Neuropsychologie Skript PDF

Neuroanatomie ============= **Biopsychologie:** - Psychologie: Wissenschaft vom Verhalten und Erleben.\ Erleben und Verhalten beruhen auf Hirnfunktionen. - Psyche (Geist) = Vielzahl von Prozessen im Gehirn - Grundlage für „einfaches" Verhalten - Ziel: Erklärung der biolo...

Neuroanatomie ============= **Biopsychologie:** - Psychologie: Wissenschaft vom Verhalten und Erleben.\ Erleben und Verhalten beruhen auf Hirnfunktionen. - Psyche (Geist) = Vielzahl von Prozessen im Gehirn - Grundlage für „einfaches" Verhalten - Ziel: Erklärung der biologischen Grundlagen von Verhalten & Erleben Das Gehirn ---------- [Orientierung im Körper: ] Dorsal = zum Rücken hin/ rückenwärts ventral = zum Bauch hin / bauchwärts Rostral -- nach vorne hin (zum Kopf) / Caudal = nach hinten hin (zum Schwanz) / steißwärts [Orientierung im Gehirn: ] Superior = oberer Bereich / oben\ inferior = unterer Bereich / unten\ anterior = vorderer Bereich / vorne\ posterior = hinterer Bereich / hinten [Bei frontaler Ansicht:] Lateral = Nach Außen\ Medial = Zur Mitte [Allgemeines:] - Das Gehirn ist Teil des zentralen Nervensystems (ZNS) (besteht aus Rückenmark + Gehirn) - Entwickelt sich aus dem Neuralrohr - Gegenpart: Periphere Nervensystem - Gehirngröße und Intelligenz korrelieren nur mit Körpergewicht - Gehirngröße muss immer im Verhältnis zum Körpergewicht gesehen werden - **Präfrontaler Kortex** ist beim Menschen außergewöhnlich groß = empfängt sensorische Signale und steht in korrelativem Zusammenhang mit der Integration von Gedächtnisinhalten und emotionalen Bewertungen. - Komplexes Netzwerk aus Neuronen (ca. 20-100 Milliarden - Das Gehirn ist von vielen Blutgefäßen durchzogen und deshalb eigentlich rötlich - Auf Hirnschnitten verfärbt sich das Gehirn aber: (ohne blut) - **Graue Substanz** = grey matter = Große Ansammlungen von Neuronen - **Weiße Substanz** = white matter = leitenden Myelinscheiden (Begriff googlen) „Isolierband der Nervenzellen" - **Myelinscheiden =** mehrschichtige Struktur, die eine im Zentrum sitzende Nervenfaser (Axon) spiralförmig umschließt - etwa so wie eine Rolle Tesafilm das Plastikröhrchen Gehirnentwicklung und Evolution ------------------------------- #### Triune Brain Concept (Paul MacLean) Emotionstheorie Das Gehirn entwickelte sich in drei Phasen: 1. **Reptiliengehirn (300 Millionen Jahre):** Instinktive Funktionen (z.B. Atmung, Verdauung); Kein Bewusstsein oder Emotion 2. **Mammalisches Gehirn (200 Millionen Jahre):** Soziales Verhalten (z.B. Fürsorge, Bindung, Verspieltheit), Anfänge von sozialen Funktionen und Bewusstheit, gesteigerte Lernfähigkeit 3. **Neokortex (Mensch) (200.000 Jahre):** Höhere kognitive Funktionen (z.B. Denken, Entscheidungsfindung, Emotionssteuerung & -regulation); noch immer Reptilien- + Mammalische Gehirnareale vorhanden; wichtigste Funktion „**Reasoning" =** aktives Bewusststein, Reflexionsfähigkeit Aus Konzept abgeleitet: **Emotionstheorie:** Verschiedene Bereiche im Gehirn steuern primitive und soziale Emotionen. [Phylogenetische Entstehung: ] 1. **Reptiliengehirn:** „Erstes Gehirn", heute Basalganglien, Sitz der „primitiven" Emotionen (Furcht, Aggression) 2. **Neurokortex:** Der als letztes/neuestes entwickelte Gehirnbereich; Kognitive Funktionen, logisches Denken**,** Top-Down Kontrolle 3. **Mammalisches Gehirn / Altes Säugetier Gehirn: heute**: das limbische System; dämpft Aktivität im Reptiliengehirn und ist Sitz von sozialen Emotionen (Trennungsschmerz, Soziale Bindung, Fürsorge) #### Brodmann\'s Areale: - Korbinian Brodmann teilte Cortex in 52 Areale (inzwischen noch weiter unterteilt) Das Großhirn: ------------- ### Hemisphären **Das Großhirn** (Cerebrum oder Endhirn): macht den Hauptteil des menschlichen Gehirns aus. Es besteht aus einer rechten und einer linken **Hemisphäre**, die beiden über den **Balken (Corpus callosum)** miteinander verbunden sind. **Hemisphären:** Zwei eng zusammenarbeitende Gehirnhälften, steuern Erleben und Verhalten arbeiten **Kontralateal:** Prozesse (sensorisch/motorisch), die entgegengesetzt gesteuert werden (z.B. linke Hemisphäre steuert rechte Körperhälfte) **Corpus Callosum**(=Balken)**:** Verbindet die beiden Hemisphären des Gehirns. - Das Corpus Callosum besteht aus Axonen interhemisphärischer Neurone, die von Oligodendrozyten (dazu später mehr) ummantelt sind Deswegen besteht es aus [weißer Substanz] #### Lateralisation: **Lateralisation**: beschreibt das Phänomen, dass bestimmte Prozesse verstärkt von einer Hirnhälfte gesteuert werden, was zu einer **hemisphärischen Dominanz** (Dominanz einer der beiden Großhirnhälften) führen kann. Lateralisationseffekte sind meist jedoch sehr klein Beispiel für Hemisphären-Prozesse (Gedächtnisprozesse): - Enkodierung (Speichern) eher linkshemisphärisch - Abruf (Erinnern) eher rechtshemisphärisch Beispiel Sprache: - Starke Lateralisation in der linken Hemisphäre, insbesondere in den Bereichen: - **Broca-Areal** (für Sprachproduktion, aktives Sprechen) - **Wernicke-Areal** (für Sprachverständnis, Sprache aufnehmen/verstehen) - Diese Areale sind bei ca. 90% der Menschen linkshemisphärisch dominant. **Wada-Verfahren** (Verfahren nicht mehr aktuell)**:** Zur Bestimmung der hemisphärischen Sprachdominanz, indem eine Hirnhälfte vorübergehend betäubt wird. - Bspl. Schlaganfall: Nach einem Schlaganfall in der linken Hemisphäre sind Sprachstörungen wie Broca- oder Wernicke-Aphasie häufig. (Sprachmotorik weg, Verständnis noch da) Broca- oder (sinnhaftes Produzieren von Sinnzusammenhängen nicht mehr möglich), Sprachverständnis gestört) Wernicke-Aphasien (=Sprachstörungen) ### Versorgung des Gehirns: Ventrikel **Ventrikel:** Das in unserem - aus vier miteinander verbundenen Hirnkammern (sog. Ventrikeln) bestehende - Ventrikelsystem zirkulierende Hirnwasser  (**Cerebrospinalflüssigkeit (CSF)**) versorgt unser Gehirn mit Nährstoffen und sorgt für den Abtransport von Stoffwechselprodukten. Gleichzeitig schützt es unser Gehirn. - Das Gehirn wird durch Arterien wie die [Arteria carotis interna] mit Blut versorgt und von (Sinus-)Venen (Sinus venarum) entwässert. - Arteria Carotis externa versorgt äußere Teile wie die Kopfhaut oder das Gesicht - Arteria carotis interna führt direkt ins Gehirn und bildet mit Arteria vertebralis einen Ring aus miteinander verbundenen Arterien ### Hirnhäute **Hirnhäute:** strukturierte Bindegewebsschichten, die das gesamte Gehirn umschließen und sich kaudal des Foramen magnum als Rückenmarkshäute fortsetzen. Sie gehören zu den drei Membranen bzw. **Meningen**. Die Hirnhaut liegt als Organkapsel dem Gehirn auf. 1\. **Dura mater**: äußere, dicke Schicht, enthält die Venen 2\. **Mater Arachnoidea:** spinnenartige Schicht, polstert ab 3.**Pia mater:** innere dünne Membranschicht, folgt den Windungen des Kortex, liegt direkt auf Kortex auf ### Der Cortex  Der Kortex und seine Lappen - Der cerebrale Cortex (=Großhirnrinde) besteht aus 4 Lappen: - **Okzipitallappen** (=Hinterhautlappen), visuelle Verarbeitung (Sehen, Lesen) - **Parietallappen** (=Scheitellappen), somatosensorische (fühlen) & räumliche Wahrnehmung, Sprache - **Temporallapen** (=Schläfenlappen), auditive Verarbeitung & Gedächtnis (Hören, Verstehen, Lernen, Gefühle, Motivation) - **Frontallappen,** höher kognitive Funktion (Denken, Gedächtnis, Persönlichkeit, Verhalten, Motorik) - Außerdem ist der Cortex stark gefaltet - **Gyri:** Windung - **Sulci:** Flache Furchen - Fissuren = Tiefere Furchen - Die Fissuren und größeren Sulci trennen die vier Hirnlappen voneinander #### Okzipitallappen - Hauptfunktion: visuelle Reize (Sehen) - In anteriore Richtung verlaufend sind hier verschiedene, nach Komplexität aufsteigende visuelle Ariale vorhanden (V1-V4) - Primärvisueller Kortex (V1)\*\*: Erste Verarbeitung visueller Reize - **Läsionen** (Beschädigung) im V1-Areal Okzipitallappens führen zur Erblindung - Z.B. Patient hat nach einem Autounfall Läsion im linken V1 - Kann im rechten Gesichtsfeld nicht mehr bewusst sehen - Andere (höhere) Areale der visuellen Verarbeitung funktionieren aber noch - **Blindsight**: Patienten mit Läsionen im V1-Areal können Bewegungen im nicht-sehenden Bereich erkennen, aber nicht bewusst (stehende/stille Objekte) sehen. - Von V1 aus werden visuelle Informationen auf zwei getrennten Wegen weiterverarbeitet a. **Ventrale Bahn** (\"Was?\") (grün): Objekt-, Gesicht- und Szenenerkennung - **Agnosien**: Störungen des Erkennens von Objekten oder Gesichtern - z.B **Prosopagnosie** bei Läsion in der Fusiform Face Area (Gesichter können nicht mehr erkannt werden)). b. **Dorsale Bahn** (\"Wo?\") (rosa): Verarbeitung räumlicher Informationen und Bewegungen - **Z.B. Visuelle Neglect:** Aufmerksamkeitsdefizit, bei dem Betroffene Objekte im kontra-läsionalen Gesichtsfeld ignorieren #### Parietallappen Hauptfunktion: räumliche Aufmerksamkeits- und Gedächtnisfunktion - Im anterioren Teil des Parietallappens liegt der **somatosensorische Kortex** - sammelt Informationen aus Haut, Muskeln und Gelenken - Bewusste sensorische Körperwahrnehmung - Der somatosensorische Kortex weist eine **somatotope** (vermittelnde) Gliederung - Distinkte und benachbarte **Hirnareale** verarbeiten auch Informationen aus distinkten und **benachbarten** Körperteilen - Die Größe des Hirnareals entspricht dabei nicht der Größe des Körperteils, sondern der Anzahl der Sinnesrezeptoren in diesem Körperteil (z.B. Ein Stich mit Zirkel in Rücken muss sehr viel weiter auseinander sein, dass 2 Stiche gespürt werden, in Hand sehr eng) --\> Bspl. des „Homunculus" #### Temporallappen Hauptfunktion: Hören, Verstehen - Primäre auditive Kortex = Verarbeitung von Klangreizen - Auch höhere auditive Areale wie das Wernicke Areal liegen im Temporallappen - Läsionen im Temporallappen können Sprachverständnisstörungen wie \*\*Wernicke-Aphasie\*\* verursachen - Auf der Innenseite des Temporallappens befindet sich der Hippocampus #### Frontallappen Hauptfunktion: Denken, Erinnern, Aufmerksamkeit & Konzentration (Nur existent bei Säugetieren und beim Menschen besonders groß ausgeprägt) Teilt sich in 2 Bereiche: 1. motorische und prämotorische Kortex (posterior) - steuert die Motorik der kontralateralen Körperhälfte - Ebenfalls wie der somatosensorische Kortex somatotop organisiert 2. Präfontalkortex (anterior) - wird in mehrere Bereiche unterteilt, die unterschiedliche Aufgaben haben, die **exekutive Funktionen**, die sich auf Kognitionen, Emotionen und Verhalten beziehen können  - Bspl: Stroop Test: Farben sagen, die anders dort stehen exekutive Funktion:, den automatischen Lesereflex unterdrücken und die Farbe des Wortes zu benennen. **Exekutive Funktionen:** Steuerungsfunktionen des Frontalkortex, welche die Fähigkeit zur Planung, Kontrolle und Anpassung von Handlungen umfassen. Sie helfen, automatische Impulse zu kontrollieren und gezielt zwischen Aufgaben zu wechseln. Sie überwachen und regulieren neuronale Prozesse in posterioren Hirnarealen. Hierfür müssen Handlungsziele aufrechterhalten und gegen Störungen abgeschirmt werden, indem relevante Infos bevorzugt und irrelevante Infos ausgeblendet werden Bspl: Task Switching-Test: Hier zeigt sich, dass die Reaktionszeit langsamer