Vorlesung 1 Einführung - Biopsychologie - 24/25 - PDF

Vorlesung 1 Einführung  Der Bio-Psycho-Soziale Ansatz Biologisch Organische Veränderungen (z.B. Hormonschwankungen, -Gehirn, Psychophysiologie Entzündungen) können...

Vorlesung 1 Einführung  Der Bio-Psycho-Soziale Ansatz Biologisch Organische Veränderungen (z.B. Hormonschwankungen, -Gehirn, Psychophysiologie Entzündungen) können Einsamkeit ist einer der - Hormone, Neurotransmitter psychische Beschwerden stärksten Prädiktoren für verursachen -Immunsystem, einen frühen Tod Inflammationen - Epigenetik Psychologisch Sozial - Emotionen Gesundheit - Soziale Isolation - Kognition - Beziehungen zwischen Menschen - Entscheidungen - Beziehungen zwischen -Verhalten Gruppen Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 4 Einführung 4 Ein Beispiel Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 5 Einführung Biopsychologie Beschäftigt sich mit den biologischen Prozessen, die unserem Erleben und Verhalten zu Grunde liegen Aus Sicht von Neurowissenschaften, physiologischer Prozesse, biochemischer Prozesse, Psychopharmakologie Beispiele: Body-Mind Problem; Bewusstsein, freier Willen, welche biologische Grundlagen haben psychische Zustände? Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 6 Einführung Gleichzeitig sind die vorgestellten Inhalte alle “nur” aktuelle Modelle George Box: “All models are wrong, but some are useful.” Unser Verständnis von psychischen Zuständen verändert sich, so wie es unser Verständnis der biologischen Grundlagen dieser Vorgänge tut. Beispiel: von “Shell-Shock” zu Posttraumatischer Belastungsstörung Daher sind die biologischen Modelle zwar als wichtige Anhaltspunkte zu sehen. In der Praxis ist es allerdings wichtig, immer den Menschen als Ganzes wahrzunehmen. Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 7 Einführung Zentrale Ziele des Moduls Biopsychologie Sie können biologische Strukturen und Funktionen erklären, die menschlichem Erleben und Verhalten zu Grunde liegen. Sie können wichtige Beispiele für die Bedeutung biologischer Prozesse bei Gesundheit und Krankheit im Alltag und im klinischen Kontext geben. Sie können Forschungsmethoden der Biopsychologie erklären und differenzieren. Sie können den Aufbau und die Funktion des Zentralen Nervensystems von der Genetik bis hin zu neuronalen Netzwerken beschreiben. Sie können einen ersten wissenschaftlichen Übersichtstext verfassen. Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 8 Einführung Historisches Interesse für die Biopsychologie Menschen haben sich schon lange für Biopsychologie interessiert, so gibt es z.B. schon 4’000 v. Chr. Beschreibungen für die Wirkung der Mohnpflanze in sumerischen Schriften (heutiger Irak) oder auch Nachweise der Nutzung von Heilpflanzen in Lateinamerikanischen Kulturen vor Tausenden von Jahren Grundlage der aktuellen Biopsychologie v.a. ➙Wilhelm Wundt (1832 – 1920) “Relations between Psychology and Physiology” ➙William James (1842 – 1910) Vorlesung zu “Psychologie als Naturwissenschaft” Biologische Psychologie (Birbaumer, 2010) Bildquelle: Wikipedia.de Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 13 Einführung Biologische Erklärung von Verhalten in 4 Kategorien Niko Tinbergen, 1951 1. Physiologisch: Verhalten hängt mit Aktivität in Körper und Organen zusammen, z.B. fühlen wir uns bei schneller Atmung anders als bei langsamer Atmung und verhalten uns auch entsprechend anders 2. Ontogenetisch (griechisch: Ursprung des Seins): das Verhalten wird davon beeinflusst, wie sich der menschliche Körper entwickelt, z.B. höhere Anfälligkeit für psychische Erkrankungen und Risikoverhalten in der Pubertät (Zeit der Gehirnentwicklung und der hormonellen Umstellung) 3. Evolutionär: Spezies entwickeln sich unterschiedlich, um sich an die Umwelt anzupassen (z.B. hellere Haut in weniger sonnigen Gebieten, z.T. verändert sich nicht nur das Aussehen/ die Tarnung von Tieren sondern auch das Verhalten, z.B. Tiere, die