Prof. Dr. Silvio O. Rizzoli, Dr. Nora Wender. 1. Stunde: Stützmotorik vs. Lokomotion

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1 Prof. Dr. Silvio O. Rizzoli, Dr. Nora Wender 1. Stunde: Stützmotorik vs. Lokomotion Stützmotorik: Regelkreise (nicht nur Hirnstamm oder Mark) ermöglichen die aufrechte Körperhaltung: Normalerweise keine willkurlichen Bewegungen benötigt. Motorische Hirnstammzentren: lateral gelegenes motorische Kerngebiet der Formatio reticularis in der Medulla oblongata; medial gelegene motorische Kerngebiret der Formatio Reticularis; Nucleus vestibularis lateralis (Deiters); Nucleus ruber im Mittelhirn. Zwei Klassen von Efferenzen: 1) Tractus rubrospinalis und Tractus reticulospinalis lateralis, die die Alpha- und Gamma-Motorneuronen von Flexoren erregen und dieextensoren hemmen; 2) Tractus vestibulospinalis und Tractus reticulospinalis medialis, die die Alpha- und Gamma-Motorneuronen von Extensoren erregen und dieflexoren hemmen. Haltereflexe = Stehreflexe. Bewahren das Gleichgewicht. Sie nutzen Informationen über die Position, die durch die vestibulären und visuellen Systeme vermittelt werden. Zusätlich, auch Informationen von Rezeptoren der Halsmuskulatur => Position des Köpfes gegenüber der Wirbelsäule. Änderung der Kopfstellung relativ zur Körperstellung => Korrektur der Tonusverteilung der Körpermuskulatur = tonische Halsreflexe. Zerstörung höherer motorischer Zentren => diese Hirnstammreflexe werden chronisch enthemmt. Stellreflexe: Sensorische Information von Labyrinth, Halssensoren und Auge induzieren Stellreflexe Körper richtet sich auf (liegende Stellung zu normaler Körperstellung) Als Labyrinth-Stellreflexe bezeichnet Analog oben => Hals-Stellreflexe Lokomotion: Rhythmusgenerator Viel komplexer, mehr als nur einfache Reflexe. Bewegung erfolgt durch komplexe Abfolgen von Kontraktionen der Beinmuskulatur. Die rhythmische Aktivität wurde 1911 von Graham Brown entdeckt. Spinale Rhythmusgeneratoren: für rhythmisches Gehen, Laufen oder Schwimmen. Zentraler Muskelgenerator (Central pattern generator, CPG) genannt Die einfachsten CPGs enhalten Neurone, die spontan APs auslösen. Andere können Depolarisationen weit über den anfänglichen Aktivitäts- Burst aufrechterhalten (Plateau Potenziale), wobei diese Aktivität stärker kontrolliert ist als bei einem einfachen Burst; wieder andere CPGs enthalten Interneurone z.b. können zwei Neurone, die sich gegenseitig inhibieren, ein oszillierendes System bilden, wenn jedes die Eigenschaft eines postinhibitorischen Rebounds hat (was könnte das sein?). Lösen auf äußere Reize hin eine komplexe Muskelaktivierung aus: z.b.berührung der Fußsohlen bei Neugeborenen => Schreitbewegungen

2 Funktion kann durch absteigende monoaminerge Systeme des Hirnstamms moduliert werden Die Bewegung erfordert eine Aktivierung bestimmter Muskelklassen, während andere inhibiert warden siehe beispielsweise Neunauge (Lamprey) Solche Aktivitäts-Bursts können im zentralen Rhythmusgenerator generiert werden. Dazu ist keine sensorische Signalverarbeitung erforderlich. Propriozeption reguliert den zeitlichen Ablauf und die Amplitude der Schrittfolgen. Mit anderen Worten gesagt: Muskelspindeln und Golgisehnenorgane sind an der Bewegungskoordination beteiligt. Lokomotion kann durch elektrische Reizung im Mittelhirn (lokomotorisches Zentrum) ausgelöst werden Schließlich wird die Bewegung von höheren Zentren kontrolliert, wobei es auch zur Koordination mit den sensorischen Sytemen kommt.

3 2. Stunde: Motorische Areale des zerebralen Kortex Die Mechanismen von Stützmotorik und Lokomotion sind primär im Rückenmark angelegt. Moduliert via absteigender supraspinaler Signale, durch Interneuronen (siehe oben). Hier werden multiple Signale summiert => z.b. multisensorische Konvergenz (siehe Sensorik Vorlesungen). Aufsteigende motorische Bahnen ziehen zum Kleinhirn und zur Retikulärformation. Bei zielmotorischen Bewegungen wird der Kortex eingeschaltet: Eine Idee über potentielle Bewegung (z.b. von den subkortikalen Motivationsarealen). Zuerst wird ein Bewegungsplan in den assoziativen Arealen des Kortex zusammengesetzt (posterior parietaler Kortex und präfrontaler Kortex). Beginnt ~0.8 Sekunden vor der Bewegung. Mittels EEG gemessen = Bereitschaftspotenzial. Danach wird ein Bewegungsprogramm in Teilen von Assoziationsarealen, Basalganglien und Kleinhirn entwickelt. Etwa 0.1 ms vor dem Bewegung = Prämotorpotenzial. Bewegungskommando, vom primären motorischen Kortex, ~50 ms vor Bewegungsbeginn = Motorpotenzial. Bewegung => Ausführung von Hirnstamm/Kleinhirn überwacht. Kortex: Aufbau: Brodmann, 1909, Artikel Vergleichende Lokalisationslehre der Großhirnrinde in ihren Prinzipien dargestellt auf Grund des Zellenbaues. Regional spezifische histologische Merkmale ermöglichen eine Untergliederung in 52 zytoarchitektonische Areale, als Brodmann-Areale bezeichnet. Areale: Primär sensorische Kortexareale (reagieren auf eine Sinnesmodalität). Primär motorische Kortexareale (steuern die Willkürmotorik). Sekundär (unimodeale) sensorische bzw. motorische Kortexareale (reagieren auf unterschiedliche Sinnesmodalitäten und kognitive Reize). Polymodale Assoziationskortizes (mit höheren kognitiven Funktionen befasst). Die kortikalen Areale besitzen eine Reihe von Gemeinsamkeiten: Aufbau aus Schichten (Laminae), parallel zur Oberfläche Neuronale Verbindungen in vertikaler Achse, innerhalb funtioneller Säulen (Kolumnen) Neuronale Verbindungen in horizontaler Achse (verbinden funktionelle Säulen) Eingangs- und Ausgangsstationen (= primären Quellen und Ziele der afferenten und efferenten Verbindungen) Neokortex (auch Isokortex gennant): 6 Schichten (Laminae): Von außen nach innen: Lamina I (Stratum moleculare): Zellarm; hauptsächlich Fasern und vereinzelte Interneurone Lamina II (Stratum granulosum externum): Kleinere bedornte Sternzellen Lamina III (Stratum pyramidale externum): Kleinere Pyramidenzellen Lamina IV (Stratum granulosum internum): Größere primärafferente bedornte Sternzellen, die Projektionen aus anderen Hirnarealen enthalten. Lamina V (Stratum pyramidale internum): Große Pyramidenzellen, die aus der Hirnrinde herausprojizieren Lamina VI (Stratum multiforme): Verschiedene Pyramiden- und bedornte Sternzellen sowie Interneurone.

