Verarbeitung von sensorischer Information

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Lars Kurzmann
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1 Verarbeitung von sensorischer Information

2 Verarbeitung von sensorischer Information Kurze Wiederholung zu sensorischen Mechanismen Verarbeitung sensorischer Information am Beispiel des Sehens Verschaltung von Nervensystemen am Beispiel der Sehbahnen Kurzer Blick auf die Entwicklung von Nervensystemen Funktionelle Gliederung des Nervensystems

3 Mechanorezeptoren Reagieren auf mechanische Energie: Druck, Berührung, Dehnung, Bewegung, Schall Tastsinn: Modifizierte Dendriten sensorischer Neurone Streckrezeptor (Muskelspindel): misst die Dehnung des Muskels. Muskelspindeln sind umgewandelte Muskelfasern (Kniesehnenreflex) Haarzelle: Haare sind Mikrovilli oder spezialisierte Cilien, die auf der Oberfläche von Rezeptoren stehen. Ionenpermeabilität ist richtungsabhängig

4 Chemo- & Lichtrezeptoren Geschmackserkennung Geruch Sehen

5 Molekulare Mechanismen der Geschmackserkennung

6 Molekulare Mechanismen der Geschmackserkennung Aminosäure, Umami: PLC, K + -Kanal, Ca 2+ - Einstrom

7 Hatt, Chemistry & Biodiversity 1, 2004 Olfaktorische Neurone

8 Kaskade biochemischer Reaktionen beim Sehvorgang F

9 Effekt von Licht auf Stäbchen

10 Aufbau der Wirbeltierretina

11 Empfindlichkeit steigernde Mechanismen Hyperpolarisierte Vertebratenretina Kontrastverstärkung durch Inhibition direkt benachbarter Rezeptoren Laterale Inhibition Vertebraten: Hyperpolarisation Evertebraten: Depolarisierung

Rezeptive Felder Antagonistische Verschaltung On-Zentrum Neuron Wird aktiviert durch Lichtreize im Zentrum seines rezeptiven Feldes, gehemmt durch Reize im Randbereich des rezeptiven

12 Rezeptive Felder Antagonistische Verschaltung On-Zentrum Neuron Wird aktiviert durch Lichtreize im Zentrum seines rezeptiven Feldes, gehemmt durch Reize im Randbereich des rezeptiven Feldes. OFF-Zentrum Neuron Reagiert umgekehrt zu On- Zentrum Neuron Wird gehemmt durch Reize im Zentrum des rezeptiven Feldes, aktiviert durch Reize im Randbereich des rezeptiven Feldes F

13 Organisation der rezeptiven Felder Retinale Ganglienzellen erhalten Inputs von zwei Klassen von Bipolarzellen. Die Verbindungen erzeugen ON- Zentrum- bzw. OFF-Zentrum-Ganglienzellantworten. Rezeptoren in der Peripherie eines rezeptiven Feldes üben ihre Effekte auf die zwei Klassen von Bipolarzellen über ein Netzwerk elektrotonisch miteinander verbundener Horizontalzellen aus. Der direkte Input in die Bipolarzellen aus den vorgeschalteten Rezeptorzellen und der direkte Input in diese Zellen über das Netzwerk der Horizontalzellen hemmen sich gegenseitig. Diese gegenseitige Hemmung führt zu kontrastreichen Zentrum Peripherieeffekten, die sowohl von den ON-Zentrum-Ganglienzellen als auch den OFF-Zentrum Ganglienzellen gezeigt werden.

15 Projektion und Verschaltung am Beispiel der Retina

16 Projektion Retina - Gehirn

17 Neurone stellen präzise Verbindungen zu ihren Zielzellen her

18 Wachstumskegel und deren Verhalten

19 Visuelle Projektion

20 Gradierte Verteilung von Zelloberflächenmolekülen

23 Verarbeitung von Information ZNS - PNS

24 Reflexe

25 Entwicklung und anatomische Gliederung von Nervensystemen

26 Nervensysteme Zunehmende Komplexität

27 Entwicklung des Gehirns

28 Entwicklung des Gehirns

Entwicklung des Gehirns Relaisstation für sensorische Information zum Endhirn Zentrum für die Regulation der Homöostase einer Vielzahl von Prozessen Neuro/endokriner Übergang Atmung

29 Entwicklung des Gehirns Relaisstation für sensorische Information zum Endhirn Zentrum für die Regulation der Homöostase einer Vielzahl von Prozessen Neuro/endokriner Übergang Atmung Kreislauf Einfache motorische Muster (Schlucken) Durchgang für Information vom Rückenmark Muskelaktivität Gleichgewicht Orchestriert Information von höheren Gehirnzentren an Muskeln und umgekehrt