ist, wenn es zu einem Wechsel der Aufgabenstellung kommt. Dies nennt man **Wechselkosten** oder **Switch Costs** **Theory of Mind** (auch kong. Perspektivübern. / Mentalisieren): Umfasst weitere Exekutive Funktion (jetzt die emotionale Verarbeitung), bezeichnet Fähigkeit die mentalen Zustände anderer (z.B. deren Absichten, Erwartungen, Überzeugungen) zu erschließen und über diese nachzudenken. Bspl: Fall von Phineas Gage: erlitt schwere Verletzung im präfrontalen Kortex (Dynamitstange durchbohrt), illustriert die Bedeutung dieses Bereichs für Persönlichkeitsmerkmale und emotionale Regulierung. Nach dem Unfall zeigte er *angeblich* starke Persönlichkeitsänderungen, obwohl seine kognitiven Fähigkeiten weitgehend intakt blieben. ### Die Insula **Insula:** älteste Teil des Kortex und ist vom Neokortex überdeckt (daher von Außenansicht des Gehirns nicht ersichtlich). Wichtigste Aufgaben sind das bewusste Erleben motivationaler und emotionaler Zustände (Zentral: Schmerz & Ekel) und die **Interozeption** (Wahrnehmen körperlicher Zustände) ### Das Cingulum **Cingulum (CC) (= Gyrus Cinguli/ Cingulate Cortex)**:) ist der mediale Teil des Cortex, der direkt über dem Corpus Callosum liegt und zum limbischen System gehört, nicht zu einem Lappen des Gehirns. Es dient als Assoziationsbahn, die verschiedene Teile des limbischen Systems miteinander verbindet und spielt eine wichtige Rolle bei der Regulierung von Emotionen, Gedächtnis und Aufmerksamkeit. [Anterirore Teil des Cigulate Cortex (ACC):] hängt mit der Regulation von Emotionen, Fehlermonitoring und Handlungssteuerung zusammen. Auch im Zusammenhang mit Empathie wird der ACC aktiviert (z.B. Versuchspersonen Situationen zeigen, in denen andere Personen Schmerz erfahren) ### Basalganglien **Basalganglien**: Ansammlung von Nervenkernen und bestehen aus drei Kernen 1\. **Caudate Nucleus** + 2. **Putamen** = bilden zusammen das **Striatum\ **3. **Pallidum (=Globus Pallidus)** (Manchmal werden auch Substantia Nigra und Nucleus Accumbens zu den Basalganglien gezählt) **Stratium:** betreibt wichtige Feedbackschleifen mit Kortex und Thalamus nehmen wichtige Aufgaben in der Bewegungskoordination und kognitiven Prozessen ein **Nucleus Accumbens:** bildet den ventralen Teil des Striatum und nimmt wichtige Funktionen bei primären (Essen, Sex, Drogen...) und sekundären (Geld,...) Verstärkern ein. ### Hippocampus **Hippocampus:** In den Temporallappen eingebettet und ist entscheidend für das Langzeitgedächtnisprozess, insbesondere die **Konsolidierung** (Transfer von Kurzzeit- zu Langzeitgedächtnis) und die Steuerung von deklarativen Gedächtnisprozessen und des Ortsgedächtnisses. - Weist starke synaptische Plastizität auf (Umbau neuronaler Strukturen für neue Gedächtnisinhalte) Dadurch ist er aber auch anfällig für äußere Faktoren wie Stress, der eine **Atrophie** (= Zurückbildung) des Hippocampus bewirken kann Bspl: Patient, dem beide Hippocampi entfernt wurden, zeigte, dass der Hippocampus für das Bilden neuer deklarativer Gedächtnisinhalte notwendig ist, während andere Gedächtnisarten (z.B. prozedurales Gedächtnis (Fähigkeiten/Routinen)) nicht betroffen waren. ER hatte Amnesie und konnte sich an Dinge aus Kindheit, aber nicht an Dinge kurz vor OP erinnern. Sein Kurzzeitgedächtnis war intakt und auch das prozedurale Gedächtnis (inklusive Erlernen neuer Inhalte) funktionierte noch, auch wenn er sich nicht daran erinnern konnte. ### Amygdala **Amygdala**: liegt anterior des Hippocampus und ist eng mit diesem verbunden, spielt wichtige Rolle bei der Verarbeitung von Emotionen (besonders negative Emotionen ( Angst, Wut)), zudem eingebunden in Furchtkonditionierung und die Bildung eines emotionalen Gedächtnisses Zwischenhirn (=Diencephalon) -------------------------------------------------- - Hauptstrukturen sind der Thalamus und der Hypothalamus - Den **Thalamus** durchlaufen alle sensorischen Informationen (außer Geruch), bevor sie in den Cortex gelangen Daher als „Tor zum Bewusstsein" bezeichnet - Der **Hypothalamus** ist die zentrale Steuerinstanz für das vegetative Nervensystem (Er steuert u.a. Atmung, Kreislauf, Körpertemperatur, Sexualverhalten, Hunger, Durst maßgeblich über Hormone ### Limbisches System **Limbisches System:** Liegt ringförmig um den Thalamus, Der Begriff wurde von MacLean für das (paleo-)mammalian Gehirn eingeführt\ sehr alter Teil des Gehirns, der sich aus mehreren Strukturen zusammensetzt und die Steuerung der Funktionen von Antrieb, Lernen, Gedächtnis, Emotionen sowie vegetative Regulation der Nahrungsaufnahme, Verdauung und Fortpflanzung übernimmt Sehr umstritten, was er wirklich macht! Hirnstamm --------- - **Hirnstamm**: steuert lebenswichtige Funktionen wie Atmung und Herzschlag. Er besteht aus a. **Medulla Oblongata** (=verlängertes Rückenmark), verantwortlich für Atmung, Herzschlag, Reflexe (z.B. Husten/Erbrechen b. **Formatio Reticularis**, verantwortlich für Schlaf-Wach-Rhythmus, reguliert Schmerzen und filtert irrelevante Reize c. **Pons** (=Brücke), verbindet die beiden Kleinhirnhemispähren und ist Kerngebiet vieler Neurone, die das Gesicht innervieren Kleinhirn (=Cerebellum) ----------------------- **Cerebellum:** steuert hauptsächlich motorische Prozesse, regelt die Feinabstimmung von Bewegungen, die vom (prä-)motorischen Kortex initiiert werden und das Erlernen motorischer Prozesse - Liegt unter dem Großhirn Methoden der Biopsychologie =========================== - Gehirne von Menschen und anderen Tieren sind nur bedingt vergleichbar - Das menschliche Gehirn ist sehr plastisch, sodass Läsionen oft mit der Zeit aufgefangen werden - Für bildgebende biopsychologische Methoden ergibt sich typischerweise ein Trade-Off zwischen räumlicher und zeitlicher Auflösung\ **Trade Off:** Eine Verbesserung in einem Bereich geht mit einer Verschlechterung in einem anderen Bereich einher\ Hohe räumliche Auflösung: (z.B. bei fMRT) ist mit einer geringeren zeitlichen Auflösung verbunden, da diese Verfahren idR. Auf Veränderung der Blutsauerstoffkonzentration basieren, die relativ langsam sind - Hohe zeitliche Auflösung (z.B. bei EEG), hat geringe räumliche Auflösung, da diese Verfahren die Aktivität von vielen Neuronen in einem großen Bereich des Gehirns messen, aber es ist schwierig, präzise festzustellen, wo genau eine Aktivität stattfindet Forscher & Kliniker müssen Kompromiss zwischen diesen beiden Faktoren eingehen, je nachdem welche Informationen sie gerade benötigen; entweder sie möchten schnell aufeinanderfolgende Gehirnaktivitäten untersuchen (hohe zeitl. Aufl.) oder sie müssen die präzise Lokalisierung von Aktivität in bestimmten Gehirnregionen herausfinden (hohe räuml. Aufl.) *Einzelzellableitung:***\ **Messung elektrischer Aktivität einer Zelle (meist Nervenzelle) oder kleiner Zellverbände mittels einer Elektrode, die ins Gehirn eingeführt wird Methode ist schmerzfrei, aber invasiv (in ein Organ eingreifend), daher meist bei Tieren **[Psychophysiologische Messungen:]** EEG -- Elektroenzephalographie: Gehirnaktivität ----------------------------------------------- - **Ziel**: Das EEG misst die Spannungsschwankungen auf der Schädeloberfläche, die durch die elektrische Aktivität von Neuronen im Gehirn verursacht werden. - **Mechanismus**: Neuronen feuern bei der Aktivierung elektrische Impulse (Aktionspotenziale). Diese Impulse summieren sich, wenn große Gruppen von Neuronen gleichzeitig aktiv sind, und erzeugen messbare Spannungsschwankungen, die das EEG aufzeichnet. - **Auflösung**: Hohe zeitliche (schlechte räumliche) Auflösung man kann nicht genau sagen, wo die Aktivität im Gehirn stattfindet - **Messung**: Elektroden am Kopf, die die Spannung messen (nach standardisiertem System: International Electrode Placement System); Gemessene Aktivität wird unterschieden zwischen a. **Spontanaktivität (EEG):** elektrische Aktivität einer erregbaren Zelle, die durch keine erregenden oder dämpfenden Signale beeinflusst wird (ist ständig vorhanden) - stellt die Grundaktivität der Nervenzellen dar, die durch verschiedene Frequenzbänder charakterisiert wird: 1. β-Wellen: Aktivität 2. α-Wellen: entspannte Ruhe (geschlossene Augen) 3. θ-Wellen: tiefe Entspanntheit, Einschlafphase, Meditationswellen 4. δ-Wellen: Tiefschlaf / Delta-Schlaf 5. γ-Wellen: gezielte Konzentration - Grundsätzlich gilt: Je ruhiger der Bewusstseinszustand, desto niedriger die Frequenz und desto höher die Amplitude (Intensität) der Wellen; d.h. dass bei tiefem Entspannungszustand oder Schlaf die Gehirnwellen langsamer werden (niedrigere Frequenz) und ihre Intensität (Amplitude) zunimmt b. **Evozierte Aktivität/Ereigniskorrelierte Potentiale EKPs):** gezielt ausgelöste elektrische Phänomene im Rahmen einer neurophysiologischen Untersuchung - Innere und äußere Reize können typische Potenzialverläufe hervorrufen (evozieren); sie sind die hervorgerufene Antwort auf spezifische Reize/Anforderungen z.B einen Ton oder optischen Reiz\ z.B. Sensorisch: Antwort auf (Sinnes-)Reize\ Motorisch: Vorbereitung einer Bewegung\ Endogen: Reaktion auf Verarbeitungsprozesse/intern verarbeitete Information - Bestehen aus verschiedenen Komponenten (Bergen und Tälern (negativ und positiv)) im EEG, die zu bestimmten Zeiten nach dem Reiz auftreten. Jede dieser Komponenten hat eine spezifische Bedeutung und sind nach „Peak Latenz" (Spitzenwert nach einem Reiz) z.B. P300 (Angleichung des Reizes und des Modells).Komponente tritt 300 ms nach einem Reiz auf und ist mit der Aufmerksamkeit / kogn. Verarbeitung eines Reizes verbunden; erster positiver Reiz (P1): Aufmerksamkeit - frühere Komponenten: exogene Prozesse (Reizeigenschaften) von außen, Reiz finden/aufnehmen\ spätere Komponenten: endogene Prozesse (Bewertung/Bedeutung des Reizes) von innen, Reiz interpretieren/abgleichen - weiteres wichtiges EKP: **Error-Related Negativity (ERN):** Komponente tritt auf, wenn eine Person einen Fehler macht, typischerweise innerhalb von 50-150ms nach dem Fehler. (z.B. nach Alkoholkonsum weniger stark ausgeprägt) - Teilnehmer müssen auf ein bestimmtes Ziel (z.B. rotes Quadrat) reagieren, aber bei anderen Farben oder Formen nicht\ Gehirnaktivität zeigt sich in den EKPs, die je nach Reiz (Ziel oder Non-Target) unterschiedlich ausfallen **Probleme mit EKPS:** - Ereigniskorrelierte Potentiale sind in ihrer Intensität weitaus kleiner als die Spontanaktivität, daher oft scher zu erkennen (da sie von Rauschen (Spontanaktivität) überlagert werden (schlechtes Signa-Rausch-Verhältnis: signal-to-nouse-ratio) - **Averaging-Methode:** Um das Signal zu verstärken; der gleiche Reiz wird mehrmals präsentiert, und die EEG-Signale werden gemittelt Rauschen (hat zeitl. Keine Struktur) wird ausgeglichen, während das EKP (bei jedem Trial ähnlich) verstärkt sich - Die Spontante Aktivität (Rauschen) ist nicht vom Zeitpunkt des Reizes abhängig, Viele Wiederholungen (Trials) Rauschen gegen 0, weil es zufällig ist, und sich über die Wiederholungen hinweg aufhebt\ EKPs sind bei jeder Wiederholung ähnlich, da sie direkt durch den Reiz ausgelöst werden [Beispiel:\ ]1. [Reizpräsentation:] Wir zeigen den Probanden wiederholt einen Lichtblitz ( 100 Mal)\ \ 2. [Messung der elektrischen Aktivität:] Bei jedem Lichtblitz messen wir die elektrische Aktivität des Gehirns mit Elektroden, die auf der Kopfhaut platziert sind. Diese Messungen ergeben eine Vielzahl von Signalen, die sowohl die EKPs als auch die spontane Aktivität des Gehirns (Rauschen) enthalten.