1.3 Welche Beziehung besteht zwischen der Biopsychologie und anderen Disziplinen der Neurowissenschaft?

Transkript

1 1 Biopsychologie 6., aktualisierte Auflage John P. J. Pinel; Paul Pauli (Hrsg.) Zusammenfassung von 8 Studentinnen Kapitel 1: Biopsychologie als Neurowissenschaft 1.2 Definition Biopsychologie ist das wissenschaftliche Studium der Biologie des Verhaltens das wissenschaftliche Studium von allen gezeigten Aktivitäten eines Organismus und von allen internalen Prozessen, auf denen diese vermutlich basieren. (z.b. Lernen, Motivation, Gedächtnis, Wahrnehmung, Emotion) 1.3 Welche Beziehung besteht zwischen der Biopsychologie und anderen Disziplinen der Neurowissenschaft? Biopsychologen sind Neurowissenschaftler, deren Forschung stark durch ihre Erkenntnisse über Verhalten und über die Methoden der Verhaltensforschung geprägt ist. Da Biopsychologie eine integrative Disziplin ist, greifen Biopsychologen auf das Wissen aus anderen neurowissenschaftlichen Disziplinen zurück: Neuroanatomie: Die Erforschung der Struktur des Nervensystems. Neurochemie: Die Erforschung der chemischen Grundlagen neuronaler Aktivität. Neuroendokrinologie: Die Erforschung der Interaktionen zwischen dem Nervensystem und dem endokrinen System. Neuropathologie: Die Erforschung von Störungen des Nervensystems. Neuropharmakologie: Die Erforschung der Wirkungen von Pharmaka und Drogen auf die neuronale Aktivität. Neurophysiologie: Die Erforschung der Funktionen und Aktivitäten des Nervensystems. 1.4 Welche Art von Forschung kennzeichnet den biopsychologischen Ansatz? Es gibt 3 wichtige Dimensionen entlang denen biopsychologische Forschung variiert: Versuchspersonen und Versuchstiere Vorteile der Untersuchung an Menschen: Menschen können Instruktionen leichter folgen. Menschen können über ihr subjektives Erleben berichten. Humanforschung ist billiger. Vorteile der Untersuchung an Tieren: Evolutionäre Kontinuität des Gehirns: Die Gehirne der Menschen unterscheiden sich von den Gehirnen anderer Säugetiere hauptsächlich in der Größe und dem Ausmaß der kortikalen Entwicklung. Unterschiede eher quantitativ als qualitativ - somit lassen sich viele der Prinzipien der menschlichen Gehirnfunktionen an Tieren ableiten. Gehirn und Verhalten von Versuchstieren sind weniger komplex, daher können Untersuchungen mit höherer Wahrscheinlichkeit grundlegende Gehirn-Verhalten Interaktionen aufzeigen. Der vergleichende Ansatz, bei dem biologische Prozesse durch den Vergleich verschiedener Spezies erforscht werden, führt häufig zu neuen Einsichten. An Labortieren kann Forschung durchgeführt werden, die aus ethischen Gründen am Menschen nicht möglich ist. Ethischer Grundsatz!: Wenn die Tiere, die wir untersuchen, sinnvolle Modelle unserer eigenen, höchst komplexen Handlungen sein sollen, dann müssen wir sie so respektieren, wie wir unsere eigenen Empfindungen respektieren! (Ulrich, 1991) Experimente und nicht-experimentelle Studien Experimente: Methode, die Wissenschaftler zur Aufdeckung von Ursache-Wirkungs-Zusammenhängen verwenden. Der Experimentator legt zuerst 2 oder mehr Bedingungen fest, unter denen der Proband getestet wird. Intergruppen-Versuchsplan: unter jeder Bedingung werden verschiedene Probandengruppen getestet. Intragruppen-Versuchsplan: Unter jeder Bedingung wird dieselbe Probandengruppe getestet. Unabhängige Variable: Nur ein relevanter Unterschied zwischen den Versuchsbedingungen. Abhängige Variable: Variable, die gemessen wird, um den Effekt der unabhängigen Variable zu erfassen.

2 Es ist wichtig, dass sich die Versuchsbedingungen, außer in der unabhängigen Variable nicht unterscheiden, da es bei mehreren Unterschieden schwierig ist festzustellen, ob der unbeabsichtigter Unterschied, die konfundierende Variable, zu den Effekten geführt hat. 2 Beispiel eines Experiments: Coolidge-Effekt Lester und Gorzalka (1988) wiesen den so genannten Coolidge-Effekt nach. Das männliche Geschlecht ist nach einer Kopulation mit einem Sexualpartner ab einem gewissen Zeitpunkt nicht mehr zu einer weiteren Kopulation mit demselben Sexualpartner fähig, bei einem neuen Sexualpartner jedoch wieder häufiger! Experimentelle Fragestellung: Coolidge-Effekt auch bei Weibchen? Problem: Männchen ermüden schneller als Weibchen, daher ist diese Untersuchung bei Weibchen mit der Ermüdung der Männchen konfundiert! Wird einem Weibchen ein neuer Sexualpartner präsentiert, kann die Zunahme der sexuellen Empfänglichkeit des Weibchens ein echter Coolidge-Effekt sein, oder auf die größere Spannkraft des neuen Männchens zurückzuführen sein! Lösung: Weibchen1 kopulierte mit Männchen1, während anderes Männchen2 mit Weibchen2 kopulierte. Danach pausierten beide Männchen, während Weibchen1 mit Männchen3 kopulierte. Danach wurde Weibchen1 entweder mit bekannten Männchen1 oder unbekannten Männchen2 getestet. Weibchen1 reagierte im 3. Test sexuell stärker auf das unbekannte Männchen2 als auf das bekannte Männchen1, obwohl beide Männchen gleichermaßen erschöpft waren. Nichtexperimentelle Untersuchungen Quasiexperimentelle Untersuchungen: Manche unabhängigen Variablen können als Versuchsbedingung nicht umgesetzt werden (z.b. Probanden übermäßigen Alkoholkonsum aufzwingen!). Deshalb werden Probanden gesucht, die in ihrem Leben dieser Situation ausgesetzt sind! Nachteile: Sind keine echten Experimente, da mögliche konfundierende Variablen nicht kontrolliert werden können. Versuchspersonen ordnen sich selbst den Versuchsgruppen zu. Fallstudien: Studien, die sich auf einen einzelnen Fall oder ein einzelnes Versuchsobjekt konzentrieren. Vorteile: Liefern tiefergehendes Bild als Experimente/Quasiexperimente. Hervorragende Quelle, um überprüfbare Hypothesen zu generieren. Nachteil: eingeschränkte Generalisierbarkeit: Ausmaß, in dem sich Ergebnisse einer Untersuchung für andere Individuen oder Situationen verallgemeinern lassen Grundlagenforschung und angewandte Forschung Grundlagenforschung: hauptsächlich durch die Neugier der Forscher motiviert! Angewandte Forschung: hat das Ziel, einen direkten Nutzen für die Menschheit zu bringen! 1.5 Welche Teilbereiche hat die Biopsychologie? Physiologische Psychologie: Direkte Manipulation des Gehirns (chirurgisch; elektrisch); meist Grundlagenforschung! Fast ausschließliche Untersuchung von Labortieren. Psychopharmokologie: Wirkung durch Pharmaka und Drogen auf das Gehirn/Verhalten wird untersucht! (oft anwendungsbezogen!) Ziel: neue Medikamente für Therapien zu entwickeln. Test an Labortieren, manchmal am Menschen. Neuropsychologie: untersucht psychologische Auswirkungen von Gehirnschäden (viele Fallstudien und quasiexperimentelle Untersuchungen!) Spezialisierung auf den äußeren Neocortex, da er am leichtesten verletzt wird. Großer Anwendungsbezug! Psychophysiologie: untersucht Zusammenhang zwischen physiologischer Aktivität und psychologischen Prozessen! Typische psychophysiologische Maße zur Messung von Gehirnaktivität: EEG, Muskelspannung, Augenbewegung, etc. Kognitive Neurowissenschaft: untersucht neuronale Grundlagen der Kognition, also höhere geistige Prozesse, wie Denken, Gedächtnis, Aufmerksamkeit, etc. Tests meistens an Menschen durchgeführt.