4 Neurone des Kortex: Erregende Pyramidenzellen + hemmende (inhibitorische) oder erregende Interneuronen. Pyramidenzellen: 80% aller Neurone; lokal durch Axonkollaterale miteinander verbunden; Axone laufen zu anderen kortikalen Regionen- als Assoziationsfasern (ipsilateral) und Kommissurenfasern (zur kontralateralen Hemisphäre)- oder (<10%) zu anderen Bereichen (z.b. motorische Zentren im Hirnstamm). Axone der Pyramidenzellen = einzige Verbindungen, die den Kortex verlassen! Sternzellen: Dendritenreiche Interneurone, eingebaut in lokale Schaltkreise. Motorischer Kortex: Primärer motorischer Kortex (Area 4, M1) in der vorderen Wand des Sulcus centralis. Hier wird das Bewegungsprogramm durchgeführt. Supplementär-motorische Rinde (supplementary motor area, SMA) (Area 6). Bewegungen werden hier initiiert und geplant. PrämotorischeRinde (Premotor area, PMA) (auch Area 6). Bewegungsprogramm wird hier erstellt. Area 8 (frontales Augenfeld) für die äußeren Augenmuskeln. Motorische Assoziationsareale: posteriorer Parietalkortex (Area 5 und 7) und präfrontaler Kortex. Verarbeitung + Integration von Informationen. Schichten: wie oben, für andere kortikale Areale. Schicht IV ist wenig ausgeprägt. Größe Pyramidenzellen in Schicht V, die Betz schen Pyramidenzellen (~100 µm Durchmesser), deren Axonen bilden Tractus corticospinalis => Hauptausgangssystem aus dem motorischen Kortex, kommt hauptsächlich aus Areas 4 und 6. Tractus corticospinalis lateralis, 75-90% der Fasern Tractus corticospinalis medialis (ventralis) Beide innervieren Interneurone in der Pars Intermedia des Rückenmarks Nur ~2% der Axone des Tractus corticospinalis enden an Alpha-Motoneuronen! Dieser direkte corticospinale Weg zur Bewegung ist auf Handbewegungen ausgerichtet => Präzisionsgriff Ein indirekter Weg: Kollaterale zu Neuronen des Nucleus ruber und der Retikulärformation. Für zielmotorische Bewegungen (z.b. Klettern). Der primäre motorische Kortex: Der motorische Homunkulus Maßgebend für den Umfang der Repräsentation ist die Zahl der Neurone, nicht die Größe des Körperteils Organisation in funktionelle Säulen Läsionen führen zu motorischen Lähmungen (Paresen) auf der Gegenseite (warum diese Seite?). Lähmungen der Extremitäten (Hemiplegie, Hemiparese), faziale Parese. Ursache z.b. Hirninfarkt. Zur Untersuchung: transkranielle Magnetstimulation. Die Motoneuronen in M1 sind ms vor einer Bewegung aktiviert => eine Kontraktion wird folgen. Wenn der Bewegungsablauf behindert wird => über sensorische Bahnen wird der Kortex informiert => mit einer Latenz von ms werden M2- und M3-Antworten kommen = long-loop-reflexe. Dienen der Kontrolle won Bewegungen. Prämotorische Rindenfelder: Area 6, M2; SMA, PMA (siehe oben). Erstellen Bewegungsprogramme

5 Läsionen führen zu Defiziten in der Ausführung erlernter Bewegungen (Apraxien) Broca-Areal (Sprachproduktion) und das frontale Augenfeld sind auch in der PMA Projektionen aus dem motorischen Kortex: Tractus corticospinalis Läsion: Babinski-Reflex (Dorsalbewegung der Großzehe und Spreizen der anderen Zehen beim Entlangstreichen an der lateralen Fußsohle, normalerweise gehemmt) Läsion: Störungen der motorischen Geschicklichkeit, Lähmung. Spastik => wahrscheinlich ein Wegfallen thalamokortikaler Verbindungen, nicht Tractus corticospinalis Afferenzen zum Motorkortex: Thalamokortikaler Eingang => Informationen von Kleinhirn, Basalganglien, mediallemniskalen System Kortiko-kortikale Eingänge, über Assoziationsfasern Aufsteigende extrathalamische Fasersysteme