\ \ 3. [Spontanaktivität:] Die spontane Aktivität des Gehirns variiert ständig und ist nicht an den Zeitpunkt des Lichtblitzes gebunden. Das bedeutet, dass bei jedem einzelnen Trial (also bei jedem Lichtblitz) das Signal durch das Rauschen überlagert wird.\ \ 4[. Averaging:] Um die EKPs klarer sichtbar zu machen, mitteln wir die Signale über alle 100 Trials. Das bedeutet, dass wir für jeden Zeitpunkt nach dem Lichtblitz die Werte aller Trials zusammenfassen und den Durchschnitt berechnen.\ \ 5. [Ergebnis:] Da das Rauschen zufällig ist, wird es sich über die Trials hinweg aufheben. Das bedeutet, dass die durchschnittliche spontane Aktivität im Mittelwert gegen null geht. Die EKPs, die durch den Lichtblitz ausgelöst werden, bleiben jedoch konstant und erscheinen im Durchschnitt deutlich. - Die Grundlage des EEGs sind die [dipolaren Eigenschaften] von Neuronen: Wenn ein Aktionspotenzial ausgelöst wird, entstehen durch den Ionenfluss positive und negative Spannungen.\ (Es werden die neuronalen Felder gemessen, die durch die Aktivität entstehen (bestimmte Muster sichtbar)\ Spannungen nur bei großer Neuronenzahl, die gleichzeitig aktiviert wird, messbar - **Bewegungsartefakte** (z.B. Augenzwinkern) können sehr große Ausschläge im EEG verursacen und müssen zusätzlich kontrolliert werden, um „rausgerechnet" zu werden (z.B. zusätzliche Augenelektroden) - **Anwendungen des EEG:** a. Medizinisch: häufig in der neurologischen Diagnostik verwendet, um z.B. Epilepsie zu diagnostizieren oder Hinweise auf andere Gehirnerkrankungen zu finden b. Forschung: auch bei gesunden Menschen, um Prozesse wie Aufmerksamkeit, Bewusstseinszustände, sensorische Reizverarbeitung oder Gedächtnisprozesse zu untersuchen MEG -- Magnetenzephalographie ----------------------------- Verfahren zur Messung der magnetischen Aktivität im Gehirn - **Ziel:** messen der magnetischen Felder, die durch die elektrische Aktivität von Neuronen im Gehirn erzeugt werden. Es wird verwendet, um die zeitl. + räuml. Dynamik der Gehirnaktivität zu untersuchn, insbesondere kognitive Prozesse, sensorische Wahrnehmung und motorische Funktion - **Mechanismus:** basiert auf dem Prinzip, dass elektrische Ströme, die durch die Neuronenaktivität erzeigt werden, auch magnetische Felder erzeugen. Diese sind zwar schwach, aber können mit hochsensiblen Magnetometern detektiert werden. - **Auflösung:** Gute räumliche Auflösung, hervorraegende zeitliche Auflösung MEG kann genauer lokalisieren, wo im Gehirn eine bestimmte Aktivität stattfindet - Beide Verfahren bieten sehr gute zeitliche Auflösung, können zeitlich präzise messen, WANN neuronale Aktivität auftritt. - **Messung:** Proband wird in MEG-Gerät platziert, das Sensoren hat. Proband löst bestimtme Aufgaben oder bekommt Reize präsentiert, die magnetischen Felder zeichnen kontinuierlich auf - Die magnetischen Signale, die von den Neuronen erzeugt werden, sind sehr schwach können leicht durch Störquellen (elektromagn. Felder der Umgebung) überlagert werden - Testkabinen müssen stark abgeschirmt sein, um äußere Störungen zu minimieren - **Einsatz:** Zur Lokalisierung eines epileptischen Fokus, geschädigte Areale nach Schlaganfall, in der Forschung können kognitive, sensorische oder schmerzverarbeitende Prozesse mit MEG untersuch werden - **Vorteile zu EEG:** kann genauer lokalisieren wo die aktivität stattfindet **Nachteile zu EEG:** sehr hohe Kosten des Verfahrens, spezielle Ausrüstung, abgeschirmte Umgebung; subkortiale Strukturen (tieferliegende Bereiche des Gehirns) können nur sehr begrenzt untersucht werden, da magnetische Felder der tieferliegenden Gehirnstrukturen schwer zu messen sind, da sie weniger stark übertragen werden durch den Schädel TMS -- Transkranielle Magnetsimulation ------------------------------------------------------------ Methode zum Stimulieren/Hemmen bestimmter Hirnareale - **Ziel:** wird eingesetzt, um Hirnareale nicht-invasiv zu hemmen oder zu stimulieren. Sie zielt darauf ab, gezielt die neuronale Aktivität in bestimmten Bereichen des Gehirns zu beeinflussen -- etwa im Broca-Areal (für Sprachfunktionen) oder im Motorkortex (für die Steuerung von Bewegungen) - **Mechanismus:** nutzt elektromagnetische Induktion, um starke Magnetfelder zu erzeugen, welche Hirnzellen aktivieren, indem es viele Aktionspotentiale gleichzeitig auslöst\ Diese Stimulation kann entweder die Aktivität der betroffenen Areale steigern (Stimulation) oder dämpfen (Hemmung) - **Auflösung:** gute räumliche Auflösung, da das Magnetfeld auf ein relativ kleines Hirnareal fokussiert werden kann; zeitliche Auflösung ebenfalls gut, da die Effekte sehr schnell nach der Stimulation auftreten), allerdings nicht so präzise für die Messung neuronaler Aktivität in Echtzeit (wie bei MEG oder EEG) - **Messung:** Magnetspule wird über Kopf des Patienten platziert, nicht-invasiv - **Einsatz:** in der medizinischen Diagnostik und Therapie bei akuten Schlaganfällen, um Funktionsfähigkeit von Hirnarealen zu prüfen und widerherzustellen, Parkinson-Behandlung, [Depression] und anderen psychischen Störungen zur Stimulation des präfontalen Kortex (Emotionsregulierung und Stimmung); wird also häufig für wichtige Hirnareale eingesetzt wie: Broca Areal (Sprachproduktion) oder Motorkortex (Steuerung von Bewegung) MRT-- Magnetresonanztomographie ------------------------------- - **Ziel:** dienst der bildgebenden Darstellung von Gehirnstruktur und -funktion. Ermöglicht anatomische und funktionellen Informationsgewinn - **Mechanismus:** basiert auf der Ausrichtung von Wasserstoffprotonen im starken magnetfeld und deren Reaktion auf Hochfrequenzimpulse. Unterschiedliche Reaktionszeiten geben Aufschluss über Gewebearten; Kernspin von Wasserstoffatomen, die sich im starken magnetfeld entlang dessen ausrichten (und daher nicht mehr zufällig ausgerichtet sind) - Hochfrequenzimpulse, die die Präzession des Atoms auslenken und es „umklappen" - Nach dem Impuls richten sich Protone wieder parallen zum Magnetfeld aus (=Relaxion), je nach Dauer der Relaxionszeit lässt sich auf unterschiedliches Hirngewebe schließen - **Auflösung:** hohe räumliche Auflösung, wobei das Gehirn in [Voxels (3D-Pixels)] unterteilt wird - **Messung:** non-invasiv, ermöglicht Darstellung von Struktur (MRI) und Funktion (fMRI) ; Standardverfahren: Voxel-Basierte-Morphometrie (VBM) (Um nach strukturellen Unterschieden zu gucken) a. **Strukturelle MRT (sMRT):** liefert Daten zur Messung zur Neuroanatomie, Struktur des Gehirns - Liefert keine Informationen über Hirnaktivität - Analysiert Volumenunterschiede in Gehirnarealen - Vergleicht von Gruppen und Korrelation mit Phänotypen - Untersucht Bewegung von Wassermolekülen, ob sie gleichmäßig oder begrenzt ist - Darstellung und Analyse von Faserahnen z.B. bei neurologischen Erkrankungen - **Einsatz:** Zur Analyse von Gehirnstrukturen (z.B. Volumenunterschiede bei Erkrankungen), untersuchen funktioneller Konnektivität neuronaler Netzwerke, Visualisierung von Fasertrakten und deren Zusammenhang mit neurologischen Funktionen - Wird genutzt mit: Fractional Anisotropy (FA): Sehr häufig genutzte Möglichkeit zur Sichtbarmachung von gerichteter Diffusion - Jeder Voxel erhält einen Wert zwischen 0 und 1, wobei 0 = völlig ungerichtet (=isotrope/unbegrenzte) und 1 eine gänzlich gerichtete (=anisotope/stark begrenzte) Ausbreitung beschreibt - Bei Betrachtung aller Voxel ergibt sich ein Bild von Fasertrakten (bunte Bilder die zeigen, wo laufen besonders viele Nervenzellen) - Die Wassermoleküle werden eingefärbt, da die Nervenzellen keine Farbe annehmen wo besonders „viel Farbe" ist, sind dann die Nervenzellen - Hier wird noch statisch angeguckt, wie gut sind bestimmte Areale miteinander verkabelt b. **Funktionelle MRT (fMRT):** Misst Gehirnaktivität durch Änderungen des Sauerstoffgehalts (restint-state-Analysen), Untersucht Gehirnaktivität & funktionelle Konnektivität, Funktion des Gehirns - Analysiert neuronale Netzwerke im Ruhezustand oder während Reizexposition - Aktive Neuronen verbrauchen Sauerstoff und Glukose -- daher wird die Sauerstoffversorgung gemessen, das Signal nennt sich [BOLD-Signal: Blood Oxygen Level Dependent] - Das fMRT hat eine deutlich schlechtere räumliche Auflösung als das MRT - misst genau genommen keine Aktivierung, sondern eine lokale Veränderung der Sauerstoffkonzentration Sauerstoffreiches Blut hat andere magnetische Eigenschaften als sauerstoffarmes Blut - [Hämodynamische Reaktion: ] - Die Nachversorgung mit Sauerstoff nach akuter Beanspruchung durch die Zellen braucht etwas Zeit (da nach dem Stimulus erstmal mehr Sauerstoff gebraucht wird, dann geht es zur peak (ca. 5-7sec)) - Dies spiegelt sich in der Hämodynamischen Response Funktion b(HRF) wider - Der Versatz zeigt: Dass Reflexe hier nicht so gut gemessen werden können, wie beim EEG, für kognitives nicht geeignet, für emotionales z.B. wieder schon - **Auswertung:** Für die Bestimmung von Aktivierungsänderungen braucht man immer eine Vergleichsgröße, daher wird mit KONTRASTEN gerechnet, es braucht quasi ein Ruheniveau, gegen das vergleicht werden kann\ Also: Ausgangszustand (Ruhebedingung/Neutralbedingung) -- Reizreaktion(Aktivierungsbedingung) = signifikante Aktivierung\ z.B. Bilder v. Blut -- Bilder v. Wäscheklammer = Ekelaktivierung - Kontraste finden auf first level und second level statt (verschiedene Arten) a. **First Level:** Vergleich zwischen zwei [Bedingungen] innerhalb einer VP bzw. einer Stichprobe (z.B. Ekelbilder vs. Neutrale Bilder) b. **Second Level:** Vergleich der Kontraste zwischen verschiedenen [Gruppen oder Personen] (geschieht auch als Kontrast) Chirurgen sehen jeden Tag Blut vs. Andere Menschen, reagieren sie unterschiedlich? - Kontraste/Differenzen können in beide Richtungen gerechnet werden wo ist mehr Aktivierung (z.B. motorisch weil mehr Wissen OP), wo haben Kontrollen mehr Aktivierung als Ärzte (z.B. insular) [Versuchplanerisch: ] 1. [Block Design:] präsentiert mehrere Reize von einer Kategorie (5 Ekelbilder -\> 20 sec Ekelstimulation), lassen das Bold Signal zur Ruhe kommen und dann 5 neutrale Bilder, mehrfache Wiederholung), genaue Spezifitäten können aufgefangen werden (z.B. findet jemand Blut/neutrale Reize gut/schlecht) bessere Stimulation - Im Block Design müssen alle Reize innerhalb eines Blocks zur selben Bedingung gehören Aktivierung wird dann über verschiedene Reize innerhalb dieses Zeitraums gemittelt 2. [Event-related Design:] Reize werden einzeln dargeboten und das BOLD-Signal dieses einen Reizes wird gemessen dann, wenn ganz spezifische Reaktion auf den Reiz gemessen werden soll, z.B. politische Einstellung (einzelreaktion messen) - Im Event-Related Design können Reize komplett randomisiert werden Aktivierung wird separat für jeden Reiz gemessen (und ggf danach gemittelt) [Konnektivität: ] - **Definition**: Funktionelle Konnektivität beschreibt die Interaktion einzelner Gehirnregionen, die anatomisch nicht direkt