3 Hauptmethode: nicht-invasive Messungen, keine direkte Manipulation des Gehirns funktionelle Bildgebung des Gehirns, während Proband bestimmte kognitive Aktivitäten durchführt. Häufig interdisziplinäre Zusammenarbeit. 3 Vergleichende Psychologie: schließt eine evolutionäre Perspektive mit ein und untersucht und vergleicht das Verhalten verschiedener Spezies, um so Evolution, Genetik und Adaptivität zu verstehen. Verhalten wird untersucht im Labor oder bei Tieren in ihrer natürlichen Umgebung. 2 Teile der Vergleichenden Psychologie sind die Evolutionäre Psychologie und die Verhaltensgenetik. 1.6 Konvergenz der Ansätze: Wie arbeiten Biopsychologen zusammen? Biopsychologen arbeiten oft zusammen konvergierende Arbeitsweise, d.h. die Schwächen eines Ansatzes werden durch die Stärken kompensiert. Beispiel: Korsakoff-Syndroms (oft bei Alkoholikern!) Hauptsymptom: Schwerer Gedächtnisverlust! Erste Annahme: es handle sich um eine direkte Folge der toxischen Effekte von Alkohol. Diese Schlussfolgerung ist eigentlich nicht legitim, da sie einer quasiexperimentellen Interpretation entspricht. Andere Untersuchungen ergaben, dass dieses Syndrom auch bei mangelernährten Menschen, die keinen Alkohol tranken, durch Mangel an Thiamin (Vitamin B1) auftritt! Experimente mit Ratten zeigten, dass Thiamindefizit ähnliche Muster von Gehirnschädigungen erzeugte wie bei Alkoholikern. Einer neuen Idee zufolge darf vermutet werden, dass Alkoholiker hauptsächlich durch mangelnde Ernährung (Alkohol hat keine Vitamine) am Korsakoff-Syndrom leiden können! 1.7 Wissenschaftliches Schlussfolgern: Wie erforschen Biopsychologen die unbeobachtbaren Tätigkeiten des Gehirns? Wissenschaftliches Schlussfolgern = grundlegende Methode der Biopsychologie sie ist ein systemischer Ansatz, um durch sorgfältige Beobachtungen bestimmte Dinge herauszufinden. Viele Prozesse können nicht beobachtet werden, sondern nur ihre Auswirkungen daher wissenschaftliches Schlussfolgern. Die Wissenschaftler messen entscheidende Ereignisse, die sie beobachten können sehr genau. Diese Messungen dienen ihnen dann als Grundlage, um die Natur von Ereignissen, die sie nicht beobachten können, logisch abzuleiten. Beispiel: Bewegungswahrnehmung unter 4 verschiedenen Bedingungen 1. Auge stationär Gegenstand stationär Netzhautbild ändert sich nicht, keine wahrgenommene Bewegung. 2. Auge rotiert aktiv nach oben - Gegenstand stationär Bewegung des Netzhautbildes nach oben, keine wahrgenommene Bewegung 3. Auge stationär - Gegenstand bewegt sich nach unten Bewegung des Netzhautbildes nach oben, Bewegung des Gegenstandes nach unten wird wahrgenommen. 4. Auge durch Finger nach oben gedreht - Gegenstand stationär Bewegung des Netzhautbildes nach oben, Bewegung des Gegenstandes nach unten wird wahrgenommen. Schlussfolgerung: Was das Gehirn als Bewegung wahrnimmt, ist die Gesamtbewegung des Abbildes eines Gegenstandes auf der Retina abzüglich des Anteils, der durch aktive Bewegung der Augen hervorgerufen wird; passive Bewegungen der Augen werden nicht abgezogen. 1.8 Kritische Gedanken über biopsychologische Behauptungen? Wissenschaftlicher Review-Prozess! Wie stellt man die Gültigkeit einer wissenschaftlichen Behauptung fest: Sind die Behauptungen und die dahinter stehende Forschung in einer angesehenen wissenschaftlichen Zeitschrift erschienen? Grund: Artikel wird vor der Veröffentlichung von Experten auf diesem Gebiet begutachtet und als qualitativ hochwertig veröffentlicht. Andernfalls sollte man besonders kritisch sein wobei es auch bei wissenschaftlichen Artikeln keine Garantie für Richtigkeit gibt. Beispiel: José und der Stier José Delgado demonstrierte ein neues Verfahren zur Aggressionskontrolle. An dem Stier war ein Funksender angebracht, der eine Serie schwacher elektrischer Entladungen vom Stimulator aus durch eine Elektrode, die in den Nucleus caudatus implantiert worden war, aussandte. Immer wenn der Stier angriff, wurde er nach Aktivierung des Funksenders, ruhig Beweis für Zähmungszentrum? Nein, denn die Stimulation könnte ganz anderes aktiviert haben z.b. Schwindel, Übelkeit. Morgans Kanon/Ockhams Rasiermesser: Wenn es mehrere Interpretationsmöglichkeiten für eine Verhaltensbeobachtung gibt, ist die einfachste Erklärung meist die Beste.