6 3. Stunde: Basalganglien Die Basalganglien = Kerngebiete des Striatum, des Thalamus und des Mittelhirns, bilateral unter Kortex, parallel zum Kortex geschaltet. Massive neokortikale Eingänge, hauptsächlich vom Assoziationskortex. Efferenzen über motorischen Thalamus zu den motorischen Abschnitten des Kortex. Hemmende Funktion Funktion bei Initiierung und Terminierung komplexer Bewegungen => welche Art von Bewegung einer gegebenen Situation oder Aufgabe angemessen ist. Selektion und Prozessierung von motorischen und nicht-motorischen Handlungsmustern Verschiedene Transmittersysteme: Glutamat (erregend) GABA (hemmend) Dopamin (über D1-Rezeptoren erregend, im direkten Weg; über D2-Rezeptoren hemmend, im indirekten Weg, siehe unten). Acetylcholin (hemmend) Anatomie: 4 Kerne Striatum = Eingangsstation zu den Basalganglien. Geformt von Nucleus caudatus, Putamen, Nucleus Accumbens. Striatum = parallel somatotop angeordnetes System (was ist das?). 95% der Neurone = GABA-erg. Andere = Neuropeptide. Globus pallidus. Teil des Thalamus. Substantia nigra, im Mittelhirn lokalisiert. Hoher Gehalt an Melanin. Pars compacta (Dopamin), Pars reticulata (GABA). Nucleus subthalamicus. Eingänge/Ausgänge Die Meisten in das Striatum Aus nahezu dem gesamten Kortex, erregend (Glutamat). Erregende Eingänge vom Thalamus, heterogene Eingänge von der Substantia nigra pars compacta Ausgänge von hemmenden Neuronen des Globus pallidus pars interna (GABA) und der Substantia nigra pars reticulata (GABA), zum Thalamus. Von Thalamus => erregende Projektion in den Kortex (z.b. frontaler Kortex). => Kortiko-thalamo-Kortikale Rückkoppelungsschleife (loop) Zwei parallele synaptische Verschaltungswege: Direkter Weg: vom Striatum zum Globus pallidus pars interna und zur Substantia nigra pars reticulata => von beiden zum motorischen Thalamus. Hier sind zwei hemmende Systeme hintereinander geschaltet So wird die Aktivität in Striatum zu einer Disinhibition im Thalamus führen => Aktivierung in Thalamus und Kortex. Die Disinhibition aktiviert die Neuronen nicht, aber macht sie aktivierbar. Die Neurone im Globus pallidus sind tonisch aktiv, und werden (wenn nicht inhibiert) GABA freisetzen

7 Indirekter Weg: vom Striatum zum Globus pallidus pars externa, dann zum Nucleus subthalamicus. Von hier aktivieren Neurone denglobus pallidus pars interna und die Substantia nigra pars reticulata => Inaktivierung in Thalamus und Kortex. Ein zusätliches System, interner Weg: GABAerge Projektionen aus dem Striatum in Substantia nigra pars compacta + eine hemmende dopaminerge Rückprojektion von Substantia nigra pars compacta zum Striatum. Direkter Weg ist bewegungsfördernd, indirekter Weg funktioniert als Bremse Vier funktionelle Rückkoppelungsschleifen (loops): Skelettmotorische Schleife (Körpermotorik) Okulomotorische Schleife Kognitive (präfrontale) Schleife (Beteiligung an kognitiven Funktionen) Limbische Schleife (Ausdrucksmotorik Mimik, etc.) Pathologie: Dopaminmangel: die Aktivierbarkeit der thalamokortikalen Strukturen wird herabgesetzt. Mangel an Dopamin wird mittels L-Dopa ausgeglichen. Hypokinetische Bewegungsstörungen Parkinson-Erkrankung (Parkinson s Disease, 1817): verlangsamte Bewegungen (Bradykinese), erhöhter Muskeltonus (Rigor), Zittern in Ruhe (Ruhetremor, 3-5/s), veränderte haltungsbezogene Reflexe => Degeneration der dopaminergen Neurone in der Substantia nigra. Ursachen = Stress, Umweltgifte, Pestizide, alpha-synuclein Überproduktion. Auch MPTP, ein Verunreinigungsprodukt bei der Heroinsynthese, das durch Dopamin-Transporter im Zellen kommt, und toxisch ist. Parkinson s Disease => verstärkte Hemmung des motorischen Thalamus. Verschiedene Therapie-Methoden: Stammzelltherapie, Tiefe Hirnstimulation, Hirnschrittmacher Hyperkinetische Bewegungsstörungen: 1872, Huntington, 1:20,000 Personen. Verlust von GABA/Enkephalin Neuronen im Striatum => erhöhte Hemmung des Nucleus subthalamicus => disinhibiert den Thalamus. Keine Therapie (außer, z.b., Schutz vor oxidativem Stress Vitaminen, etc). Ballismus: Schädigung des Nucleus Subthalamicus; Bewegungen ähnlich zu Wurfbewegungen. Hemmende Neuronen des Globus pallidus pars interna sind nicht mehr aktiviert => Thalamus wird disinhibiert. Dystonien => Steigerung des Muskeltonus, abnormale Bewegungen, z.b. Torticollis. Athetosen => unwillkürliche, langsame wurm- oder schraubenförmige Bewegungen von Gliedmassen. Schädigung des Striatums.

8 4: Stunde: Kleinhirn Teil von Metencephalon (Hinterhirn) 10% des Gehirnvolumens, aber 50% der Neurone Steuerung der Motorik: Koordination, Feinabstimmung, unbewusste Planung, motorisches Lernen Anatomie: Eine kortikale Schicht (Kleinhirnrinde), Fasern innen (weiße Substanz) Ansammlungen von Nervenzellen in der weißen Substanz = Kleinhirnkerne => Nucleus fastigii, Nucleus interpositus, Nucleus dentatus Grobe Anatomie: Lobus anterior cerebelli (Vorderlappen), Lobus posterior cerebelli (Hinterlappen), und ein kleiner Lobus flocculonodularis (Flöcken-Knötchen-Lappen) Zentrale Streife = Vermis cerebelli (Wurm) Hemisphären: ein großer lateraler Teil und eine schmale interne Pars intermedia. Funktionelle Anatomie: Vestibulozerebellum (~Lobus flocculonodularis) erhält Eingänge vom Vestibularsystem (Axone von N. VIII und Vestibulariskernen), projiziert zu den Vestibulariskernen. Kontrolliert Augenbewegungen, Gleichgewicht. Spinozerebellum (~Vermis + Pars intermedia): Afferenzen von Rückenmark und Großhirnrinde, projiziert auf Nucleus fastigii und Nucleus interpositus. Kontrolle von Bewegungskommandos und der Lage von Extremitäten; Mimik. Zerebrozerebellum: der größte Teil des Kleinhirns; Afferenzen vom Großhirn (prämotorischer Kortex und supplementärmotorisches Areal) über pontine Kerne, projiziert auf Thalamus. Grobe Bewegungsentwürfe. Kleinhirnrinde: Regelmäßiger Aufbau: 3 Schichten, 5 verschiedene Neuronentypen Molekularschicht (Stratum moleculare, außen), mit hemmenden Neuronen (GABA) = Stern- und Korbzellen. Darunter die Purkinjezellschicht (Stratum ganglionare), mit Purkinjezellen (GABA). Diese stellen den einzigen Ausgang der Kleinhirnrinde dar => Axonen zu den zerebellären Kernen und dem lateralen Vestibulariskern (Nucleus deiters). Körnerzellschicht (Stratum granulosum). Körnerzellen (erregend, Glutamat), sehr viele (50 Milliarden). Auch hier Golgizellen (GABA), inhibieren die Körnerzellen. Eingänge: 1) Kletterfasern, von der Oliva inferior (Tractus olivocerebralis). Synapsen mit Dendriten von Purkinje-Zellen, erregend, niederfrequent (1-3 Hz). 1 Faser = ungefähr 200 Synapsen pro Purkinje-Zelle => einzelne APs von Kletterfaser werden die Purkinje-Zellen fast immer erregen. 2) Moosfasern, von Hirnstamm, Rückenmark; Information aus der Peripherie und Großhirnrinde (Tractus cortico-ponto-cerebellaris), hochfrequent (50-100Hz); aktivieren die Körnerzellen, die dann die Purkinje-Zellen erregen durch ihre Axonen, die Parallelfasern. 1 Parallelfaser => 1 Synapse mit Purkinje-Zelle. Einzelne APs konnen die Purkinje-Zellen nicht alleine erregen => Summation benötigt. 3) Modulierende Afferenzen aus den Raphekernen (Serotonin) und Locus coeruleus (Noradrenalin)