mit einander verbunden sind, jedoch ähnliche Aktivierungsmuster in der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) zeigen. - Neben Aktivierung einzelner Areale lässt sich auch **funktionelle Konnektivität (der DTI)** von Arealen untersuchen hierbei wird untersucht, wie sich Aktivität einzelner Areale zueinander verhält - Bspw. relevant für Emotionsregulations- und andere Top-Down-Prozesse - Beispiel: Anorexiepatientinnen vs. Kontrollen bei Aufnahme von Zucker Es zeigt sich eine konditionierte Umkehrung von Signalwegen, der die Steuerung der Nahrungsaufnahme modulier - [Resting-State: ] - Unser Gehirn ist auch in Ruhe aktiv Ruheaktivität: In Ruhe lässt sich bspw. untersuchen, welche Hirnareale häufig co-aktiviert sind - Default Mode Network (Grundzustand) wird dann aktiviert beim Nichtstun; wird bei der Reizbearbeitung heruntergefahren - Das DMN wird durch externe Ereignisse (Drogenkonsum, vorangegangene Lernprozesse...) beeinflusst Es finden sich auch interindividuelle Unterschiede WIEDERHOLUNG: Was gilt für den Zusammenhang von räumlicher und zeitlicher Auflösung? Trade Off Was ist der Unterschied zwischen Spontanaktivität und ereigniskorrelierter Aktivität im EEG? Spontan immer; Grundaktivität, ereigniskorreliert folgt bei der Reiz Welche Frequenzbänder finden sich besonders häufig und was sind deren Funktionen? Je entspannter, desto niedriger die Frequenz. Je ruhiger wir werden, desto langsamer und größer werden die Wellen Was ist ein EKP? Spontane Reizung quasi -- alle zusammen sind das EEG Welche Einsatzmöglichkeiten bieten sich für das EEG an? MS, Epilepsie, nicht so gut geht: Emotionale Prozesse, da sie tiefer im Gehirn sind und nur an der Schädeloberfläche gemessen wird PET -- Positronenemissionstomographie ------------------------------------- - **Mechanismus:** invasives, bildgebendes Verfahren, bei dem radioaktive Substanz gespritzt werden, die sich an definierte Stellen setzen Beim Zerfall dieser radioaktiven Substanz wird ein Signal abgegeben, das sich messen lässt Eyetracking ----------- **Ziel:** Reiz-Reaktion; **Mechanismus:** non-invasives Verfahren, bei dem Blickbewegungen erfasst werden; es wird untersucht, wie Personen ihre Umwelt oder gegebene Stimuluskonstellationen visuell explorieren und verarbeiten - Gängige Maße sind bspw. Fixationen oder Sakkaden a. **Fixationen** bezeichnen die Verweildauer in bestimmten Regionen eines Betrachtungsobjektes b. **Sakkaden** befassen sich mit den Bewegungen von einzelnen Elementen zu anderen - Lässt sich beides durch Heatmaps oder Gazeplots visualisieren Bspl: Usability von Websites; Emotionserkennung, Aufmerksamkeitsprozesse Nervenzellen ============ **Geschichte:** - Einsatz von Mikroskope ab spätem 17. Jh, ermöglicht Erkenntnis über einzelne Nervenzellen im Nervengewebe - Zwei große Persönlichkeiten in der Neuronen-Beschreibung: Camillo Golgi + Santiago Ramon y Cajal - Golgi: Entwickelt Methode zur Anfärbung der Nervenzellen - Konnte erstmals detaillierte Struktur von Nervenzellen darstellen Entdeckung, dass Zelle aus a) Zentralregion (=Zellkörper) und b) dünnen Fortsätzen (=Neuriten) besteht - Ramon y Carvajal: benutzt Golgi-Färbung für noch genauere Bilder von Neuronen - Bekamen beide gemeinsam Nobelpreis -- kontnen sich aber nicht auf eine gemeinsame Annahme über Verknüpfung von Neuronen einigen - Carvajal hatte Recht: Verflechtung der Neuronendoktrin: Zellen sind getrennte Entitäten mit Kontaktstellen **Zelltypen im Gehirn:** 1. Neurone = Nervenzellen 2. Gliazellen = etwa gleich viele, erfüllen unterstützende Funktionen „dazwischen" **Merkmale:** - Beide Zelltypen gehören zu den **eukaryoten Zellen** (Zellen mit echtem Kern und mehreren „Zwischenräumen") - Durch Membran abgegrenzter Zellkern - Phospholpoide Doppelmembran - Komplexe Organellen - **Prokaryote Zellen** - Kein abgegrenzter Zellkern - einfache, einzellige Organismen ohne echten Zellkern, deren genetisches Material frei im Zytoplasma vorliegt - z.B. Bakterien ### Aufbau einer Zelle: **Zellmembran:** Bestandteile: - Doppelschicht aus amiphilen Phospholidin und Membranproteinen - Amiphil: wasserabstoßende und wasserverträgliche Anteile - Phosphatkopf (1) ist hydrophil (wasserverträgl), Lipidschwanz (2) ist hydrophob Funktion: - Barriere zwischen intra- und extrazellulärem Raum - Hält das Zellinnere stabil (homöostatische Funktion) - Für hydrophile Moleküle nahezu undurchlässig **Zellkern = Nucleus:** - Umgeben von Kernmembran, die Zellkern vom intrazellulären Zytoplasma trennt - Enthält Chromosomensatz und die gesamte genetische Information **Mitochondrien:** Funktion: Energielieferanten der Zellen (Zellatmung) - Energieproduktion: - Hier wird aus : Pyruvat (aus Zucker/Fetten) + Sauerstoff = ATP (Adenosintriphosphat) gewonnen - ATP = „Energiewährung" der Zelle - Bei Energiebedarf ATP ADP umgewandelt, was Energie freisetzt **Ribosomen:** Funktion: Proteinsynthese aus verschiedenen Aminosäuren - Umsetzung des genetischen Bauplans in Proteine Ein Bild, das Text, Screenshot, Grafikdesign, Logo enthält. Automatisch generierte Beschreibung - Werden im Nucleous des Zellkerns gebildet und dann ins Zytoplasma transportiert - Vorkommen; frei im Zytoplasma oder setzen sich auf endoplasmatische Reticulum -  **Endoplasmatisches Reticulum (ER):** a. Glattes ER: - Für Synthese von Lipiden (=Fette), Steroiden und den Abbau von Giften zuständig - Kohlenhydratstoffwechsel und Speicherung von Calciumionen b. Raues ER: - Trägt Ribosomen - Für Proteinsynthese und Membranaufbau zuständig - Syntheseprodukte werde an den Golgi-Apparat weitergeleitet - Besteht aus gefalteten Membranen (wie auch das raue ER) - Liegt in unmittelbarer Nähe zum rauen ER - Funktion: - Modifikation von gebildeten Proteinen - Durch Abschnüren der Membran in Vesikel verpackt **Lysomen und Perixosomen:** **Lysosomen:** transportieren Abbauprodukte oder extrazelluläre Substanzen (z.B. Krankheitserreger) wieder ab **Peroxisome:** transportieren giftige Stoffe ab und beteiligen sich am Abbau von Fett und Alkohol - Besitzen eine eigenen Membran, sodass Prozesse ablaufen können, die für das restliche Zytoplasma schädlich wären (z.B. beim Abbau von Fettsäuren entsteht giftiges Wasserstoffperoxid) ### Nervenzelle -- äußere Form Aufgabe: Transport und Verarbeitung von Informationen - Haben einige Charakteristika, die sie von anderen Körperzellen unterscheiden - Axon: Entspringt dem Soma am Axonhügel und dient zur [Signalweiterleitun]g - Dendriten: verästelt, sind [Signalempfänger] - Neurone treten je nach Region und Funktion jedoch in unterschiedlichen Formen auf **Axon:** - Jedes Neuron verfügt nur über EIN Axon (Kann sich verästelt und Kontakt zu mehreren nachgeschalteten Neuronen ermöglichen) - Können wenige Nanometer bis ein Meter lang sein - Häufig von einer Fettschicht (Myelinscheide) umgeben, die den Informationsfluss beschleunigen **Dendriten:** - Neuron empfängt an den Dendriten Signale von anderen Zellen - Sind weit verästelt aber meist kürzer als Axone (Dadurch kann Input von vielen vorgeschalteten Neuronen kommen) - Dendriten haben häufig Dornen (=dendritic spines), die der Oberflächenvergrößerung dienen **Synapse:** - Ist die Kontaktstelle zwischen zwei Neuronen - Hier findet Kommunikation zwischen zwei Zellen statt - **Präsynapse** : Axonendigung des vorgeschalteten Neurons\ **Postsynapse:** Empfängerdendrit der nachgelagerten Zelle\ **Synaptischer Spalt:** Zwischenraum zwischen den beiden Neuronen - Es gibt verschiedene Orte für Synapsen: - Neben Neuronen ebenfalls in hoher Anzahl im Gehirn, nehmen unterstützende Funktion ei - Es gibt: a. Macroglia: hierzu gehören: 1. **Astrozyten** - Größte Gruppe der Gliazellen dar - Nährstoffversorgung der Neurone - Bluthirnschranke: Verhindert das Eindringen von Schadstoffen aus dem Blut in Nervenzellen - Synapsenregulation: Umhüllen die Synapsen und begrenzen so den Raum für synaptische Substanzen - Kontrollieren das extrazelluläre Ionengleichgewicht 2. **Oligodendrozyten** - Hauptaufgabe: Isolation von Axonen im zentralen Nervensystem - Bilden eine Myelinscheide um Axone, um die Leitgeschwindigkeit zu erhöhen (Myelin ist in seiner Gesamtheit die weiße Substanz im Gehirn) - Ein Oligodendrozyt umwickelt typischerweised die Axone mehrere Neurone 3. **Schwann-Zellen** - Gleiche Funktion wie Oligodendrozyten - Es finden sich jedoch 2 wesentliche Unterschiede: - Finden sich im PERIPHEREN Nervensystem (nicht im ZNS) - Umwickeln immer nur EIN Axon b. Microglia: fungieren als [Phagozyten] und beseitigen tote und zerstörte Zellen Signalweiterleitung =================== **Signaltransduktion:** - Signalweiterleitung muss vorherrschen, um eine Information von einer Stelle im Körper zur anderen zu tragen - Innerhalb einer Zelle wird elektrisch transportiert - Zwischen Zellen geschieht Weiterleitung chemisch Zelle im Ruhestand:\ *Ruhepotential* - Elektrische Signalweiterleitung basiert auf elektrischen Eigenschaften der Membran - Im Ruhezustand erhalten Neurone ein zum eytrazellulären Raum unterschiedliches elektrisches Potential aufrecht **Exkurs: Ionen** - Ionen sind elektrisch geladene Atome - Im neutralen Zustand haben Atome genauso viele Protonen wie Elektronen - Bei Ionen liegt entweder ein Proton oder ein Elektron vor - Dadurch entstehen positiv (Kationen) oder negativ (Aionen) geladene Ionen - Z.B. Kalium (K+) oder Natrium (Na+) positiv, Chlor (Cl-)negativ - Durch ungleiche Verteilung von positiven und negativen Ionen innerhalb und außerhalb der Zelle entsteht an der Zellmembran das Ruhepotential - Im intrazellulären Raum befinden sich viele positiv geladene Kaliumionen und negative Anionen - Extrazellulär sind viele positive Natriumionen und negative Chloridionen **Membran & Ionenkanäle:** - Die Membran ist für die meisten Ionen undurchlässig - Es befinden sich jedoch Ionenkanäle, die den Transport von Ionen ermöglichen (diese ermöglichen passiven Transport von Ionen durch die Membran) - Sie sind jedoch hoch selektiv durchlässig - So ist die Membran durchlässig für K+ und Cl- Ionen Ein Bild, das Screenshot, Text, Schrift, Reihe enthält. Automatisch generierte Beschreibung **Gradienten:** - Auf Ionen wirken zwei Kräfte ein - Diffusionsdruck bringt Ionen dazu, sich gleichmäßig in einer Lösung zu verteilen - Da Konzentration der Ionen auf beiden Seiten der membran unterschiedlich ist, entsteht ein chemischer Gradient an der Membran - Grundsätzlich geladene Ionen ziehen sich an und lagern sich so von beiden Seiten an die Membran - Innenzellulär und extrazellulär findet sich ein Potentialunterschied, der den elektrischen Gradienten darstellt - Membran ist wegen Ionenkanälen durchlässig für K+ und Cl- Ionen - Negativ geladene Anionen würden gerne die Zelle verlassen - Membran allerdings für sie undurchlässig - Na+ Ionen streben wegen Ladung ins Innere der Zelle, was wegen geringer Durchlässigkeit zwar sehr langsam, aber nach und nach passieren würde - So würde die Zelle über die Zeit ihr Ruhepotential von -70mV verlieren - Das langsam in die Zelle eindringende NA+ muss heraustransportiert werden, um das Membranpotential aufrechtzuerhalten - Dies erfolgt über die [Natrium-Kalium-Pumpe] die unter Energieaufwand (ATP) immer