30 Evolution des Wirbeltiergehirns Cerebrum Cerebellum

Drei Trends bei der Evolution des Wirbeltiergehirns Relative Größe des Gehirns nimmt zu Zunahme der Segmentierung und Differenzierung des Gehirns Entwicklung des Cerebellums im Rautenhirn

31 Drei Trends bei der Evolution des Wirbeltiergehirns Relative Größe des Gehirns nimmt zu Zunahme der Segmentierung und Differenzierung des Gehirns Entwicklung des Cerebellums im Rautenhirn Hauptzentrum für Koordination und Bewegung (Zunahme visueller und auditorischer Fähigkeiten beim Übergang vom Wasser aufs Land) Vorderhirn: Unterteilung in Thalamus und Hypothalamus, koordinierende Zentren sowie Cortex cerebri Lernen und Gedächtnis Zunahme der Komplexität des Vorderhirns Anpassung an komplexe Verhaltensweisen

32 Gehirnareale

33 Gliederung des Cortex F

34 Primärer Cortex Zusammenfassung aller primärer Cortexareale (visuell, sensorisch, somatosensorisch, akustisch, Motorcortex) Taktile, akustische und optische Information kommt vor verarbeitet von den Kernen des Thalamus Ausnahme: Geruchsinformation kommt direkt vom Bulbus olfactorius zu limbischen Cortexarealen Information ist topologisch geordnet. Informationen benachbarter Rezeptoren liegen auch im Cortex nebeneinander Jedes Körperteil ist repräsentiert

35 Sensorischer und motorischer Cortex sind als topographische Karte des Körpers organisiert 2 F

36 Sekundäres Cortexareal Empfängt Information von primären Cortexarealen Dient der höheren Weiterverarbeitung (z.b. Objekterkennung) Information ist nicht mehr topologisch geordnet

37 Multimodales Cortexareal Verbindet mehrere Sinneseindrücke miteinander Notwendig für komplexe Reaktionsmuster z.b. Wernicke Areal Verbindet gesprochene und gelesene Worte mit dem Sinn

38 Gliederung des Gehirns nach funktionellen Untereinheiten

39 Funktionelle Untereinheiten des Nervensystems 2 F

40 Einteilung des Nervensystems nach hierarchischen Gesichtspunkten Zentrales Nervensystem Gehirn Rückenmark Peripheres Nervensystem Sensorische (afferente) Untereinheit Somatische sensorische Neuronen Viscerale sensorische Neuronen Motorische (efferente) Untereinheit Autonomes (vegetatives) Nervensystem Sympathicus Parasympathicus Somatisches Nervensystem

41 Einteilung des Nervensystems nach funktionellen Gesichtspunkten Somatisches Nervensystem Kommunikation mit der Umwelt Sensorischer Teil Aufnahme von Information Motorischer Teil Umsetzung der Information in Reaktion Vegetatives Nervensystem Regulation und funktionelle Abstimmung der Tätigkeit innerer Organe

42 Das vegetative (autonome) Nervensystem

43 Peripheres vegetatives Nervensystem der Wirbeltiere Sympathisches System Erhöhung momentaner Leistungsfähigkeit (ergotrop) Steigerung des Blutdrucks Erweiterung der Bronchien Anhebung des Blutzuckerspiegels Drosselung des Verdauungstrakts Sympathische Fasern entspringen im Brust- und Lendenmark Sympathische Ganglien: liegen links und rechts neben der Wirbelsäule => Überbrückung Rückenmark - Zielorgan präganglionäre Fasern Parasympathisches System Dient der Erholung (trophotrop) Parasympathische Fasern verlaufen in den Hirnnerven III, VII, IX und X (Nervus vagus) Innervation von Dickdarm, Harnblase und der Geschlechtsorgane aus dem Sakralbereich des Rückenmarks Parasympatjsche Ganglien: liegen in den Wänden oder unmittelbarer Nähe der Zielorgane => Überbrückung Rückenmark - Zielorgan präganglionäre Fasern F

44 Vegetatives Nervensystem und organspezifische Regulationsmuster

45 Beschreiben Sie die Entwicklung von Nervensystemen hin zur Cephalisation unter einem entwicklungsgeschichtlichen Gesichtspunkt. Beginnen Sie mit Hydra. Welches sind die wesentlichen Errungenschaften auf dem Weg zur Kopfbildung. Welche Trends sind bei der Evolution des Wirbeltiergehirns erkennbar? Was verstehen Sie unter neuronaler Projektion? Was ist ein Reflex? Was bezeichnet man als peripheres Nervensystem, untergliedern Sie es nach funktionellen und regulatorischen Gesichtspunkten Was versteht man unter dem vegetativen Nervensystem? Welches ist in der Regel der stimulierende und welches der inhibierende Teil? Weshalb wird dieser Teil des Nervensystems auch autonomes Nervensystem genannt?

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