspezifität: Rotes Licht reizt andere Sensoren und erregt dadurch andere Nervenzellen des Sehnervs als blaues. Die Erregung wird in einen anderen Bereich des Sehfelds geführt und kanalspezifisch interpretiert *Intensität:* Mit der Reizstärke steigt die Stärke der Erregung (im Axon die Frequenz der Aktionspotenziale). Es ist auch möglich, dass ein starker Reiz mehr Sensoren erregt als ein schwacher Auge und Sehsinn ================ Grundlagen aus der Optik ------------------------ Das Auge liefert dem Hirn über 90% aller Informationen. Seine Leistungen basieren auf lichtempfindlichen Sensoren, die Erregungen produzieren, wenn sie durch Licht mit Wellenlängen zwischen 400 und 700 nm (10 -- 9 m) gereizt werden. *Sammellinsen* bündeln parallel einfallende Lichtstrahlen so, dass sie sich im Brennpunkt schneiden. A diagram of a light source Description automatically generated *Brennweite:* Die Distanz zwischen Linsenebene und Brennpunkt ist die Brennweite. *Brechkraft:* Die Brechkraft ist umso höher, je kugeliger die Linse ist (Brechkraft in Dioptrien = 1/ Brennweite in m). Bei Zerstreuungslinsen ist der Wert negativ.  *Abbildung und Anpassung der Brechkraft:* A diagram of a light source Description automatically generated with medium confidence Eine Sammellinse bildet ein Objekt auf der anderen Seite der Linse um 180 ° gedreht und (wenn es weiter entfernt ist als die doppelte Brennweite) verkleinert ab. Um Objekte unabhängig von ihrer Entfernung in der gleichen Ebene abzubilden, muss die Brechkraft der Linse mit sinkender Entfernung erhöht werden. Bau des Augapfels --------------------------------------- A grey and black text on a white background Description automatically generated ### Hornhaut: Schutz und Sammellinse Die durchsichtige Hornhaut besteht aus Bindegewebsfasern und einem regenerationsfähigen Epithel; Blutgefässe fehlen. Die gewölbte Hornhaut ist die Schutzscheibe des Auges und wirkt zusammen mit der flüssigkeitsgefüllten vorderen Augenkammer als Sammellinse (Brechkraft 43 dpt). Sie trägt etwa 80% zur Lichtbrechung des Auges bei. ### Iris: Regelung des Lichteinfalls Die farbige Iris, die die Pupille umgibt, enthält glatte Muskeln, mit denen die Pupillenweite zur Regulation des Lichteinlasses verändert wird (Adaption). ### Linse und Ciliarkörper #### Bau Die Linse besteht aus elastischen Fasern und einem Epithel, Blutgefässe fehlen. Sie ist hinter der Iris durch feine Fasern im Zentrum des ringförmigen Ciliarkörpers aufgehängt.  #### Abbildung auf die Netzhaut und Akkommodation im gesunden Auge ###### Zwei Samelllisen: - **Augenkammer + Hornhaut:** Hornhaut und Linse bündeln die einfallenden Lichtstrahlen so, dass das betrachtete Objekt auf die Netzhaut abgebildet wird. Konstante Brechkraft (43 Dioptrien) - **Linse:** Die Brechkraft der verformbaren Augenlinse kann durch Kontraktion des ringförmigen Ciliarmuskels von 16 und auf max. 28 dpt erhöht werden. ###### Nah und Fern: Im Unterschied zum Fotoapparat, wo das Linsensystem verschoben wird, stellt das Auge durch Verformen der Linse scharf. Dabei wird die Brechkraft der Linse so verändert, dass die Bildebene auf die Netzhaut fällt ##### Fernakkomodation Bei Fernakkommodation ist der Ciliarmuskel entspannt. Die Linse ist flach, weil sie durch den Zug der Linsenbänder und des elastischen Augapfels gespannt wird. Weit entfernte Objekte werden auf der Netzhaut scharf abgebildet, näher liegende Objekte dahinter. ##### Nahakkomodation Bei der Nahakkommodation wird die Brechkraft der Linse erhöht. Der ringförmige Ciliarmuskel kontrahiert, sein