drei Na+Ionen gegen zwei K+ Ionen austauscht  - Das hereintransportierte Kalium kann über offene Kaliumkanäle wieder aus der Zelle herausdiffundieren - So wird Ruhepotential aufrechterhalten - Alle Zellen haben ein Ruhepotential - Neurone können dieses jedoch verlängern, was Grundlage der Signalweiterleitung ist - Signalweiterleitung vergleichbar mit Stromleitung, aber es gibt einige Unterschiede - Im Neuron sind mehrere Teilchentypen (K+,Na+, Cl-) an Transduktion beteiligt - Intrazellulärer Raum ist recht schlecht isoliert **Signaltransport:** - Man unterschiedet aktiven und passiven Signaltransport - Potentialänderungen ergeben aus Aktivität vorgelagerter Zellen - Diese lösen Ein- oder Ausstrom von Ionen in der Zelle aus a. Passive Leitung: lokale Änderung des Membranpotentials - Änderung in negativer Richtung: **Hyperpolarisation**; Änderung in positiver Richtung: **Depolarisation** - Lokal ändert sich dann jeweils die Ionenkonzentration - Diese Konzentrationsänderung wandert die Membran entlang - Signal verliert aber sehr schnell an Intensität - Neuron ist bestrebt, Ruhepotential wiederherzustellen - K+ Ionen strömen aus & Natrium-Kalium-Pumpe entfernt Na+ - Über weniger als einen mm reduziert sich Signal um die Hälfte - Passiver Signaltransport also nur effektiv über sehr kurze Distanzen - Schwellenspannung: Na+ Kanäle öffnen sich ab dieser Spannung b. Positive Leitung: - Aktiver Informationstransport findet über Aktionspotentiale statt - *Aktionspotentiale:* [ ] [sind] elektrische Signale, die die Basis für Informationsverarbeitung über weitere Wege darstellt; entsteht am Axonhügel und wandert von dort das Axon entlang - Für Aktionspotentiale gelten 2 wichtige Prinzipien: 1. Prinzip der **dynamischen Polarisation** - Besagt, dass Informationsfluss innerhalb von Nervenzellen immer unidirektional ist - Signale werden von Dendriten aufgenommen und vom Axon weitergegeben 2. Prinzip der **spezifischen Verbindungen** - Besagt, dass Nervenzellen sich in spezifischen Netzwerken organisieren und keine zufälligen Verbindungen eingehen - sind schnelle und transiente (vorübergehende) Nervenimpulse (haben eine Amplitude von 100mV und eine Dauer von 1ms; Laufen mit Geschwindigkeit 1-100 m/s) - sind verlustfrei, weil deren Signal immer wieder aufgefrischt wird - Sie entstehen überwiegend am Axonhügel und am Axon Die Synapse =========== - Innerhalb der Zelle erfolgt die Signalweiterleitung elektrisch (zwischen den Zellen chemisch) - Neuronen liegen sehr nahe beieinander (-2-50nm) - Man unterschiedet zwischen **elektrischen** und **chemischen Synapsen** #### Die elektrische Synapse (=gab junctions) - Sind extrem schmal (2-3nm) - Neurone liegen so nah beieinander, dass deren Membranproteine (Connexine) eine röhrenartige Verbindung bilden - So können Ionen direkt in die nachgeschaltete Zelle wandern elektrische Kommunikation - Elektrische Synapsen sind bidirektional (kann Signale in beide Richtungen übertragen)  #### Die chemische Synapse - Großteil der Synapsen im Gehirn ist chemisch - Die benachbarten Zellen liegen 20-50 nm auseinander - Einlaufendende Aktionspotentiale im Axon der vorgeschalteten Zelle veranlassen Ausschüttung von chemischen Botenstoffen (=Neurotransmitter) in den synaptischen Spalt **Neurotransmitter:** Sind Botenstoffe, die Signale zwischen Zellen vermitteln - Werden in verschiedene Klassen mit verschiedenen Funktionen unterschieden (Sie überbrücken die Lücke zwischen zwei Zellen gewissermaßen als „Postbote" - Neurotransmitter sind kleine Moleküle, die in Neuronen hergestellt werden - Sie werden am Golgiaapparat in Versikel verpackt und in die Axonterminale transportiert - Bei einlaufendem Aktionspotential öffnen sich spannungsabhängige Calcium-Kanäle Der Einstrom von Ca2+ führt zum Verschmelzen von Versikel und Zellmembran, was zur Freisetzung der Transmitter kommt (=Exozytose) - An der Postsynapse liegen Rezeptoren, an denen die freigesetzten Neurotransmitter andocken können (=Briefkästen der postsynaptischen Zelle) - Das Bilden von Neurotransmittern führt in der Zelle direkt oder indirekt zu Ein- oder Ausstrom von Ionen - Es kommt zu De- oder Hyperpolarisation der postsynaptischen Zelle - Passiver Weg: Signal wird von Dendriten zum Axonhügel weitergeleitet, wo (eventuell) ein neues Aktionspotential entsteht, was dann wiederum weitergeleitet wird - Neurotransmitter wirken im synaptischen Spalt, bis sie dort inaktiviert werden - Das geschieht über mehrere Mechanismen: 1. Wiederaufnahme in die präsynaptische Zelle (=re-uptake) durch Transporterproteine 2. Aufnahme in Gliazellen 3. Direkter Abbau durch Enzyme im synaptischen Spalt (z.B. COMT) - Chemische Neurotransmission kann vielfältig moduliert werden - Genetische Faktoren und Umwelteinflüsse (z.B. Pharmaka, Drogen) können Rezeptordichte, Enzymaktivität, Menge verfügbarere Neurotransmitter.... Beeinflussen **Rezeptoren:** - Interaktion zwischen Transmitter und Rezeptor funktioniert nach [Schlüssel-Schloss-Prinzip ] - Um einen Effekt auszuüben summieren sich die Ergebnisse vieler Rezeptor-Transmitter-Interaktionen (auch an verschiedenen Synapsen) auf - Den spezifischen auf einen Rezeptor passenden Neurotransmitter nennt man Ligand - Es werden maßgeblich zwei Rezeptortypen unterschieden a. **Ionotrope Rezeptoren** - sind liganden-gesteuerte Ionenkanäle - wirken direkt, schnell, kurzfristig und gezielt - Wenn ein bestimmter Neurotransmitter (Ligand) an den Rezeptor andockt, öffnet sich der Kanal und Ionen können hindurchfließen - Wegen ihrer Schnelligkeit finden sich ionotrope Rezeptoren gehäuft bei sensorischer Signalübertragung; sind sie besonders wichtig für die Übertragung von sensorischen Sinnesreizen b. **Metabotrope (G-Protein gekoppelte) Rezeptoren** - Entfalten Wirkung über G-Proteine, mit denen sie einen Komplex bilden - Wirken indirekt, langsam, langanhaltend und etwas weiter gefächert/diffuser - Wenn ein Neurotransmitter an diesen Rezeptor bindet, wird ein Teil des G-Proteins (die alpha-Untereinheit) freigesetzt - Öffnet direkt einen Ionenkanal - Oder wandert an ein Effektorprotein, das aktiviert wird und zur Öffnung eines Kanals führt (oder einen anderen Prozess anstößt)/aktiviert ein anderes Protein, das dann weitere Prozesse startet - Z.B. Second Messenger Prozess: Ein Molekül wie cAMP dient als Botenstoff, um die Signalweiterleitung in der Zelle zu verstärken oder weitere Schritte auszulösen **Autorezeptoren:** - Befinden sich an der präsynaptischen Axonmembran (sender-Seite) - Reagieren auf ihren eigenen Transmitter; aktivieren eine negative Rückkopplungsschleife - Kontrollieren die Freisetzung und Herstellung von Neurotransmittern und wirken dabei wie eine Art Bremse - Wenn zu viele Neurotransmitter im synaptischen Spalt sind, können Autorezeptoren die Freisetzung reduzieren oder die Zelle weniger aktiv machen; das verhindert, dass die nachfolgende Zelle überfordert wird - Sie sind meist G-Protein gekoppelt und bewirken eine Hemmung oder Freisetzung (und Synthese) von Neurotransmittern in den synaptischen Spalt - Je nach Ort können sie auch die Zellmembran hyperpolarisieren und so inhibitorisch auf Aktionspotentiale wirken (=wirken als Bremse und verhindern, dass die postsynaptische Zelle zugespamt wird) **IPSP:** - Hemmendes Signal: Bei einem Inhibitorischen postsynaptischen Potential (IPSP) führt das Andocken eines Neurotransmitters an einem Rezeptor zur Öffnung von Cl-Kanälen (negativ geladenes Chlor) an der Postsynapse dadurch kommt es zur Hyperpolarisation der Zellmembran (Macht die Zellmembran an der Empfängerseite negativer (Hyperpol.) und erschwert es, ein neues Signal auszulösen - IPSP werden häufig am Soma(=Zellkörper) ausgelöst und bremsen so Signale, die sich von den Dendriten zum Axonhügel bewegen - **EPSP:** - Erregendes Signal: Ein Neurotransmitter öffnet Kanäle für positiv geladene Ionen (K+ oder Ca2\* (Calcium)) Zellmembran wird an der Empfängerseite positiver (=Depolaris.) und ein neues Signal wird wahrscheinlicher - Beim exzitatorischen postsynaptischen Potential (EPSP) führt das Binden eines Neurotransmitters zu einer Öffnung von K+ odr Ca2+ Kanälen an der Postsynapse - Dadurch kommt es zur Depolarisation der Zellmembran - EPSP werden häufig an den Dendriten ausgelöst und verstärken so ein Signal, das richtung Axonhügel läuft **Summation:** - Kommen an einem Dendriten zeitgleich mehrere synaptische Prozesse an, werden diese verrechnet (z.b. ein EPSP und ein IPSP) (abb a) - Wenn das glutamaterge Neuron mehr Transmitter freisetzt, ist das EPSP etwas größer als das IPSP, und so kommt es zur Ausbidlung eines schwachen EPSP (Je nach dem welches Signal stärker ist, wird die Zelle insgesamt erregt oder gehemmt) - EPSP + IPSP: ein erregendes Signal und ein hemmendes Signal können sich gegenseitig abschwächen oder aufheben - Ein Neuron feuert viele Signale schnell hintereinander - Diese Signale bauen aufeinander auf, bevor das erste Signal ganz abgeklungen ist, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass die Zelle ein Aktionspotential auslöst - Feuert eine vorgeschaltete Zelle mehrfach innerhalb kurzer Zeit, können die Signale sich zeitlich aufsummieren - Abb b zeigt ein mehrfach feuerndes glutamaterges Neuron - Dadurch erzeugt es nach initialer Depolarisation noch ein 2. Und 3. EPSP, bevor die zuvor erzeugte Depolarisation wieder abgeklungen ist - Mehrere benachbarte Neuronen feuern gleichzeitig - Die EPSP dieser Neuronen summieren sich und können zusammen ein starkes Signal erzeugen, das die Zelle aktiviert - IPSPs können dabei auch die Wirkung der erregenden Signale abschwächen - Prozesse benachbarter Neurone können sich verstärken - Abb c feuern drei verschiedene Neurone gleichzeitig - Ihre EPSP überlagern sich in Dendriten und erzeugen ein sehr großes EPSP, das gute Chancen hat, ein neues Aktionspotential am Soma auszulösen - An verschiedenene Synapsen eines Neurons eintreffende Impulse können sich in unterschiedlicher Form ihrer Wirkung beeifnlussen - Kurz hintereinander, unterschwellige Impulse (a) durch ein Erregungsaxon (1) können an Nervenzelle ein Aktionspotential (A) auslösen (=zeitliche Summation) - Laufen Impulse (b) über verschiedene Erregungsaxone (1,2), entsteht ein Aktionspotential durch räumliche Summation - Impulse (c) von einem hemmenden Axon (3) können die Wirkung erregender Impulse (d) blockieren (=**Hemmung)** - **Hemmung:** Hemmende Signale blockieren oder schwächen erregende Signale EPSPs ab - Von **Bahnung** spricht man, wenn ein Impuls € das Ansprechen eines Neurons auf einen etwas später eintreffenden Impuls ermöglicht - **Bahnung:** Ein vorheriges Signal macht die Nervenzelle empfänglicher für ein späteres Signal, sodass sie leichter aktiv wird Neurotransmitter ================ **Wiederholung: Botenstoffe = Nerotransmitter** - Neurotransmitter sind Stoffe, die an den chemischen Synapsen die Signalweiterleitung übernehmen - Hierfür brauchen wir vier wichtige Schritte: 1. Synthese + Speicherung - Synthese der Neurotransmitter beginnt im Soma und endet dann im Endköpfchen der Präsynapse - Nach der Synthese werden Neurotransmitter in synaptische Vesikel verpackt 2. Ausschüttung - Durch die Depolarisation der