sich wie Algen bewegen, um nicht gefressen zu werden) 4. Funktional: welche Funktion hat ein Verhalten, z.B. aufrechter Gang ermöglicht die Nutzung von Werkzeugen Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 14 Einführung Interaktive Übung: Abstimmung zu Pro / Contra Tierstudien Pro Contra Tiere sind manchmal ein einfacheres Es ist nicht immer klar, ob und wie sich Modell als Menschen (z.B. weniger Erkentnisse aus der Tierforschung auf Nervenzellen bei Schnecken) Menschen übertragen lassen. Manche Tiere pflanzen sich schneller fort als Menschen, was die Untersuchung von mehreren Generationen möglich macht Manche Versuche wären in Menschen Wenn es in Menschen unethisch ist, unethisch (Elektroden in das Gehirn sollte es doch auch in Tieren unethisch implantieren; chemische Substanzen sein, oder? injizieren; etc.) Medizinische Forschung, z.B. Krebs, Herzerkrankungen, AIDS, Diabetes,... Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 16 Einführung Vorlesung 02 Genetik Dr. Olga Klimecki Lernziele Sie können die Vererbung von Merkmalen erklären. Sie können erklären, wie genetische Varianz entsteht. Sie können Methoden der genetischen Forschung beschreiben und kritisch reflektieren. Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 3 Genetik und Epigenetik  Ist meine Depression genetisch bedingt? Erklären Sie, ob eine Depression vererbbar ist unter Verwendung der folgenden Begriffe in einem kurzen zusammenhängenden Text (15 Minuten). Beachten Sie: es kann sinnvoll sein, die Reihenfolge der Wörter unten anzupassen. DNA Gene Nukleotide Crossing Over Meiose Chromosom Ribosom Zelle Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 4 Genetik und Epigenetik Evolutionstheorie Darwin oder auch Lamarck gehen vereinfacht gesagt davon aus, dass sich Eigenschaften, die sich in der Umwelt als nützlich erweisen weitervererben und so stärker ausprägen Wie stark ist z.B. Depression vererbbar? Methoden der Untersuchung: Unterschiede zwischen Eineiigen und Zweieiigen Zwillingen/ Adoptionsstudien Wichtig: Varianz, die durch Genetik aufgeklärt wird unterscheidet sich: in homogenen Umfeldern scheint die Genetik eine größere Rolle zu spielen, als in heterogenen Umfeldern Quelle: Schandry, 2016 Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 5 Genetik und Epigenetik  Grundlagen der Genetik Unser Körper besteht aus etwa 100 Billionen Zellen. Fast jede dieser Zellen besitzt einen Kern mit 23 Chromosomenpaaren (Blutkörper besitzen keinen Zellkern). Jedes dieser Paare besteht aus einem väterlichen und einem mütterlichen Chromosom. Quelle: https://www.digitalefolien.de/biologie/mensch/genetik/chromos.html Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 6 Genetik und Epigenetik  Grundlagen der Genetik Ein Chromosom ist ein langer, in sich verdrehter Strang (eine Doppelhelix) aus DNA, Desoxyribonukleinsäure. Quelle: https://de.serlo.org/biologie/70854/was-sind-chromosomen Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 7 Genetik und Epigenetik DNS/ DNA; Replikation Deoxyribonucleic Acid, DNA/ Deoxyribonukleinsäure, DNS Gene kodieren Proteine (Bauplan für die Zelle, z.B. Ionenkanäle, Enzyme die chemische Reaktionen in Zellen bis zu 10 -fach beschleunigen können) Proteine setzen sich aus Aminosäuren zusammen Quelle: Schandry, 2016 Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 8 Genetik und Epigenetik Aminosäuren Quelle: Schandry, 2016 Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 9 Genetik und Epigenetik Genexpression und Protiensynthese Quelle: Schandry, 2016 Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 10 Genetik und Epigenetik Mitose und Meiose Vergleich von Mitose und Meiose. In der Mitose werden zwei genetisch identische Tochterzellen hervorgebracht. In der Meiose werden vier haploide Tochterzellen hervorgebracht, die sich genetisch unterscheiden und die sich dann mit den haploiden Zellen des anderen Elternteils verbinden können. Quelle: Markl, Ed. (2019) Purves Biologie, Springer. Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 11 Genetik und Epigenetik Zurück zum Beispiel: Genetische Varianz Darwin oder auch Lamarck gehen vereinfacht gesagt davon aus, dass sich Eigenschaften, die sich in der Umwelt als nützlich erweisen weitervererben und so stärker ausprägen Wie stark ist z.B. Depression vererbbar? Methoden der Untersuchung: Unterschiede zwischen Eineiigen und Zweieiigen Zwillingen/ Adoptionsstudien Wichtig: Varianz, die durch Genetik aufgeklärt wird unterscheidet sich: in homogenen Umfeldern scheint die Genetik eine größere Rolle zu spielen, als in heterogenen Umfeldern Quelle: Schandry, 2016 Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 12 Genetik und Epigenetik Wie entsteht genetische Varianz? Durch Crossing Over Ein Crossing-over führt zu rekombinanten (neu kombinierten) Chromatiden. Diese Rekombination des Erbmaterials erhöht die genetische Variabilität unter den Produkten der Meiose, indem genetische Information innerhalb der jeweiligen homologen Paare verschoben wird. Quelle: Markl, Ed. (2019) Purves Biologie, Springer. Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 13 Genetik und Epigenetik Trisomie (Down-Syndrom) Quelle: Markl, Ed. (2019) Purves Biologie, Springer. Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 14 Genetik und Epigenetik Genetik Quelle: Wikipedia.de Quelle: Güntürkün, 2019 Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 15 Genetik und Epigenetik Genmutation ➙ Veränderung einer Base oder Duplikation oder Löschung (Deletion) eines ganz kleinen Abschnitts Huntington-Krankheit - Erkrankung der Basalganglien, Hyperkinesie (unwillkrüliche, aprupte Bewegungen) - Erste Symptome mit 30-40 Jahren, Patient:innen sterben im Mittel 14-17 Jahren nach Erkrankungsbeginn - Autosomal-dominant verebt, krankes HD (huntington disease) Gen auf Chromosom 4, kodiert das “Huntingtin” Protein - Pathologisches Gen: Anzahl der CAG (Cytosin- Adenin-Guanidin) Wiederholungen deutlich erhöht B Normal (links); Huntington (rechts) Quelle: https://www.eurostemcell.org/sites/default/files/inline-images/14836434032_90bc26f42e_o.png Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 16 Genetik und Epigenetik Abschlussteil mit interaktiven Übungen zur Genetik Wie wird der genetische Einfluss auf Merkmale mit Hilfe von Zwillingsstudien untersucht und was sind hierbei die Probleme? Auflösung: Methoden der Untersuchung: Unterschiede zwischen Eineiigen (100% gemeinsame Gene) und Zweieiigen Zwillingen (50% gemeinsame Gene) Probleme: Epigenetik? Umweltfaktoren Interpretationen? Generalisierbarkeit? Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 19 Genetik und Epigenetik Übungen zu Genetik Nennen Sie die 2 zentralen Unterschiede zwischen Meiose und Mitose! Auflösung: Mitose Meiose  2 Tochterzellen  4 Tochterzellen  Genetisch identisch  Genetisch variabel Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 21 Genetik und Epigenetik Übungen zu Genetik Beschreiben Sie das Prinzip des Crossing-Overs! Auflösung: Wie entsteht genetische Varianz?  Crossing Over Was würde passieren, wenn kein Crossing Over stattfindet?  Weniger genetische Vielfalt  Fähigkeit der Anpassung auf z.B. Umwelt, Krankheiten …weniger ausgeprägt  Zunahme an genetischen Krankheiten? (durch Crossing Over werden potenziell schädliche Mutationen eventuell ausgetauscht) Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 23 Genetik und Epigenetik Vorlesung 03 Epigenetik Dr. Olga Klimecki Lernziele Sie können epigenetische Vererbungsvorgänge erklären. Sie können Faktoren benennen, die epigenetische Prozesse beeinflussen. Sie können Besipiele für Interventionen geben, die epigenetische Vorgänge positive verändern können. Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 2 Genetik und Epigenetik Epigenetik Jede Zelle im Körper hat die gleiche DNA (außer Blutzellen, die nach der Entstehung keine DNA haben). Während der Entstehung eines Lebens und später im Leben werden immer wieder bestimmte Teile der DNA abgelesen, um Proteine, Enzyme, etc. zu produzieren. Epigenetische Information [epi,aus dem Griechischen, bedeutet „um etwas herum“] moduliert die Genexpression stabil, ohne die primäre DNA-Struktur zu verändern. Die Vererbbarkeit epigenetischer Informationen durch Zellteilung in Körperzellen erklärt anhaltenden Auswirkungen von Umweltexpositionen auf individueller Ebene. Epigenetische Informationen können entweder vererbt oder erworben werden. Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 3 Genetik und Epigenetik Quelle: National Institutes of Health - http://commonfund.nih.gov/epigenomics/figure.aspx Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 4 Genetik und Epigenetik Grundlagen der Epigenetik Um repliziert zu werden, muss die DNA zum Teil vom Histon abgewickelt werden Erfahrungen im Leben können dazu führen, dass a) Acetylgruppen an Histonenden nahe den Genen angefügt werden, welche dazu führen, dass Histone Gene weniger stark fixieren und Genexpression erleichtert wird b) Acetylgruppen von Histonen abgespalten werden, so dass Histone Gene stärker fixieren und das Ablesen der Gene erschwert wird c) Methylgruppen angefügt werden zu Promoterregion am Beginn eines Gens (schaltet Gene ab) oder d) Methylgruppen von dort weggenommen werden (schaltet Gene an) Beispiel: starke traumatische Erfahrungen während der Kindheit senken Methylierung vieler Gene im Gehirn und erhöhen dadurch das Risiko für Depression, Posttraumatische Belastungsstörunge, etc. Quellen: Kalat (2019) Biological Psychology. Klengel et al., (2013) Nature Neuroscience, 16(1), 33–41. https://doi.org/10.1038/nn.3275 Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 5 Genetik und Epigenetik Hintergrund Adverse Childhood Experiences Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 6 Genetik und Epigenetik  Transmission von epigenetischen Mechanismen über Generationen hinweg Neuroendokrine Prozesse sind für Ausschüttung von Neurosekreten und Hormonen zuständig Quelle: Bowers & Yehuda (2016) Neuropsychopharmacology. Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 7 Genetik und Epigenetik  Transmission von epigenetischen Mechanismen über Generationen hinweg Untersuchungen an Tiermodellenund epidemiologische Daten am Menschen zeigen: epigenetische Informationen, die durch elterliche Erfahrungen erworben wurden (einschließlich vor der Empfängnis auftretendem mütterlichem oder väterlichem Stress) bedingen die Anfälligkeit der Nachkommen für bestimmten Krankheiten, Gehirnveränderungen, Entwicklung von Psychopathologien, maladaptives Verhalten. Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 8 Genetik und Epigenetik  Geschwidigkeit epigenetischer Prozesse Tatsächlich geschehen Histonmodifikationen und DNA-Methylierungen bereits wenige Stunden nach akutem Stress, Nährstoffzufuhr, oder körperlicher Betätigung. Review: Kaliman (2019) Current Opinion in Psychology; Bildquellen: Jeshoots.com, Megan Thomas, Akash Randhawa alle von unsplash; Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 9 Genetik und Epigenetik  Von Mäusen Michael Meaney Quelle: https://www.youtube.com/watch?v=VxyoKyCf7-o&t=59s Das Fehlen früher mütterlicher Fürsorge in Mäusen führt zu epigenetischen Veränderungen, die das Funktionieren der Motivationssysteme für den Rest des Lebens des Säuglings stören. Diese Störungen werden an folgende Generationen weitergegeben. Wichtig: Wenn epigenetisch beeiträchtigte Mausbabys zu Mausmüttern kommen, die sich gut kümmern, dann können die epigenetischen Beeinträchtigungen rückgängig gemacht werden. For overview: Bauer (2006), Prinzip Menschlichkeit; For details: see work of Michael Meaney and colleagues Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 10 Genetik und Epigenetik  … und Menschen Beim Menschen führt das Verlassenwerden durch den Partner zu verringerter Aktivierung der Motivationssysteme. Beim Menschen erhöht