4 4 Kapitel 2: Evolution, Genetik und Erfahrung 2.2 Von Dichotomien zu Beziehungen und Interaktionen Ist Verhalten physiologisch oder psychologisch bedingt? In der Renaissance kam es zum Konflikt zwischen Kirche und Wissenschaft, da ein Großteil der wissenschaftlichen Erkenntnisse, den Vorschriften der Kirche widersprach. René Descartes löste diesen Konflikt, indem er argumentierte, dass das Universum aus physischer Materie, welche den Naturgesetzen unterworfen ist und somit legitimer Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen ist, und dem menschlichen Geist, welcher keine physische Substanz besitzt, aufgebaut ist kartesische Dualismus wurde von Kirche genehmigt, Sichtweise hat bis heute überlebt Ist Verhalten angeboren oder erlernt? Gelehrte diskutieren seit Jahrhunderten, ob Menschen/Tiere ihre Verhaltenfähigkeiten ererben oder durch Lernen erwerben Anlage-Umwelt-Problem. Die meisten frühen nordamerikanischen Experimentalpsychologen (z.b. Watson) waren überzeugt, dass die Umwelt die entscheidende Rolle spielt. Zur gleichen Zeit in Europa entwickelte sich die Ethologie, die sich auf instinktives Verhalten konzentrierte und der Meinung war, dass es angeboren ist Die traditionellen Dichotomien passen nicht zu einer Biologie des Verhaltens Die traditionellen Debatten über Dichotomien unterliegen einer falschen Denkweise. Physiologie oder Psychologie : 2 Beweislinien Selbst die komplexesten psychologischen Veränderungen können Folge einer Schädigung oder Stimulation von Teilen des Gehirns sein. Einige nichtmenschliche Spezies besitzen Fähigkeiten, von denen angenommen wurde, dass sie rein psychologisch und daher menschlich sind. Bsp: Der Fall eines Schimpansen und eines Spiegel : Das Maß an Selbstbewusstsein korreliert mit der Fähigkeit, Gegenstand seiner eigenen Aufmerksamkeit zu werden Möglichkeit zur Testung durch Spiegel Schimpanse sieht sich. Anlage oder Umwelt : Wie viel von einem bestimmten Verhalten ist genetisch bedingt und wie viel das Ergebnis von Erfahrung? Erkenntnis: genetische Faktoren und Umweltfaktoren interagieren und kombinieren sich additiv! Bsp: Musik: wie viel davon ist vom Musiker und wie viel ist vom Instrument? (ungeschickte Frage!) Neuronen sind lange bevor sie völlig entwickelt sind aktiv und der weitere Verlauf ihrer Entwicklung hängt stark von ihrer Aktivität ab, die zu einem großen Teil durch die Umwelt ausgelöst wird. Resultierendes Modell, welches die Interaktion dreier Faktoren beinhaltet! 1. die genetische Ausstattung eines Organismus, die ein Produkt seiner evolutionären Vergangenheit ist 2. seiner Erfahrung 3. seiner Wahrnehmung der aktuellen Situation 2.3 Die menschliche Evolution Evolution ist die Idee, dass sich Arten aus bereits bestehenden Arten entwickeln. Darwin präsentierte 3 Arten von Beweisen: Dokumentation der Evolution anhand von Fossilien. strukturelle Ähnlichkeiten zwischen lebenden Spezies, z.b. zwischen einer menschlichen Hand und dem Flügel eines Vogels, was gemeinsame Vorfahren nahe legt. bedeutende Veränderungen, die durch selektive Züchtung bei domestizierten Pflanzen und Tieren hervorgerufen wurden. Evolution über natürliche Selektion vererbbares Merkmal, welches mit hohen Überlebens- und Fortpflanzungsraten zusammenhängt, wird am wahrscheinlichsten weitervererbt. Fitness Fähigkeit eines Organismus zu überleben und die eigenen Gene an die nächste Generation weiterzugeben.

5 2.3.1 Evolution und Verhalten 5 2 Beispiele für wichtige Faktoren in der Evolution Soziale Dominanz: Männliche Vertreter vieler Spezies legen durch Rangkämpfe mit anderen Männchen eine stabile soziale Dominanzhierarchie fest. Bei einigen Arten kopulieren dominante Männchen mehr und geben somit erfolgreicher ihre Merkmale weiter. Bei anderen Arten haben dominante Weibchen mehr und auch gesünderen Nachwuchs. Balzverhalten: Bei vielen Spezies geht der Kopulation ein kompliziertes Balzritual voraus. Annahme, dass das Balzverhalten die Evolution neuer Spezies begünstigt. Spezies = Gruppe von Organismen, die hinsichtlich der Reproduktion von anderen Organismen isoliert ist. Eine neue Spezies spaltet sich von einer bereits existierenden ab, wenn eine Barriere Paarungen zwischen einer Teilpopulation und dem Rest verhindert, z.b. aufgrund geographischer Besonderheiten Der Verlauf der menschlichen Evolution Heute existieren 7 Vertebratenklassen: 3 Klassen von Fischen (Rundmäuler (Neunaugen), Knorpelfische (Hai), Knochenfische(Forelle)) Amphibien (Bsp: Frösche) Reptilien (Bsp: Schildkröte) Vögel (Bsp: Milane) Säugetiere (Bsp: Menschen) Die Evolution der Wirbeltiere (Vertebraten): Vor ca. 600 Mio. Jahren Vielzellige Organismen tauchten auf. Vor ca. 450 Mio. Jahren Entwicklung der Chordatiere (Chordata) - haben einen dorsalen Nervenstrang. Sie sind einer von insgesamt ca. 20 Stämmen in der Zoologie. Vor ca. 425 Mio. Jahren Erste Chordatiere mit Rückenwirbeln (Schutz des Nervenstrangs) (Vertebratae, Wirbeltiere) Die Evolution der Amphibien: vor ca. 410 Mio. Jahren ersten Knochenfische kamen aus dem Wasser. Vor ca. 400 Mio. Jahren Entwicklung sich die ersten Amphibien. Amphibien müssen in ihrer Larvenform im Wasser leben; nur Erwachsene können an Land leben. Die Evolution der Reptilien: Vor ca. 300 Mio. Jahren aus Amphibien entwickelten sich Reptilien. Reptilien waren die ersten Vertebraten, die mit Schalen ummantelte Eier legten und die mit trockenen Schuppen bedeckt waren. Die Evolution der Säugetiere Vor ca. 180 Mio. Jahren Entwicklung von Säugetieren als neue Klasse von Vertebraten, deren Weibchen ihre Jungen mittels Brustdrüsen säugen und ihre Jungen in der feuchten Umwelt des eigenen Körpers heranreifen lassen. Das Schnabeltier ist ein Säugetier, welches noch Eier legt! Die Entstehung des Menschen Heute existieren 14 Säugetierordnungen. Eine davon ist die Ordnung der Primaten (Herrentiere). Menschenaffen und Hominiden gehören zu den Primaten! Unter den Hominiden gibt es die Gattungen Australopithecus und Homo! Im Rahmen der Gattung Homo ist der Mensch die Art Homo sapiens (Homo sapiens sapiens). 3 bedeutendsten menschlichen Attribute: Großes Gehirn Aufrechter Gang Freie Hände mit opponierbaren Daumen Gedanken über die menschliche Evolution Evolution folgt keiner geraden Linie einverzweigter Busch wäre eine angemessene Metapher. Menschen sind letzte Art einer Familie, die erst kurz existiert. Evolution schreitet nicht immer langsam und graduell voran. Nur wenige Produkte der Evolution haben bis heute überlebt. Evolution führt nicht zu einer vorherbestimmten Perfektion. Nicht alle existierenden Verhaltensweisen oder Strukturen sind adaptiv. Nicht alle existierenden adaptiven Merkmale haben sich aufgrund ihrer gegenwärtigen Funktion entwickelt Exadaption. Ähnlichkeiten zwischen Spezies müssen nicht unbedingt auf einem gemeinsamen evolutionären Ursprung beruhen; o homolog = ähnliche Struktur gemeinsamer evolutionärer Ursprung; o analog = ähnliche Struktur kein gemeinsamer evolutionärer Ursprung entsteht durch konvergente Evolution = evolutionäre Entwicklung ähnlicher Lösungen zur Bewältigung derselben Umweltanforderung bei nicht verwandten Arten. Die Evolution des menschlichen Gehirns

