Das Nervensystem Vorlesung Biologische Psychologie C. Kaernbach Literatur: Schandry, Kapitel 6...

Das Nervensystem

Vorlesung Biologische PsychologieC. Kaernbach

Literatur: Schandry, Kapitel 6

Vertiefung: – Kandel, Schwartz, Jessell

Anatomie

• Herz und Kreislauf• Verdauungssystem• Geschlechtsorgane• Atemwegssystem• www.g-netz.de/Der_Mensch/

Lagebezeichnungen

• Achsen– vertikal– transversal– sagittal

• Lagebezeichnungen– superior, kranial, rostral

– inferior, kaudal

– anterior, ventral

– posterior, dorsal

– proximal / distal

– lateral / medial / median

– zentral / peripher

– profundus / superficialis

– dexter / sinister

• Ebenen– Sagittal

• Sonderfall:Medianebene

– Horizontal– Frontal

Anatomie des Nervensystems

Topographie:• Zentrales Nervensystem

– Gehirn

– Rückenmark

• Peripheres Nervensystem– Spinalnerven

– Hirnnerven

– Körpernerven

Funktionelle Gliederung:• Somatisches Nervensyst.

– Sinnesorgane• auch: Haut, Gelenke,

sensorische Muskelfasern, ...

– Skelettmuskulatur

• Autonomes / Vegetatives / Viszerales Nervensystem– Innere Organe

– glatte Muskulatur• u. a. Innenhaut der Arterien,

musculus arrector pili

Nerven

• Afferente Fasern bringen Information von der Peripherie zum ZNS

• Efferente Fasern bringen Information vom ZNS zur Peripherie

• Spinalnerven: Nerven, die das Rückenmark verlassen– zweigen sich auf, bündeln mit anderen Fasern,

bilden die klassischen Nerven der Körperperipherie

– Sonderfall: Hirnnerven, verlassen direkt das Gehirn

• Ganglien: Ansammlungen von Nervenzellkörpern außerhalb des ZNS– Schaltstellen

Wirbelsäule

• 7 Halswirbel• 12 Brustwirbel• 5 Lendenwirbel• 5 zusammengewachsene

Kreuzbeinwirbel• 4 oder 5 zusammengewachsene

Steißbeinwirbel

Rückenmark

• lat. Medulla spinalis, verläuft in der Wirbelsäule, fingerdick, 40-45 cm lang

• schwimmt (wie das Gehirn) im Liquor cerebrospinalis, umgeben von 3 Häuten:– Dura mater (Auskleidung Wirbelkanal)

• Subduralraum (Bindegewebszüge; Blutungen führen zu gefährlichen Hämatomen)

– Arachnoidea (Spinnwebhaut)• Subarachnoidalraum: Liquor

– Pia mater (liegt an Gehirn/Rückenmark an)

Aufbau des Rückenmarks

• (Seitenhorn: ab Brustwirbeln, vegetative Kerne)

• Interneurone im Rückenmark, Reflexe

Dermatome

• nicht streng getrennt, überlappen einander– Jeder Punkt der

Körperoberfläche wird von mindestens zwei Spinalnerven versorgt

– Gürtelrose

Gehirn

• Oberfläche stark gefurcht: Oberflächenvergrößerung• Gehirngewicht kein guter Prädiktor für Leistung

– teilweise erstaunliche Leistungen bei (früh) reduzierter Masse

• Aufbau:– Medulla oblongata– Pons (Brücke)– Mittelhirn (Mesencephalon)

• Tectum, Tegmentum, Crura– Zwischenhirn (Diencephalon)

• Thalamus, ... Hypothalamus– Kleinhirn (Cerebellum)– Großhirn (Telencephalon)

• Marklager (mit Kernen), Kortex

Liquorsystem

• innerer Liquorraum– zwei Seitenventrikel

– dritter Ventrikel = Zwischenhirn

– vierten Ventrikel = Rautenhirn= Medulla, Pons, Cerebellum

• äußerer Liquorraum– Subarachnoidalraum

• Gesamtvolumen 150 ml• tägliche Produktion 500 ml

– Plexus choroidei

• Verstopfung der Zwischengänge: Hydrocephalus

Hirnstamm

• Medulla oblongata• Pons• Mittelhirn• Zwischenhirn

• einheitliche Innengliederung:– Absteigende Bahnen im vorderen Bereich

– Aufsteigende Bahnen im hintere Bereich

– zentraler Bereich Formatio reticularis (s.u.)