das Fehlen von Fürsorge und sicherer Bindung die Anfälligkeit für Stress im späteren Leben. Kumulativer Stress und Traumata im Laufe des Lebens beschleunigen den Rhythmus der epigenetischen Uhr. - Schneller tickende epigenetische Uhren stehen in Verbindung mit altersbedingten chronischen Krankheiten und dem Gesamtmortalitätsrisiko - Langsamere epigenetische Uhren sagen Langlebigkeit sowie bessere kognitive und körperliche Fitness bei älteren Menschen vorher Quellen: Bauer (2006), Prinzip Menschlichkeit; Kaliman (2019) Current Opinion in Psychology, Arbeiten von Michael Meaney und Kollegen Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 11 Genetik und Epigenetik  Die Bedeutung von Epigenetik in der Biomedizinischen Forschung Wichtig für die biomedizinische Forschung ist, dass epigenetische Prozesse potenziell reversibel sind Es werden aktiv Medikamente entwickelt und getestet, um die Genaktivität bei Krankheiten wiederherzustellen, die durch epigenetische Mechanismen verursacht oderverschlimmert werden (z. B. Krebs, Entzündungen) Es gibt zunehmend Belege für epigenetische Effekte von pharmakotherapeutischen Interventionen bei stressbedingten Störungen Beispiel: pharmakologische Hemmung von Histon-Deacetylase-Genen gilt derzeit als therapeutischer Ansatz bei Depressionen und entzündungsbedingten Erkrankungen. Quelle: Kaliman (2019) Current Opinion in Psychology. Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 12 Genetik und Epigenetik  Die Bedeutung von Epigenetik für nicht pharmakologische Interventionen Studien an Nagetieren zeigen, dass eine multisensorische Anreicherung der Umwelt (environmental enrichment), also eine Umwelt, die kognitive, somatosensorische, motorische und visuelle Anreicherung umfasst, die psychischen und verhaltensbezogenen Folgen von Trauma und Stress wirksam reduzieren kann, indem es epigenetische Markierungen entfernt und die Neurogenese und synaptische Plastizität bei Erwachsenen verbessert. Quellen: Kaliman (2019) Current Opinion in Psychology; Bildquelle: Vive et al., (2020) Journal of Neurological Physical Therapy. Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 13 Genetik und Epigenetik  Studienbeispiel Histonmodifikationen und Veränderungen in der Expression von Chromatin- modulatorischen Genen bei erfahrenen Meditierenden (mind. 3 Jahre Meditationspraxis) nach einem eintägigen Achtsamkeits-Retreat (n = 19) verglichen mit einer Kontrollgruppe ohne Meditationserfahrung, die gleichzeitig Freizeitaktivitäten in derselben Umgebung nachging (n = 21). Nach der achtstündigen Intervention wiesen die Meditierenden im Vergleich zu den Kontrollpersonen niedrigere Expressionsniveaus mehrerer Histon-Deacetylase-Gene [HDAC2, 3 und 9] und Veränderungen in der globalen Modifikation von Histonen auf. Die Herunterregulierung von HDAC2 sagte eine bessere Cortisol-Erholung nach einem Test auf akuten psychosozialen Stress voraus. Die Meditationsgruppe zeigte auch eine Herunterregulierung des proinflammatorischen Gens COX2, das von der HDAC-Aktivität abhängig ist. Review hierzu in Kaliman (2019) Current Opinion in Psychology. Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 14 Genetik und Epigenetik  Marx et al., (2021) Molecular Psychiatry. Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 15 Genetik und Epigenetik  Hausaufgabe und Transferaufgabe 1. Lesen Sie das Beispiel für aktuelle epigenetische Forschung. 