6 Zwischen Gehirngröße und Intelligenz besteht kein eindeutiger Zusammenhang. Evolutionspsychologie: Warum gibt es Paarbindung? Promiskuität Paarungsverhalten, bei dem Mitglieder beider Geschlechter während jeder Paarungszeit unterschiedslos mit vielen verschiedenen Partnern kopulieren. o Vorherrschende Fortpflanzungsart Die meisten Säugetierarten neigen dazu Paarbildungen einzugehen. Polygenie ein Männchen geht eine Bindung mit mehreren Weibchen ein. o Vorherrschende Fortpflanzungsart bei Säugetieren o Weibliche Säugetiere leisten einen weit größeren Beitrag zur Aufzucht der Jungen. Säugetierväter tragen oft nur zur Fortpflanzung ihr Sperma bei. o Weibchen paaren sich mit fitten Männchen, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass die Jungen gut angepasst sind. o Männchen paaren sich mit vielen Weibchen es entsteht ein geringerer Druck ihre Verbindungen gezielt auszuwählen. Polyandrie Paarungsmuster, bei dem ein Weibchen Paarbindungen mit mehr als einem Männchen eingeht. o Tritt nicht bei Säugetieren auf, sondern nur bei Arten, bei denen die Beiträge der Männchen zur Fortpflanzung größer sind als diejenigen der Weibchen (zb. Seepferdchen) Monogamie Paarbindungsmuster bei dem ein einziges Männchen und ein einiges Weibchen eine anhaltende Bindung eingehen. o Die Weibchen können mehr Nachwuchs oder Nachwuchs mit einer höheren Fitness aufziehen, je ungeteilter die Unterstützung ist. o Männchen wählen fruchtbare Weibchen, Weibchen wählen fitte Männchen, die ihren Nachwuchs beschützen können. 2.4 Grundlegende Genetik Mendel sche Genetik Mendel untersuchte Vererbung an Erbsenpflanzen, die so genannte dichotome Merkmale besitzen = Eigenschaft, die nur in der einen oder anderen Form, aber nie in Kombination auftreten kann, z.b. Farbe der Samen (braun oder weiß). Bei reinerbigen Zuchtlinien haben die Nachkommen immer dieselbe Farbe Phänotyp: Das äußere Erscheinungsbild eines Organismus ist sein Phänotyp. Genotyp: die Merkmale, die durch das genetische Material an die Nachkommen weitergegeben werden, aber nicht im Phänotyp ausgeprägt sind. Die 4 Mendelschen Ideen: 1) Für jedes dichotome Merkmal gibt es zwei Arten vererbter Faktoren = Gene. 2) Jeder Organismus hat zwei Gene für jedes seiner dichotomen Merkmale. Die beiden Gene, die dasselbe Merkmal kontrollieren werden Allele genannt. Organismen, die zwei identische Gene für ein Merkmal besitzen, werden als homozygot bezeichnet. Diejenigen, die zwei verschiedene Gene für ein Merkmal besitzen als heterozygot. 3) Bei heterozygoten Organismen dominiert eines der Gene. Das nicht dominante Gen = rezessives Gen - es kommt nur zur Ausprägung im Phänotyp, wenn beide Allele rezessiv? sind. 4) Jeder Organismus erbt zufällig für jedes Merkmal eines der beiden Gene des Vaters und eines der beiden Gene der Mutter. 6

7 2.4.2 Chromosomen, Fortpflanzung und Genkopplung (linkage) 7 Chromosomen in Körperzellen treten paarweise auf, wobei jeweils ein Chromosom von der Mutter und eines vom Vater stammt! (Ausnahme: Geschlechtschromosomen männlicher Säugetiere!) Beide Chromosomen eines solchen Paares haben an gleichen Orten (Lokus) Gene für die gleichen Merkmale (homolges Paar). Sie sind jedoch nicht identisch, sondern können unterschiedliche Allele beherbergen. Eine Art besitzt eine charakteristische Zahl von Chromosomenpaaren (Mensch: 23). Es gibt zwei Arten von Zellteilungen, in deren Rahmen Chromosomen weitergegeben werden: Meiose und Mitose! Meiose: Prozess der Zellteilung, aus dem Gameten entstehen (Eizellen und Spermazellen). Eizelle hat nur einen durchmischten Mutterchromosomensatz. Spermazelle hat nur einen durchmischten Vaterchromosomensatz. Beide Zellen sind haploid. Bei der Befruchtung entsteht eine Zygote, die beide Chromosomensätze enthält = diploid. Die Meiose läuft in 2 Zellteilungszyklen ab: Meiose 1: Reduktionsteilung, da der diploide Chromosomensatz auf einen haploiden reduziert wird. 1) Prophase 1: Die homologen Chromosomen eines Paares legen sich eng aneinander. Es kommt zum crossing over, einer teilweisen Überkreuzung der homologen Paare. Das crossing over löst sich auf, es kommt zur Rekombination über einen homologen Stückaustausch. 2) Metaphase 1: Die rekombinierten Chromosomen(paare) ordnen sich an der Äquatorialeben an. 3) Anaphase 1: Die Paare wurden durch die Längsstreckung getrennt. 4) Telophase 1: Zelle schnürt sich wieder an der Äquatorialebene zusammen es entstehen 2 Tochterzellen mit einem jeweils haploiden Chromosomensatz (zufällige Anordnung der rekombinierten Chromosomen). Meiose 2: ist eigentlich eine schnell ablaufende Mitose 1) Metaphase 2: beide Tochterzellen gehen in sie über; Chromosomen lagern sich an der Äquatorialebene an. 2) Anaphase 2: Längsstreckung Chromosomen werden am Zentromer in Chromatiden geteilt an jedem Zellpol 23 Chromatiden. 3) Telophase: Zelle schnürt sich ein Zellmembran am Nord-Südpol bildet sich 4 Tochterzellen mit jeweils 23 Chromatiden im Kern. Im Fall der Befruchtung kommt es zur Fusion der Zellkerne mit jeweils 23 Chromatiden, woraus dann die Zygote mit 46 Chromosomen entsteht. Die Mitose ist die Teilung der Körperzellen. Befruchtete Eizelle (Zygote) teilt sich viele Male bis ein erwachsenes Individuum entstanden ist. 1) Prophase: Die zwei Zentriolen wandern zu den Polen. 2) Metaphase: Chromosomen duplizieren sich. Chromosomen lagern sich an der Äquatorialebene an. An Eiweißproteinkomplexen bei der Zentromerregion der Chromosomen, setzt der Spindelfaserapparat an. 3) Anaphase: Es kommt zu einer Längsstreckung. Jedes der 46 Chromosomen erfährt eine Längsteilung durch das Zentromer - Chromosomen trennen sich in Chromatiden auf. 4) Telophase und Cytokinese: Zelle schnürt sich im Bereich der Äquatorialplatte ein. Es bildet sich am Nord/Südpol wieder eine Zellmembran es entstehen zwei Tochterzellen mit zwei Zellkernen. Aus der Mutterzelle mit diploiden Chromosomensatz (n=46) wurden 2 Tochterzellen mit einem 46er Chromatidenatz. Danach durchlaufen beide Tochterzellen die Interphase Verdoppelung der Chromatiden zu Chromosomen. Wiederholung der Mitose solange bis ein erwachsener Organismus entstanden ist. Genetische Vielfalt: Wie kommt diese zustande? Jede Gamete enthält zufällig ein Chromosom von jedem der 23 Paare. Daraus resultiert eine mögliche Zahl von 2 hoch 23 ( ) Chromosomenkombinationen = Interchromosomale Variation Crossing over (Stückaustausch zwischen Chromatiden homologer Chromosomen): Findet nach der Chromosomenverdopplung während der Meiose statt. Homologe Chromosomen lagern sich nebeneinander an, überkreuzen zufällig an manchen Orten, brechen auf und tauschen Abschnitte aus = Intrachromosomale Variation. Genkopplung: bedeutet, dass meist mehrere Gene eines ganzen Clusters vererbt werden Geschlechtschromosomen und geschlechtsgekoppelte Merkmale Geschlechtschromosomen: Chromosomenpaar, welches die Ausprägung des Geschlechts eines Organismus bestimmt!