präsynaptischen Membran öffnen sich spannungsgesteuerte Calciumkanäle (ca2+) aus dem extrazellulären Raum, die in das Endköpfchen strömen - Die erhöhte Calciumkonzentration im Endköpfchen bewirkt, dass mit Neutrosnasmitter gefüllte synaptische Vesikel mit der präsynaptsichen Membran verschmelzen. (Prozess = Exozytose), Dabei werden die Neurotransmitter in den synaptischen Spalt freigesetzt 3. Interaktion mit Rezeptoren - Freigesetzten Neurotransmitter diffundieren durch den synaptischen Spalt und binden an spezifische Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran des Zielneurons (oder einer Muskel- oder Drüsenzelle). Diese Rezeptoren sind oft ligandenabhängige Ionenkanäle - Bindung der Neurotransmitter an Repzeptoren führt zur Öffnung / Schließung von Ionenkanälen in der postsynaptischen Membran - Dies verändert die Durchlässigkeit der Membran für bestimmte Ionen, was eine Depolarisation (EPSP) oder eine Hyperpolarisation (IPSP) auslöst - Änderung des Membranpotentials entscheidet, ob im postsynaptischen Neuron ein neues Aktionspotential generiert wird 4. Entfernung/Abbau - Beendigung des Signals an der chemischen Synapse: damit die Signalübertragung präzise bleibt und keine Dauererregung entsteht. Die Entfernung von Neurotransmittern aus dem synaptischen Spalt ist ein zentraler Mechanismus, um die Signalübertragung zu stoppen. Es gibt drei Hauptmechanismen: - Wiederaufnahme (Reuptake) in der präsynaptischen Zelle (Viele Neurotransmitter werden von spezialisierten Transportproteinen auf der präsynaptischen Membran aufgenommen), Diese Transporter pumpen die Neurotransmitter zurück in das präsynaptische Neuron - Dort können die Neurotransmitter entweder: - Recycle tun in Vesikel zurückgeladen werden - Abgebaut werden, wenn sie nicht mehr benötigt werden - Enzymatischer Abbau der Neurotransmitter - Enzyme im synaptischen Spalt bauen die Neurotransmitter inaktiv ab - Abbau sorgt dafür, dass Neurotransmitter ihre Rezeptoren nicht weiter aktivieren können - Diffusion aus dem synaptischen Spalt - Einige Neurotransmitter verlassen den synaptischen Spalt durch passive Diffusion und gelangen in die umgebene extrazelluläre Flüssigkeit **Neurotransmitter, Entstehung:** - Erster Nachweis chemischer Signalübertragung von Otto Loewi (1921), experimentierte an isolierten Froschherzen und schloss, dass chemische Substanzen für Signalübertragung zwischen Vagusnerv und Herzmuskel verantwortlich sein müssen - Neurotransmitter sind heterogen (haben große Vielfalt in chemischen Eigenschaften, Funktionen und Wirkungsweisen, viele Schlüssel die auf verschiedene Schlösser passen), sodass nur eine operationale Definition (Definiert Neurotransmitter anhand ihrer Funktion, nicht ihrer chemischen/strukturellen Merkmale) möglich ist - Ein Neurotransmitter hat folgende Kriterien zu erfüllen: - Muss im präsynaptischen Neuron synthetisiert und gespeichert werden - Muss nach einer Stimulation freigesetzt werden und eine Veränderung an der Postsynapse bewirken können - Bei externer Applikation muss der Stoff die gleiche Wirkung hervorrufen, die auch bei natürlicher Freisetzung entsteht - Die meisten Neurotransmitter sind Aminosäuren, Aminosäurenderivate oder sie bestehen aus verketteten Aminosäuren - Sie werden meist aus mit Nahrung aufgenommenen Substanzen synthetisiert (Hierzu benötigen wir Enzyme) - Neurone unterscheiden sich darin, welche Enzyme sie produzieren und damit auch darin, welche Neurotransmitter synthetisiert werden (Dale-Prinzip: In vielen Fällen sind Zellen auf einen Neurotransmitter spezialisiert) **Klassifikation von Neurotransmittern:** 1. Aminosäuren (Glyzin, Glutamat, GABA....) - Können mit Nahrung aufgenommen werden, Aminosäure GABA wird erst in der Zelle synthetisiert (GABA kommt daher nur in Zellen vor, in denen es als Neurotransmitter eingesetzt wird) - Aminosäurentransmitter sind im Gehirn viel häufiger als die Monoaminsosäuren **GABA (Y-Amino-Buttersäure)** - Wichtigster hemmender Neurotransmitter im Gehirn dämpft Aktivität von Nervenzellen, um Überregung zu verhindern - Beide sind ionotrope Rezeptoren, das heißt, sie steuern Ionenkanäle. - Wenn GABA an diese Rezeptoren bindet, öffnen sich Chloridkanäle (Cl⁻). - Chlorid-Ionen strömen in die Zelle ein und führen zu einer Hyperpolarisation (die Zellmembran wird negativer), wodurch die Nervenzelle weniger erregbar wird. - Dieser Rezeptor ist metabotrop und über G-Proteine gekoppelt. - Er hemmt den Calcium-Einstrom in die Zelle und aktiviert Kaliumkanäle. - Das verringert die Freisetzung von Neurotransmittern und dämpft die neuronale Aktivität weiter. - Ist der häufigste exzitatorische Neurotransmitter - Wichtigsten Rezeptoren: NMDA (werden von viele Neuronen in motivations- verhaltens- und emotionsrelevanten Hirnarealen aktiviert) und AMPA 2. (Mono)Amine (Acetylcholin, Dopamin, Adrenalin, Serotonin...) - Synthetisieren durch enzymatische Umwandlung aus einer Aminosäure) - Unterscheidung zwischen 4 monoaminerge Neurotransmitter, die sich in 2 Klassen zuordnen lassen: 1. **Katecholamine: Dopamin (DA), Adrenalin, Noradrenalin (NA)** **a) Adrenalin:** - **Bildung:** Hauptsächlich im Nebennierenmark (im ZNS auch Adrenalin-Neuronen, jedoch wenig für psychische Prozesse verfügbar) - **Funktion:** Peripher: Steuerung des vegetativen NS und Stressreduktion - Rezeptoren: - Adrenorezeptoren (Alpha &Beta), mit untersch. Affinitäten - Beta-Rezeptoren: z.B. an Blutgefäßen, sind Ziel von Betablockern (Bei Bluthochdruck) **b) Noradrenalin (NA)** - **Bildung**: Im Nebennierenmark und im Locus Coeruleus des Hirnstamms - **Funktion:** Peripher: Sympathische Regulation (herz-Kreislauf-System, Stress)\ ZNS: Aufmerksamkeit, Lernen, Stress- und Angstregulation **c) Dopamin (DA)** - **Bildung:** In Substantia nigra, Mittelhirn und ventralen tegmentalen Area (VTA) - **Funktion:** spielt wichtige Rolle für kognitive und emotionale Funktionen, sowie Motorik und Motivation - Man unterscheidet vier wichtige dopaminergen Systeme im Gehirn: Diese Systeme werden nach ihren bahnen und Wirkorten benannt und sind für verschiedene neurologische und psychologische Prozesse verantwortlich: a. Nigrostriales DA-System\ Ursprung: Substanzia nigra\ (Weiterleitung zu:)Projektion: Basalganglien\ Funktion: Steuerung und Motorik b. Mesolimbisches DA-System\ Ursprung: VTA\ Projektion: Nucleus accumbend, Amygdala, weitere limbische Strukturen\ Funktion: Emotionen, Motivation, Belohnung und Sucht, besonders Belohnung c. Mesokortiales DA-System\ Ursprung: VTA\ Projektion: Präfontaler Cortex\ Funktion: Kognition, Aufmerksamkeit, Arbeitsgedächtnis, Entscheidungsfindung\ Degeneration: Schizophrenie & kognitive Defizite d. Tuberoinfundibuläres DA-System\ Ursprung: hypothalamus\ Projektion: Hypophyse\ Funktion: Regulation von Hormonen\ Degeneration: Hormonelle Dysregulation **Dopamin-Wirkungen und ihre pharmakologische Beeinflussbarkeit:** Ein Bild, das Text, Diagramm, Screenshot, Schrift enthält. Automatisch generierte Beschreibung - Modell beschreibt die Wirkungen von Dopamin, dessen Abbauwege (siehe oben, gleich wie bei allen Neurotransmittern, auf 3 Wegen), Rezeptoren an die es bindet und pharmakologische Beeinflussbarkeit des Dopaminsystems 1. Wirkweise: - Dopamin bindet nach Freisetzung in synaptischen Spalt an spezifische Dopaminrezeptoren auf der postsynaptischen Zellseite. Man unterscheidet zwischen:\ a) D1-artige Rezeptoren (D1,D5): stimulieren den Signalweg\ b) D2-artige Rezeptoren (D2,D3,D4): hemmen den Signalweg 2. Pharmakologische Beeinflussung: - Medikamente können Dopaminrezeptoren modulieren oder hemmen - Antiparkinsonmittel: Aktivieren D2-artige Rezeptoren oder hemmen den Dopaminabbau, Ziel: Dopaminspiegel erhöhen, um Symptome zu lindern - Neuroleptika: Blockieren D2-Rezeptoren, um psychotische Symptome (z.B. Schizophrenie ) zu behandeln - **Definitionen:\ Agonist:** Aktivator einer Transmitterwirkung\ **Antagonist:** Deaktivator eines Transmittersystems **Besondere Aspekte:** Sucht: Dopamin wird bei Belohnung und Erwartung ausgeschüttet. Drogen wie Kokain verstärken diese Wirkung. Dopamin wird in Antizipation (wanting) und Reaktion (liking) auf belohnende Stimuli ausgeschüttet Schizophrnie: Überaktivität im mesolimbischen System führt zu Halluzinationen oder Anhedonie\ ADHS: Dopmaintransportstörung, Therapie mit Ritalin **Schizophrenie:**\ - Bei Schizophrenie gilt die **2. Indolamine: Serotonin (5-HT)** - Synthetische Herkunft: Aus der Aminosäure Tryptophan das über die Nahrung aufgenommen wird - Syntheseschritte:\ Tryptophan (Tryptophan-Hydroxylase) 5-Hydroxytryptophan (5-http)\ 5HTP (5-http-Decarboxylase Serotonin (5-HT) - Bildung: vor allem in den Raphe-Kernen des Hirnstamms - Funktion: - Stimmung, Schmerz, Hunger, Schlaf-Wach-Rhythmus, emotionales Verhalten - Wichtige Rolle bei Depression: Serotonin-Mangel-Hypothese - Niedrige Serotoninspielgel können aggressives Verhalten und Autoaggression fördern Zusammenfassung: **Neurotransmitter** **Bildung** **Funktion** **Besonderheiten** ----------------------- ---------------------------------- ------------------------------------------- ----------------------------------------------- **Dopamin (DA)** Mittelhirn Motivation, Belohnung, Motorik, Kognition Wichtige Rolle bei Sucht, Schizophrenie, ADHS **Noradrenalin (NA)** Locus Coeruleus, Nebennierenmark Aufmerksamkeit, Stress, Angst, Lernen Sympathische Regulation, Blutdruckkontrolle **Adrenalin** Nebennierenmark Vegetative Funktionen, Stressreaktionen Weniger erforscht im ZNS **Serotonin (5-HT)** Raphe-Kerne im Hirnstamm Stimmung, Schlaf, Schmerz, Hunger SSRIs bei Depression, niedrig bei Aggression **Eine Ausnahme: Acetylchlorin (Ach)** - Kein direktes Aminosäurenderivat, wird aus Acetyl-Cienzym A und Cholin hergestellt - Bildung: von Motoneuronen in Rückenmark und Stammhirn - Funktion: Signalübertragung an Muskelzellen\ Im Gehirn: wirkt als Neuromodulator, der die Transmitter Ausschüttung anderer Transmitter reguliert - Für Acetolylcholin sind zwei Rezptortypen bekannt, die nach den Stoffen benannt wurden, durch die sie erregt werden: Nikonerge Rezeptoren (Ionotrop), Muscarinerege (metabotrop) - Botulinumtoxin ist ein bekannter Acetylcholin Antagonist - Wirkung von Ach wird durch Aufspaluntg mithilfe von Axetylcholinesterase beendet 3. Neuropeptide (Endorphine, Neuropeptid Y, Dynorphin) - Peptide sind Stoffe, die aus Aminosäurenketten bestehen - Kommen in Neuronen vor und übernehemn Siglantrasduktionsfunkionen (von extrazellulär in die Zelle) - Peptide werden zwar neuronal verbreitet, wirken jedoch über die Blutbahn und sind streng genommen keine Neurotransmitter (z.B. Orexin (Essverhalten), Insulin (Blutzuckerspiegelregulation) a. **Oxytocin** - Reproduktive Funktionen (Geburtsprozess, Milchproduktion) - Psychobehavioral: regulierende Funktionen für Bindung, interpersonales Vertrauen, soziale Emotionen - Daher vermutlich relevant für Authismus Spektrumstörung **Von 1-3 herrscht eine Ansteigende Größe der Transmitter** 5. Hormone ========== **Definition:** - Hormone sind Botenstoffe, die in den endokrinen Düsen oder im diffusen endokrinen System gebildert werden Werden von dort (meist) in den Blutkreislauf entlassen, um zu ihrem