2. “Ich bin die Summe von allem, was vor mir war, von allem, was ich getan habe, von allem, was mir angetan wurde. Ich bin jeder, dessen Leben durch mein Dasein beeinflusst wurde. Ich bin alles, was nach meinem Tod geschieht und ohne mich nicht geschehen wäre.” ― Salman Rushdie, Midnight’s Children Transferaufgabe: Erklären Sie jeden Satz des Zitats aus epigenetischer Sicht, gehen Sie dabei auf folgende Punkte ein: Wie werden Sie ab heute die gewonnen Erkentnisse aus dieser Vorlesung in ihrem Leben umsetzen? Welche Faktoren können Ihre Epigenetik beeinflussen? Vorlesung Biopsychologie Dr. Olga Klimecki Folie 16 Genetik und Epigenetik Vorlesung 04 Nervenzellen und Gliazellen Dr. Olga Klimecki  Feedback zu Ihren Genetiktexten „Auch durch das während der Meiose ablaufende Crossing-Over, bei welchem ganze Chromosomenteile zwischen homologen Chromatiden mütterlicher- und väterlicherseits ausgetauscht werden, wird die Chance erhöht, dass ein funktionierendes Gen gegen ein fehlerhaftes Gen ausgetauscht wird, welches letztendlich zu einer fehlerhaften Bildung von Proteinen in den Zellen des Kindes führen könnte.“ -> Crossing Over per se führt zu Varianz in den Genen, was Risiko für Depression nicht unbedingt erhöhen muss, crossing over kann Risiken auch senken. o Umweltfaktoren unbedingt mit bedenken! „Die DNA enthält die gesamte genetische Information in Form von Genen, die in jeder Zelle eines Organismus vorhanden sind“ - In roten Blutzellen befindet sich keine DNA „Eine Depression an sich ist nicht genetisch vererbbar, es gibt kein spezifisches „Depressionsgen“ Vorlesung Biopsychologie Folie 3 Dr. Olga Klimecki Nervenzellen und Gliazellen Feedback zu Ihren Epigenetiktexten Vorlesung Biopsychologie Folie 4 Dr. Olga Klimecki Nervenzellen und Gliazellen  Feedback zu Ihren Epigenetiktexten „In unserer DNA existieren gewisse Genabschnitte, die eine Depression begünstigen können. Sie ist nicht direkt vererbbar, jedoch erhöht sich das Risiko, wenn ein Elternteil betroffen ist. Dies lässt sich zum Teil auf die epigenetischen Mechanismen zurückführen. Durch Acetylierung oder Methylierung können DNA-Abschnitte aktiviert oder blockiert werden und somit auch die Ausbildung von Proteinen mithilfe von Ribosomen. Das Fehlen oder Auftreten gewisser Proteine kann Erkrankungen wie eine Depression begünstigen. Die Umwelt hat einen großen Einfluss auf diese epigenetischen Mechanismen.“ Vorlesung Biopsychologie Folie 5 Dr. Olga Klimecki Nervenzellen und Gliazellen Lernziele heute: Nerven- und Gliazellen Sie können den Aufbau und die Funktion von Nervenzellen erklären. Sie können verschiedene Formen von Gliazellen aufzählen und ihre Funktionen beschreiben. Vorlesung Biopsychologie Folie 6 Dr. Olga Klimecki Nervenzellen und Gliazellen Nervenzellen Gliederung Nervenzellen Gliazellen Weitere Strukturen Aufbau von Nervenzellen Vorlesung Biopsychologie Folie 8 Dr. Olga Klimecki Nervenzellen und Gliazellen  Das Gehirn besteht aus Nervenzellen und Gliazellen Quelle: Schandry, 2016 Vorlesung Biopsychologie Folie 12 Dr. Olga Klimecki Nervenzellen und Gliazellen Nervenzellen nehmen verschiedenste Formen an Quelle: Schandry, 2016 Vorlesung Biopsychologie Folie 13 Dr. Olga Klimecki Nervenzellen und Gliazellen Gliazellen Gliederung Nervenzellen Gliazellen Weitere Strukturen Aufbau von Nervenzellen Vorlesung Biopsychologie Folie 15 Dr. Olga Klimecki Nervenzellen und Gliazellen Übersicht von Gliazellen Quelle: Kalat, 2018 Vorlesung Biopsychologie Folie 16 Dr. Olga Klimecki Nervenzellen und Gliazellen Radiale Gliazellen und myelinisierende Gliazellen Radiale Gliazellen: leiten Migration von Neuronen bei Entwicklung Vorlesung Biopsychologie Folie 17 Dr. Olga Klimecki Nervenzellen und Gliazellen Myelinisierende Gliazellen Vorlesung Biopsychologie Folie 18 Dr. Olga Klimecki Nervenzellen und Gliazellen Demyelinisierungserkrankung: Multiple Sklerose (MS) Symptome: Störungen im Bewegungsaublauf bis hin zu Lähmungen Morbidität (Häufigkeit von erkrankten Personen in der Bevölkerung) bei 8-12 Erkrankten auf 100.000 Menschen Bei Autopsien finden sich Anzeichen bei 1 von 500 Personen -> d.h. viele haben zu Lebzeiten keine krankheitstypischen Beschwerden Beginn der Erkrankung häufig zwischen 20. und 45. Lebensjahr Entmarkungskrankheit: unter Beteiligung von Entzündungsvorgängen kommt es zu einer Demyelinisierung. Im demyelinisierten Bereich zeigt sich auch häufig eine Schädigung von Axonen Therapie: keine ursächliche Therapie, es werden in Langzeittherapie immunsuppressive