Das Nervensystem. Anatomische Gliederung: Zentrales Nervensystem. Peripheres Nervensystem. Physiologisch: Somatisches NS.

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1 Das Nervensystem Anatomische Gliederung: Zentrales Nervensystem Peripheres Nervensystem Physiologisch: Somatisches NS Vegetatives NS

2 Nervensystem Schaltkreise aus Neuronen und unterstützenden Zellen Motorik, Sensorik, Verhalten Nervensysteme in allen Tieren (Ausnahme: Schwämme) Grundbausteine sehr ähnlich Organisation stark variabel Nervennetz Hydra (Cnidaria; Nesseltier)

3 Nervensystem der Wirbeltiere Zentrales Nervensystem (ZNS) = Gehirn + Rückenmark Peripheres Nervensystem (PNS) mit ZNS verbunden Gehirn Wirbelsäule mit Rückenmark sensorisches Ganglion Salamander

4 Nervensystem des Menschen zentrales Nervensystem peripheres Nervensystem = Hirn + Rückenmark = alle Neurone ausserhalb des ZNS zentrales Nervensystem (ZNS) Gehirn Rückenmark peripheres Nervensystem (PNS) Hirnnerven (12 Paare) Ganglien ausserhalb des ZNS Spinalnerven (31 Paare)

5 Aufbau des Nervensystems Das zentrale Nervensystem (ZNS) Das ZNS umfasst das Gehirn und das Rückenmark. Die Aufgaben des ZNS sind: Integration aller sensiblen Reize, die ihm afferent von innerhalb oder außerhalb des Organismus zugeleitet werden Koordination sämtlicher motorischer Eigenleistungen des Gesamtorganismus Regulation aller dabei ablaufenden innerorganischen Abstimmungsvorgänge, zwischen den organischen Subsystemen oder Organen, einschließlich solcher hormoneller Art

6 Gewebetypen des ZNS Das ZNS wird eingeteilt in graue und weiße Substanz Die graue Substanz liegt im Gehirn außen und im Rückenmark innen. Sie besteht hauptsächlich aus den Nervenzellkörpern. Die weiße Substanz liegt im Gehirn innen und im Rückenmark außen. Sie besteht hauptsächlich aus den Nervenfasern, also Axonen und Dendriten. An Zelltypen finden wir: Neurone Glia-Zellen Das ZNS ist durch den Schädel, den Wirbel Spinal Kanal, Meningen und Liquor cerebrospinalis und die Blut Hirn Schranke geschützt.

7 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

8 Das periphere Nervensystem (PNS) Das periphere Nervensystem umfasst alle Nervenzellen, die nicht zum ZNS gehören. Eine starre Abgrenzung ist allerdings nicht sinnvoll. Motorische und vegetative Neuronen haben ihre Zellkörper im ZNS, die Fortsätze reichen aber ins PNS. Die sensiblen Neurone dagegen haben ihre Zellkörper fast ausnahmslos in Ganglien (Nervenknoten) außerhalb des ZNS, ihre Fortsätze ziehen aber fast alle ins ZNS. Nur bei intramuralen Nerven (Nerven in der Wand von inneren Organen (z.b. Gastro-Intestinal-Trakt) findet die Informationsverarbeitung teilweise unabhängig vom ZNS statt. Funktionelle Einteilung: Somatisches NS Vegetatives NS

9 Das periphere Nervensystem (PNS) Das PNS wird in das somatische und das autonome Nervensystem weiter unterteilt. Das somatische Nervensystem regelt die Funktionen, die der Beziehung zur Außenwelt dienen, also der willkürlichen und reflektorischen Motorik und der Oberflächen- und Tiefensensibilität. Das autonome (vegetative) Nervensystem kontrolliert die Vitalfunktionen, wie Herzschlag, Atmung, Blutdruck, Verdauung und Stoffwechsel. Außerdem werden Sexualorgane und das Blutgefäßsystem vom autonomen Nervensystem beeinflusst.