Wirkort zu gelangen - **Neurotransmitter** wirken in einem neurochemischen Prozess zwischen zwei Nervenzellen und werden durch Gehirnaktivitäten aktiviert. **Hormone** hingegen entfalten ihre Wirkung im Blut und beeinflussen wiederum die Ausschüttung von Botenstoffen - Hormone eine große Bandbreite an Einflussmöglichkeiten haben, Neurotransmitter hingegen haben einen begrenzten Wirkungsbereich - Hormone werden von den endokrinen Drüsen freigesetzt und spielen eine wesentliche Rolle bei der Regulation verschiedener Körperfunktionen. Neurotransmitter ermöglichen die Kommunikation zwischen Neuronen, indem sie den synaptischen Spalt überqueren - **Unterscheidung zu Neurotransmittern:** Hormone wirken oft systemisch über den Blutkreislauf, während Neurotransmitter meist lokal an Synapsen agieren. **Klassifizierung von Hormonen:** - Botenstoffe vermitteln Signale auf drei Wegen: - **Autokrin:** Wirkung auf die sezernierende Zelle selbst / Eine Zelle wirkt durch den ausgeschütteten Botenstoff auf sich selbst zurück - **Parakrin:** Wirkung auf benachbarte Zellen / Wirkung eines Hormons auf Zellen, die der sezernierenden Zelle benachbart sind. - **Endokrin:** Über die Blutbahn auf entfernte Zielzellen. / Hormone werden von ihrer Drüse ausgeschüttet und erreichen über die Blutbahn weiter entfernte Zellen **Klassifizierung von Hormonen** - Beispiele: - **Peptidhormone:** Oxytocin, Vasopressin. - **Aminosäurederivate:** Adrenalin, Thyroxin. - **Steroidhormone:** Cortisol, Testosteron. Ein Bild, das Text, Screenshot, Karte Menü, Dokument enthält. Automatisch generierte Beschreibung Nur wichtig was die Eigenschaften sind! **Prominente Drüsen:** Bildungsort Hormone ------------------------ -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Hypothalamus/Hypophyse CRH, ACTH, Thyreotropin Releasing Hormon, Folikelstimulierendes Hormon FSH, Prolaktin, Oxytocin, Vasopressin Pankreas Insulin, Glukagon, Somatotastin Schilddrüse Thyroxin, Triidomythrin, Calcitocin Nebennieren Adrenalin, Cortisol, Dopamin Eierstöcke und Hoden Testosteron, Östrogen, Progesteron **Neuroendokrine Achsen** - Regelkreise, die aus den Ebenen Hypothalamus, Hypophyse und den peripheren Drüsen bestehen heißen neuroendokrine Achsen - **Homöostaste**: Konzept der ständigen Bemühung um die Wiederherstellung des Gleichgewichts - **Homöostatische Regulierung**:  Rückkopplungsmechanismen, die für die kontinuierliche Überwachung und Kontrolle bestimmter Zustände, einschließlich Temperatur und Flüssigkeitshaushalt, erforderlich sind. - Wenn die Intensität eines Reizes einen Toleranzschwellenwert überschreitet, aktiviert der Körper die homöostatischen Abläufe, um diesem Reiz entgegenzuwirken. Wenn dir zum Beispiel sehr warm wird, fängt dein Körper an zu schwitzen, um die Wärme abzuführen. Die Blutgefäße werden erweitert, damit mehr Blut an die Hautoberfläche gelangen und die Körperwärme ableiten kann. Der Körper erreicht einen stabilen Zustand, der sich vom normalen Ruhezustand zwar unterscheidet, aber ausreichend stabil ist, um irreversible Schäden im Körper zu vermeiden. Wenn der Reiz nachlässt oder verschwindet, werden die homöostatischen Systeme inaktiviert und der Körper kehrt zum ursprünglichen Gleichgewicht zurück. Es kann jedoch vorkommen, dass die Intensität des Reizes entweder zu groß oder die Dauer zu lang ist, wodurch die homöostatische Regulation überfordert wird. Der Körper gerät dann in der Regel in einen Schockzustand oder einen schnellen Eigenabbau, da ein System nach dem anderen zusammenbricht. - **Glandotrope Hormone:** Wirken auf andere periphere Drüsen, ausgehend von hypothalamus und hypophyse - **Nicht-glandotrope-Hormone**: gelangen direkt in ihr Zielgewebe  HPA und HPT Achse wichtig **Das Schaubild illustriert die wichtigsten Hormone und ihre Bildungsorte:** - Hypothalamus / Hypophyse: Produziert Hormone wie CRH, ACTH, TSH, LH, FSH, Oxytocin, Vasopressin. - Pankreas: Sezerniert Insulin, Glukagon und Somatostatin, die den Blutzuckerspiegel regulieren. - Schilddrüsen: Ausschüttung von Thyroxin (T3, T4) und Calcitonin zur Steuerung des Metabolismus. - Nebennieren: Adrenalin, Cortisol und Aldosteron zur Regulierung von Stress und Wasserhaushalt. - Eierstöcke / Hoden: Testosteron, Östrogen und Progesteron, die für Fortpflanzung und sekundäre Geschlechtsmerkmale verantwortlich sind. Das Diagramm zeigt dabei die hierarchische Organisation vom zentralen Nervensystem (über den Hypothalamus und die Hypophyse) hin zu den peripheren Drüsen. Jede Drüsenebene beeinflusst die nächste, wobei Rückkopplungsmechanismen (Feedbackschleifen) eine feine Regulation sicherstellen. **Exkurs: Blut-Hirn-Schranke (BHS)** Ein Bild, das Text, Screenshot enthält. Automatisch generierte Beschreibung - Stellt eine Schranke zwischen Blutkreislauf uns ZNS dar, dient als Schutzschild - Die Blut-Hirn-Schranke ist eine selektiv durchlässige Schranke zwischen Hirnsubstanz und Blutstrom, die den Stoffaustausch im ZNS kontrolliert. Stoffe, die nicht in das Nervengewebe des Gehirns gelangen sollen, werden am Durchtritt durch die Kapillarwand gehindert. - Die korrelierende Struktur im Rückenmark wird aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften als Blut-Rückenmark-Schranke abgegrenzt. - Besteht aus Endothelzellen und Astrozyten, reguliert aktiv und passiv den Stoffaustausch zwischen Blut und Gehirn - Zwischen den Endothelen (Zellschichte an der Innenfläche der Blutgefäße) finden sich **Tight Junctions**, die den Stoffaustausch erschweren -\> In ihnen verschließen Transmembranproteine den Raum zwischen den Zellen - Sie bilden eine wasserdichte Abdichtung und blockieren Waser und Ionen zwischen den Epithelzellen, sie haben also eine Torfunktion, wselche den Durchgang zwischen den Zellen kontrolliert - Die Tight Junctions schränken die parazelluläre Diffusion auf ein Minimum ein. - Um den selektiven Transport wichtiger Nährstoffe zu gewähren, finden sich eine Vielzahl von Rezeptoren und Transportern auf der Endotheloberfläche. Hierüber können Glucose, Aminosäuren, Nukleoside und bestimmte Neurotransmitter aufgenommen werden. - Der Austausch von Stoffen durch die Blut-Hirn-Schranke geschieht auf mehrere Arten: -  - Als **zirkumventrikuläre Organe**, kurz ZVO, werden eng umschriebene Areale in der Wand des dritten und vierten Hirnventrikels bezeichnet, an denen die Blut-Hirn-Schranke unterbrochen ist. Da sie den weitgehend freien Austausch von Stoffen zwischen dem Gefäßsystem und dem Nervengewebe ermöglichen, spricht man auch von neurohämalen Regionen. - An **zirkumventrikulären Organen** ist die BHS nicht vorhanden. - Hier können auch Substanzen, die normalerweise nicht ins Gehirn gelangen, Einfluss auf hypothalamische Neuronen nehmen - Substanzen können direkt hypothalamische Neurone beeinflussen. - Die Organe Organum vaculosum laminae terminalis (OLVT), Neurophypophyse, Eminentia Mediana und das Subfornikularorgan liegen in unmittelbarer Nähe des Hypothalamus **Hypothalamus und Hypophyse** - **Hypothalamus:** Steuerzentrale des hormonalen und nervalen Systems, hormonelle und neuronale Verbindung zur Hypophyse. - Besteht aus verschiedenen Kernen, die verschiedene Körperfunktionen steuern - Z.B. Produktion von ADH oder Oxytocin, Sättigungsgefühl.... - Kontrolliert die 4 F's: Food, Fight or Flight, Fahrenheit and Sex - Der Hypothalamus ist ein lebenswichtiger Teil des Diencephalons (Zwischenhirns). Er dient als oberstes Regulationszentrum für alle vegetativen und endokrinen Vorgänge. Er steuert u.a. Atmung, Kreislauf, Körpertemperatur, Sexualverhalten sowie die Flüssigkeits- und Nahrungsaufnahme. - **Hypophyse:** - Hypophyse ist über einen Stiel mit dem Hypothalamus verbunden und entählt beinahe exklusive Signale von ihm - Besteht aus zwei Lappen, die auf verschiedenen Signalwegen vom Hypothalamus gesteuert werden: - **Adenohypophyse (Hypophysenvorderlappen):** Glandotrope und effektorische Hormone wie ACTH, LH, FSH, Prolactin. - Bildet einen kleinen Blutkreislauf mit dem Hypothalamus - Hypothalamus gibt (Inhibiting-) oder Releasehormone frei, die in der Adenohypophyse zur Synthese und Freisetzung von weiteren Hormonen führen - Die in der Adenohypophyse sezernierten Hormone sind a) glandotrop (auf Drüsen wirkend) oder effektorisch (=ohne weitere Umwege über Drüse zum Zielgeweebe, „Soforteffekt") - **Neurohypophyse (Hypophysenhinterlappen):** Speicherung und Freisetzung von Oxytocin und Vasopressin (=ADH). - ist eine Erweiterung des Hypothalamus - wird von unmyelinisierten Axonen aus dem Hypothalamus versorgt - werden über die Axone bis in die Neurohypophyse transportiert, woe sie in den Blutkreislauf entlassen werden  **Effektorische Hormone** - **Prolactin (PRL):** Regt Milchproduktion an, Brustwachstum in Pubertät und Schwangerchaft - Bei Männern PRL-Spiegel etwas niedriger - Steigert geschlechtsunabhängig Brutpflegeverhalten - Wird von Dopamin gehemmt - **Oxytocin (OXT):** übernimmt aufgaben bei Schwangerschaft, Geburt, Stillen - OXT löst Kontraktion der Milchgänge aus, um Milchfluss zu ermöglichen - Löst Kontraktion der Gebärmutter und damit Wehen aus - Wird geschlechtsunabhängig beim Sex ausgeschüttet - Wichtige Funktionen auf interpersonaler Ebene: - Soziale Bindung, Vertrauen, emathieassoziierte Verhaltensweisen - - **Vasopressin (ADH):** Wasserhaushalt, Blutgefäße verengeng /Blutdruck (bei höherer Konzentration) - An Sexualverhalten und sozialem Lernen beteiligt **Hormonelle Achsen** - **HPG-Achse** - Gonadotropin Releasing Hormon (GnRH) löst Ausschüttung von LH und FSH aus, die Geschlechtssteroide wie Testosteron und Östrogen in den Geschlechtsdrüsen veranlassen - FSH stimuliert bei Frau vReifung der Eizelle und bei Mann Spermienproduktion - LH regt Testosteronproduktion, Östrogenproduktion und Eisprung aus - **Östrogene:** wirken auf Entwicklung weiblicher Brust während Pubertät, Transport und Einnistung der Eizelle in Gebärmutter, Wachstum Gebärmutterschleimhaut, hemmen Knochenabbau, fördern Speicherung von Wasser in Bindegewebe - **Gestagene:** bereiten die Gebärmutterschleimhaut auf Ei-Einnistung vor, Befruchtungsfähigkeit der Spermien gewährleisten, schützen vor frühzeitigen Wehen, wirken während Zyklus auf Körpertemperatur - **Androgene:** Ausbildung von Schambehaarung bei Geschlechtern, Entstehung von Geheimratsecken und Glatzenbildung, größter Anteil von Muskelmasse und weniger Fettanteil im Bindegewebe beim Mann Nur wichtig, dass es ein Geschlechtshormon ist und die namen der Hormone - **HPA-Achse** - CRH (Corticotropin Releasing Hormon) exprimiert aus Hypothalamus setzt ACTH in Hypophyse frei führt zu Ausschüttung von Cortisol in der Nebenniere) - Cortisol hat einen hemmenden Effekt auf die Expression von CRH und ACTH (Negative Feedback Schleife) - **Negative Feedback Schleife:** In einer negativen Rückkopplungsschleife hemmt eine erhöhte Leistung des Systems die zukünftige Produktion durch das System. Der Körper reduziert die Menge bestimmter Proteine ​​oder Hormone, die er produziert, wenn ihr Spiegel zu hoch wird. - Cortisol reguliert Stressreaktionen und hemmt Immunprozesse, ist ein Steroid - CRH und ACTH regen neben Cortisol auch sympathische und weitere ZNS Funktionen an (Beide