8 Weibliche Säugetiere besitzen zwei X-Chromosomen, männliche ein X- und ein Y-Chromosom! Merkmale, die durch Gene auf Geschlechtschromosomen beeinflusst werden, nennt man geschlechtsgekoppelte Merkmale! Fast alle geschlechtsgekoppelten Merkmale werden durch das X-Chromosom bestimmt, da das Y- Chromosom nur wenige Gene trägt Merkmale, die durch Gene auf dem X-Chromosom bestimmt werden, treten bei einem Geschlecht häufiger auf als beim anderen! Die geschlechtsabhängige Häufigkeit variiert mit der Dominanz bzw. der Rezessivität eines entsprechenden Merkmals. Ein dominantes X-chromosomales Merkmal tritt häufiger beim weiblichen Geschlecht auf, während ein rezessives X-chromosomales Merkmal häufiger beim männlichen Geschlecht zu finden ist! WARUM? Beispiel eines rezessiven geschlechtsgekoppelten Merkmals: Farbenblindheit! Das entsprechende Gen ist selten und Frauen erben fast nie zwei dieser Gene, während jeder Mann, der dieses Gen besitzt, unweigerlich farbenblind ist! Aufbau der Chromosomen und Replikation Jedes Chromosom ist ein doppelstrangiges Molekül der Desoxyribonukleinsäure (DNS/DNA). Jeder Strang besteht aus einer Sequenz von Nukleotidbasen, die an eine Kette aus Phosphaten und Desoxyribose angeheftet ist. 4 Arten von Basen: Es werden immer nur DNA: Adenin+Thymin (RNA: Adenin+Urazil) und Guanin+Cytosin gekoppelt. Aufbau der DNS (Trägersubstanz der Erbinformation): DNA-Doppelkette ist spiralig gewunden ( Doppel-Helix ) die Basen sind zur Innenseite gerichtet Wechselwirkung zwischen den Basenpaaren ergibt eine Verdrillung des Doppelstranges dreidimensionale Doppelhelix. ein Strang stellt das komplementäre Gegenstück des anderen dar Chromatin = DNA + Eiweiß = lange, dünne Faser, die im Chromosom eng gefaltet und aufgewunden ist. Ein Gen ist ein Teil eines DNA Moleküls. 8 Replikation = Verdoppelung der Chromosomen, um im Zuge einer mitotischen Teilung beiden Tochterzellen einen vollständigen Chromosomensatz weitergeben zu können. Die DNS-Stränge beginnen sich zu trennen! Die dann freigelegten Nukleotidbasen ziehen ihre jeweils komplementären Basen aus der Umgebung an (Kopiervorgang)! Das Ergebnis sind zwei idente Doppelstränge. Während der Replikation können Fehler passieren (fehlerhafte Kopie) Mutationen. Diese Art der genetischen Variation führt zu nicht lebensfähigen Nachkommen bzw. zu unvorteilhaften Ausprägungen. In seltenen Fällen erhöhen Mutationen die Fitness eines Organismus und tragen so zu einer evolutionären Weiterentwicklung bei! Genetischer Kode und Genexpression Es gibt verschiedene Arten von Genen, z.b: Strukturgene = Gene, die die notwendige Information für die Synthese eines Proteins enthalten. Operatorgene = Gene, die die Funktionen der Strukturgene kontrollieren. Ein Operatorgen legt fest, ob und mit welcher Rate ein Strukturgen das Protein, für welches es kodiert, synthesieren soll oder nicht (schaltet und kontrolliert also die Genexpression eines Strukturgens) entscheidend dafür, wie sich jede Zelle im Körper eines Organismus entwickelt (Zelldifferenzierung). Eine Gruppe von so genannten Regulatorproteinen schaltet abgeschaltete Operatorgene an und eine andere Gruppe von regulatorproteinen schaltet angeschaltete Operatorgene ab. Viele Regulatorproteine werden durch Signale beeinflusst, die eine Zelle aus der Umwelt erhält ERFAHRUNG interagiert mit GENEN!!!! Genexpression: Ein kleiner DNS-Abschnitt trennt sich auf, sodass ein Strukturgen freiliegt! Dieser Abschnitt dient als Vorlage für die Transkription eines kurzen Stranges Ribonukleinsäure: Im Zellkern wird der Code der DNA durch die ähnlich aufgebaute RNA kopiert Basensequenz des aktivierten Gens wird durch Nukleotide nachgebildet, die im Chromatin enthalten sind.

9 Die so entstandene mrna: ist eine einfache Kette; hat als Zuckermolekül eine Ribose hat; verwendet statt Thymin Urazil ist eine Matrize einer Eiweißstruktur bringt den Gen-Code zu den für die Proteinsynthese zuständigen Ribosomen des endoplasmatischen Retikulums. Vor der Proteinsynthese: RNA-Spleissen: Introns werden entfernt. trna: ebenfalls im Zellkern gebildet sind relativ kurze RNA-Moleküle, die jeweils eine der 20 Aminosäuren binden und diese ebenfalls zu den Ribosomen transportieren. sind für jeweils eine Aminosäure und das dazugehörige Codon auf der mrna spezifisch. rrna: In den Ribosomen findet unter ihrer Mitwirkung und der dort vorhandenen Enzyme die Proteinsynthese statt Translation: mrna wandert durch das Ribosom hindurch die im Code niedergelegten Eiweißmoleküle werden Codon für Codon durch Aneinanderknüpfen der von den trna herbeigebrachten Aminosäuren aufgebaut, bis ein Kodon auftaucht, welches die Information beinhaltet, dass mit der Synthese aufgehört werden soll! Ein komplettes Protein wurde synthetisiert und wird nun zur weiteren Verwendung (als Material!) ins Cytoplasma freigesetzt! Kodon/Triplet: sind aus je 3 Nukleotiden zusammengesetzt Mitochondriale DNA Mitochondrien der Zellen enthalten mitochondriale DNA. Mitochondrien sind Energie lieferende Strukturen, die sich im Cytoplasma einer jeden Zelle befinden. Mitochondriale Gene werden von der Mutter geerbt. Interesse daran aus 2 Gründen: Mutationen in der mitochondrialen DNA spielen bei Krankheiten eine Rolle. Mutationen in der mitochondiralen DNA ereignet sich in einer konstanten Geschwindigkeit somit evolutionäre Uhr Das Humangenomprojekt: Was kommt als Nächstes? Ziel: eine Karte sämtlicher 3 Milliarden Basen der menschlichen Chromosomen zu erstellen. Gelungen im Jahr Nächsten Ziele: Genom weiterer Spezies entschlüsseln Fokus auf vielen Unterschiede zwischen Menschen Unterschiede im Expressionsmuster von Genen in verschiedenen Teilen des Körpers untersuchen Welche Proteine werden von den einzelnen menschlichen Genen kodiert Erforschung der Funktion jedes dieser genkodierten Proteine

