Proseminar: Elektrophysiologie kognitiver Prozesse WS 2008/2009 Dozentin: Dr. Nicola Ferdinand Referent: Michael Weigl Biologische Grundlagen der Elektrogenese Ein Überblick
Zum Einstieg Die Gliederung des Nervensystems
Eine grobe Unterteilung des Gehirns
Die vier Lappen des Neokortex
Die wichtigsten Furchen
Die sechs Schichten des Neokortex Zwei Neuronen- Typen Säulenartiger Aufbau Unterschiedliche Ausdehnung u. Zelldichte der Schichten Schichtdicke abhängig vom untersuchten Areal
Das Neuron
Grober Aufbau eines Neurons
Neuronentypen
Die Synapse
Das Membranpotential
Das Ruhepotential Ruhemembranpotential eines Neurons bei -70 mv Beteiligte Ionen: Natrium (+), Kalium (+), Chlor (-) Homogenisierende Faktoren: - Brownsche Molekularbewegung: Ionen bewegen sich zufällig tendieren dazu, sich gleich zu verteilen. - Elektrostatische Kraft: Aufgrund ihrer elektrischen Ladung tendieren sich Ansammlungen von Ionen gleicher Ladung infolge von Abstoßung aufzulösen. Entgegenwirkende Faktoren: - Permeabilität der Zellmembran: Ionen passieren auf eine Art von Ionen spezialisierte Ionenkanäle. - Natrium-Kalium-Pumpe: Unter Verbrauch von Energie (ATP) werden drei Na(+)-Ionen nach außen und zwei K(+)-Ionen ins Neuron gepumpt.
Postsynaptische Potentiale Hyperpolarisation: inhibitorische postsynaptische Potentiale (IPSP), verringern die Wahrscheinlichkeit, dass ein Neuron feuert. Depolarisation; exzitatorische postsynaptische Potentiale (EPSP), erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass ein Aktionspotential entsteht.
Räumliche Summation Zeitliche Summation
Das Aktionspotential -Alles-oder-Nichts-Reaktion -Tritt bei Depolarisation bis zur Erregungsschwelle ( ~ -65 mv) -Eine ca. 1ms andauernde Umkehrung der Membranpotential von -70 mv auf ca. +50 mv -Höhe des AP konstant +50 mv unabhängig von Reizstärke -> Refraktärzeit
Das Ganze etwas genauer
Die Refraktärzeit Absolute Refraktärzeit: Zeitraum, während dem kein weiteres Aktionspotential ausgelöst werden kann (ca. 1-2 ms) Relative Refraktärzeit: Zeitspanne, in der es möglich ist, ein AP auszulösen, wenn es stärker als normal gereizt wird. Aktionspotentiale werden nur in eine Richtung weitergeleitet. Neuronale Entladungsrate steht im Zusammenhang mit der Intensität der Stimulation (d.h. bei kontinuierlich starker Stimulation feuert das Neuron immer dann, wenn seine absolute Refraktärzeit vorbei ist. Max. Feuerrate 1000 Entladungen pro Sekunde)
Erregungsleitung Geschwindigkeit abhängig von Durchmesser des Axons und von der Myelinisierung Motorneuron bei Säugetieren: 100 m/s; beim Mensch: 60 m/s Saltatorische Erregungsleitung bei myelinisiertem Axon, d.h. Signal springt von einem RanvierSchnürring zum nächsten!
Synaptische Weiterleitung - Synthese niedermolekularer Neurotransmitter im Cytoplasma und vom Golgi-Apparat in synaptische Vesikel verpackt. -Zusammensetzung von Neuropeptide durch Ribosome, im Golgi- Apparat zu Vesikel verpackt und über Mikrotubuli zum Endköpfchen transportiert.
Exzytose- Die Neurotransmitterfreisetzung -Die präsynaptische Membran beinhaltet viele spannungsgesteuerte Kalziumkanäle. -Durch Aktionspotentiale stimuliert öffnen sich diese und die eindringenden Ca(2+)-Ione veranlassen die Vesikel mit der präsynaptische Membran zu verschmelzen. -Niedermolekulare Neurotrans-mitter werden bei jedem Ca(2+)-Einstrom freigesetzt. -Die Freisetzung von Neuropeptiden erfolgt z.b. durch allgemeine Zunahme der Feuerrate eines Neurons
Rezeptoren ESPS: NT öffnet Na(+)-Kanal ISPS: NT öffnet Cl(-)- /K(+)-Kanal Neues Aktionspotential
Elektrische Dipole
Das elektrische Feld - Zwischen Ladungsträgern unterschiedlicher Polarität entsteht ein elektrisches Feld - Änderung der elektrischen Feldstärke erzeugt ein Magnetfeld (-> Magnetoenzephalogramm (MEG)) - Teilchen können senkrecht zu den Feldlinien bewegt werden, ohne dass sich das Potential ändert (-> Äquipotentialfläche)
Bedeutung für das EEG - Die elektrische Spannung zwischen zwei Punkten eines elektrischen Feldes ist gleich der Potenzialdifferenz: U = Δϕ = ϕ2 ϕ1. - Unterschiedliche Polarität muss am Skalp nachweisbar sein, um sinnvoll messen zu können.
Das 10-20-System
EEG - MEG Bei der Entstehung eines EKPs entsteht auch immer ein Magnetfeld. Diese können den Schädel relativ ungehindert durchdringen. => Ereigniskorreliertes Magnetfeld MEG liefert größere räumliche Auflösung ( ist aber teuer!) => Kombination EEG-MEG sinnvoll!!
Literatur Cooper, R.; Osselton, J.W.; Shaw, J.C.: Elektroenzephalographie. Stuttgart: Fischer. (1974) Pinel, J.P.J.; Pauli, P.: Biopsychologie. München: Pearson. (2007) Luck, S.J.: An Introduction to the eventrelated potential technique. Cambridge: MIT Press. (2005)
Vielen Dank für f r eure Aufmerksamkeit!!