unterliegen einem negativen Feedback durch Cortisol) - Die Nebennierenringe besteht aus drei Schichten, die alle Steroide szenerieren: - Zona Glomverulosa: Synthetisiert Mineralocorticoide, die über Steuerung von Natrium und Calium in der Niere den Wasserhaushalt regulieren - Zona Fasciculata: bildet ca. Cortisol - Zona Reticularis: synthetisiert DHEA, Vorläufer für Androgene und Östrogene - **HPA-Achse**: **Glucocorticoide -- wichtig: Funktion von Glococorticoiden** - Neben Cortisol (=Hydrocortison) gehören Corticosteron und Cortison zur Gruppe der GC - Funktion: in der Leber: Erhöhung des Blutzuckerspiegels; Blockade von Zytokinen, Absenkung verschiedener Granulozyten und Lymphozyten, Hemmung bon Entzündungsprozessen - Besitzt parakrine Effekte (=bei dem der sezernierte Faktor (z.B. Hormon, Wachstumsfaktor) ohne Zwischenschaltung des Blutes auf Zellen, die der sezernierenden Zelle direkt benachbart sind, einwirkt) auf Synthese von Katecholaminen - Cortison ist die inaktivierte Form von Cortisol - Besitzt keine eigene Wirkung, da es nicht an den Rezeptor binden kann - Durch orale Aufnahme kann es in der Leber zu Cortisol umgebaut werden - Cortison ist außerdem umgangssprachliche Bezeichnung für künstlich synthetisierte Glucocorticoide, die für viele Erkrankungen eingesetzt werden - Dysfunktion: Depression (gestörte negative Feedback-Schleife) mit unzureichender Down-Regulation des Immunsystems und Störung von Neurotransmitterhaushalten - Test: Dexamethason-Suppressiontest mit künstlichem Glukokortikoid - Weitere: Cushing-Syndrom (Hypercortisolismus); chronisches Überangebot an GC 8z.B: durch Tumor in Nebennierenrinde oder Hypophyse), Symptome sind erhöhte Blutzuckerwerte, reduzierte Immunfunktion, Akne, Stammfettsucht, zyklusstörungen.... - Morbus Addison (Hypocortisolismus): FUnktionsverlust der Nebennierenrinde z.B. durch Auroimmunorizesse oder Tumor, Symptome: Müdigkeit, Muskelschwäche, Unruhe, Gewichtsverlust, häufig starke Pigmentierung der Haut **HPT-Achse:Nicht so wichtig** - TRH (Hypothalamus) & TSH (Hypophyse) → löschen T3 und T4 in Schilddrüsen aus - TSH reguliert außerdem Aufnahme von Jod - T3 und T4 regen Stoffwechsel an - Funktion: Stoffwechselregulation. - Dysfunktion: Hyperthyreose: überaktiver Stoffwecksel, starke sympathische Aktivierung und Abnahhme von Körperfett - Hypothyreose (z.B. durch Jodmangel) assoziiert mit Müdigkeit, Antriebsarmut, Übergewicht **Rhythmische Hormonsekretion** - Viele Hormone folgenstabilen und rhythmischen Konzentrationsverlauf - Dieser Verlauf kann verschiedene Zeiträume (Tage, Stunden..) annehmen - Damit haben Hormone wichitige Funktion für unsere innere Uhr - **11. Schlussbemerkung** (S. 32) - Hormone agieren oft sowohl als Neurotransmitter als auch als endokrine Botenstoffe 6. Peripheres Nervensystem ========================== - Das periphere Nervensystem besteht aus 2 Bereichen: - Vegetatives, autonomes/viszerales Nervensystem - Somatisches Nervensystem - Die Kommunikation zwischen ZNS und Peripherie erfolgt über Rückenmarknerven und Hirnnerven über: - Afferente Bahnen: Leiten Signale ZUM ZNS - Efferente Bahnen: Leiten Signalre vom ZNS zu peripheren Organen über Rückenmarknerven und Hirnnerven Somatisches Nervensystem: ------------------------- - Rückenmark ist umgeben von Wirbelsäule & Stellt wichtigste Bahn für Informationen aus dem Körper zum Gehirn dar - Hauptaufgabe: Steuerung der Skelettmuskulatur und der Somatosensorik - 31 Spinalnerven verlassen das Rückenmark in zwei Strängen: - Hinterwurzel: Sensorische (afferente) Fasern = Ansammlungen hiervon sind dann die Ganglien - Vorderwurzel: Motorische (efferente) Fasern\ Die Dorsale (Hinternervwurzel) Nervenfasern bilden dabei sogenannten Ganglien (=Ansammlungen von Nervenzellkernen außerhalb des ZNS) - **sensorische Dermatome**: ist der Hautbereich, der von sensiblen Fasern einer Spinalnervenwurzel autonom versorgt wird. Sie überschneiden und sind typischerweise überpassend von 2 Spinalnerven innerviert Spinalnerven steuern also maßgeblich das somatische PNS, das für Skelettmuskulatur und Sensorik zuständig ist **Reflexbogen:** - **Schnelle Schutzreaktionen auf periphere Reize, vermittelt durch:** **Rezeptor (nimmt peripheren Reiz auf Sensorische Fastern transportieren ihn ins Reflexzentrum (ZNS), wo eine Antwort gebildet wird Efferente Fasern leiten Antwort weiter Erfolgsorgan (z.B. Drüse/ Muskel), wo er ausgeführt wird** - Reflexe kommen nicht ohne Beteiligung des ZNS aus, sind jedoch stark von Spinalnerven abhängig dienen schneller Abwendung von Gefahrenreizen und der Regulation verschiedener Körperfunktionen **Hirnnerven:** - 12 Hirnnerven versorgen hauptsächlich das somatische, teilweise aber auch das vegetative und zentrale NS - Hirnnerven versorgen die Region des Kopfes, sind motorisch, sensorisch und teilweise beides - Sie versorgen den Kopf- Hals- und oberen Brustbereich sowie parasympathische Anteile von im Rumpf gelegenen Organen - Alle Hirnnerven gehen in den Hirnstamm/Stammhirn, außer: - 1\. Nervus olfactorius und 2. nervus opticus (Riech- und Sehnerv) liegen im Großhirn - Nerven 3,4.6: für Augenbewegung und Pupillengröße - Nerv 5: Nervus Trigeminus: senisbilität des Gesichtes, Kiefernmuskeln, Somatosensorik - Nerv 7: Nervus Facialis: Gesichtsnerv für Mimik, Geschmack, Gesichtsmuskeln - Nerv 8: Nervus Vestibucochlearis: Hör- und Gleichgewichtsnerv - Nerv 9: Nervus Glossopharyngeus: Zungen-Rachen-Nerv (Schlucken), Geschmack - Nerv 10: Nervus vagus: Stimmritzenöffnung, Herzfrequenz, Magen-Darm-Trakt + Heiserkeit, innere Organe - Nerv 11: Nervus Accessorius: Drehen v. Kopf + Schultern heben, Nackenmuskeln - Nerv 12: Nervus Hypogolssus: unterzungennerv , Zugenbewegung Beispiele: 1. Nervus Trigeminus (v): Sensorik im Gesicht, Kaumuskulatur - Erkrankung: Trigeminusneuralgie (starke Gesichtsschmerzen, anfallartig im Versorgungsgebiet) - Schmerzen, Hautrötungen, Zuckungen, Schweissausbrüche und Tränen - Auslöser können Berührungen, Bewegung des Kiefers, Niesen sein - Ursache: Häufig Kontakt zwischen Nerv und Blutgefäß(Nerv wird durch Puls stimuliert/geschädigt) - Therapie: Spontanremissionen oder pharmakologisch 2. Nervus Facialis (VII): Gesichtsmuskeln + Geschmacksnerven - Erkrankung: Gesichtslähmung (idR einseitig) - Risikofaktoren wie Stress, Bluthochdruck, Diabetes, Schwangerschaft - Auslöser meist idiopahisch, manchmal Tumore, Schlaganfall, Entzündungen **Vegetatives Nervensystem:** - Sympathicus und Parasympathikus sind die beiden wichtigsten Systeme des autonomen NS - Bis auf wenige Ausnahmen werden Organe von Fasern beider Systeme innerviert - Sympathicus und Parasympathicus arbeiten komplementär **Parasympathikus:** steuert Prozesse der Entspannung, Erholung\ **Sympathicus:** dient der Aktivierung (Stress, Energieverbrauch) - Neurone des vegetativen NS liegen außerhalb des ZNS, in den **Ganglien** Werden von Neuronen in Stammhirn oder Rückenmark gesteuert - **Präganglionäre Sympatikus Neurone:** Ursprung im mittleren Rückenmark - Information läuft in die Ganglien, die den sympathischen Grenzstrang bilden und wird auf postganglionäre Neurone übertragen - **Präganglionäre Parasympathikus-Neurone:** Ursprung im Hirnstamm/unteren Rückenmark - Postganglionäre parasympathische Neurone liegen meist kurz vor Zielorgan - Postganglionäre Neurone steuern Zielorgane Ein Bild, das Text, Karte, Diagramm, Skelett enthält. Automatisch generierte Beschreibung **Kontrolle durch Neurotransmitter:** - Wichtigster präganglionäre Transmitter des peripheren Nervensystems ist **Acetylcholin (ACh)** - Ist präganglionär für Sympathikus und Parasympathikus Wird also von allen präganglionären Axonen des Symp. + Parasymp. freigesetzt - Bindet an nikotinerge ACh Rezeptoren, was ein schnelles ESP in den Postganglionären Neuronen zur Folge hat - Modularisch kommen außerdem noch Peptide zum Einsatz Sie lösen über einen längeren Zeitraum (von Minuten) kleine EPSPs aus - **Acetylcholin** wird postganglionär auch von parasympathischen Zellen als Transmitter eingesetzt hier bindet ACh jedoch an die metabotropne muscarinischen Rezeptoren **Nordadrenalin (NA):** - Haupttransmitter postganglionärer sympathischer Neurone (Außer Schweissdrüsen, die auch mit ACh arbeiten) **Wechselwirkungen:** - Subtanzen, die NA begünstigen oder muscarinische ACh Effekte hemmen, begünstigen sympathsiches Übergewicht - Substanzen, die muscarinische Effekte stärken oder Effekte von NA hemmen, bewirken stärkere parasympathische Aktivität **Hypothalamus als Kontrollinstanz:** - Hypothalamus ist maßgebliche Kontrollinstanz für präganglionäre Neurone des vegetativen NS - Dafür ist er eng mit Hirnstamm- und Rückenmarkskernen des Sympathikus und Parasympahtikus verbunden - Primärziel: Aufrechterhaltung der Homöstase (Also: Regulation Blutdruck, Körpertemperatur, Energiehaushalt...) Das vegetative Nervensystem (VNS) reguliert unwillkürliche Prozesse wie Herzschlag, Verdauung oder Atmung. Dabei spielt die Kommunikation über Neurotransmitter eine zentrale Rolle. Diese steuern die Signalübertragung zwischen prä- und postganglionären Neuronen sowie die Aktivität der Zielorgane. **1. Acetylcholin (ACh): Der Hauptneurotransmitter** - **Präganglionäre Neurone (Sympathikus und Parasympathikus):** - ACh wird von **allen präganglionären Neuronen** freigesetzt. - Es bindet an **nikotinerge ACh-Rezeptoren** (ionotrop), was ein **schnelles exzitatorisches postsynaptisches Potenzial (EPSP)** in den postganglionären Neuronen auslöst. - **Postganglionäre Neurone (Parasympathikus):** - ACh wird ebenfalls von postganglionären parasympathischen Neuronen freigesetzt. - Hier bindet es an **muskarinische ACh-Rezeptoren** (metabotrop). - Diese Rezeptoren wirken über G-Proteine und erzeugen vielfältige Effekte, wie: - Aktivierung oder Hemmung von Zielorganfunktionen. - Lokalisierte und zielgerichtete Wirkung. **2. Noradrenalin (NA): Der Sympathikus-Spezialist** - **Postganglionäre Neurone (Sympathikus):** - Der Haupttransmitter ist **Noradrenalin**, das auf adrenerge Rezeptoren der Zielorgane wirkt. - Ausnahmen: Schweißdrüsen werden mit **Acetylcholin** angesteuert (nicht Noradrenalin). - Wirkung von Noradrenalin: - Steigerung von Herzfrequenz und Blutdruck. - Hemmung der Verdauung. - Erweiterung der Bronchien. **3. Wirkung der Rezeptoren** - **Muskarinische ACh-Rezeptoren (Parasympathikus):** - Sie sind immer **metabotrop** (G-Protein-gekoppelt). - Dadurch können sie hemmende oder exzitatorische Wirkungen haben: - Hemmung der Herzfrequenz. - Aktivierung von Verdauungsprozessen. - **Adrenerge Rezeptoren (Sympathikus):** - Es gibt verschiedene Gruppen (z. B. Alpha- und Beta-Rezeptoren). - Diese steuern spezifische sympathische Reaktionen wie: - **Beta-2-Rezeptoren:** Erweiterung der Bronchien. - **Alpha-1-Rezeptoren:** Verengung der Blutgefäße. **4. Wechselwirkungen zwischen Sympathikus und Parasympathikus** - Sympathikus und Parasympathikus haben entgegengesetzte Wirkungen. Ihre Balance wird durch die Transmitter geregelt: - Substanzen, die **Noradrenalin** fördern oder **muskarinische ACh-Rezeptoren hemmen**, bewirken ein sympathisches Übergewicht. - Substanzen, die **muskarinische Rezeptoren aktivieren** oder