Präparate eingesetzt Bei der Hälfte der Patienten guter Verlauf mit wenigen Einschränkungen Lebenserwartung heute kaum verkürzt, ausser bei besonders schweren Verlaufsformen Vorlesung Biopsychologie Folie 19 Dr. Olga Klimecki Nervenzellen und Gliazellen Weitere Strukturen Gliederung Nervenzellen Gliazellen Weitere Strukturen Aufbau von Nervenzellen Vorlesung Biopsychologie Folie 21 Dr. Olga Klimecki Nervenzellen und Gliazellen Graue und Weiße Substanz Graue Substanz besteht aus zahlreichen Zellkörpern und wenigen myelinisierte Axonen Weiße Substanz besteht vor allem aus langen und myelinisierten Axonen Bezeichnung “graue Substanz” kommt daher, dass in Formalin fixierte Präparate eine graue Farbe haben Im lebenden Gewebe ist die graue Substanz eher rosa Quelle: Bear et al., 2018 Vorlesung Biopsychologie Folie 22 Dr. Olga Klimecki Nervenzellen und Gliazellen  Astrozyten Quelle: Schandry, 2016 Quelle: Kalat, 2018 Astrozyten zur Dilation von Blutgefäßen Stärken Blutfluss in aktive Gehirnregionen (tragen zur Versorgung von Neuronen bei) Haben Einfluss auf Effektivität synaptischer Kontakte zwischen Neuronen durch Regulation des extrazellulären Raumes (z.B. Neurotransmitter) Synchronisation von Neuronen Vorlesung Biopsychologie Folie 23 Dr. Olga Klimecki Nervenzellen und Gliazellen Blut-Hirn-Schranke Mit Viren infizierte Zellen im Körper senden Signale aus, dass sie infiziert sind und werden dann getötet und entsorgt; neue Zellen rücken nach Im Gehirn funktioniert das nicht, weil Nervenzellen nicht so leicht ersetzt werden Wenn Viren, wie z.B. Syphilis oder Tollwutviren in das Gehirn gelangen können sie zu schweren Schäden bzw. dem Tod führen Die Blut-Hirn-Schranke ist bei manchen Kankheiten (z.B. Alzheimer) durchlässig, so dass giftige und gefährliche Stoffe ins Gehirn gelangen können Quelle: Kalat, 2018 Vorlesung Biopsychologie Folie 24 Dr. Olga Klimecki Nervenzellen und Gliazellen Aufbau von Nervenzellen Gliederung Nervenzellen Gliazellen Weitere Strukturen Aufbau von Nervenzellen Vorlesung Biopsychologie Folie 26 Dr. Olga Klimecki Nervenzellen und Gliazellen  Aufbau einer Nervenzelle Quelle: Schandry, 2016 Vorlesung Biopsychologie Folie 27 Dr. Olga Klimecki Nervenzellen und Gliazellen  Proteinsynthese in der Nervenzelle Quelle: Schandry, 2016 Vorlesung Biopsychologie Folie 28 Dr. Olga Klimecki Nervenzellen und Gliazellen  Struktur der Zellmembran Quelle: Schandry, 2016 Vorlesung Biopsychologie Folie 29 Dr. Olga Klimecki Nervenzellen und Gliazellen Vorlesung 06 Signalübertragung zwischen Nervenzellen Dr. Olga Klimecki Lernziele der heutigen Vorlesung Sie können die Signalübertragung an elektrische Synapsen erklären. Sie können die Signalübertragung an chemischen Synapsen und deren Ausbreitung beschreiben. Sie können grundlegende Mechanismen von Neurotransmittern in chemischen Synapsen erläutern. Vorlesung Biopsychologie Folie 2 Dr. Olga Klimecki Signalübertragung zwischen Nervenzellen Gliederung Signalübertragung Elektrische und chemische Signalübertragung Neurotransmitterwirkung Vorlesung Biopsychologie Folie 3 Dr. Olga Klimecki Signalübertragung zwischen Nervenzellen Signalübertragung Signalübertragung Wer hat Recht? Golgi oder Ramon y Cajal? Vorlesung Biopsychologie Folie 5 Dr. Olga Klimecki Signalübertragung zwischen Nervenzellen Ergebnis der Umfrage Eigentlich ist B richtig, C ist vielleicht nicht ganz falsch. Santiago Ramon y Cajal hat Recht, dass Nervenzellen die elementare Einheit des Gehirns sind. Allerdings ist auch die Annahme Camillo Golgis, dass Nervenzellen ineinander übergehen nicht ganz verkehrt, wenn man an die verbundenen Nervenzellen bei elektrischen Synapsen denkt. Vorlesung Biopsychologie Folie 6 Dr. Olga Klimecki Signalübertragung zwischen Nervenzellen Das Ruhepotential (Membranpotenzial) Das Ruhepotenzial ist ein Kalium-Gleichgewichtspotenzial (bei ca. -70 mV) Bildquelle: Schandry, 2016 Vorlesung Biopsychologie Folie 7 Dr. Olga Klimecki Signalübertragung