10 Peripheres Nervensystem Hirn- und Spinalnerven: sensorische und motorische Neuronen (Ausnahme: Nervus olfaktorius, Nervus opticus) Bewegung und interne Homöostase Peripheres Nervensystem Sensorische (afferente) Untereinheit Motorische (efferente) Untereinheit Somatosensorische Neurone (Aussenwelt) Viscosensorische Neurone (inneres Milieu) Autonomes (vegetatives) Nervensystem Somatisches Nervensystem (bewusst, Reflexe) Sympathikus fight or flight Parasympathikus Normalisierung Enterisches System

11 Informationsverarbeitung im Nervensystem 1. Sensorischer Input 2. Interpretation/Integration 3. motorischer Output Sensorischer Input Sensor Integration Motorischer Output Effektor peripheres Nervensystem (PNS) zentrales Nervensystem (ZNS)

12 Nervensystem, Gehirn Menschliches Hirn: ca. 100 Millarden Nervenzellen Jede Nervenzelle kann mit > 1000 anderen Nervenzellen kommunizieren Functional MRI Abbildung der Aktivitätsmuster im Gehirn

13 Der Weg ins Gehirn - Sinneszellen

14 Das Gehirn sammelt sensorische Informationen Großhirn Kleinhirn Kopfsinne durch Hirnnerven Körpersinne durch Spinalnerven Stammhirn Rückenmark Aus: Frank H. Netter, Farbatlanten der Medizin, Nervensystem I, Thieme Verlag

15 Gehirn

16 Informationsverarbeitung im Nervensystem Sensorisches Neuron: leitet Signale von Sensor weiter Information über externe Stimuli/interne Bedingungen Afferenz Interneuron: im ZNS integriert Information Motor-Neuron: leitet Output-Signal des ZNS kommuniziert mit Effektorzellen Efferenz

17 Der Weg ins Gehirn Vorderhorn Hinterhorn Sensorische Fasern Motorische Fasern

18 Spinalnervenplexus Plexus cervicalis (Halsgeflecht) versorgt Haut und Muskeln in der Hals und Schulterregion. Plexus brachialis (Armgeflecht). Hier entspringen drei große Armnerven. Nervus radialis, N. ulnaris, N. medianus Plexus lumbalis (Lendengeflecht). Versorgung der unteren Bauchwand, der äußeren Geschlechtsorgane. Wichtigster Nerv: N. femoralis. Er versorgt die Streckmuskeln. Plexus sacralis (Kreuzgeflecht) versorgt Gesäß und einen Teil des Damms. Der N. ischiadicus entspringt aus diesem Geflecht. Plexus pudendus (Schamgeflecht) versorgt Beckeneingeweide, Damm und äußere Genitalien.

19 Hinterhorn und Vorderhorn Muskelspindeln Schmerzzellen Berührungssensoren Vibrationssensoren Temperatursensoren dorsal root a-motoneurone im Vorderhorn Muskeln Afferenzen ventral root Efferenzen

20 Reflex Direkte sensorisch-motorische Verschaltung einfachster neuronaler Schaltkreis (Reflexbogen) = sensorischer Input führt direkt zu motorischem Output z.b. Kniesehnenreflex: Rückenmark Sensor misst Streckreiz sensorisches Neuron Synapse zu Motor-Neuron des Quadrizeps Quadrizeps Muskel gestreckt weisse Substanz graue Substanz Synapse zu Interneuron Beuger Synapse zu Motor-Neuron des Beugers: Inhibition sensorisches Neuron Motor-Neuron Interneuron

21 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

22 Rückenmark Medulla spinalis, verläuft in der Wirbelsäule, fingerdick, 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)

23 Schutzeinrichtungen Meningen - Hirnhäute Dura mater Arachnoidea Pia mater Liquor cerebrospinalis

24 Cerebrospinalfüssigkeit Fluss des Liquors Liquor, gebildet vom Plexus choroidei der Ventrikel

25 Cerebrospinalfüssigkeit Embryonalentwicklung: ZNS liegt in zentralem Neuralrohr Hohlraum, mit Cerebrospinalfüssigkeit gefüllt durch Blut-Hirnschranke abgeschirmt graue Substanz weisse Substanz Zentralkanal des Rückenmarks Ventrikel

26 Blut-Hirn-Schranke Schutzeinrichtungen: Chemische Barriere Kapillarendothel & Astroglia

27 WH: Neuron: funktionelle Einheit des Nervensystems meiste Organellen im Zellkörper (Soma) Dendriten = Fortsätze die Signale empfangen Axon = leitet Signal weiter Zelltypen: Neuronen Dendriten Soma Axonhügel Nucleus Axon Signal Richtung Synapse Presynaptische Zelle Myelinscheide (Gliazelle) Postsynaptische Zelle typisches Motoneuron Synaptische Endigung