Medulla oblongata

• Kerngebiete vegetativer Steuerung– Atmung, Kreislauf

– Erbrechen, Schlucken, Husten

• Pyramidenkreuzung– 80% der Motoneurone kreuzen

in der Pyramidenkreuzung

– der Rest kreuzt segmental

– Huftiere: nur 50% kreuzen

• Hirnnerven VI - XII

Pons

• Hirnnervenkerne V-VII,Schaltstation für VIII– Augenbewegungen

– mimische Muskulatur

– Gleichgewicht

– Sensorik der Gesichtshaut(Trigeminus, V)

• Faserbündel zu Kleinhirnhemisphären

Formatio reticularis

• vernetztes Kerngebiet im Inneren des Hirnstamms, von Medulla über Pons bis Mittelhirn

• Atmen, Kreislauf, allgemeine Aktivierung• mediane Zone

– Raphe-Kerne (lat. raphe = Naht, Serotonin): u. a. Hemmung von Schmerzen

– Locus Coeruleus (Noradrenalin): retikuläres Aktivierungssyst.

• mediale Zone– „Doppelaxone“ mit aufsteigendem und absteigendem Ast– integrativ für basale vegetative Funktionen und Grobmotorik

• laterale Zone– Umschaltung durchlaufender Impulse

Retikuläres Aktivierungssystem

• Zielgebiet sensorischer Kollateralen

• aktiviert Thalamus, Kortex und Vegetativum– ARAS Wachheit– kaudale Zentren auch hemmend

• Kreislaufregulation, Atemsteuerung– Vasomotorenzentren: Blutdruck

• Bewußtseinsfilter• Motorik: Tonus, Rhythmik

Mittelhirn

• Tectum– Vierhügelplatte

• Colliculi superiores: vis. System– Reflexbewegungen der Augen– niedere Wirbeltiere: wichtigstes visuelles Zentrum

• Colliculi inferiores: auditives System

• Tegmentum– Kerngebiete für Augenmotorik– zentrales Höhlengrau, periaquäduktales Grau, opioiderg

Raphe-Kerne serotoninerg, Schmerzunterdrückung)– Substantia nigra, dopaminerg, Bewegungssteuerung– Nucleus ruber, Feinmotorik

• Hirnschenkel (Crura, Pedunculi)– absteigende motorische Bahnen

zentrales Höhlengrau

Hirnnerven

I. N. olfactorius Geruch Bulbus olf.

II. N. opticus Sehen Netzhaut

III. N. oculomotorius Augenbewegung Mittelhirn

IV. N. trochlearis Augenbewegung Mittelhirn

V. N. trigeminus Sensibilität Gesicht Pons / Medulla

VI. N. abducens Augenbewegung Pons

VII. N. facialis Geschmack, Mimik Pons

VIII. N. vestibulocochlearis Gehör, Gleichgewicht Pons / Medulla

IX. N. glossopharyngeus Geschmack, Rachen Medulla

X. N. vagus Eingeweide, Herz Medulla

XI. N. accessorius Halsmuskulatur Medulla

XII. N. hypoglossus Zungenmuskulatur Medulla

Zwischenhirn

• Thalamus (gr. Schlafgemach)• Hypothalamus, Hypophyse• Epithalamus, Epiphyse• Subthalamus

Thalamus

• ca. eigroß, paarig– Adhaesio interthalamica

ohne (oder mit wenig) Funktion– Durchgangsstation sensorischer Information Kortex

• spezifische Kerne (direkt & spezifisch Kortex)– Nuclei anteriores/mediales: emotionales Verhalten, Motivation– Nuclei mediani: Geruchsreize– Nuc. ventralis anterior/lateralis/posterior...– Corpus geniculatum laterale / mediale: Sehbahn / Hörbahn– Pulivnar (lat. Kissen): intermodale Integration?