zwischen Nervenzellen Aufrechterhaltung des Ruhepotenzials Bildquellen: Bear et al., 2018 Vorlesung Biopsychologie Folie 8 Dr. Olga Klimecki Signalübertragung zwischen Nervenzellen Elektrische und chemische Signalübertragung Elektrische Synapsen mit Gap Junctions Elektrische Übertragung ist viel schneller als chemische Übertragung. Elektrische Synapsen führen dazu, dass wenn ein Neuron depolarisiert ist, Natrium sofort in die zweite Zelle einströmt und diese dann auch depolarisiert ist. Die Zellen sind synchron, was z.B. Bildquelle: Kalat, 2018 bei der Atmung wichtig ist. Vorlesung Biopsychologie Folie 10 Dr. Olga Klimecki Signalübertragung zwischen Nervenzellen Elektrisches Potenzial Bildquelle: Bear et al., 2018 Vorlesung Biopsychologie Folie 11 Dr. Olga Klimecki Signalübertragung zwischen Nervenzellen  Signalübertragung an Synapsen findet chemisch und elektrisch statt Bildquelle: wikipedia.de Vorlesung Biopsychologie Folie 12 Dr. Olga Klimecki Signalübertragung zwischen Nervenzellen Chemisch… Bildquelle: Kalat, 2018 Vorlesung Biopsychologie Folie 13 Dr. Olga Klimecki Signalübertragung zwischen Nervenzellen …und elektrisch Vorlesung Biopsychologie Folie 14 Dr. Olga Klimecki Signalübertragung zwischen Nervenzellen Das Aktionspotenzial und das Prinzip der Frequenzkodierung Bildquellen: Schandry, 2016 Vorlesung Biopsychologie Folie 15 Dr. Olga Klimecki Signalübertragung zwischen Nervenzellen Absolute und relative Refraktärphasen Vorlesung Biopsychologie Folie 16 Dr. Olga Klimecki Signalübertragung zwischen Nervenzellen Ausbreitungsgeschwindigkeit Die Geschwindigkeit der Erregungsleitung hängt von: Faserdurchmesser (je dicker desto schneller) Und Myelinisierung der Nervenfaser ab Quelle: Schandry, 2016 Vorlesung Biopsychologie Folie 17 Dr. Olga Klimecki Signalübertragung zwischen Nervenzellen Erregungsweiterleitung in unmyelinisierten Fasern Bildquelle: Breedlove & Watson, 2013 Vorlesung Biopsychologie Folie 18 Dr. Olga Klimecki Signalübertragung zwischen Nervenzellen Erregungsweiterleitung in myelinisierten Axonen Bildquelle: Breedlove & Watson, 2013 Vorlesung Biopsychologie Folie 19 Dr. Olga Klimecki Signalübertragung zwischen Nervenzellen Saltatorische (Sprunghafte) Reizleitung Bildquelle: Breedlove & Watson, 2013 Vorlesung Biopsychologie Folie 20 Dr. Olga Klimecki Signalübertragung zwischen Nervenzellen Afferente und Efferente Signalübertragung Abbildung 1.7 aus Kalat (2017) Biological Psychology. Vorlesung Biopsychologie Folie 21 Dr. Olga Klimecki Signalübertragung zwischen Nervenzellen  Das Prinzip der zeitichen und räumlichen Summierung Abbildung 2.4 aus Kalat (2017) Biological Psychology. Vorlesung Biopsychologie Folie 22 Dr. Olga Klimecki Signalübertragung zwischen Nervenzellen  Exzitatorische und inhibitorische (hemmende) Wirkung Präsynaptische Hemmung. Bei der präsynaptischen Hemmung wird in den Spalt der Synapse 1 weniger Transmittersubstanz ausgeschüttet als im Normalzustand. Abbildung 5.13 aus Schandry (2016) Biologische Psychologie Vorlesung Biopsychologie Folie 23 Dr. Olga Klimecki Signalübertragung zwischen Nervenzellen Die chemische Synapse Bildquelle: Breedlove & Watson, 2013 Vorlesung Biopsychologie Folie 24 Dr. Olga Klimecki Signalübertragung zwischen Nervenzellen Gliederung Signalübertragung Elektrische und chemische Signalübertragung Neurotransmitterwirkung Vorlesung Biopsychologie Folie 25 Dr. Olga Klimecki Signalübertragung zwischen Nervenzellen Neurotransmitterwirkung Synthese und Speicherung des Neurotransmitters Bildquelle: Breedlove & Watson, 2013 Vorlesung Biopsychologie Folie 27 Dr. Olga Klimecki Signalübertragung zwischen Nervenzellen Freisetzung des Neurotransmitters Bildquelle: Breedlove & Watson, 2013 Vorlesung Biopsychologie Folie 28 Dr. Olga Klimecki Signalübertragung zwischen Nervenzellen Transmitterinaktivierung Bildquelle: Breedlove & Watson, 2013 Vorlesung Biopsychologie Folie 29 Dr. Olga Klimecki Signalübertragung zwischen Nervenzellen