10 Verhaltensentwicklung: Die Interaktion zwischen genetischen Faktoren und Erfahrung Ontogenese = Entwicklung eines Individuums über die Lebensspanne Phylogenese = evolutionäre Entwicklung einer Art Selektive Züchtung labyrinthschlauer und labyrinthdummer Ratten Tyron (1934): trainierte Ratten durch ein komplexes Labyrinth zu laufen - mit Futter als Belohnung! Er paarte Weibchen und Männchen, die schnell lernten, durch das Labyrinth zu laufen und züchtete so selektiv labyrinthschlaue Ratten weiters paarte er Weibchen und Männchen, die häufig in falsche Labyrintharme liefen und züchtete so selektiv labyrinthdumme Ratten. Die Nachkommen wurden erneut getestet und die schlauesten und die dümmsten gepaart, usw. 21 Generationen lang. Ab der 8ten Generation gab es kaum noch eine Überlappung der Leistungen der beiden Stämme beim Labyrinthlernen! Tyron s zusätzliche Kontrollprozedur - Labyrinthschlaue Ratten wurden von labyrinthdummen Ratten aufgezogen und labyrinthdumme Ratten von labyrinthschlauen. Frage: Lerneffekt durch Eltern? Antwort: Nein, kein übertragener Lerneffekt! Strategie kann vermutlich jedes messbare Verhaltensmerkmal, welches zwischen Vertretern einer Art variiert, selektiv herauszüchten! Searle (1949): die zwei oben genannten Gruppen von Ratten unterschieden sich auch in vielen anderen Tests er meinte, dass die labyrinthschlauen Ratten nicht besser lernten, weil sie intelligenter sind, sondern, weil sie weniger emotional sind! Cooper und Zubek (1958) zogen labyrinthschlaue Ratten und labyrinthdumme Ratten in verschiedenen Umgebungen auf - verarmte, stimulationsdeprivierte Umgebung vs. angereicherte stimulierende Umgebung. Nur labyrinthdumme Ratten, die in einer verarmten Umgebung aufgewachsen sind, machten signifikant mehr Fehler als labyrinthschlaue Ratten reizvolle Umgebung kann negativen Effekte benachteiligter Gene ausgleichen! Gene und Erfahrung beeinflussen die Entwicklung von Verhalten gleichermaßen. Bennett et al.,(1964): Ratten, die einer angereicherten Umgebung aufgezogen werden, entwickeln ein dickere Großhirnrinde als Ratten, die in einer verarmten Umgebung aufwachsen Die Phenylketonurie: Eine durch ein einziges Gen bedingte metabolische Störung Symptome: führt zu einer geistigen Behinderung, zu Übelkeit, epileptischen Anfällen, Hyperaktivität, Hyperirritabilität und Hirnschädigungen! Vererbung: In Europa trägt einer von 100 Menschen das entsprechende Gen, welches rezessiv ist und somit nur bei homozygoten Trägern zur Ausprägung kommt, d.h. das PKU-Gen muss sowohl von Vater, als auch von Mutter geerbt werden. Biochemie: Es fehlt die Phenylalaninhydroxylase = Enzym zur Umwandlung der Aminosäure Phenylalanin in Tyrosin. Folge = Phenylalanin sammelt sich an - Dompaminspiegel bleibt niedrig Abnormale Gehirnentwicklung. Behandlung: die Interaktion zwischen dieser genetischen Störung und einer bestimmten Ernährungsweise führt zu verbesserten Verhaltenssymptomen: eine phenylalaninarme Diät senkt den Phenylalaninspiegel im Blut und verringert die Entwicklung einer geistigen Behinderung. Entscheidend: Diät muss früh beginnen sensitive Phase! Die Entwicklung des Vogelgesangs 2.6 Genetische Grundlagen psychologischer Unterschiede beim Menschen Entwicklung von Individuen versus Entwicklung von Unterschieden zwischen Individuen Effekte von Genen und Erfahrung sind bei der Entwicklung von Unterschieden zwischen Individuen trennbar. Um den relativen Beitrag der Gene und der Erfahrung auf die Entwicklung von Unterschieden in psychologischen Merkmalen zu bestimmen, untersuchen Verhaltensgenetiker Individuen, deren genetische Ähnlichkeit bekannt ist eineiige Zwillinge (monozygote Zwillinge) im Vergleich zu zweiigen Zwillingen (dizygote Zwillinge) Die Minnesota Studie über getrennt aufgewachsene Zwillinge Testung von:

11 59 eineiige Zwillinge und 47 zweiige Zwillinge die getrennt voneinander aufgewachsen sind und viele Paare die gemeinsam aufwuchsen. Alter der Zwillinge zwischen 19 und 68 Fragestellung: Sind sich erwachsene eineiigen Zwillinge, die getrennt voneinander aufgewachsen sind, ähnlich, da sie genetisch identisch sind, oder würden sie sich als verschieden erweisen, aufgrund unterschiedlicher familiärer Verhältnisse? Ergebnisse: Eineiige Zwillinge sind sich auf allen psychologischen Dimensionen ähnlicher als zweiige Zwillinge, unabhängig vom gemeinsamen oder getrennten familiärer Umfeld. Korrelation zwischen IQ und eineiigen getrennt aufgewachsenen Zwillingen lag bei 0,75 Korrelation zwischen IQ und zweiiigen getrennt aufgewachsenen Zwillingen lag bei 0,38 Aber Achtung: Keine allgemeine Aussage über den relativen Beitrag der Gene und der Erfahrung zur Entwicklung von Intelligenz und Persönlichkeit eines Individuums machen. Durch die Korrelation wurde nicht darauf geschlossen, dass der IQ zu 70 % genetisch bedingt ist Erblichkeitsschätzungen sagen etwas über den Beitrag genetischer Unterschiede zu Unterschieden im Phänotyp zwischen Probanden aus; nichts aber über die relativen Beiträge von Genen und Erfahrung an der Entwicklung eines Individuums. Häufig übersehen: Genetische Unterschiede fördern psychologische Unterschiede über eine Beeinflussung der gemachten Erfahrungen, d.h. Individuen mit einer ähnlichen genetischen Ausstattung neigen dazu, auch ähnliche Umwelten und Erfahrungen aufzusuchen. 11 Kapitel 3: Die Anatomie des Nervensystems 3.2 Der allgemeine Aufbau des Nervensystems Gliederung des Nervensystems Das Wirbeltiernervensystem besteht aus 2 Teilen: Zentrales Nervensystem (ZNS) befindet sich im Schädel und der Wirbelsäule Peripheres Nervensystem (PNS) befindet sich außerhalb des Schädels und der Wirbelsäule Das ZNS besteht aus Gehirn (Encephalon) befindet sich im Schädel Rückenmark (Medulla spinalis) befindet sich in der Wirbelsäule Das PNS besteht aus somatischen Nervensystem (SNS) und autonomen Nervensystem (ANS) Das somatische Nervensystem interagiert mit der Umwelt und besteht aus: afferenten Nerven leiten sensorische Signale von Haut, Skelettmuskeln, Gelenken, Augen und Ohren zum ZNS, und aus efferenten Nerven übertragen motorische Signale vom ZNS zu den Skelettmuskeln! Das autonome Nervensystem reguliert das innere Milieu. Es besteht aus afferenten Nerven leiten sensorische Signale von den Organen zum ZNS und aus efferenten Nerven übertragen motorische Signale vom ZNS zu den Organen! Es gibt 2 Arten von efferenten Nerventypen im ANS: sympathische Nerven parasympathische Nerven Beide Nerventypen werden auf ihrem Weg zum Zielorgan einmal umgeschaltet: die sympathischen und parasympathischen Neurone gehen vom ZNS aus, legen einen Teil des Weges zum Erfolgsorgan zurück und bilden dann synaptische Verbindungen (Synapsen) mit anderen Neuronen, die das Signal die restliche Wegstrecke weiterleiten. Projektionen sympathischer Nerven werden in einiger Entfernung von ihrem Zielorgan umgeschaltet. Projektionen parasympathischer Nerven werden in naher Umgebung ihrer Zielorgane umgeschaltet.

