Das Zentralnervensystem

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Günter Albert
vor 7 Jahren
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1 Das Zentralnervensystem Hören Sehen Riechen Gehirn/ZNS motivationales System Angstzentrum Gedächtnissystem motorische Systeme Muskel (100 Mrd. Nervenzellen beim Meschen) Verhalten: Räumlich / zeitliche Kontraktion von Muskelgruppen in einer bestimmten Stärke ZNS: angeborenes Wissen / Prädisposition Sensorik: setzt physikalischen Umweltreiz voraus (z.b. Schwingungen, Duftmoleküle ) -> notwenige Übersetzung in die Sprache des Zentralnervensystems 1

2 Das Riechen Oberflächenvergrößerung (erhöht die Trefferquote, Duftstoffmoleküle wahrzunehmen) Duftstoffmoleküle Strukturänderung Öffnung elektrischer Input Gehirn/ZNS Erläuterung: In der Membran der Sinneszelle befinden sich Eiweißmoleküle, die eine Verbindung mit den Duftstoffmolekülen eingehen (Schlüssel-Schloß-Prinzip). Dies bewirkt eine Strukturänderung der Eiweißmoleküle, die wiederum eine chemische Reaktion auslöst, durch die wiederum Öffnungen in der Membran entstehen. Durch diese Öffnungen kann dann elektrische Ladung einströmen, es entsteht ein Spannungsimpuls, der zum Gehirn läuft. Sprache des ZNS»Unterhaltung mit elektrischen Impulsen«/ Spannungsimpulse physikalischer Reiz -> Nervenzellen -> Generierung von Spannungsimpulsen: Dieser (o. g.) molekulare Mechanismus funktioniert bei sämtlichen Lebewesen so! 2

3 Das Riechen Die maximale Empfindlichkeit ist erreicht, wenn ein 1 Molekül auf die Sinneszelle trifft; dies ist so bei allen betr. Lebewesen und kann an dieser Stelle nicht optimiert werden.»gute Hundenase«Die einzig mögliche Optimierung kann also nur in der erhöhten Anzahl von Sinneszellen liegen, nicht aber durch eine Andersartigkeit der Sinneszellen als solche. Das ist beim Hund der Fall; die Riechleistung liegt ca. 15 Mal so hoch wie beim Menschen. Problem der Geruchsdifferenzierung Sinneszellen A B A 1 2 Duftstoffe 1 und 2 docken an unterschiedlichen Eiweißen an Auswertung des Gehirns: Vergleicht die Erregungsmuster der Zellen A, B -> duftstoffspezifisch (0,1 % des Genoms wird auf die Riechzellen verwendet) z.b. je mehr Zellen auf den Duftstoff 1 schalten, umso empfindlicher 3

4 Das Riechen Das System reagiert auf die Umwelt: - Riechzellen werden erzeugt in Anpassung an die Anzahl der Duftreize - diese Systeme werden bis zur Geschlechtsreife ausgebildet - das Genom gibt dabei die Regeln vor; -> Auseinandersetzung mit der Umwelt Genetisch bedingt:»wenn keine Lernmöglichkeit vorhanden ist und der erste Versuch letal enden würde«spezialisierung: - Die Anzahl der Nervenzellen bildet sich in Richtung Anforderung. (Geruchs-) Nervenzellen haben eine Lebensdauer von 30 Tagen. Allgemeine Bemerkungen des Referenten: - Lernvorgänge im Uterus: z.b. Hasen fressen nur die Pflanzen, die ihre Mutter frißt. Der Bereich, in dem Verbesserungen möglich sind, ist genetisch festgelegt. - Altern ist kein Verschleißprozeß, sondern die Grunderneuerung wird langsam gestoppt. - Der Geschmacksinn funktioniert genau wie das Riechen. 4

5 Das Hören Luftmoleküle Schallquelle: Jeder Gegenstand, der sich bewegt Schall Verdrängen von Luftmolekülen Luftdruckschwankung Membran dehnt sich aus und wieder zurück bestimmt Membranpotential»Riechen im Hirn«Auslenken der Zilien: Produktion einer elektr. Antwort Zellen setzen Duftstoffe frei, die nächsten Zellen riechen das und generieren elektr. Antwort. Hörzelle ZNS/Gehirn 5

6 Das Hören Hörzellen: (Erläuterung der Grafik vorige Seite) Man kann sie auch mechano-elektische Umwandler nennen. Beim Auftreffen von Schallfrequenzen beginnt die Basiliarmebran zu schwingen, was die Auslenkung der Zilienbündel der Hörzelle bewirkt. Dadurch entsteht ein elektrisches Signal, was an das ZNS weitergegeben wird. Unterschiedliche Frequenzen werden auch an unterschiedlichen Stellen der Membran abgebildet. Hörzellen werden nicht neu gebildet. Alle haben das physikalische Limit des Selektionsprozesses erreicht. Wie kann man das System also empfindlicher machen bzw. optimieren? a) Anzahl der Sinneszellen erhöhen b) Schwingungseigenschaft verändern c) Hunde hören auch im Hochfrequenzbereich (Hund kann bis zu H hören) Membran schwingt und lenkt dadurch die Zilienbündel aus Membran Hund Die Ohrmuschel verändert das Klangbild des Schalls. Jeder Winkel, aus dem der Schall kommt, wird vom Gehirn zeitlich ausgewertet und dann die Richtun der Schallquelle bestimmt. Hunde mit Schlappohren sollen etwas schlechter hören als andere. Schall von oben und unten ist für den Hund irrelevant, da Hunde nicht auf Bäumen leben. ( ) 6

7 Das Sehen Lichtverteilung auf der Netzhaut -> Rekonstruktion des»gesehenen«in ein 3D-Objekt Licht Def.: elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge (Infrarot, sichtbarer Bereich nm, Ultraviolett) Licht Sehfarbstoff Zelltüre»Seh«-Sinneszelle Gehirn/ZNS Funktionsweise: Licht trifft auf die Sehzelle, was eine Veränderung des darin einthaltenen Sehfarbstoffes bewirkt; dieser Vorgang wiederum wirkt auf die anderen Moleküle: Enzyme aktivieren Türöffner der Zelle, elektrische Ladung kommt hinein: die zelle leitet ihre Information weiter an das ZNS/Hirn. Empfindlichkeit des Systems: 1 Photon 7

8 Das Sehen («Seh«-) Sinneszellen fehlt dem Hund Mensch: 4 Hund: Nacht/ s/w sehen Blau Grün Rot Die verschiedenen Typen Sinneszellen haben unterschiedliche Sehstoffmoleküle. Hund Besonderheiten des caniden Systems: 1.) Er besitzt eine Leuchtschicht auf der Retina zur Steigerung des Systems. 2.) Hunde können nur Blau und Grün (Korrekter: Wellenlängen von 400 nm bis ca. 600/650) und schwarz-weiß sehen (Frage: Ist grün für den Hund, was für uns grün ist?) 3.) Der Hund kann nicht gut fokussieren, dafür gut Bewegung sehen. 4.) Hunde können 3D sehen Funktionsweise des Systems beim Hund Antwort Reaktion der Zelle Spektum 8

9 Das Sehen Sinn des Farbensehens Die Fähigkeit, Farben sehen zu können, hilft, Objekte vom Hintergrund optisch unterscheiden zu können. Ein Objekt ist nicht vom Hintergrund zu unterscheiden, wenn die Lichtmenge des Objektes gleich der des Hintergrundes ist; hat ein Objekt jedoch eine bestimmte Wellenlänge, kann eine Unterscheidung stattfinden. Allgemeine Feststellungen: Sinnessysteme interpretieren, analysieren, bilden ab. das Hirn macht die Annahme (!), daß Punkte, die sich gleichzeitig mit derselben Geschwindigkeit in diesselbe Richtung bewegen, zusammengehören (!!!!) ( viele Rudeltiere, u.a. Schafe, können Gesichter unterscheiden) 9

10 Das Riechen Vomero Nasal Organ Spezieller Bereich der Nase zur Pheromonwahrnehmung, 2. olfaktorisches System zur innerartlichen Kommunikation beim Hund stark ausgeprägt (Pheromone - Lockstoffe der Liebe Pheromone sind Sexual-Lockstoffe, die alle Insekten und Tiere, auch der Mensch, absondern, um das andere Geschlecht anzuziehen. Ein Großteil des sexuellen Verhaltens von Insekten und Tieren wird durch Pheromone gesteuert, die von einem eigenen Sinnesorgan, dem Vomeronasalen Organ in der Nase wahrgenommen werden. Sie sind unsichtbar, geruchslos und wirken deshalb unterbewußt. Das Wort Pheromon kommt aus dem Griechischen und bedeutet "Träger von Erregung". (ein außerordentlich interessanter Link) 10

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