• unspezifische Kerne ( Hirnstamm, Kortex indirekt&diffus)– Nucleus. centromedianus: Wecksystem– Nuclei intralaminares: Schmerzleitung, Motorik

Hypothalamus

• Schnittstelle zwischen ZNSund Körper– Temperatur, Wasser/Nahrungsaufnahme,

Funktion innerer Organe, Körperflüssigkeiten, Sex– Neuronaler Input:

• Vielzahl von Transmittern• Sensorik: Hören, Sehen, Muskeln,

u.a. Lichtpegel Tag/Nachtrhythmus• Locus coeruleus (ARAS), Raphe-Kerne (Schmerzunterdrückung):

Einbindung des Körpers in Aktivierungsprozesse– Hormoneller Input: „Erfolgskontrolle“, negativer Feedbackkreis– Efferente Signale: Sympathikus, Parasympathikus

• Lage unterhalb des Thalamus, ca. 4 g– medialer Teil, lateraler Teil, Mammilarkörper

Hypophysen-vorderlappen

• „Adenohypophyse“ • Pfortadersystem• Releasing bzw.

Inhibition von– Corticotropin, ACTH– Follitropin, FSH (Östrog.)– Luteotropin, LH

(Gestagene, Androgene)– Prolaktin (Milchproduktion)– Thyrotropin (Schilddrüse)– Somatotropin (Wachstum)– Melanotropin (Hautfarbe, Fieber, Hunger, Libido)– Lipotropin (Fettfreisetzung)

Hypophysen-hinterlappen

• „Neurohypophyse“• Neurone aus dem

Hypothalamussetzen hier ihre Transmitter (Hormone)frei:– Vasopressin,

anidiuretisches HormonWasserhaushalt, Blutdruck, Leistungsmotiv?

– Oxytocin, Wehenauslöser, „Kuschelhormon“

Epiphyse

• Bildung und Ausschüttung von Melatonin

• modifizierte Photorezeptoren– bei niederen Wirbeltieren lichtempfindlich

– beim Menschen Information über Lichtpegel via Hypothalamus

– Dunkelheit Melatonin

– zirkardiane Rhythmik

– depressiogen (Winterdepression, u. a.)

– Lichttherapie

Kleinhirn

• Oberfläche gefurcht wie Großhirn– 50% aller Neurone des ZNS!– im Querschnitt 1 mm graue Rindenzone– drei Schichten von Zellkörpern

• darunter Marksubstanz (Myelin)– darin vier Kleinhirnkerne

• N. dentatus, N. emboliformis, N. globulosus, N. fastigii

• Hauptfunktion: motorische Feinabstimmung– erhält via Kollateralen Infos über Lage, Tonus, Bewegung der

Gliedmaßen, Gleichgewicht, Kopien motorischer Programme

• auch vegetative Funktionen, evtl. kognitive Funktionen– Aktivierung des Kleinhirns bei kognitiven Aufgaben

Großhirn• zwei Hemisphären, vier Lappen

– Balken, Corpus callosum

• Kortex (Rinde): grau, 2-5 mm• Mark:

– Fasern, Myelin (weiß)– Basalganglien (grau)

Großhirn• zwei Hemisphären, vier Lappen

– Balken, Corpus callosum

• Kortex (Rinde): grau, 2-5 mm• Mark:

– Fasern, Myelin (weiß)– Basalganglien (grau)

Endhirnkerne

• Basalganglien– Globus pallidus– Putamen– N. caudatus– Amygdala– N. subthalamicus– Substantia nigra

• Motorik– Hemiballismus: N. subthalamicus– Parkinson

• Substantia nigra | Striatum | Motorik• Akinese, Rigor, Tremor

– Chorea Huntington• autosomal-dominant, Striatum

Linsen-kern

Striatum

Amygdala

• kortikomediale Subkerne– Afferenzen und Efferenzen

• Riechnerv • Hypothalamus

• basolaterale Subkerne– Afferenzen und Efferenzen

• Thalamus• Frontallappen• Temporallappen• Gyrus cinguli

• Angst

Limbisches System

• Funktion nicht einheitlich

• Aufbau nicht einheitlich

• Gesamtfunktion („Emotion“) unsinnig

• etliche „limbische“ Strukturen haben definitiv nichts mit Emotionen zu tun

Kortex

• Dicke 2-5 mm• Neokortex, Isokortex: Aufbau in sechs Schichten

– Reptilien: kein Neokortex

• Allokortex: drei bis fünf Schichten– Paläokortex, Riechhirn

– Archikortex, Hippocampus

Archikortex: Hippocampus• drei Kortexschichten

– leicht erregbar Epilepsie– Afferenzen:

• Thalamus, Assoziationsfelder • Amygdala• Raphe-Kerne, L. coeruleus

• Gyrus dentatus: Eingang• Ammonshorn, Cornu ammonis

– CA1 – CA4, Mensch: CA1– CA1: Langzeitpotenzierung

• Gedächtnis

Übergang: Gyrus cinguli• Afferenzen vom Neokortex• Efferenzen zum

Hippocampus und zur Amygdala

• Atmung, Kreislauf, Verdauungsfunktion• Schnittstelle zwischen Archikortex und Neokortex

Neokortex

• 90% der Kortexoberfläche• Einheitlicher Aufbau in

sechs Schichten• 80 Neuronentypen• 3 Hauptklassen:

– Pyramidenzellen

– Sternzellen

– Spindelzellen

• 2 Transmitter– GABA

– Glutamat

Nervenzellen des Kortex• Pyramidenzellen

– Apikaldendrit, zentrifugal, oft bis zu Schicht I

– Basaldentriten– basales Axon,

verläßt oft Neokortex– dornenreich

• Sternzellen, Körnerzellen– kurze Axone, Kortex

• Spindelzellen– Schicht VI

Schichten des KortexI. Molekularschicht

II. äußere Körnerschicht

III. äußere Pyramidensch.

IV. innere Körnerschicht

V. innere Pyramidensch.

VI. multiforme Schicht

• Eingang: II und IV• Ausgang: III und V

Kortikale Säulen

• Übereinander liegende Neurone– verschiedener Schichten (I-VI)– unterschiedlicher Gestalt und Funktion (Eingang/Ausgang)

arbeiten „am selben Projekt“.• Beispiele

– somatosensorischer Kortex– primärer auditiver Kortex– primärer visueller Kortex– primärer motorischer Kortex

• Kortikale Säulen sind die kortexweit fast identisch organisierten „Elemente“ kortikaler Verarbeitung

primär, sekundär, tertiär

• Sensorischer Kortex– primäre Areale: direkter Input vom Sinnesorgan

• Schandry: „interpretationsfreie Repräsentation“• komplexe spektrotemporale rezeptive Felder in A1 ⇨ nächste Folie

– sekundäre Areale: Input von primären Arealen• Steigerung der Komplexität

– tertiäre Areal: „Assoziationsfelder“• erneute Steigerung der Komplexität

– intermodal• Größe der Assoziationsfelder speziesabhängig, Mensch

• Motorischer Kortex– primäre Areale: direkter Output an Effektoren

– sekundäre Areale: Output an primäre Areale

Komplexe spektrotemporale rezeptive Felder im primären auditiven Kortex wacher Affen

• Zufallsstimulus • „reverse correlation“: nachträgliche Analyse, wann das Neuron feuert.

0

1

2

3

4

5

6

7

-100 0

time [ms]

octa

ves

abov

e 11

0 H

z

Zelle feuert

Brodmann-Areale

• Korbinian Brodmann, 1909• Einteilung in 47 Areale auf Grund der Zytoarchitektur• erfaßt nicht die Kortex-Oberfläche in den Sulci (>50%)

Frontallappen

• primärer motorischer Kortex – somatotopisch, Homunculus– Hand und Gesicht (Sprechen)

• prä- & suplementärmotor. Feld– Vorbereitung motorischer Aktionen

• frontales Augenfeld– Afferenzen von primärer und

sekundärer Sehrinde– willkürliche Augenbewegungen

• Broca-Sprachzentrum– sprachmotorische Programme– zu 90% links lateralisiert

Frontallappen

• präfrontaler Kortex – phylogenetisch jung– 25-30% des Kortex

• enge Verbindungen zu– Assoziationsfeldern– gegenüberliegende

Hemisphäre– Hippocampus– Thalamus

• Funktionen– Arbeitsgedächtnis– Handlungsvorbereitung

• Läsionen beeinträchtigen:– langfristige Handlungsplanung– emotionale / motivationale