12 12 3 wichtige Funktionsprinzipien des sympathischen und parasymphatischen Nervensystems: 1) sympathischen Nervenzellen stimulieren, organisieren und mobilisieren Energiereserven in bedrohlichen Situationen - parasymphatische Nerven konservieren Energie 2) jedes autonome Erfolgsorgan enthält gegensätzlichen sympathischen und parasympathischen Input, seine Aktivität wird somit durch das relative Niveau der sympathischen und parasympathischen Aktivität kontrolliert 3) Durch den Sympatikus hervorgerufene Veränderungen zeigen psychologische Aktivierung an. Durch den Parasympatikus hervorgerufene Veränderungen zeigen psychologische Entspannung an. Die meisten peripheren Nerven entspringen dem Rückenmark! Ausnahmen: es gibt 12 paarige Hirnnerven, die direkt vom Gehirn ausgehen: rein sensorisch: Nervus olfactorius, Nervus opticus die meisten beinhalten aber sowohl sensorische als auch motorische Fasern längste Hirnnerv: Nervus vagus, dessen motorische und sensorische Fasern von und zu den Eingeweide projizieren Hirnhäute, Ventrikel und Cerebrospinalflüssigkeit Gehirn und Rückenmark sind am besten geschützt: sie sind von Knochen eingeschlossen und von 3 schützenden Membranen, den 3 Meningen bedeckt (als Schutz des ZNS neben Schädel und Wirbel!): Dura mater (harte Mutter) Arachnoidea mater (spinnwebenartige Membran) Pia mater (fromme Mutter) Zwischen Pia mater und Arachnoidea mater befindet sich der Subarachnoidalraum enthält viele Blutgefäße und Cerebrospinalflüssigkeit. Die Cerebrospinalflüssigkeit (CSF, Liquor cerebrospinalis) füllt den Subarachnoidalraum, den Zentralkanal und die Ventrikel. Zentralkanal erstreckt sich über die gesamte Länge des Rückenmarks. Die cerebralen Ventrikel sind die 4 großen Kammern des Gehirns: 2 Seitenventrikel, 3ter Ventrikel und 4ter Ventrikel. Subarachnoidalraum, Zentralkanal und die Ventrikel sind miteinander verbunden und bilden ein zusammengehörendes Reservoir! Cerebrospinalflüssigkeit stützt und polstert das Gehirn wird kontinuierlich vom Plexus choroideus produziert (Kapillarnetz). Überschüssige Cerebrospinalflüssigkeit wird aus dem Subarachnoidalraum in große blutgefüllte Räume (Sinus durae matris) absorbiert! Hydrocephalus (Wasserkopf) entsteht dadurch, dass CSF nicht absorbiert wird > resultierende Flüssigkeitsansammlung bewirkt Ausdehnung der Wände der Ventrikel und somit des Gehirns. Behandlung: überschüssige Flüssigkeit wird abgeleitet Blut-Hirn-Schranke Blut-Hirn-Schranke = Schutzmechanismus, der den Übertritt toxischer Substanzen aus dem Blut in das Gehirn verhindert. Cerebrale Blutgefäße haben eng nebeneinander liegende Zellen in den Gefäßwänden, sodass die meisten Proteine und andere große Moleküle nicht passieren können (Schranke). Medikamente, die im Gehirn wirken sollen, müssen die Blut-Hirn- Schranke passieren können. Wichtige natürliche Proteine können aktiv durchgeschleust werden!

13 Zellen des Nervensystems Es gibt NEURONEN und GLIAZELLEN Anatomie der Neuronen Äußere Anatomie Innere Anatomie Äußere Anatomie Innere Anatomie Anatomie der Neuronen: sind spezialisiert auf Empfang, Weiterleitung und Übertragung elektrochemischer Signale! Die Zellmembran:

14 besteht aus einer Lipid-Doppelschicht (zwei Schichten von Fettmolekülen), in die zahlreiche Proteinmoleküle eingebettet sind bilden Basis für viele der funktionalen Eigenschaften der Zellmembran. Einige Membranproteine sind Kanalproteine = können bestimmte Moleküle passieren Signalproteine = übertragen ein Signal ins Innere des Neurons, wenn bestimmte Moleküle an der Membranaußenseite an sie binden. Die wichtigsten Klassen von Neuronen auf Basis morphologischer Unterschiede: Unipolare Neuronen = Neuron mit einem Zellkörperfortsatz Bipolare Neuronen = Neuron mit 2 Fortsätzen Multipolare Neuronen = Neuron mit mehr als 2 Fortsätzen, die von seinem Zellkörper ausgehen; die meisten Neurone sind multipolar Interneuronen = Neuronen mit kurzen oder überhaupt keinen Axonen; Funktion = neuronale Aktivität innerhalb einer einzigen Gehirnstruktur zu integrieren. Funktionelle Bedeutung morphologischer Unterschiede: Mit Axon: Weiterleitung über lange Distanzen. Ohne Axon: Integration innerhalb einer Gehirnstruktur. 14 Im Gehirn gibt es zwei grob zu unterscheidende Arten fester neuronaler Strukturen: diejenigen, die hauptsächlich aus Zellkörpern bestehen im ZNS Anhäufung von Zellkörpern = Nucleus im PNS Anhäufung von Zellkörpern = Ganglion diejenigen, die hauptsächlich aus Axonen bestehen im ZNS wird ein Bündel von Axonen = Trakt bezeichnet im PNS wird ein Bündel von Axonen = Nerv bezeichnet Gliazellen: Die vergessene Mehrheit Gliazellen: es gibt ca. 10 mal mehr Gliazellen als Neuronen! Sie sind an der Übertragung von Signalen beteiligt > senden Signale zu Neuronen - erhalten Signale von Neuronen. Sie kontrollieren die Bildung und Erhaltung von Synpasen zwischen Neuronen und bilden gliale Schaltkreise 4 Arten von Gliazellen: Oligodendrocyten (ZNS): wickeln sich um die Axone einiger Neurone des zentralen Nervensystems. Ausläufe sind reich an Myelin(= fetthaltige, isolierende Substanz) und Myelinscheiden, die sie bilden erhöhen Geschwindigkeit und Effizienz der axonalen Leitung. Jeder Oligodendrocyt bildet mehrere Myelinsegmente (oft an mehreren Axonen). Schwann-Zellen (PNS): Jede Schwann-Zelle bildet ein Myelinsegment. Nur Schwann-Zellen können axonale Regeneration nach Verletzungen einleiten. Astrocyten (größten Gliazellen, sternförmig): Ummanteln Blutgefäße im Gehirn und nehmen Kontakt mit Neuronen auf. Sind an der Passage chemischer Verbindungen vom Blut in die ZNS-Neuronen beteiligt. Mikroglia (kleinsten Gliazellen): Regagieren auf Verletzungen oder Krankheiten, indem sie tote oder abgestorbene Neuronen entfernen und Entzündungsprozesse auslösen. 3.4 Neuroanatomische Methoden und Richtungsbezeichnungen Wie können Neurone sichtbar gemacht werden? durch verschiedene Präparationstechniken. Schwierigkeit: enge Verflochtenheit der Neurone Golgi-Färbung (Camillo Golgi): wollte eigentlich Meningen färben, indem er Kaliumdichromat und Silbernitrat verwendete. Daraus entstand Silberchromat: färbt wenige Neuronen schwarz und ermöglicht prinzipielle Darstellungen.Dadurch möglich: einzelne Neurone sehen, auch wenn nur als Silhouette. Nicht möglich: kann keine Zahl von Neuronen liefern.