Durchmesser nimmt ab, die Linsenbänder werden locker, die elastische Linse zieht sich zusammen und ihre Brechkraft steigt. Die Elastizität der Linse nimmt mit zunehmendem Alter ab, der Nahpunkt rückt weiter weg (Altersweitsichtigkeit). ###### Altersweitsichtigkeit Mit zunehmendem Alter verliert die Linse ihre Elastizität und wird beim Entspannen nicht mehr so kugelig, was bedeutet, dass sich ihre Brechkraft nicht mehr so stark erhöht. Der Nahpunkt rückt immer weiter in die Ferne, die Lesedistanz nimmt zu. Diese Altersweitsichtigkeit lässt sich durch eine Brille mit Sammellinsen korrigieren #### Kurzsichtigkeit - Kurzsichtige sehen in die Nähe gut und in die Weite schlecht. Die Bildebene weit entfernter Objekte liegt auch im maximal fernakkommodierten Auge vor der Netzhaut. Das Bild auf der Netzhaut ist unscharf. - Die Ursache der Kurzsichtigkeit ist meist ein zu langer Augapfel. - Kurzsichtigkeit wird durch eine Brille oder durch Kontaktlinsen mit Zerstreuungslinsen (negative Dioptrienzahl) kompensiert. #### Weitsichtigkeit - Weitsichtige sehen in die Weite gut und in die Nähe schlecht. Die maximale Brechkraft der Linse ist bei Nahakkommodation zu gering, d. h., die Bildebene nahe liegender Objekte liegt hinter der Netzhaut. - Die Ursache der Weitsichtigkeit kann ein zu kurzer Augapfel oder die Abnahme der Elastizität der Linse sein (Altersweitsichtigkeit). - Weitsichtigkeit wird durch eine Brille oder durch Kontaktlinsen mit Sammellinsen (positive Dioptrienzahl) kompensiert A diagram of a light source Description automatically generated with medium confidence ### Glaskörper Der Glaskörper ist eine glasklare, gallertige Masse zwischen Linse und Netzhaut. Er stabilisiert die Form des Augapfels. ### Netzhaut S.183-188 #### Bau Die Netzhaut liegt zwischen Glaskörper und Aderhaut. Sie besteht aus dem Pigmentepithel und drei Schichten mit Sinnes- und Nervenzellen: - **Innere Schicht:** Zellkörper der wegführenden Neuronen. Ihre Fasern laufen zum blinden Fleck, wo sie als Sehnerv austreten. Dort gibt es keine Sinneszellen. - **Mittlere Schicht:** Schaltzellen. - **Äussere Schicht:** Die Lichtempfindliche Schicht mit Sinneszellen. Zäpfchen (Farbensehen) und Stäbchen (Dämmerungssehen). Am Rand der Netzhaut nur Stäbchen, im gelben Fleck nur Zapfen.  #### Gelber Fleck Um ein Objekt genau zu sehen, werden Kopf und Augen so gerichtet, dass es auf den gelben Fleck abgebildet wird. Hier ist die räumliche Auflösung am besten weil die Dichte der Zapfen und der wegführenden Nervenzellen hier am höchsten ist und das Licht fällt fast ungehindert auf die Zapfen. #### Blinder Fleck An der Stelle, wo der Sehnerv das Auge verlässt, besitzt die Netzhaut keine Sinneszellen. #### Vorgang in den Sinneszellen Stäbchen und Zapfen besitzen in ihren Fortsätzen Membranstapel mit dem lichtempfindlichen Sehpurpur (Rhodopsin). Es besteht aus Retinal, das an ein Membranprotein (Opsin) gebunden ist. Durch Belichtung wird das lichtempfindliche Rhodopsin umgewandelt und bringt dabei eine Kette von Reaktionen in Gang, die zur Änderung des Membranpotenzials führt. Ist diese stark genug, werden im Axon Aktionspotenziale gebildet. A diagram of a structure Description automatically generated - **Adaption:** Weil die Konzentration des Rhodopsins bei Belichtung abnimmt, sinkt im Hellen die Empfindlichkeit der Sinneszellen (Adaption). Im Dunkeln wird das Rhodopsin regeneriert, um im Dunkeln besser zu sehen. #### Farbensehen Unser Auge ist empfindlich für Licht mit Wellenlängen zwischen 400 und 700 nm. Wir können Farben unterscheiden, weil es drei Typen von Zapfen (Rot-, Grün- und Blau-Zapfen) gibt, die sich in der Empfindlichkeit für Licht verschiedener Wellenlängen unterscheiden.) Ihr Sehpurpur absorbiert in verschiedenen Wellenlängenbereichen, weil sein Opsin verschieden ist. Jeder Zapfentyp absorbiert Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs. Meist werden alle drei Zapfentypen mehr oder weniger stark erregt. Das Verhältnis ihrer Erregungsintensitäten ist je nach Farbton verschieden. Zur Identifikation einer Farbe werden die Meldungen aller drei Zapfentypen kombiniert. Hilfsapparat und Muskeln des Auges ---------------------------------- Zum Augen-Hilfsapparat gehören - die Augenlider (Schutz), - die Tränendrüsen (Befeuchtung, Reinigung, Ernährung, Infektionsschutz) und - die Bindehaut (Abschluss). Die sechs Augenmuskeln ermöglichen die koordinierte Bewegung der beiden Augäpfel, die nötig ist, um das betrachtete Objekt, auch wenn es sich bewegt, in beiden Augen auf den gelben Fleck abzubilden A diagram of the eye and the eyeball Description automatically generated Sehbahnen --------- In den Sehbahnen ziehen Nervenfasern von jedem Auge über das Zwischenhirn zu beiden Grosshirnhemisphären. Die Fasern von den nasennahen Hälften beider Netzhäute kreuzen zur gegenüberliegenden Hemisphäre, die anderen wechseln die Seite nicht. Darum sieht das rechte Grosshirn Objekte, die links vor uns stehen, und umgekehrt.  Leistungen des Auges -------------------- #### Gesischtsfeld Das Gesichtsfeld ist der Bereich, den Sie ohne den Kopf zu bewegen beim Geradeausschauen sehen. Die Gesichtsfelder der beiden Augen überlappen stark. Im Gesichtsfeld von jedem Auge klafft ein kleines« schwarzes Loch », weil dieser Objektbereich auf den blinden Fleck abgebildet wird. Wir merken davon normalerweise nichts, weil die gleiche Objektstelle im anderen Auge nicht auf den blinden Fleck fällt. Die Überlappung der Gesichtsfelder beider Augen ermöglicht auch das räumliche Sehen. A diagram of a geometrical figure Description automatically generated #### Sehschärfe (Räumliche Auflösung): Räumliche Auflösung (Sehschärfe): Wir sehen zwei Punkte in Lesedistanz noch getrennt, wenn ihr Abstand mind. 0.5 mm beträgt. *Bewegungssehen (Zeitliche Auflösung):* Wir können in einer Sekunde 20 bis 30 Bilder getrennt wahrnehmen. *Räumliches Sehen:* Die Gesichtsfelder beider Augen überlappen und das Hirn entwickelt aus den leicht verschiedenen Informationen der beiden Augen ein räumliches Bild. *Schätzen der Entfernung:* Zur Abschätzung der Entfernung dienen: - das **räumliche Sehen**: Die Lage des Objekts im Raum hilft v. a. im Nahbereich. - die **Grösse des Netzhautbilds**: Je weiter entfernt das Objekt ist, umso kleiner ist sein Netzhautbild. Das hilft natürlich nur bei Objekten, deren Grösse wir kennen. - die **Stellung der Augenachsen** Mit der Entfernung des Objekts ändert sich auch die Stellung der Augenachsen. Die Anspannung der Augenmuskeln informiert darüber - **Akkomodation:** die Anspannung des Ciliarmuskels. #### Optische Täuschungen: Sind meist die Folge von Wahrnehmungsfehlern des Gehirns. Sie beruhen darauf, dass Annahmen, die das Grosshirn bei der Verarbeitung der sensorischen Meldungen macht, manchmal nicht stimmen. Mechanorezeptoren **Mechanorezeptoren** sind spezialisierte Nervenzellen, die auf mechanische Reize wie Druck, Vibration, Dehnung oder Berührung reagieren. Sie sind für die Wahrnehmung von physikalischen Veränderungen in der Umwelt und im Körper verantwortlich und spielen eine zentrale Rolle bei der Sinneswahrnehmung.