9 Moosfasern + Parallelfasern => Purkinjezellen werden zuerst erregt und dann durch Korb- und Sternzellen gehemmt => Zeitmuster! Das wird als Hemmung/Disinhibition weitergeleitet zu den Kleinhirnkernen => dann zu spinaler Ebene. So werden Purkinje-Zellen die überschwängliche Motorik hemmen. Die Purkinje- Zellen mussen gehemmt sein, um Bewegungen zu produzieren. Funktion: Vermis => Stützmotorik. Kontrolliert Körperhaltung, Muskeltonus, stützmotorische Bewegungen. Zusammen mit den Vestibulozerebellum (siehe oben) => Gleichgewicht, Okulomotorik, Augen-Kopf-Koordination. Pars intermedia => erhält vom Motorkortex eine Kopie des Bewegungsprogramms (Efferenzkopie), und vom spinozerebellaren Trakt die Information über die Durchführung der Bewegung. Differenzen werden erkannt => Korrekturen! Laterale Hemisphären => Verbindungen zwischen assoziativen Kortexarealen und Motorkortex. Benötigt für korrekte, schnelle, ballistische Zielbewegungen, die keinen zeitlichen Spielraum für Rückkopplungen bieten. Motorisches Lernen Bewegungen werden schneller und gleichmäßiger Klavierspielen, Skifahren, etc. Zelluläre Mechanismen? Long-term-depression Beispiel: Lidschlussreflex (Lidschluss durch akustischen Reix ausgelöst) Störungen: Läsionen: Rumpf-, Stand- und Gangataxie (gestörtes Zusammenspiel von Muskelgruppen) Dysmetrie (fehlende Zielgenauigkeit) Intentionstremor Dysarthrie (Sprechstörung) Nystagmus Störungen im Muskeltonus, Hyperreflexie

10 5: Stunde: Erkrankungen der motorischen Einheit Neuronal bedingte (neurogene) oder muskulär bedingte (myopathische) Krankheiten Hauptsymptom: Skelettmuskelschwäche Andere Symptome: Unfähigkeit, die Muskeln zu entspannen (Myotonie) Krämpfe, Schmerz (Myalgie) Myoglobin wird mit Urin ausgescheiden (Myoglobinuria)) Diagnose: EMG-Antworten Messung der Muskelenzym-Aktivität im Serum Untersuchung der Nervenleitfähigkeit Muskelbiopsie DNA-Analyse (warum?) Erkrankungen der Motoneurone: typischerweise akut oder chronisch: amyotrope Lateralsklerose (ALS). Es handelt sich um eine Motoneuronerkrankung, die zum Absterben der Neurone führt. Muskelschwäche und Atrophie Symptome beginnen mit schmerzloser Schwäche von Armen und Beinen, kann auch die Atmungsmuskeln betreffen Faszikulation (sichtbare Zuckungen), möglicherweise durch unkontrollierte ACh- Ausschüttung; es ist unklar, wie die Ausschüttung koordiniert wird, sodass es zu sichtbaren Zuckungen kommt. Fibrillation (nicht sichtbare Zuckungen), ausgelöst durch spontane Aktivität der Muskelfasern. In einigen Fällen kommt es zu Einbau zusätzlicher spannungsgesteuerter Calcium- und Natrium-Kanäle im Muskel => Schrittmacherartige Aktivität Oft kommt es zu Hyperreflexie, vermehrten Sehnenreflexen, die charakteristisch für Erkrankungen der oberen Motoneurone. Dysarthria Dysphagia Keine Therapiemöglichkeit bekannt Sehr wenige familiäre Fälle ((~5%), setwa 20% davon sind mit Mutationen in der Superoxide Dismuthse 1 (SOD1) assoziiert. Erkrankungen der peripheren Nerven: auch akut oder chronisch: Akut: Guillain-Barré Syndrom: Häufig Atemwegsinfektionen, aber nicht alle Autoimmunantwort, die die peripherewn Nerven angreift durch (im Blut?) zirkulierende Antikörper Behandlung: Plasmapherese Rückkehr zu Normalzustand möglich Chronisch: Genetisch: Charcot-Marie-Tooth Metabolisch: Diabetes, Vitamin B12-Mangel, Thiamin-Mangel Vergiftung: Blei, Alkohol Karzinom Immunerkrankungen Diese Erkrankungen sind entweder demyelinisierend oder axonal.

11 Erkrankungen der Skelettmuskulatur: entweder erblich bedingt oder erworben: Muskeldystrophien (erblich bedingt): Duchenne: nur bei Männern (X-chromosomal rezessiv), beginnt in den Beinen, Tod im Alter von Jahren. Facioscapulohumeral: autosomal dominant, bei Männern und Frauen, beginnt in der Pubertät, Schulter und Gesicht als erstes betroffen. Fast normale Lebenserwartung. Myotonische Muskeldystrophie: starke spontane Kontraktionen, halten an nach Kurarisierung, die Gehirnnerven sind daran beteiligt. Maligne Hyperthermie: Mutation in den Ryanodinrezeptoren der SR-Membran => unter Narkose steigt Ca 2+ unkontrollierbar an (siehe oben). Starke Kontraktionen, Wärmebildung. Kann zu Tod führen. Muskelkrämpfe: Krämpfe, Spasmen der Muskulatur: APs mit hoher Frequenz Auslösbar durch kurze, normale Willkürinnervation Therapie: Magnesium

12 6: Stunde: Pathologie II Reflex-Krankheiten: Segmentale Hypo- oder Areflexie. Schädigung der Afferenzen oder Zellkörper von Vorderhornzellen. Nicht segmental organisierte Hypo- oder Areflexie: Tumorkompression, Trauma, etc., die einene Nervenplexus befallen; sensomotorische Störungen Hyperreflexie: Funktionsstörungen in absteigenden Bahnen Gesteigerter Flexorreflex: chronischen Läsionen im Rückenmark Disinhibition: Strychnin Vergiftung: verhindert Glyzinbindung an Glyzinrezeptoren => simultane tetanische Kontraktionen von Agonisten und Antagonisten. Benzodiazepin als Antikonvulsivum eingesetzt. Tetanus (Wundstarrkrampf): Tetanus-Toxin (Clostridium tetani). In infizierte Wunden von Motoneuronen aufgenommen, retrograd transportiert, durch Transzytose in hemmende Interneurone transportiert. Schneidet VAMP2/Synaptobrevin (was ist das?), und blockiert die Glyzinfreisetzung. Muskelsteifheit, Muskelkrämpfe, Opistothonus. Therapie: Impfung mit inaktiviertem Toxin (Toxoid). Antibiotika, manchmal Beatmung notwendig. Querschnittslähmung: Muskel caudal von Läsion sind glähmt und schlaff (Muskelhypotonie). Später kann sich das Rückenmark (in Grenzen) re-organisieren (neue Synapsen). Schädigungen des Kleinhirns: Generell: siehe oben Charcot-Trias Syndrom: Diplopie (Doppelbilder), Ataxie (Gleichgewichts- oder Koordinationsstörungen), Dysarthrie (Sprechstörungen, Löwenstimme), Dysdiadochokinese (Unfähigkeit schnelle hintereinanderfolgende Bewegungen durchzuführen) Passiert bei akuter Alkoholintoxikation, bei Multipler Sklerose Morbus Parkinson: Siehe oben Die letzten Arten von Parkinson-Forschung in Göttingen

13 7: Stunde: Technologie Verschiedene Methoden, die für die Motorik Forschung eingesetzt werden: Elektrophysiologie: Einzelzellen, Muskel (EMG) Fluoreszenzmikroskopie (z.b. FM dyes) Calcium-basierte Fluoreszenz-Mikroskopie Elektroenzephalogramm (EEG) Bildgebende Verfahren für das Gehirn Klinische Untersuchungen Kraftmessungen

14 Motorik Prof. Dr. Silvio Rizzoli Tel: ;

15 Lehrbücher Klinke/Pape/Kurtz/Silbernagl Physiologie Thieme, 2009 Kap. 17, 18, 22 Schmidt/Lang/Heckmann Physiologie des Menschen Springer, 2010 Kap. 13, 14, 15, 19

16 Inhalt 1. Stunde: Stützmotorik vs. Lokomotion 2. Stunde: Motorische Areale des zerebralen Kortex 3. Stunde: Basalganglien 4: Stunde: Kleinhirn 5: Stunde: Pathologie: Erkrankungen der motorischen Einheit 6: Stunde: Pathologie (II) 7: Stunde: Technologie

17 Stützmotorischen Zentren MI = Primärer motorischer Kortex SMA = Supplementär-motorische Rinde PM = Prämotorische Rinde SI = Primärer senso-motorischer Kortex ASS CX = Parietaler Assoziationskortex Schmidt, pg 140, abb 7.9 Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

18 Stützmotorischen Zentren MI = Primärer motorischer Kortex SMA = Supplementär-motorische Rinde PM = Prämotorische Rinde SI = Primärer senso-motorischer Kortex ASS CX = Parietaler Assoziationskortex Schmidt, pg 140, abb 7.9 Tractus rubrospinalis und Tractus reticulospinalis lateralis erregen Flexormotoneuronen und hemmen Extensoren. Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

19 Stützmotorischen Zentren MI = Primärer motorischer Kortex SMA = Supplementär-motorische Rinde PM = Prämotorische Rinde SI = Primärer senso-motorischer Kortex ASS CX = Parietaler Assoziationskortex Schmidt, pg 140, abb 7.9 Tractus rubrospinalis und Tractus reticulospinalis lateralis erregen Flexormotoneuronen und hemmen Extensoren. Tractus vestibulospinalis und Tractus reticulospinalis medialis erregen Extensormotoneuronen und hemmen Flexoren. Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

20 Haltereflexe Schmidt, pg 141, abb 7.10 Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

21 Haltereflexe Schmidt, pg 141, abb 7.10 Haltereflexe = Stehreflexe. Gleichgewicht. Informationen: vestibulären und visuellen Systeme, Halsmuskulatur (tonische Halsreflexe) Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

22 Haltereflexe Schmidt, pg 141, abb 7.10 Haltereflexe = Stehreflexe. Gleichgewicht. Informationen: vestibulären und visuellen Systeme, Halsmuskulatur (tonische Halsreflexe) Stellreflexe. Aufrichtung der Körper (liegend => normal). Informationen: vestibulären und visuellen Systeme, Halsmuskulatur (Hals-Stellreflexe) Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

23 Lokomotion Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

24 Komplexität von Beugereflex/Streckreflex Klinke, pg 770, abb 23.7 Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

25 Methoden Kandel, pg 739, Fig 37-1 Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

26 Rhytmische Aktivität, G. Brown um 1911 Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

27 Lamprey Kandel, pg 745, 37-5 Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

28 Modelelemente FRA = Flexor Reflex Afferents Kandel, pg 743, 37-4 Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