15 Nissl-Färbung (Franz Nissl): Kresylviolett dringt in alle Zellen eines Gewebeschnitts ein und lagert sich an Strukturen in den Zellkörpern an. Unter dem Mikroskop kann dann die Zahl der Neuronen sehr gut eingeschätzt werden (dient der Ermittlung der Zelldichte). Elektronenmikroskopie: Dünne Gewebsabschnitte werden mit einer elektronen-absorbierenden Substanz beschichtet. Die Substanz wird von verschiedenen Neuronenteilen unterschiedlich aufgenommen. Ein darauf gerichteter Elektronenstrahl wird dann durch das Gewebe auf einen Film gelenkt und erzeugt detaillierte Strukturabbildungen. Tracing-Verfahren: 2 Arten: anterograd (vorwärts) und retrograd (rückwärts) o Anterogrades Tracing ermöglicht das Verfolgen der Axone, die von den Zellkörpern eines bestimmten Gebiets entspringen (diese werden von den Zellkörper entnommen und dann entlang der Axone zu den Endknöpfchen transportiert). o Retrogrades Tracing ermöglicht das Verfolgen der Axone von den Endknöpfchen zum Zellkörper. (dient der Beschreibung von Projektionen) 15 Richtungsbezeichnungen im Nervensystem: Wirbeltiernervensysteme werden auf die Orientierung der Wirbelsäule bezogen! Es gibt drei Achsen: anterior-posterior, dorsal-ventral, medial-lateral Für Menschen gibt es dieselben Achsenbezeichnungen, nur sind diese durch den aufrechten Gang (Bipedie) für Kopf und Rumpf getrennt zu betrachten. Beim Menschen werden sowohl die Kopfoberseite als auch die Vorderseite des Körpers als ventral bezeichnet. Häufig werden die Begriffe superior und inferior zur Bezeichnung der Ober- und Unterseite des Primatenkopfes verwendet. Weitere Begriffe: rostral-caudal (vorne-hinten), superior-inferior (oben-unten), proximal-distal (nah-entfernt) Schnittebenen: horizontal, frontal, sagittal Ein Schnitt durch die Mitte des Gehirns zwischen den beiden Hemisphären, wird als Medianschnitt bzw. als Mediansagittalschnitt bezeichnet. 3.5 Das Rückenmark: Grob betrachtet gibt es zwei Bereiche: innerer H-förmiger Kern (graue Substanz) o graue Substanz besteht hauptsächlich aus Zellkörpern und unmyelinisierten Interneuronen umgebender Bereich weißer Substanz o weiße Substanz besteht hauptsächlich aus myelinisierten Axonen Die zwei dorsalen Arme der grauen Substanz des Rückenmarks werden als Hinterhörner/Dorsalhörner und die zwei ventralen Arme als Vorderhörner/Ventralhörner bezeichnet Auf 31 Ebenen sind jeweils links und rechts Paare von Spinalnerven mit dem Rückenmark verbunden. Jeder der 62 Spinalnerven teilt sich in der Nähe des Rückenmarks, und seine Axone ziehen über Hinterwurzel oder Vorderwurzel ins Rückenmark.

16 Neurone der Hinterwurzel sind: afferent, sensorisch, unipolar. Ihre Zellkörper bilden unmittelbar außerhalb des Rückenmarks das s.g. Hinterwurzelganglion. Die meisten ihrer synaptischen Endknöpfchen befinden sich in den Hinterhörnern der grauen Substanz. Neurone der Vorderwurzel sind: efferent, motorisch, multipolar. Ihre Zellkörper liegen in den Vorderhörnern. Somatische Neurone projezieren zu den Skelettmuskeln Autonome Neuronen projezieren zu Ganglien, die über weitere synaptische Kontakte mit inneren Organen in Verbindung stehen Die 5 Hauptabschnitte des menschlichen Gehirns: > Abschnitte ohne dem Telencephalon werden oft als Truncus encephali (Hirnstamm) bezeichnet. > Das Myelencephalon wird oft auch als Medulla oblongata (verlängertes Rückenmark) bezeichnet! Beim Embryo von Wirbeltieren ist das Gewebe, das sich irgendwann zum ZNS entwickelt als flüssigkeitsgefülltes Rohr ( Neuralrohr) erkennbar. Die ersten Anzeichen sind drei Verdickungen ( Hirnbläschen), die am anterioren Ende des Rohrs entstehen. Diese entwickeln sich ins erwachsene Proencephalon (Vorderhirn), Mesencephalon (Mittelhirn) und Rhombenencephalon (Rautenhirn). Vor der Geburt werden aus den drei anfänglichen Verdickungen des Neuralrohrs fünf: Telencephalon (Endhirn), Diencephalon (Zwischenhirn), Mesencephalon (Mittelhirn), Metencephalon (Hinterhirn), Myelencephalon (Nachhirn). 3.7 Die Hauptstrukturen des Gehirns: Das Myelencephalon überträgt hauptsächlich Signale zwischen dem Rest des Gehirns und dem Körper Teil des Myelencephalons: Formatio reticularis (aufsteigendes reticuläres Aktivierungssystem): Netzwerk aus ca. 100 kleinen Kernen, die sich von der posterioren Grenze des Myelencephalon bis zur anterioren Grenze des Mesencephalon erstrecken o wichtige Rolle bei der allgemeinen Aktivierung Die verschiedenen Kerne sind beteiligt an Schlaf, Aufmerksamkeit, Bewegung, Aufrechterhaltung des Muskeltonus und diverser autonomer Reflexe. Das Metencephalon: beinhaltet viele auf- und absteigende Faserzüge und auch Teile der Formatio reticularis besteht aus 2 Teilen: o Auf der ventralen Seite befindet sich der Pons o Auf der dorsalen Seite befindet sich das Cerebellum Cerebellum wichtige sensomotorische Struktur, d.h. wichtig für die präzise Kontrolle von Bewegungen und ihrer Anpassung an sich verändernde Bedingungen. Auch an kognitiven Prozessen beteiligt. Das Mesencephalon: besteht aus 2 Abschnitten: o dorsale Oberfläche des Mittelhirns Tectum beinhaltet Colliculi inferiores (auditorisches Funktion) & Colliculi superiores (visuelles Funktion) o ventral zum Tectum liegt das Tegmentum: umfasst Bereiche der Formatio reticularis periaquäduktale Grau ist die graue Substanz um den Aqueductus cerebri, der den Ventrikel verbindet. Wichtig bei der Vermittlung analgetischer (schmerzreduzierender) Wirkung von Opiaten. Substantia nigra wichtige Komponente des sensomotorischen System Nucleus ruber wichtige Komponente des sensomotorischen System Das Diencephalon: