Wahrnehmung und Neuropsychologie

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1 Vorlesung Wahrnehmung und Neuropsychologie Wintersemester 2017/18 Hochschule Darmstadt Fachbereich Gesellschaftswissenschaften Dipl.-Psych. Dirk Berger

2 Termine und Inhalte der Veranstaltung Einführung in die Veranstaltung Neuroanatomische Grundlagen I Neuroanatomische Grundlagen II Zelluläre Organisation des Gehirns Botenstoffe im Gehirns Organisation des Großhirns Hemisphärenasymmetrie Methoden der Neuropsychologie Sprache Lernen und Gedächtnis Emotion und Motivation Handlungsregulation und Denken Neuroökonomie/Neuromarketing Grundlagen der Wahrnehmung Methoden der Psychophysik Farbe und Helligkeit I Farbe und Helligkeit II Räumliche Tiefe I Räumliche Tiefe II Bewegungswahrnehmung Visuelle Aufmerksamkeit Objektwahrnehmung Tastsinn und Schmerz Psychoakustik I Psychoakustik II Riechen und Schmecken 2

3 Literatur zur Veranstaltung Prüfungsliteratur (relevante Kapitel werden in der Veranstaltung angegeben): 1. Goldstein, E.B. (2015). Wahrnehmungspsychologie: Der Grundkurs (9.Aufl.). Berlin: Springer. 2. Bellenbaum, C., Thoma P. & Daum J. (2012). Neuropsychologie. Wiesbaden: VS/Springer Fachmedien. 3. Böhmer, Gerd (2010): Neuroökonomie (Neuroeconomics): Neuronale Mechanismen ökonomischer Entscheidungen. Mainz: Johannes Gutenberg-Universität. ergänzend (freiwillig): 4. Gerring, R.J. & Zimbardo, P.G. (2008). Psychologie (18.Aufl.). München: Addison-Wesley. 5. Kolb, B. & Whishaw, I.Q. (1996). Neuropsychologie. Heidelberg: Spektrum 6. Reimann, M. & Weber, B. (Hrsg.) (2011). Neuroökonomie: Grundlagen-MethodenAnwendungen. Wiesbaden: Gabler. 7. Trepel, M. (2015.) Neuroanatomie - Struktur und Funktion. München: Urban & Fischer. 3

4 Entwicklung der Neuropsychologie Formulierung der Gehirnhypothese Bereits circa 500 vor Christus formulierte Alkmaion von Kroton die Gehirnhypothese, wonach das Gehirn der Ort geistiger Vorgänge sei, was zu einer langen und heftigen Kontroverse mit Vertretern der Herzhypothese führte. Platon ging von einem dreigeteilten Geist aus und behauptete, dass ausschließlich der rationale Teil der Seele im Gehirn liege. Aristoteles nahm an, dass das Gehirn nur zur Kühlung des Blutes diene und das Herz die Quelle geistiger Prozesse sei. Der griechische Arzt Hippokrates beschrieb einige hirnanatomische Aspekte und setze sich energisch für die Gehirnhypothese ein. Der römische Arzt Galen arbeitete fünf Jahre lang als Chirurg für Gladiatoren und konnte so die Folgen von Hirnverletzungen studieren. Er unternahm große Anstrengungen Aristoteles zu widerlegen, wobei er auch erste Experimente am offenen Gehirn durchführte. 4

5 Entwicklung der Neuropsychologie Das Leib-Seele-Problem Rene Descartes Überlegungen zum Zusammenwirken von Geist und Körper führten zu folgenden Behauptungen: Der Geist ist im Gegensatz zu Platons Auffassung (s.o.) unteilbar. Der Geist ist immateriell, der Körper dagegen materiell. Körper und Geist sind deswegen voneinander getrennt (Dualismus). Da dabei ungeklärt blieb, auf welche Weise Körper und Geist interagieren, spracht man vom Leib-Seele-Problem. Die Unteilbarkeit der Seele widersprach Theorien, die Gehirnfunktionen unterteilen. Nach heutiger Auffassung ist mit Leib-Seele-Problem eher die Frage gemeint, wie aus elektrophysiologischer und biochemischer Aktivität des Nervensystems bewußtes Erleben wird. 5

6 Entwicklung der Neuropsychologie Die Phrenologie I Ganz im Gegensatz zu Descartes glaubten die Phrenologen, dass einzelne klar abgrenzbare Gehirnregionen bestimmten geistigen Funktionen zuzuordnen wären. Bei Menschen mit besonderen geistigen Fähigkeiten sollten die entsprechen Hirnareale stärker ausgeprägt sein, was auch äußerlich an der Schädelform erkennbar sein sollte. Die Unterteilung völlig unabhängiger geistiger Fähigkeiten und Persönlichkeitsmerkmale und deren Zuordnung zu bestimmten Hirnarealen erscheint aus heutiger Sicht völlig spekulativ. Trotz der unwissenschaftlichen Vorgehensweise und der daraus resultierenden unbrauchbaren Befunde, konnte das Grundprinzip der Phrenologie, nämlich dass verschiedene Hirnareale unterschiedliche Funktionen besitzen, durch spätere seriöse Forschung bestätigt werden (s.u.). 6

7 Entwicklung der Neuropsychologie Die Phrenologie II h 7

8 Entwicklung der Neuropsychologie Broca und Wernicke Die Vorstellung, dass bestimmte Hirnfunktionen in bestimmten Hirnregionen lokalisiert seien, erhielt durch Arbeiten von Paul Broca ( ) weiteren Auftrieb. Er erkannte, dass Verletzungen eines klar abgrenzbaren Teil des Gehirns (BrocaAreal) zu Störungen der Sprachproduktion (Broca-Aphasie) führen. Andere geistige Funktionen blieben dabei erhalten. Nur wenig später entdeckte Carl Wernicke das Läsionen an einer ganz anderen Stelle des Gehirns (Wernicke-Areal), komplementär zur Broca-Aphasie, das Sprachverständnis beeinträchtigen (Wernicke-Aphasie). Dadurch wurde deutlich, dass Sprache kein einheitliches Konstrukt darstellt, sondern aus Teilfunktionen besteht und diese ihrerseits von unterschiedlichen Teilen des Gehirns vermittelt werden. 8

9 Neuroanatomische Grundlagen Schnittebenen Von der Großhirnrinde verdeckte Hirnareale werden auf Schnittebenen darstellbar. 9

10 Neuroanatomische Grundlagen Lage- und Richtungsbezeichnungen I Anatomische Richtungsbezeichnungen treten als konträre Begriffspaare auf: medial (mittig) vs. lateral (seitlich) ipsilateral (gleichseitig) vs. kontralateral (gegenseitig) unilateral (einseitig) vs. bilateral (beidseitig) anterior (vorne) vs. posterior (hinten) prä- (Vorder-) vs. post- (Hinter-) superior (oben) vs. inferior (unten) proximal (nah) vs. distal (fern) 10

11 Neuroanatomische Grundlagen Lage- und Richtungsbezeichnungen II h 11

12 Neuroanatomische Grundlagen Lage- und Richtungsbezeichnungen III Einige Richtungsbezeichnungen stammen ursprünglich von vierbeinigen Tieren. Am menschlichen Kopf weichen die angegebenen Richtungen deshalb ab. rostral vs. kaudal kranial vs. kaudal ventral vs. dorsal 12

13 Neuroanatomische Grundlagen Lage- und Richtungsbezeichnungen IV h 13

14 Neuroanatomische Grundlagen Lage- und Richtungsbezeichnungen V Lagebezeichnungen am Gehirn orientieren sich an den wichtigsten Schädelknochen. frontal: die Stirn betreffend parietal: den Scheitel betreffend temporal: die Schläfe betreffend okzipital: den Hinterkopf betreffend 14

15 Neuroanatomische Grundlagen Einteilung des Nervensystems I Das Nervensystem läßt sich grob auf zwei verschiedene Arten unterteilen: 1) Zentrales vs. Peripheres Nervensystem Das zentrale Nervensystem (ZNS ) besteht aus Gehirn und Rückenmark, die strukturell und funktionell untrennbar miteinander verbunden sind. Das periphere Nervensystem gilt als Rezeptions- und Ausführungsorgan des ZNS und durchzieht den gesamten Körper. 2) Somatisches vs. Vegetatives Nervensystem Das somatische (animalische) Nervensystem ermöglicht die Ausführung willkürlicher Bewegungen und die bewußte Wahrnehmung der Umwelt über die Sinnesorgane. Das vegetative (autonome) Nervensystem dient der unbewußten und unwillkürlich ablaufenden Steuerung innerer Organe. Es besteht aus Sympathikus und Parasympathikus. 15

16 Neuroanatomische Grundlagen Einteilung des Nervensystems II h 16

17 Neuroanatomische Grundlagen Afferenzen und Efferenzen Vom anterioren Rückenmark aus gehen motorische Nervenbahnen ab (Efferenzen), posterior kommen sensorische Nervenbahnen an (Afferenzen). Dieses Prinzip gilt für das gesamte ZNS. 17

18 Neuroanatomische Grundlagen Entwicklung des ZNS I Die embryonale Genese des Gehirns zeichnet seinen phylogenetischen Entwicklungsverlauf nach. 18

19 Neuroanatomische Grundlagen Entwicklung des ZNS II 1) Medulla spinalis (Rückenmark) 2) Medulla oblongata (verlängertes Rückenmark) 3) Metencephalon (Hinterhirn) 4) Anlage des Cerebellums (Kleinhirn) 5) Pons (Brücke) 6) Cerebellum (Kleinhirn) 7) Mesencephalon (Mittelhirn) 8) Diencephalon (Zwischenhirn) 9) Augenbläschen 10) ausdifferenzierte Augen 11) Telencephalon (Groß- oder Endhirn) 19

20 Neuroanatomische Grundlagen Die Hirnventrikel I 20

21 Neuroanatomische Grundlagen Die Hirnventrikel II 21

22 Neuroanatomische Grundlagen Grobgliederung des Gehirns 1) Myelencephalon (Nachhirn) bestehend aus Medulla oblongata (verlängertes Rückenmark) 2) Pons (Brücke) 3) Mesencephalon (Mittelhirn) Rhombencephalon (Rautenhirn) 4) Diencephalon (Zwischenhirn) Metencephalon (Hinterhirn) 5) Cerebellum (Kleinhirn) 6) Telencephalon (Groß- oder Endhirn) 22

23 Neuroanatomische Grundlagen Außenansicht des Gehirns 1) Telencephalon (Groß- oder Endhirn) 2) Cerebellum (Kleinhirn) 3) Lobus frontalis (Frontallappen) 4) Lobus parietalis (Scheitellappen) 5) Lobus occipitalis (Hinterhauptlappen) 6) Lobus temporalis (Schläfenlappen) 7) Sulcus centralis 8) Gyrus präcentralis 9) Gyrus postcentralis 10) Sulcus lateralis 11) Pons (Brücke) 12) Medulla oblongata (verlängertes Rückenmark) 23

24 Neuroanatomische Grundlagen Der Hirnstamm Zum Hirnstamm zählen das verlängerte Rückenmark (Medulla oblongata), die Brücke (Pons) und das Mittelhirn (Mesencephalon). Es hat sich phylogenetisch vor ca. 500 Millionen Jahren entwickelt und wird deswegen auch als Reptiliengehirn bezeichnet. Der Begriff Stammhirn umfaßt zusätzlich das Zwischenhirn (Diencephalon)! 24

25 Neuroanatomische Grundlagen Das Zwischenhirn Die größten und wichtigsten Teile des Zwischenhirns sind der Thalamus und der Hypothalamus. Das Zwischenhirn umfaßt weiterhin Hypophyse und Epiphyse. 25

26 Neuroanatomische Grundlagen Der Thalamus Der Thalamus ist intensiv mit vielen Teilen des gesamten Großhirns verbunden. Er entscheidet unter anderem darüber, welche Informationen, die aus den Sinnesorganen in das Gehirn gelangen, zur bewußten Verarbeitung weitergeleitet werden. Wegen dieser Filterfunktion wird er als Tor zum Bewusstsein bezeichnet. 26

27 Neuroanatomische Grundlagen Die Basalganglien Die Basalganglien setzen sich aus subkortikalen Kernen zusammen, die vor allem im Großhirn zu finden sind. Die wichtigsten sind: (1) Nucleus caudatus bestehend aus: (2) Caput und (3) Cauda (4) Putamen (5) Pallidum (6) Nucleus amygdala Da die Amygdala in keinem funktionalem Zusammenhang mit den anderen Kernen steht, wird sie heute nicht mehr zu den Basalganglien gezählt. 27

28 Neuroanatomische Grundlagen Eine grobe Übersicht über das motorisches System 28

29 Neuroanatomische Grundlagen Das limbische System Entwicklungsgeschichtlich später als der Hirnstamm entstand das limbische System, weshalb man es auch als Säugergehirn bezeichnet. Es umfasst Teile des Zwischenhirns und des Großhirns. 29

30 Neuroanatomische Grundlagen Der Papez-Neuronenkreis Fast alle Efferenzen des Hippocampus (1)verlaufen über den Fornix (2) zu den Mammillarkörpern (3) und von da aus weiter zum Thalamus (5). Dieser projiziert zum Gyrus cinguli (6), der wiederum Efferenzen zum Hippocampus unterhält. 30

31 Grundlagen der Neuropsychologie Die vier Hirnparteien 31

32 Zelluläre Organisation des Gehirns Aufbau einer Nervenzelle Die wichtigsten Bestandteile einer Nervenzelle sind: 1) Soma (Körper) 2) Zellkern 3) Endoplasmatisches Retikulum 4) Axonhügel 5) Dentriten 6) Axon 7) Synaptische Endknöpfchen 8) Synaptische Endknöpfchen von anderen Neuronen 32

33 Zelluläre Organisation des Gehirns Aufbau einer Synapse Die Reizübertragung zwischen den Nervenzellen geschieht chemisch. 1) Endverzweigungen (Telodentrien) des Axon des efferenten Neurons 2) präsynaptische Membran 1 3) postsynaptische Membran 4) Vesikel 5) Neurotransmitter 6) Synaptischer Spalt 4 7) Rezeptor 8) Dentritendorn des afferenten Neurons

34 Zelluläre Organisation des Gehirns Das Ruhepotential I Beim Ausgangszustand des Ruhepotentials befinden sich außerhalb der Nervenzelle Natrium-Kationen (Na+) und Chlorid-Anionen (Cl-). Innerhalb der Zelle befinden sich negative Protein-Anionen (A-) und Kalium-Kationen (K+). außen Cl- Cl- Na+ Na+ Cl- Na+ Na+ Na+ Cl- Cl- Zellmembran AA - K K+ + A- AK+ K+ K+ innen 34

35 Zelluläre Organisation des Gehirns Das Ruhepotential II Die Zellmembran ist für Kaliumionen (K+) permeabel. Der Konzentrationgradient bewirkt die Ausbreitung der K+-Ionen. Ungehindert würden sie durch die Membran diffundieren, bis die K+-Konzentration innerhalb und außerhalb der Zelle gleich wäre. Der elektrostatischer Gradient, verursacht durch die negativen Protein-Anionen, die nicht durch die Kalium-Kanäle passen, wirkt dem entgegen, bis sich ein Gleichgewicht (Ruhepotential) einstellt. Es beträgt ca. -70 Millivolt (mv). K+ K K+ + K+ K+ A- A- A K + K+ A- - K+ 35

36 Zelluläre Organisation des Gehirns Das Ruhepotential III Vereinzelnd dringen jedoch Na+-Ionen ins Innere der Zelle, was schleichend zum Verschwinden des Spannungsunterschiedes führen würde. Na Na + Na + K + K+ + Na K+ K+ + Na Na + A- AK+ A- + Na + A- K+ 36

37 Zelluläre Organisation des Gehirns Die Natrium-Kalium-Pumpe Dem wirkt die Nervenzelle aktiv mit Hilfe der Kalium-Natrium-Pumpe entgegen. Diese befördert stets drei Natriumionen aus der Zelle und gleichzeitig zwei Kaliumionen in die Zelle, die ihrerseits wieder nach außen diffundieren können. Na + K+ K+ Na + K+ Na K+ + K+ K+ A K Na + A- Na - ANa K+ + + Na + K + + A- 37

38 Zelluläre Organisation des Gehirns postsynaptische Potentiale Auf Stimulation durch die synaptischen Endknöpfchen anderer Neurone, reagiert die postsynaptische Membran bei hemmenden (inhibitorischen) Synapsen mit dem Öffnen von Cl--Kanälen (Hyperpolarisation) und bei erregenden (exzitatorischen) Synapsen mit dem Öffnen von Na+-Kanälen (Depolarisation). Na Na + Cl- + Na Cl- + ClNa + Na Na A- + Cl- Cl- + A- ANa + A- Cl- 38

39 Zelluläre Organisation des Gehirns exzitatorische und inhibitorische Synapsen 39

40 Zelluläre Organisation des Gehirns Summation postsynaptische Potentiale Lokale postsynaptische Depolarisationen breiten sich über die gesamte Nervenzelle bis zum Axonhügel aus, schwächen sich dabei aber zunehmend ab. Mehrere Depolarisationen in räumlicher und/oder zeitlicher Nähe können sich summieren. 40

41 Zelluläre Organisation des Gehirns Das Aktionspotential I Ist die summierte Depolarisation am Axonhügel so stark, dass das Membranpotential auf -55mV sinkt, wird ein Aktionspotential ausgelöst. Die Membran wird für eine halbe Millisekunde völlig durchlässig für Na+-Ionen und die Spannung kippt um auf ca. +50mV. Direkt danach schließen sich die Na+-Kanäle und die Permeabilität für K+-Ionen wird schlagartig erhöht. Daraufhin stellt sich das Ruhepotential wieder ein. Na Na Na + Na + K+ + Na + + K+ K+ A - Na + Na A- + K Na K+ + + AK+ A- 0,5 ms 41

42 Zelluläre Organisation des Gehirns Das Aktionspotential II Die zeitliche und räumliche Summation von exzitatorischen (EPSP) und inhibitorischen (IPSP) postsynaptischen Potentialen löst beim überschreiten der -55 mv schwelle ein Aktionspotential aus. 42

43 Zelluläre Organisation des Gehirns Fortschreiten des Aktionspotentials I Das zunächst am Axonhügel entstehende Aktionspotential stösst weitere Depolarisationen in seiner unmittelbarer Nachbarschaft an, was zu einer Kettenreaktion führt, durch die sich das Aktionspotential entlang des Axons fortpflanzt. Soma (Axonhügel) Synapse Fortschrittsrichtung 43

44 Zelluläre Organisation des Gehirns Fortschreiten des Aktionspotentials II 44

45 Zelluläre Organisation des Gehirns Die Myelinscheide 45

46 Zelluläre Organisation des Gehirns Saltartorische Erregungsweiterleitung Die Myelinscheide verhindert, ein kontinuierliches Fortschreiten des Aktionspotentials entlang des Axons. 46

47 Zelluläre Organisation des Gehirns divergente und konvergente Verschaltung (a) 1 zu 1-Verschaltung (b) divergent mit verschiedenen Efferenzen (c) divergent mit gleichen Efferenzen (d) konvergent mit gleichen Afferenzen (e) konvergent mit unterschiedlichen Afferenzen 47

48 Organisation der Großhirnrinde Grobe Aufteilung der Großhirnrinde Die Großhirnrinde wird grob in den Allokortex und den phylogenetisch jüngeren Neokortex (4) unterteilt. Der Allokortex besteht wiederum aus dem Paläokortex bzw. dem Riechhirn (1) und dem Archikortex (3), der vor allem aus dem Hippocampus (hier nicht abgebildet) besteht. Die Abbildung unten zeigt zusätzlich das Striatum der Basalganglien (2). 48

49 Organisation der Großhirnrinde Grobe Einteilung des Neokortex Funktionell läßt sich der Neokortex einteilen in: Primärfelder, die sensorische Zentren bezeichnet, die Sinnesafferenzen direkt vom Thalamus empfangen und interpretationsfrei zum Bewusstsein bringen, bzw. motorische Zentren, von denen Bewegungsinitationen direkt ins Rückenmark geleitet werden. Sekundärfelder sind Gebiete, in denen diese Sinnesinformationen interpretiert, bzw. Bewegungsentwürfe erstellt werden. Assoziationsfelder können, im Gegensatz zu den sekundären Feldern, nicht primären Feldern zugeordnet werden. Sie sind für komplexe Funktionen wie Sprache, Planung von Verhalten, Gedächtnis und Aufmerksamkeit zuständig. 49

50 Organisation der Großhirnrinde Motorische Areale im Frontallappen motorische Kortexareale: (1) Gyrus präcentralis, (2) prämotorischer Kortex, (3) supplementärmotorischer Kortex, (4) frontales Augenfeld. 50

51 Organisation der Großhirnrinde Sprachmotorische Areale im Frontallappen Lokalisation des motorischen Sprachzentrums im Gyrus frontalis inferior. (1) Broca-Sprachzentrum, (2) weitere motorische Sprachareale 51

52 Organisation der Großhirnrinde Der präfrontale Kortex Funktionell werden diesem Großhirnbereich neben einer herausragenden Rolle für das Kurzzeitgedächtnis höhere soziale, psychische und geistige Leistungen des Menschen zugeschrieben, von der Achtung ethischer Grundwerte über Handlungsmotivation bis hin zu kognitiven Leistungen wie kombinatorisches oder planerisches Denken. 52

53 Organisation der Großhirnrinde Somatosensible Areale im Parietallappen (1) gyrus postcentralis (primäre somatosensible Rinde), (2) sekundäre somatosensible Rinde, (3) posteriorer parietaler Kortex. 53

54 Organisation der Großhirnrinde Der Gyrus angularis im Parietallappen Der Gyrus angularis spielt auf der linken Hemisphärenseite eine zentrale Rolle bei der Verknüpfung visueller Impulse und deren Zuordnung zu sprachlichen Begriffen, ist also eine wichtige Schaltstelle zwischen sekundärer Seh- und Hörrinde. In diesem Zusammenhang ist er auch beim Vorgang des Lesens und Schreibens unerlässlich. 54

55 Organisation der Großhirnrinde Okzipitallappen und visuelles System Jedem Ort auf der Netzhaut des Auges entspricht ein bestimmtes kleines Areal im visuellen Kortex. Zu den visuellen Rindenfeldern gehören: 1) primäre Sehrinde (Area 17) 2) Area 18 3) Area 19 sekundäre Sehrinde 4) übergeordnete visuelle Rindenfelder 55

56 Organisation der Großhirnrinde Rindenfeldereinteilung nach Brodmann Die Hemisphärenrinde wird nach histologischen Parametern in 52 Rindenfelder (Areae) eingeteilt. Jedes von ihnen ist in der vorliegenden Lateralansicht durch ein bestimmtes Symbol bezeichnet. Die dargestellte Nummerierung dieser Rindenfelder gilt international. 56

57 Organisation der Großhirnrinde Die Sehbahn b 57

58 Organisation der Großhirnrinde primäre und sekundäre Hörrinde Die primäre Hörrinde (1) ist von lateral normalerweise nicht zu erkennen und ist daher links von schräg oben dargestellt. Die sekundäre Hörrinde (entspricht auf der sprachdominanten Seite dem Wernicke-Zentrum) dagegen ist lateral darstellbar (rechts). 58

59 Lateralität des Großhirns anatomische Asymmetrie I Die beiden Großhirnhälften unterscheiden sich an einigen Stellen deutlich voneinander. Die anatomischen Abweichungen betreffen in erster Linie den Temporallappen: Die rechte Gehirnhälfte ist insgesamt etwas größer und schwerer als die linke und darüber hinaus leicht nach vorne versetzt. Die rechte Sulcus lateralis (seitliche Furche) ist länger und steigt steiler an. Der primäre auditorische Kortex (Heschlsche Gyri) ist auf der rechten Seite ausgeprägter, d.h. größer und auf zwei Windungen verteilt, satt wie links nur auf einer (s. Abb. u.). Das Planum temporale links (Wernicke-Zentrum) ist größer als das Planum temporale rechts (s. Abb. u.). Das Broca-Areal bzw. das frontale Operculum ist links tiefer im den Gehirnfurchen verborgen als rechtsseitig. 59

60 Lateralität des Großhirns anatomische Asymmetrie II 60

61 Lateralität des Großhirns Split Brain-Experimente I Bei Split Brain-Patienten wurde der Balken, der die beiden Großhirnhemisphären verbindet, komplett durchtrennt. Dadurch ist die Kommunikation zwischen den beiden Hirnhälften weitgehend unterbrochen. 61

62 Lateralität des Großhirns Split Brain-Experimente II Split Brain-Patienten erkennen bei tachistoskopischer Darbietung zusammengesetzter Gesichter stets die Hälfe wieder, die im linken Blickfeld dargeboten wurde, also von der rechten Hemisphäre verarbeitet wurde. 62

63 Lateralität des Großhirns Asymmetrie des gesunden Gehirns 63

64 Lateralität des Großhirns Asymmetrie des visuellen Systems Tachistoskopische Untersuchungen erlauben es die Genauigkeit, mit der verschiedene Arten von visuellen Informationen in den beiden Hemisphären verarbeitet wird, miteinander zu vergleichen. Dominanz der linken Hemisphäre Dominanz der rechten Hemisphäre Buchstaben 1,2 1,0 Wörter 1,5 1,0 Punktlokalisation auf Flächen 1,0 1,2 Punkt u. Formenaufzählung 1,0 1,2 Vergleich gebogener Linien 1,0 1,1 Stereoskopisches Tiefensehen 1,0 1,3 Gesichter 1,0 1,2 Aufgabe 64

65 Lateralität des Großhirns Asymmetrie des auditorischen Systems Das auditorische System ist nicht vollständig überkreuzt, wie das visuelle; beide Hemisphären erhalten Projektionen aus beiden Ohren. (1) Hörschnecke (2)-(6) verschiedene Kerne und Verbindungen im Stammhirn (7) Colliculus inferior im Mittelhirn (Tectum) (8) mittlerer Kniehöcker (Geniculatum mediale) des Thalamus (9) Hörbahn (10) primäre Hörrinde (Heschlscher Gyrus) 65

66 Lateralität des Großhirns Asymmetrie des auditorischen Systems Analog zu den tachistoskopischen Untersuchungen, mit denen man Unterschiede bei der Informationsverarbeitung der Hirnhälften bezüglich visueller Informationen beobachten kann, können dichotische Hörtests dazu beitragen, die Unterschiede der Hemisphären bezüglich der Verarbeitung akustischer Informationen aufzuzeigen. Dominanz der linken Hemisphäre Dominanz der rechten Hemisphäre Wörter 1,9 1,0 sinnfreie Silben 1,7 1,0 rückwärts Gesprochenes 1,7 1,0 Melodieverlauf 1,0 1,2 nichtsprachliche Laute 1,0 1,1 Aufgabe 66

67 Lateralität des Großhirns Lateralität der Funktionen im Überblick Funktion linke Hemisphäre visuelles System Buchstabe, Wörter auditorisches System sprachverwandte Laute somatosensorisches System Bewegung Gedächtnis Sprache räumliche Prozesse? rechte Hemisphäre Gesichter, komplexe geometrische Muster nichtsprachliche Umweltgeräusche, Musik taktiles Erkennen komplexer Muster Bewegung im Raum komplexe Willkürbewegungen verbales Gedächtnis nichtverbales Gedächtnis Sprechen, Lesen, Schreiben, Prosodie Rechnen Geometrie, Richtungssinn,? mentale Rotation 67

68 Lateralität des Großhirns Kodierung visueller Information im Gedächtnis 68

69 Lateralität des Großhirns Kodierung sprachlicher Information im Gedächtnis Kreis Dreieck Quadrat Kreis Kreis Dreieck Kreis Dreieck Quadrat Kreuz Quadrat Dreieck 69

70 Lateralität des Großhirns Interpretation der Befunde Die allgemeine Befundlage aus Experimenten mit Split Brain-Patienten, sowie tachistoskopischen und dichotischen Tests bei gesunden Menschen können zusammenfassend wie folgt interpretiert werden: 1) Die beiden Hirnhälften können grundsätzlich jeweils nur bestimmte Funktionen übernehmen, also bestimmte Aspekte ein und der selben Aufgabe bearbeiten. Die linke Hemisphäre arbeitet eher analytisch, wohingegen die rechte eher synthetisch arbeitet. Die Hirnhälften unterscheiden sich also hauptsächlich durch den Stil der Informationsverarbeitung. 2) Beide Hirnhälften können alle Funktionen übernehmen, wobei die jeweils dominante die andere blockiert. 3) Beide Hirnhälften konnten ursprünglich das gleiche, haben sich aber im Laufe ihrer Entwicklung zunehmend spezialisiert. 70

71 Neurotransmitter Acetylcholin Loewi's Traum Durch Experimente an Froschherzen bemerkte der Pharmakologe Otto Loewi, dass die Reizweiterleitung des Vagusnervs durch Acetylcholin vermittelt wird. Damit hatte er einen der wichtigsten Botenstoffe (Neurotransmitter) des Nervensystems entdeckt. Acetylcholin ist ein wichtiger Neurotransmitter, der sowohl im peripheren, wie auch im zentralen Nervensystem sehr häufig vorkommt. Es spielt eine wichtige Rolle beim Verständnis der Alzheimer-Krankheit. Degenerationen im Nucleus basalis Meynert des limbischen System (in direkter Nachbarschaft zur Amygdala auf der einen Seite und dem Pallidum auf der anderen Seite) führen zu einer Unterversorgung cholinerger Neurone im gesamten Kortex und zu ihrem Abbau. Vor allem Efferenzen aus den Assotiationsfeldern zum Hippocampus, der selbst nicht cholinerg ist, unterstreichen die immense Bedeutung des Acetylcholin für Prozesse, die im Zusammenhang mit Gedächtnisfunktionen stehen. 71

72 Neurotransmitter Das cholinerge System 72

73 Neurotransmitter Dopamin Motorik und Belohnung Viele dopaminerge Nervenbahnen entspringen entweder der Substantia nigra im Mittelhirn oder, dem ebenfalls dort zu findenden, ventralen tegmentalen Areal (VTA). Die Substantia nigra unterhält viele Verbindungen zu den Basalganglien, was die Bedeutung des Dopamins für die Motorik deutlich macht. Degenerationen der Substantia nigra werden mit der Parkinson-Krankheit in Verbindung gebracht. Die Verbindungen, die das ventrale tegmentale Areal mit dem Nucleus accumbens unterhält, stellen als mediales Vorderhirnbündel den wichtigsten Teil des mesolimbischen Systems dar, das als sogenanntes Belohnungszentrum eine immense Bedeutung für Lern- und Motivationsprozesse hat. Drogen, die Dopaminagonisten darstellen (Stimmulantien), können bei Überdosierung Symptome hervorrufen, die vergleichbar mit denen einer Schizophrenie sind. 73

74 Neurotransmitter Das dopaminerge System 74

75 Neurotransmitter Serotonin Regulation des emotionalen Empfindens Das seretonerge System hat seinen Ursprung in den Raphe-Kernen im Hirnstamm. Von dort aus bestehen Verbindungen in das gesamte Gehirn. Serotonin ist direkt oder indirekt in beinahe alle Gehirnfunktionen involviert. Aus (neuro-) psychologischer Sicht ist vor allem seinen Wirkung auf die Stimmungslage von vorrangiger Bedeutung. Serotonin entspricht am ehesten der weitläufig verbreiteten, aber naiven Vorstellung eines Glückshormons. Tatsächlich hat Serotonin eine dämpfende (hemmende) Wirkung auf negative Gefühle, wie Angst Aggressivität oder Traurigkeit. Depressionen werden mit einem Mangel an Serotonin in Verbindung gebracht. Überdosierungen können Halluzinationen auslösen, LSD ist ein Serotonin-Agonist. 75

76 Neurotransmitter Das seretonerge System 76

77 Neurotransmitter Einige wichtige Botenstoffe im Überblick Acetylcholin ist ein wichtiger Neurotransmitter im peripheren Nervensystem. Im ZNS ist es an vielen kognitiven Prozessen (z.b. Gedächtnis) beteiligt. GABA γ-aminobuttersäure ist der wichtigste inhibitorische Transmitter im ZNS. Beruhigungsmittel und Angstlöser (z.b. Diazepam oder Alkohol) erhöhen die Empfindlichkeit der GABA-Rezeptoren und wirken daher dämpfend. Monoamine Dopamin, Noradrenalin und Serotonin, die chemisch eng miteinander verwandt sind, spielen u.a. eine herausragende Rolle bei Emotion u. Motivation. Endorphine Endogene morphinähnliche Substanzen sind vor allem für die Hemmung der Reizweiterleitung im paleospinothalamischen System verantwortlich und gelten als körpereigene Schmerzdämpfer. Im limbischen System besteht eine erhöhte Dichte von Opiatrezeptoren. 77