28 Neuronen Verbindung zu Rezeptoren strukturelle Vielfalt Dendriten Axon Zellkörper (a) sensorisches Neuron (b) Interneuron (c) Motoneuron

29 WH: Gliazellen Stütz-, Schutz-, Hilfszellen 10-50x mehr als Neurone auch synaptische Interaktion Glia-Neuron Wichtige Vertreter: Astrozyten: grosse Gliazellen (Makroglia) metabolische- und Stützfunktion Tight Junction Regulation in Endothelzellen der Blutkapillaren = Blut-Hirnschranke Oligodendrozyten (im ZNS), Schwannzellen (im PNS): isolierende Myelinschicht für Axone saltatorische Nervenleitung

30 50 µm Astrozyten im ZNS strukturelle Stützung der Neurone regulieren extrazelluläres Medium: Ionen Neurotransmitter

31 Myelinschicht Oligodendrozyten (im ZNS) Schwannzellen (im PNS) bilden isolierende Myelinschicht für Axone 0.1 µm Axon Myelin- Scheide Schwann Zelle Ranvier Schnürringe Schwann Zelle Zellkern Myelinschichten Axon

32 Myelinscheide REM Bild einer Myelinscheide

33 Saltatorische Erregungsleitung Aktionspotenziale im myelinisierten Axon springen von einem Ranvier- Schnürring zum nächsten Schwann -Zelle depolarisierte Region (Ranvier-Schnürring) Myelinscheide Zellkörper Axon Geschwindigkeit: 15 μm dickes myelinisiertes Axon: 150 m/sec nicht myelinisiertes Axon: 3 m/sec 1mm dickes Riesenaxon (Tintenfisch): 100 m/sec

34 Synapsen (chemische) Erregende (exzitatorische) und Hemmende (inhibitorische)

35 Neurotransmitter: Rezeptoren Neurotransmitter: Ionenkanalproteine: unterschiedliche Effekte in untersch. Zellen hängt ab von Art des postsynapt. Rezeptors: ändern Membranleitfähigkeit wenige Millisekunden indirekte synaptische Transmission: Bindung triggert komplexe Signalwege Eigenschaften der postsyn. Zelle verändert langsam + lang anhaltend (bis mehrere min) z.b. Stimmung, Aufmerksamkeit

36 Wichtige Neurotransmitter

37 Acetylcholin einer der häufigsten Neutrotransmitter Vertebraten, Invertebraten Wirkung: Inhibitorisch, excitatorisch Neuromuskuläre Endplatte: Depolarisation der Muskelzelle Herzmuskel: wirkt via G-Proteine: hemmen Adenylat-cyclase (camp = second messenger) öffnen K + -Kanäle beides vermindert Stärke v. Herzschlag und Herzfrequenz

38 Biogene Amine Neurotransmitter aus Aminosäurestoffwechsel Catecholamine: aus Tyrosin Adrenalin (auch Hormonwirkung) Noradrenalin (auch Hormonwirkung) Dopamin aus Tryptophan: Serotonin Wirkungsweise: oft indirekte synaptische Transmission Wirkungsort: ZNS, PNS Dopamin, Serotonin: beeinflussen Schlaf, Stimmung, Aufmerksamkeit, Lernen Parkinson sche Krankheit: Dopaminmangel in best. Hirnregionen

39 weitere chemische Neurotransmitter Aminosäuren: GABA (Gamma-Aminobuttersäure) häufigster hemmender Neurotransmitter (Gehirn) erhöht Cl - Leitfähigkeit Glycin - hemmender Neurotransmitter (RM) Glutamat Aspartat Hemmung glycinerger Synapsen: Starrkrampf (Tetanustoxin, Strychnin) Neuropeptide: Wirkungsweise: oft indirekte synaptische Transmission Substanz P Neurotransmitter der Sinneszellen Schmerzempfinden Endorphine gleicher Rezeptor wie Heroin, Morphium reduzieren Schmerzempfinden Euphorie vermindern Sekretion von Antidiuretischem Hormon

40 GABA A - Rezeptoren und Benzodiazepine Cl - GABA GABA A -Rezeptor Benzodiazepine: - Valium - Librium - Xanax - Adumbran - Halcion

41 Gasförmige Transmitter NO: Stickstoffmonoxid erst bei Bedarf synthetisiert wirkt auf Membranrezeptorproteine second Messenger sexuelle Erregung: Neurone setzten NO in Schwellkörper frei NO entspannt Gefässwandmuskeln Blut-Einstrom Sidenafil (Viagra): hemmt Enzym (Phospho-diesterase) das normalerweise NO- Wirkung auf Gefässwandmuskeln bremst CO: Kohlenmonoxid

42 Das Gehirn Windungen (Gyrus) und Furchen (Sulcus)

43 Embryonalentwicklung des Gehirns Erwachsen Telencephalon Diencephalon Mesencephalon Grosshirn (Grosshirnrinde, weisse Substanz, Basalkerne) Zwischenhirn (Thalamus, Hypothalamus, Zirbeldrüse) Mittelhirndach Metencephalon Brücke (Pons), Kleinhirn Myelencephalon Medulla oblongata (Teil des Hirnstamms) Grosshirn-Hemisphere Zwischenhirn Hypothalamus Thalamus Zirbeldrüse Hypophyse Rückenmark Zentralkanal Brainstem: Mittelhirn Brücke (Pons) Medulla oblongata Kleinhirn (Cerebellum)

44 Blutversorgung des Gehirns Ein kommunizierendes Netz von Arterien gewährleistet die kontinuierliche Versorgung

45 Gehirn Grosshirn (Telencephalon) - Grosshirnrinde, - weisse Substanz, - Basalkerne Zwischenhirn (Diencephalon) - Thalamus, - Hypothalamus, - Hypophyse - Epiphyse (Zirbeldrüse) Telencephalon Diencephalon Hirnstamm (Truncus encephali) - Mittelhirn (Mesencephalon), - Brücke (Pons), - Verlängertes Mark (Medulla oblongata) Kleinhirn (Cerebellum)

46 Hirnstamm 1. Mittelhirn - Mesencephalon 2. Brücke - Pons 3. Verlängertes Mark Medulla oblongata Mittelhirn Homöostase Bewegungskoordination Weiterleitung von Information In Medulla und Brücke sind Zentren die nach Stimulierung Schlaf auslösen Brücke (Pons) Medulla

47 Hirnstamm alle motorischen Befehle laufen durch Hirnstamm Medulla oblongata Grosshirn Hypophyse Zwischenhirn Hypothalamus Thalamus Zirbeldrüse Stammhirn Mittelhirn Brücke Medulla oblongata Kleinhirn vegetative Steuerung von inneren Organen (Atmung, Herz etc.) Axone ins Cortex und Kleinhirn Aufmerksam, Wach, Appetit Kreuzung motorischer Axone für Bewegung Pons beteiligt an vielen Funktionen der Medulla Mittelhirn Zentren für Transmission/Integration sensorischer Signale

48 Zwischenhirn Thalamus (Relais-Station zwischen Sinnesorganen und Großhirn) Grosshirn Hypophyse Zwischenhirn Hypothalamus Thalamus Zirbeldrüse Stammhirn Mittelhirn Brücke Medulla oblongata Kleinhirn Hypothalamus (Steuerkoordinator vegetativer Vorgänge) Hormondrüsen: Hypophyse Epiphyse Limbisches System

49 Zwischenhirn Epithalamus: Kapillargeflecht; bildet Cerebrospinal- Flüssigkeit Ausstülpung = Zirbeldrüse - Epiphyse Grosshirn Hypophyse Zwischenhirn Hypothalamus Thalamus Zirbeldrüse Stammhirn Mittelhirn Brücke Medulla oblongata Kleinhirn Thalamus: Eingangszentrum für sensorische Information auf Weg zum Grosshirn Ausgangszentrum für motorische Information vom Grosshirn Hypothalamus: Homöostase Hormone, releasing-hormone Temperaturregler Hunger Durst Fortpflanzungsverhalten Kampf/Fluchtverhalten Limbisches System

50 Mittelhirndach, Retikuläre Formation Retikuläre Formation: 90 Nuklei, Teil des Hirnstamms kontrolliert Aufmerksamkeit Schlaf (via Serotonin) sensorischer Filter: nur best. Info zu Grosshirnrinde Auge Retikuläre Formation Hörnerv sensorischer Input

51 Zircadianer Rhythmus superchiasmatische Nuclei des Hypothalamus Grosshirn Hypophyse Zwischenhirn Hypothalamus Thalamus Zirbeldrüse Stammhirn Mittelhirn Brücke Medulla oblongata Kleinhirn z.b. Schaf/Wachzyklen interne Komponente der zirkadianen Rhythmik = biologische Uhr stellen best. Protein her, wenn Tag/Nacht Zyklus geändert externe Reize (Licht) Feineinstellung fehlt Lichtinformation: Mensch: 25h Zyklus

52 Days of experiment Zircadianer Rhythmus Versuch: mit/ohne Lichtreiz (a) 12 hr light-12 hr dark cycle Light Dark Light 1 (b) Constant darkness Dark Time of day (hr) Time of day (hr)

53 Epiphyse Bildung und Ausschüttung von Melatonin modifizierte Photorezeptoren bei niederen Wirbeltieren lichtempfindlich beim Menschen Information über Lichtpegel via Hypothalamus (lichtsensitive Ganglienzellen in Retina) Dunkelheit Melatonin zirkardiane Rhythmik depressiogen (Winterdepression, u. a.) Lichttherapie

54 Großhirn am höchsten entwickelte Struktur des Säugergehirns Embryogenese: aus Telencephalon (Endhirn) - olfaktorische, visuelle und auditorische Zentren Grosshirn Hypophyse Zwischenhirn Hypothalamus Thalamus Zirbeldrüse Stammhirn Mittelhirn Brücke Medulla oblongata Kleinhirn

55 Großhirnrinde größter, komplexester Teil des Gehirns - Analyse sensorischer Information - Aussendung motorischer Befehle - Sprache jede Hemisphäre hat (außen) 4 Lappen Frontallappen Parietallappen frontales Assoziationsareal Temporallappen Sprache Riechen Hören Sprache Schmecken auditorisches Assoziationsareal Somatosensor. Assoziationsareal Lesen visuelles Assoziationsareal Sehzentrum Okzipitallappen

56 Großhirn 2 Hemisphären Grosshirnrinde = graue Substanz gefaltete Oberfläche: = Neokortex 6 Lagen von Neuronen Korrelation mit kognitiven Fähigkeiten weisse Substanz = darunter Basalkerne: = Zentren für Planung, Bewegungs-Lernen Corpus callosum (Balken): verbindet beide Hemisphären linke Grosshirn- Hemisphäre Corpus callosum Neocortex linke Grosshirn- Hemisphäre Basal Kerne

57 größter, komplexester Teil des Gehirns Analyse sensorischer Information Aussendung motorischer Befehle Sprache Großhirnrinde jede Hemisphäre hat (außen) 4 Lappen Frontallappen Parietallappen frontales Assoziationsareal Temporallappen Sprache Riechen Hören Sprache Schmecken auditorisches Assoziationsareal Somatosensor. Assoziationsareal Lesen visuelles Assoziationsareal Sehzentrum Okzipitallappen

58 Grosshirnrinde jeder Grosshirnlappen hat primäre sensorische- und Assoziationsareale Informationsverarbeitung: 1. sensorischer Input primäre sensorische Areale 2. Informationsintegration benachbarte Assoziations-Areale 3. Weiterleitung an höhere Assoziations-Areale in Frontallappen 4. Antwort (z.b. Befehl an Skelettmuskulatur)

59 Lateralisierung der Gehirnfunktionen Gehirnentwicklung des Kindes Aufteilung best. Funktionen auf eine Hemisphäre linke Hemisphäre: Sprache, Mathematik, Logik, Prozessierung serieller Vorgänge rechte Hemisphäre: Mustererkennung, nonverbale Kommunikation, emotionale Intelligenz

60 Areale der Grosshirnrinde Zuordnung bestimmter Körperzonen Sulcus centralis Frontallappen Parietallappen Toes Genitalia Lips Jaw Tongue primärer motorischer Cortex Tongue Pharynx Abdominal organs primärer somatosensorischer Cortex

61 Kleinhirn (Cerebellum) Grosshirn Zwischenhirn Hypothalamus Thalamus Zirbeldrüse ständige Koordination und Fehlerkorrektur: Hypophyse koordinierte Motorik/Körperhaltung Wahrnehmung (Perzeption) Verständnis (Kognition) Lernen von Bewegungsabläufen Stammhirn Mittelhirn Brücke Medulla oblongata Kleinhirn sensorischer Input: Gelenkstellung Muskelstreckung Sehnerv Hörnerv (Gleichgewichtsorgan)

62 Kleinhirn Feinsteuerung von Bewegung trainierte, automatisierte Bewegungsabläufe Efferenzkopie

63 Motorische Systeme im ZNS Pyramidenbahn willentliche Bewegung Ausdrucks- Affekt-bewegungen - Muskeltonus EPMS Extrapyramidales System Extrapyramidal-motorische System geht von subkortikalen Zentren aus

64 Der motorische Cortex steuert die Muskeln Motorischer Cortex vorne vorne hinten Pyramidenbahn hinten

65 Der motorische Cortex steuert die Muskeln vorne hinten Pyramidenbahn

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67 Bewegungssteuerung 1 Assozationsfelder; Entschluss zur Bewegung 2 Motorische Felder; Befehl an die Muskeln 3 Rohbefehl an die Muskulatur 4 Zwischenhirn 5 Positive Zwischenmeldung vom Zwischenhirn zum Großhirn 6 Mittelhirn Meldung an das Kleinhirn 7 Kleinhirn; gespeicherte Bewegungsprogramme (Bewegungsentwürfe) 8 Abgabe der Kleinhirnprogramme (über hemmende Bahnen) 9 Hemmung des Rückkopplungskreises durch Kleinhirnbefehle 10 Rückenmark; Befehl an die Muskeln

68 Bewegungssteuerung Der Entschluss zur Bewegung entsteht in den Assoziationsfeldern des Großhirns (1). Er enthält die Information, welche Körperteile die Bewegung ausführen sollen. Dieser Entschluss wird zu den sog. motorischen Feldern (Motorcortex) geleitet (2), die für alle Muskelpartien spezielle Nervenzellen besitzen. Diese Nervenzellen erteilen nun den für die Bewegung benötigten Bein-, Fuß-, Arm-, Handmuskeln usw. den Befehl, Kraft zu bilden (3). Allein aufgrund dieser Befehle würde jedoch die Bewegung nur sehr grob und unzureichend koordiniert ablaufen, wobei die Ungenauigkeit durch antreibende Impulse aus dem Zwischenhirn - ein Teil des Antriebs- und Empfindungshirns (Thalamus) - noch verstärkt wird (5). Gleichzeitig läuft der Rohbefehl auch über Querverbindungen in das Kleinhirn (6). Dort sind für alle geübten Bewegungen Programme gespeichert, die Informationen zur Feinkoordinierung der Muskelarbeit enthalten (7). Auf der Grundlage dieser Bewegungs(fertigkeits)programme dämpft das Kleinhirn mit hemmenden Impulsen, so dass die Nervenzellen der motorischenfelder nur Befehle abgeben, die genau der vorgesehenen Bewegung entsprechen (9). Ein so durch das Kleinhirn modellierter Befehl läuft über das Rückenmark zu den Muskeln der beteiligten Glieder (10) und bewirkt schließlich, dass die Muskeln wohlabgestimmt - eben koordiniert - Kraft bilden.

69 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

70 Hirnnerven: Die Eingänge Sensorische Verarbeitung

71 Hirnnerven: Die Eingänge I II V

72 Hirnnerven: Die Eingänge I II V VIII

73 Hirnnerven: Die Eingänge I II V VIII IX

74 Die Sehbahn: ein kurzer Weg zum Bewußtsein Thalamus Sehnerv primäre Sehrinde

75 Der Thalamus: Das Tor zum Bewußtsein Zentralfurche vorne Thalamus vorne hinten hinten

76 Der Thalamus: Das Tor zum Bewußtsein Somatosensorischer Cortex vorne vorne hinten hinten

77 Der somatosensorische Cortex Somatosensorischer Cortex vorne hinten

78 Der Thalamus: Das Tor zum Bewußtsein Zentralfurche vorne vorne hinten hinten

79 vorne vorne hinten hinten

80 Riechen: Wege der sensorischen Signale Orbifrontaler Cortex Riechkolben Thalamus

81 Riechen Orbifrontaler Cortex Riechkolben Thalamus Limbisches System Hippocampus Amygdala Hypothalamus

82 primär, sekundär, tertiär Sensorischer Kortex primäre Areale: direkter Input vom Sinnesorgan sekundäre Areale: Input von primären Arealen Steigerung der Komplexität tertiäre Areal: Assoziationsfelder erneute Steigerung der Komplexität - Intermodal Motorischer Kortex primäre Areale: direkter Output an Effektoren sekundäre Areale: Output an primäre Areale

83 Limbisches System Limbisches System = Teile v. Thalamus, Hypothalamus und Grosshirnrinde (incl. Amygdala, Hippocampus, Teil v. Frontallappen) ringförmig um Hirnstamm angeordnet Interaktion mit sensor. Arealen des Neocortex u.a. höheren Arealen direkter Input von Bulbus olfactorius steuert Emotionen Thalamus Hypothalamus tasten präfrontaler Cortex riechen Bulbus olfactorius schmecken Amygdala hören sehen Hippocampus

84 Limbisches System steuert Verhaltensweisen: Brutpflege Essverhalten Aggression Sexualität gutes Benehmen Amygdala (Mandelkern): Erkennung von Emotion in Mimik + Aufbau von Gedächtnis darüber Grundlage für kindliches emotionales Gedächtnis = Erinnerung mit Emotion verknüpft Filter für Sinneseindrücke Schlaf Wachsein Aufmerksamkeit Erwachsene: Assoziation von Situationen mit primären Emotionen v.a. im Frontallappen (Schädigung Motivation, Benehmen, Gefühle beeinträchtigt)

85 Zugang zum limbischen System gibt Zugang zur Neurohormonen

86 Limbisches System Schnittstelle: somatisches, vegetatives & hormonelles System ( Hypophyse)

87 Sprachareale im cerebralen Cortex PET-scanning = Areale mit hoher metabolischer Aktivität Max Hearing words Seeing words Speaking words Generating words Min frontales Assoziationsareal Sprache riechen Sprache Schmecken Hören auditorisches Assoziationsareal Somatosensor. Assoziationsareal Lesen visuelles Assoziationsareal Sehzentrum

88 Lernen und Gedächtnis Kurzzeitgedächtnis in Frontallappen Vergleich mit unmittelbarer Vergangenheit Langzeitgedächtnis in Grosshirnrinde Übertragung benötigt Hippocampus, Amygdala Speicherung ins Langzeitgedächtnis abh. von: Übung positive/negative emotionale Erregung Assoziation mit bekannter Information Geschwindigkeit variabel: Zahlen/Namen: z.t. nur 1 Erfahrung Bewegungsabläufe: viele Wiederholungen

89 Zelluläre Basis der Gedächtnisbildung veränderte Synapseneigenschften Langzeitdepression nach wiederholter schwacher Reizung postsynaptische Zelle wird unempfindlicher für Aktionspotenzial Langzeitpotenzierung nach Serie hochfrequenter Aktionspotenziale via Glutamat- und Ca 2+ -Signale postsynaptische Zelle wird empfindlicher für Aktionspotenziale Stunden-Wochen

90 Bewusstsein Aktivität der Grosshirnrinde v.a. der kleine Teil der Grosshirnrinden-Aktivität, der auch neue Situationen/Lernprozessen verarbeitet, bestimmt Bewusstsein. > 90% der Reaktionen und Verhaltensweisen sind unterbewusst!

91 Was passiert wo im Gehirn? Frontallappen Parietallappen Okzipitallappen Temporallappen Ruhe Sehen Hören Denken

92 Bildgebende Verfahren der Gehirnfunktion fnmr +NMR PET +NMR MEG +NMR fnmr +NMR Funktionelle Kernspintomographie (fnmr) - Positronen-Emissions-Tomographie (PET) - Magnetoenzephalographie (MEG) Nuclear Magneto Resonance (NMR) = MRT

93 Magnetresonanztomogramm (MRT) Kernspin

94 Kernspin - MRT

95 PET Positronen Emissions-Tomografie PET ist ein bildgebendes Verfahren der Nuklearmedizin, das Schnittbilder von lebenden Organismen erzeugt, indem es die Verteilung einer schwach radioaktiv markierten Substanz im Organismus sichtbar macht und damit biochemische und physiologische Funktionen abbildet (funktionelle Bildgebung). Die Radiopharmaka sind Substanzen, die mit einem Radionuklid markiert sind bei dessen Zerfall Positronen entstehen. Der Organismus kann sie nicht von ihren nichtradioaktiven Pendants unterscheiden, daher gehen sie in den gewöhnlichen Stoffwechsel ein. Aufgrund seines radioaktiven Zerfalls kann das Radionuklid im Körper aufgespürt werden.

96 Elektro-Enzephalo-Gramm (EEG) Die EEG- Elektrode misst die Summe der Aktivierung kortikaler Neurone

97 Zusammenfassung ZNS ZNS = Gehirn & Rückenmark Graue Substanz: Zellkörper & Synapsen Weiße Substanz: Nervenfasern Gehirn: Großhirn Zwischenhirn Hirnstamm Kleinhirn Rückenmark: Schaltstelle (Reflexe) Leitungsbahnen

98 Zusammenfassung ZNS Spinalnerven führen sensorische Fasern zum Rückenmark und motorische Fasern vom Rückenmark zu den Muskeln. Im Hinterhorn des Rückenmarks werden die sensorischen Nerven verschaltet, im Vorderhorn die motorischen.

99 Zusammenfassung ZNS Spinalnerven führen sensorische Fasern zum Rückenmark und motorische Fasern vom Rückenmark zu den Muskeln. vorne Im Hinterhorn des Rückenmarks werden die sensorischen Nerven verschaltet, im Vorderhorn die motorischen. Alle sensorischen Eingänge laufen durch den Thalamus, das Tor zum Bewußtsein. Im somatosensorischen Cortex werden die sensorischen Informationen der Körperoberfläche abgebildet. hinten Vom motorischen Cortex aus werden die Muskeln gesteuert.

100 Zusammenfassung ZNS Spinalnerven führen sensorische Fasern zum Rückenmark und motorische Fasern vom Rückenmark zu den Muskeln. Im Hinterhorn des Rückenmarks werden die sensorischen Nerven verschaltet, im Vorderhorn die motorischen. Alle sensorischen Eingänge laufen durch den Thalamus, das Tor zum Bewußtsein. Im somatosensorischen Cortex werden die sensorischen Informationen der Körperoberfläche abgebildet. Vom motorischen Cortex aus werden die Muskeln gesteuert. Die Sehbahn sorgt für eine retinotope Abbildung der Umwelt auf dem primären visuellen Cortex.

101 Zusammenfassung ZNS Spinalnerven führen sensorische Fasern zum Rückenmark und motorische Fasern vom Rückenmark zu den Muskeln. Im Hinterhorn des Rückenmarks werden die sensorischen Nerven verschaltet, im Vorderhorn die motorischen. Alle sensorischen Eingänge laufen durch den Thalamus, das Tor zum Bewußtsein. Im somatosensorischen Cortex werden die sensorischen Informationen der Körperoberfläche abgebildet. Vom motorischen Cortex aus werden die Muskeln gesteuert. Die Sehbahn sorgt für eine retinotope Abbildung der Umwelt auf dem primären visuellen Cortex. In der Riechbahn werden objektive und subjektive Elemente vermischt.

102 ZNS Erkrankungen ZNS-Schäden meist nicht selbst-heilend Rückenmarksverletzung Parkinson sche Krankheit Alzheimer sche Krankheit Forschung: Nervenzellentwicklung neuronale Stammzellen

103 Schädigung des Assoziationskortex verursacht kognitive Probleme Frontallappen Starrsinn Soziopathie Parietallappen Okzipitallappen Temporallappen

104 Schädigung des Assoziationskortex verursacht kognitive Probleme Phineas Gage

105 Alzheimer sche Krankheit Symptome: Konfusion, Gedächtnisverlust, Persönlichkeitsveränderung etc. Senile plaque Neurofibrillary tangle 20 m

106 Parkinson sche Krankheit Symptome: motorische Störungen Phänomen: Untergang Dopamin-sekretierender Zellen der Substantia nigra Therapie: Dopamin Stammzellen??

107 Multiple Sklerose Chronisch-entzündliche Erkrankung des ZNS, bei welcher die Markscheiden (Myelin) der Nervenfasern zerstört werden. Symptome: Schwächegefühl in Armen oder Beinen Missempfindungen wie z. B. Prickeln oder Kribbeln Sehstörungen Koordinationsstörungen

108 Neurale Stammzellen Auch im erwachsenen Hirn entstehen neue Nervenzellen v.a. im Hippocampus (Lernen, Gedächtnis?) Herkunft: aus speziellen Stammzellen neue Therapieansätze?

109 Literatur Oliver Sacks: Der Mann, der seine Frau mit einem Hut verwechselte Oliver Sacks: Eine Anthropologin auf dem Mars. Sieben paradoxe Geschichten. In seinem Buch "Der Mann, der seine Frau mit einem Hut verwechselte" stellt uns der Neurologe Oliver Sacks 24 Menschen vor, die vorübergehend oder für immer aus der "Normalität" herausfielen. Es handelt sich um kuriose, skurrile und teilweise tragikomische Symptome von neurologischen Erkrankungen. In Einleitungen und Nachschriften zu den Fallstudien gibt er dazu auch Laien verständliche Erläuterungen. Autismus und Begabung