29 Motor Patterns Kandel, pg 746, 37-7 Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

30 Bewegungen Kandel, pg 741, 37-2 Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

31 Schrittzyklus Klinke, pg 771 abb 23.8A Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

32 Halbzentrenmodell der Lokomotion Klinke pg 771 Abb 23.8B Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

33 Propriozeption vs. Lokomotion Kandel, pg 748, 37-8 Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

34 Propriozeption vs. Lokomotion Kandel, pg 749, 37-9 Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

35 Reizung in Mittelhirn vs. Lokomotion Kandel, pg 751, Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

36 Sensorik vs. Lokomotion Kandel, pg 752, Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

37 ZNS Kontrolle Kandel, pg 750, MRF = medial reticular formation Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

38 Zusammenfassung Stützmotorik Haltereflexe Stellreflexe Lokomotion: Rhythmusgenerator Lokomotion: Methoden Lokomotion: Hirnzentren

39 Inhalt 1. Stunde: Stützmotorik vs. Lokomotion 2. Stunde: Motorische Areale des zerebralen Kortex 3. Stunde: Basalganglien 4: Stunde: Kleinhirn 5: Stunde: Pathologie: Erkrankungen der motorischen Einheit 6: Stunde: Pathologie (II) 7: Stunde: Technologie

40 Multisensorische Konvergenz Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

41 Absteigende motorische Bahnsysteme Klinke, pg 776, abb Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

42 Aufsteigende sensomotorische Bahnsysteme Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

43 Zielbewegungen Klinke, pg 778, abb Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

44 Neuronale Aktivität während Fingerbewegung Klinke, pg 780, Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

45 Kortexorganisation Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

46 Funktionelle Kortexorganisation Lamina I (Stratum moleculare): zellarm; hauptsächlich Fasern und vereinzelte Interneurone Lamina II (Stratum granulosum externum): kleinere bedornte Sternzellen Lamina III (Stratum pyramidale externum): kleinere Pyramidenzellen Lamina IV (Stratum granulosum internum): größere primärafferenten bedornten Sternzellen, die Projektionen aus anderen Hirnarealen enthalten. Lamina V (Stratum pyramidale internum): große Pyramidenzellen, die aus der Hirnrinde herausprojizieren Lamina VI (Stratum multiforme): verschiedene Pyramiden- und bedornte Sternzellen, sowie Interneurone. Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

47 Areale der motorischen Kortex Klinke, pg 781, abb Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

48 Areale der motorischen Kortex Bewegungsprogramm durchgeführt Bewegungen initiiert/geplannt Bewegungsprogram erstellt Klinke, pg 781, abb Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

49 Efferente Projektionen Klinke pg 782, abb Nur 2% an Alpha-Motoneuronen Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

50 Motorische Homunkulus Klinke, pg 784, abb Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

51 Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010 Präzisionsgriff

52 Long-loop-reflexes Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

53 Transkranielle Magnetstimulation Schmidt, pg 156, abb 7.24 Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

54 Babinski-Reflex Schmidt pg 135., abb 7.6A-B Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

55 Zusammenfassung Phasen von zielmotoriche Bewegungen Aufbau der Kortex Motorichen Kortex Der primäre motorische Kortex Prämotorische Rindenfelder Efferenzen Afferenzen

56 Inhalt 1. Stunde: Stützmotorik vs. Lokomotion 2. Stunde: Motorische Areale des zerebralen Kortex 3. Stunde: Basalganglien 4: Stunde: Kleinhirn 5: Stunde: Pathologie: Erkrankungen der motorischen Einheit 6: Stunde: Pathologie (II) 7: Stunde: Technologie

57 Basalganglien Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

58 Basalganglien Programmierung komplexer Bewegungen Selektion und Prozessierung von motorischen und nicht-motorischen Handlungsmustern Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

59 Basalganglien Programmierung komplexer Bewegungen Selektion und Prozessierung von motorischen und nicht-motorischen Handlungsmustern Kortiko-thalamokortikale Rückkoppelungsschleife (loop) Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

60 Funktionelle Bildgebung Schmidt, pg 151, abb 7.20 Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

61 Verbindungen der Basalganglien Klinke, pg 787, abb Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

62 Verbindungen der Basalganglien Striatum Klinke, pg 787, abb Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

63 Verbindungen der Basalganglien Klinke, pg 787, abb Thalamus Tonisch aktiv! Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

64 Verbindungen der Basalganglien Klinke, pg 787, abb Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

65 Verbindungen der Basalganglien Klinke, pg 787, abb Mittelhirn Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

66 Verbindungen der Basalganglien D2 Rezeptoren (Adenilyl Cyclase Inhibition) D1 Rezeptoren (Adenilyl Cyclase Aktivierung) Klinke, pg 787, abb Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

67 Die Wege in Basalganglionen Klinke, pg 788, abb A Direkter weg = Disinhibition = Aktivierung Thalamus/Kortex Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

68 Prinzip der Disinhibition Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

69 Prinzip der Disinhibition Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

70 Prinzip der Disinhibition Klinke, pg 789, abb Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

71 Die Wege in Basalganglionen Klinke, pg 788, abb A Indirekter weg = inhibition = Inaktivierung Thalamus/Kortex Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

72 Die Wege in Basalganglionen Klinke, pg 788, abb A Interner weg =? Inaktivierung? Aktivierung? Thalamus/Kortex Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

73 Funktionelle loops (I) Klinke, pg 790, abb Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

74 Funktionelle loops (II) Klinke, pg 790, abb Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

75 Funktionelle loops (III) Klinke, pg 790, abb Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

76 Funktionelle loops (IV) Klinke, pg 790, abb Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

77 Wege: Parkinson Parkinson-Erkrankung (Parkinson s Disease, 1817) Degeneration der dopaminergen Neurone in der Substantia nigra. verlangsamte Bewegungen (Bradykinese), erhöhter Muskeltonus (Rigor), Ruhetremor, veränderte haltungsbezogene Reflexe Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

78 Wege: Huntington Huntington-Erkrankung (Huntingtons s Disease, 1872) Degeneration der GABA/Enkephalin Neurone im Striatum. Hyperkinese Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

79 Wege: Ballismus Ballismus Schädigung des Nucleus Subthalamicus ~Wurfbewegungen Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

80 Pathologie: Parkinson Loss of dopaminergic neurons from substantia nigra Motor symptoms Healthy Lewy bodies Fibrils PD 4 µm Spillantini et al., 1997 α-synuclein a common denominator of monogenic and idiopathic forms of PD Courtesy of Tiago Outeiro, Abt. Neurodegeneration

81 Zusammenfassung Basalganglien: Definition Transmittersysteme Anatomie Afferenzen Efferenzen Verschaltungswege Ruckkoppelungsschleifen Pathologie

82 Inhalt 1. Stunde: Stützmotorik vs. Lokomotion 2. Stunde: Motorische Areale des zerebralen Kortex 3. Stunde: Basalganglien 4: Stunde: Kleinhirn 5: Stunde: Pathologie: Erkrankungen der motorischen Einheit 6: Stunde: Pathologie (II) 7: Stunde: Technologie

83 Kleinhirnanatomie Klinke, pg 793, abb A Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

84 Kleinhirnanatomie II Klinke, pg 793, abb B Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

85 Kleinhirn Funktionelle Organisation (I) Okulomotorik Gleichgewicht Schmidt, pg 143, abb 7.12 Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

86 Kleinhirn Funktionelle Organisation (II) Schmidt, pg 144, abb 7.14 Bewegungskommandos, Extremitäten, Mimik Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

87 Kleinhirn Funktionelle Organisation (III) Schmidt, pg 145, abb 7.15 Bewegungsentwürfe Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

88 Camillo Golgi Purkinje Zellen Fixierung (48 Stunden): 3% Kalium Bichromicum 10% Formalin Färbung (48 Stunden): 2% Silbernitrat Ergibt Silberchromat (Schwartz)

89 Purkinje Zellen Santiago Ramon y Cajal q%3dcajal%2bpurkinje%2bcells%26tbm%3disch%26tbo%3du&zoom=1&q=cajal+purkinje+cells&usg= Bo5UqEyEdBZhOq1W8GFJgLM3ncw=&docid=8hDzmKYXm_U9aM&sa=X&ei=VkntUJCDOpCPswaX-YGAAQ&ved=0CFsQ9QEwBA&dur=255

90 Summation

91 Kleinhirn Neuronen Klinke, pg 795, abb A Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

92 Kleinhirn Synapsen Klinke, pg 795, abb B Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

93 Verschaltung der Kleinhirns Schmidt, pg 146, abb 7.17 Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

94 Zerebellum vs. Stützmotorik Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

95 Zerebellum vs. Zielmotorik Klinke, pg 796, abb 23.25B Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

96 Zerebellum vs. ballistische Bewegungen Klinke, pg 796, abb 23.25C Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

97 Motorisches lernen Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012 Kandel, pg 666, fig 33-11

98 Motorisches lernen Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012 Kandel, pg 666, fig z.b. Lidschlussreflex

99 LTD Klinke, pg 836, fig 25.13b Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

100 Zerebellum vs. Störungen Klinke, pg 797, Tab 23.2 Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

101 Zusammenfassung Grobe Anatomie Funktionelle Anatomie Kleinhirnrinde Funktionen Motorisches Lernen Störungen

102 Inhalt 1. Stunde: Stützmotorik vs. Lokomotion 2. Stunde: Motorische Areale des zerebralen Kortex 3. Stunde: Basalganglien 4: Stunde: Kleinhirn 5: Stunde: Pathologie: Erkrankungen der motorischen Einheit 6: Stunde: Pathologie (II) 7: Stunde: Technologie

103 Neurogene vs. myopathische Krankheiten Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012 Kandel, pg 697, abb 35-1

104 Diagnose (Beispiel) Symptome: Muskelschwäche Myotonie Myalgie Myoglobinuria Kandel, pg 698, abb 35-2 Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

105 Diagnose Kandel, pg 700, Tab 35-1 DNA Analyse? Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

106 Demyelinisierung (I) Kandel pg 702, Fig 35-3 Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

107 Demyelinisierung (II) Kandel pg 703, Fig 35-4 Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

108 Organisation des Skelletmuskels Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

109 Muskeldystrophien Kandel, pg 705, Tab 35-3 Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

110 Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012 Dystrophin

111 Dystrophin Kandel, pg 707, fig 35-6 Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

112 Amyotrope Lateralsklerose (ALS) Motoneuronerkrankung (Absterben) Muskelschwäche, Atrophie Faszikulation (sichtbare! Zuckungen). Fibrillation (nicht sichtbare Zuckungen) Einbau zusätzlicher spannungs-gesteuerter Calcium- und Natrium-Kanäle im Muskel => Schrittmacherartige Aktivität Hyperreflexie, vermehrten Sehnenreflexen Dysarthria Dysphagia Keine Therapiemöglichkeit bekannt Sehr wenige familiäre Fälle ((~5%), setwa 20% davon sind mit Mutationen in der Superoxide Dismuthse 1 (SOD1) assoziiert.

113 Guillain-Barré Syndrom vs. Charcot-Marie-Tooth Peripheren Nerven werden erkrankt. Guillain-Barré Syndrom Autoimmunantwort, oft nach Atemwegsinfektionen Auto-Antikörper Therapiemöglichkeit: Plasmapherese Charcot-Marie-Tooth Diabetes, Vitamin-Mangel (B12, Thiamin) Blei Alkohol Karzinom Immunerkrankungen

114 Maligne Hyperthermie Mutation in den Ryanodinrezeptoren Unter Narkose steigt Ca2+ unkontrollierbar an. Kontraktionen, Wärmebildung, eventuell Tod. Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009

115 Muskelkrämpfe Krämpfe, Spasmen der Muskulatur APs mit hoher Frequenz Therapie: Magnesium

116 Zusammenfassung Erkrankungen der motorischen Einheit -der Motoneurone -der peripheren Nerven Muskeldystrophien Maligne Hyperthermie Muskelkrämpfe

117 Inhalt 1. Stunde: Stützmotorik vs. Lokomotion 2. Stunde: Motorische Areale des zerebralen Kortex 3. Stunde: Basalganglien 4: Stunde: Kleinhirn 5: Stunde: Pathologie: Erkrankungen der motorischen Einheit 6: Stunde: Pathologie (II) 7: Stunde: Technologie

118 Reflex-Krankheiten Reflex-Krankheiten: Segmentale Hypo- oder Areflexie. Schädigung der Afferenzen oder Zellkörper von Vorderhornzellen. Nicht segmental organisierte Hypo- oder Areflexie: Tumorkompression, Trauma, etc., die einene Nervenplexus befallen; sensomotorische Störungen Hyperreflexie: Funktionsstörungen in absteigenden Bahnen Gesteigerter Flexorreflex: chronischen Läsionen im Rückenmark

119 Disinhibition Disinhibition: Strychnin Vergiftung: verhindert Glyzinbindung an Glyzinrezeptoren => simultane tetanische Kontraktionen von Agonisten und Antagonisten. Benzodiazepin als Antikonvulsivum eingesetzt. Tetanus (Wundstarrkrampf): Tetanus-Toxin (Clostridium tetani). In infizierte Wunden von Motoneuronen aufgenommen, retrograd transportiert, durch Transzytose in hemmende Interneurone transportiert. Schneidet VAMP2/Synaptobrevin (was ist das?), und blockiert die Glyzinfreisetzung. Muskelsteifheit, Muskelkrämpfe, Opistothonus. Therapie: Impfung mit inaktiviertem Toxin (Toxoid). Antibiotika, manchmal Beatmung notwendig. Querschnittslähmung: Muskel caudal von Läsion sind gelähmt und schlaff (Muskelhypotonie). Später kann sich das Rückenmark (in Grenzen) re-organisieren (neue Synapsen).

120 The research topics of C2 1. Molecular mechanisms of α-synuclein (α-syn) related toxicity What and why? 2. New model systems and imaging approaches When and where? 3. Neuroprotective strategies and translation Diagnosis/ Intervention Courtesy of Tiago Outeiro, Abt. Neurodegeneration

121 Toxic α-syn species, tool compounds/potential therapeutics Fibrillar Forms Toxic Oligomers? Non-toxic oligomers 400 Å Pathogenesis Lashuel et al., 2002 Tool compound & Therapeutic A30P, A53T Cu(II) polyamines Dimer Partially folded monomer Courtesy of Tiago Outeiro, Abt. Neurodegeneration Destabilized monomer Lamberto et al., PNAS, 2009; Karpinar et al., EMBO J, 2009

122 α-syn post-translational modifications: Sumoylation prevents toxicity Why? Sumoylation reduces fibril formation Sumo - Sumo + Sumo - α-syn ON α-syn OFF In yeast Sumo + In the rat brain Sumo + Sumo - In the test tube Courtesy of Tiago Outeiro, Abt. Neurodegeneration Krumova et al., JCB, 2011

123 Probing structure, localization and toxicity of a-syn α syn-bifc system Advanced imaging approaches α-syn oligomers Where? Outeiro et al., nm Immuno-EM STED (in N2A cells) mitochondria α-syn Courtesy of Tiago Outeiro, Abt. Neurodegeneration

124 Advanced imaging approaches in vivo When and where? 2-photon microscopy Non-invasive optical sensors (neuronal physiology) In vivo STED microscopy SPECT (functional whole brain imaging) MRI and fmri Platforms: I) non-human primate models II) viral vectors fmri DAT scan Courtesy of Tiago Outeiro, Abt. Neurodegeneration

125 Spreading of Lewy body pathology (Braak Staging) Courtesy of Tiago Outeiro, Abt. Neurodegeneration Braak et al., 2004 How is α-syn transmitted between cells? Cell death Cell-cell contacts nanotubes Exosomes

126 Automated STED imaging STED of image α-syn acquisition in the CSF as and a biomarker analysis Control CSF Diagnosis 500 nm PD+ PD+ CSF Control Courtesy of Tiago Outeiro, Abt. Neurodegeneration

127 Modulating toxic α-syn species using tool compounds: Potential therapeutics Fibrillar Forms Toxic Oligomers? Non-toxic oligomers What? Intervention 400 Å Lashuel et al., 2002 Tool compound & Therapeutic A30P mouse: fewer aggregates A30P mouse DMSO anle 138b Courtesy of Tiago Outeiro, Abt. Neurodegeneration

128 Zusammenfassung Reflex-Krankheiten Disinhibition Querschnittslähmung Schädigungen des Kleinhirns Morbus Parkinson

129 Inhalt 1. Stunde: Stützmotorik vs. Lokomotion 2. Stunde: Motorische Areale des zerebralen Kortex 3. Stunde: Basalganglien 4: Stunde: Kleinhirn 5: Stunde: Pathologie: Erkrankungen der motorischen Einheit 6: Stunde: Pathologie (II) 7: Stunde: Technologie

130 Del Castillo and Katz, J Physiol, 1955; Rizzoli and Betz, Science, 2004 Elektrophysiologie

131 Elektrophysiologie Bigland-Ritchie Bigland-Ritchie et al., J Physiol, 1982

132 EMG

133 FM 1-43 FM Rizzoli et al., Cold Spring Harbor, 2003

134 FM in vivo

135 Denker et al., J Physiol, 2009

136 A problem of numbers: the use of synaptic vesicles Free behavior Rapid dissection Photo-oxidation EM processing Fixation FM 1-43 Denker et al., PNAS, 2011a

137 A problem of numbers: the use of synaptic vesicles Denker et al., PNAS, 2011a

138 A problem of numbers: the use of synaptic vesicles Denker et al., PNAS, 2011a

139 A problem of numbers: the use of synaptic vesicles Denker et al., PNAS, 2011a

140 A problem of numbers: the use of synaptic vesicles Christoph Körber Heinz Horstmann Thomas Kuner Denker et al., PNAS, 2011a

141 A problem of numbers: the use of synaptic vesicles Denker et al., PNAS, 2011a

142 A problem of numbers: the use of synaptic vesicles Locust neuromuscular junction in pretty stressed locusts Denker et al., PNAS, 2011a

143 Calzium Rizzoli and Betz, J Neurosci, 2002

144 EEG Schmidt, pg 159, abb 7.26 Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010

145 Elektrophysiologie (in vivo) Kandel, 776, Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012

146 Elektrophysiologie (in vivo) Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012 Kandel, 777, 38-22

147 Bildgebende Verfahren für das Gehirn Funktionelle Magnetresonanztomographie = fmri (fmrt) Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012 BOLD = Blood Oxygen Level Dependent

148 Bildgebende Verfahren für das Gehirn

149 Bildgebende Verfahren für das Gehirn Computer Tomographie (CT) Cormack, Science, 1980

150 Klinische Untersuchungen Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012 Kandel, pg 666, fig 33-11

151 Zusammenfassung Elektrophysiologie: Einzelzellen, Muskel (EMG) Fluoreszenzmikroskopie (z.b. FM dyes) Calcium-basierte Fluoreszenz-Mikroskopie Elektroenzephalogramm (EEG) Bildgebende Verfahren für das Gehirn Klinische Untersuchungen Kraftmessungen