Kontrolle– Ethik, Moral

Parietallappen

• Primärer somatosensibler Kortex(BA 1,2,3, Gyrus postcentralis)– Afferenzen von kontralateraler

Körperseite, via Thalamus,und vom primären motorischen Kortex

– bewußte und differenzierte Wahrnehmung der Körpersensorik

– Efferenzen zu sensiblen Kernen und zum Rückenmarkshinterhorn

• Kontrolle sensibler Afferenzen, Schmerzen

• Sekundärer somatosensorischer Kortex, BA 5, 7– differenzierte Interpretation– Läsion: taktile Agnosie

Okzipitallappen

• primäre Sehrinde (BA 17)– Area striata, Afferenzen aus

Corpus geniculatum laterale(„Sehstrahlung“)

– Retinotopie, Fovea centralis (1% der Retina) am Pol, 50% von V1

• Sekundäre Sehrinde (BA 18, teilweise 19)– Weiterverarbeitung– stereoskopisches Sehen– Farbsehen, Bewegungssehen,

Objekterkennung (bei Läsionen partielle Agnosien )

Temporallappen

• primäre Hörrinde (BA 41)– Tonotopie

– Periodotopie

– Afferenzen vom Corpus geniculatum mediale(Hörstrahlung)

• sekundäre Hörrinde (BA 42, 22)– Afferenzen von A1 und (via Gyrus angularis) aus V2

– Wernicke Sprachzentrum

– interpretierende und integrierende Verarbeitung der Information aus A1

Inselrinde

• phylogenetisch alt, während Embryonal-entwicklung früh angelegt, von anderen Lappen überwachsen.

• Wahrnehmung und motorische Steuerung des Vegetativums

• Integration externer und körperinterner Reize

Beispiele für kortikale Plastizität

• Frühe Erblindung– Aktivierung von V1 und V2 beim Lesen von Blindenschrift

– keine Aktivierung bei simplen taktilen Reizen

– bei Sehenden beim Lesen von Blindenschrift eher Deaktivierung von V1 und V2

• Amputationen– Hineinwandern benachbarter somatosensibler Projektionsfelder

• Tierexperimente– Übung vergrößert entsprechende kortikale Repräsentation

– Deprivation eines Fingers löst Hineinwandern benachbarter Projektionsfelder aus.

Weiße Substanz

• Projektionsfasern– Capusla interna auf der Innenseite vom Linsenkern– Afferenzen und Efferenzen zwischen Kortex

und subkortikalen Kernen– u. a. Hörstrahlung, Sehstrahlung

• Kommissurenfasern– Corpus callosum (Balken)– Verbindungen der

beiden Hemisphären

• Assoziationsfasern– größter Teil der weißen Substanz– intrakortikale Verbindungen

innerhalb einer Hemisphäre

Beispiel für Klausurfragen

• Welche der folgenden Aussagen zu chemischen Elementen trifft zu– Helium ist das häufigste Element im Universum

– Pflanzen nehmen Stickstoff aus der Luft auf und bilden Eiweiße

– Kohlenstoff geht in der Regel vier kovalente Bindungen ein

– Sauerstoff benötig 3 Elektronen, um seine Energieniveaus zu komplettieren

– Phosphor geht in der Regel vier kovalente Bindungen ein

Beispiel für Klausurfragen

• Überprüfen Sie folgende Aussagen zur Signalübermittlung zwischen Zellen– Nur Nervenzellen verfügen über Rezeptoren zur Verarbeitung

von inneren oder äußeren Reizen

– Rezeptoren vom Typ I (ionotrope Rezeptoren) sind schnell, aber nicht so flexibel einsetzbar wie metabotrope Rezeptoren

– Saltatorische Erregungsleitung ist langsamer, dafür aber zuverlässiger als kontinuierliche Erregungsleitung

– Ein Aktionspotential entsteht durch schnelles Öffnen der K+-Kanäle und etwas langsameres Öffnen der Na+-Kanäle

– Die Natrium-Kalium-Pumpe sorgt für eine Erhöhung der intrazellulären Kaliumkonzentration