Vorlesung Tag 2 Strauß Flashcards
Hirnforschung
für das Verständins des Hirns sind Struktur Physiologie und Schaltkreise untrennbar
Besandteile menschliches Gehirn
77-78% wasser 10-12 % Lipide 8% Protein 2% org Verbindung 1% Kohlenhydrate, anorganische substanz
Gehirn
Gewicht:
Neurone:
Neuronentypen wieviel verschiedene ?
1,2-1.4 kg
100 milliarden Neuroone, 10x mehr Gliazellen als Neurone
–> großteil Neurone im Kleinhirn- mehr als im Großhirn
145 verschiedene Neuronentypen
was macht menschliches Hirn aus ?
spezifische Zelltypen, Moleküle und Neuronen, Zellphysiologie, Areale (Größe und deren Verbindungen)
1 Grosshirn-Rimde 2 Cerebellum 3 Stammhirn 4 verlängertes Mark 5 Brücke 6 Zirbeldrüse 7 Balken 8 Mittelhirn 9 visuell 10 auditorisch 11 Thalamus 12Hypothalamus
1Cortex 2Kleinhirn 3 4Medulla oblongata 5 Pons 6 Epiphyse 7 corpus callous 8 tegmentum 9 colliculus superior 10 colliculus inferior 11Tor zum Bewusstsein 12 Regulationszentrum für alle vegetativen und endokrinen Vorgänge 11/12 beides Teile des Diencephalon
die embryonale Anlage des Gehirns
–> Neurulation
- Bildung des Neuralrohrs beim Embryo
- Mit diesem Prozess beginnt bei allen Wirbeltieren die Manifestation des zentralen Nervensystems
- geht primär durch Einsenkung und Abfaltung des Neuroektoderms aus dem Ektoderm hervor
Gliederung menschliches Gehirn
Neuralrohr aus?
3 primäre Gehirnvesikel: Vorderhirn (prosencephalon) Mittelhirn (Mesencephalon) Rautenhirn (Rhombencephalon) (+ Rückenmark)
5 sekundäre gehirnvesikel: Vorderhirn (prosencephalon) Mittelhirn (Mesencephalon) Rautenhirn (Rhombencephalon) (+ Rückenmark)
+
Endhirn (Telencephalon)
Zwischenhirn (Diencephalon)
Hinterhirn (Metencephalon)
Nachhirn (Myelencephalon
die embryonale Anlage des Gehirns:
durch was intakte Gehirn und Ventrikel Entwicklung ?
was kann bei der Anlage des Neuralrohres auftreten?
durch Schließen des Neuralrohres–> Neurulation
können Entwicklungsstörungen auftreten
das Ventrikelsystem
Cerebrospinalflüssigkeit (CSF)
Funktionen:
- wird an der Wand der Ventrikel abgegeben
- konstantes extrazelluläres Milieu für Neurone und Glia
- einrichten Fluss zwischen den Hirnhäuten
- schützt das Gehirn im Schädel
- verleiht Auftrieb und reduziert damit effektiv Gewicht
- ev. Lymphfunktion für das Gehirn
Zelluläre Elememte des ZNS
Neurone (Nervenzellen, funktionelle Grundelemente, gr. Diversität)
Gliazellen (Astrocyten, Oligodendrocyten, Mikroglia-Zellen)
im PNS- schwannsche Gliazellen
Zusammenfassung Gehirnaufbau
aus was entsteht Gehirn?
in was untergliedert ?
was definieren diese 5 Abschnitte?
wie erfolgt die Differenzierung?
2 Achsen im Hirn geben wichtige funktionelle Unterschiede wieder welche ?
-embryonal aus dem Neuralrohr
-in 3 primäre und 5 sekundäre Vesikel (Abschnitte)
-Hauptregionen des Gehirns, ensprechen Abschnitten mit verschiedenen funktionellen Sezialisierungen
-sie erfolgt embryonal u.a. durch massive Bildung von Neuronen im Großhirn
-
1
dorsal: sensorische Eingänge
zentral: motorische Ausgänge
2
anterior: höhere, kognitive Funktionen (Beispiel cortex)
posterior: grundlegende, lebenserhaltende Vitalfunktionen (Hirnstamm)
Gehirnforschung:
Neuroanatomie
Bodman-Areale Grosshirnrinde
(Korbinian Brodman)
weitere wichtige Personen:
Gehirnstimulation und Lokalisationsstudien
Brodman areale
52 unterschiedliche Felder im menschlichen Cortex, aufgrund histologischer Merkmale
–> gibt Hinweis auf funktionelle Spezialisierungen
Andreas Vesalius
Hippokrates (Ventrikel Lehre)
Leonardo da Vinci
Registrierung von Aktivitätsmustern einzelner Neurone
EEG
Elektroenzephalographie zur Aktivitätsanalyse
Aktivität wird direkt von Gehirnoberfläche gemessen
Bildgebende Verfahren -Imaging !
Bildgebende Verfahren erlauben?
Darstellung verschiedener parameter von Aktivität im Gehirn ?
- Untersuchungen am lebenden Gehirn
- nicht invasive, hochauflösende Darstellung von Gehirnstrukturen
- Untersuchungen der Aktivität (Funktionen) des Gehirns
- tw. Diagnose neurologischer Erkanungen
- Sauerstoffverteilung
-Stoffwechselaktivität (Glucose)
-elektrische Aktivität
CT Computertomographie
Forensiche Analysen:
- basiert auf Röntgenstrahlung des Gehirns in verschiedenen Ebenen
- setzt vielfache verschiedene Ebenen zusammen
Vorteil: sehr schnelle Anwendung , Strukturen von Weichteilen rekonstruieren
Nachteil: Strahlenbelastung
Virtopsie= virtuelle Autopsie mithilfe CT oder MRT
MRT Magnetresonanztomographie (Kernspintomographie)
- Magnetfeld an Gewebe angelegt
- Protonen im Kern: in hoch oder niedrig energetischen Zustand
- Wasserstoffatome angeregt = gelangen hochenergetischen Zustand
- Resonanzfrequenz
- Zurückfallen in niedrigeren energetischen zustand = sendne schwache elektromagnetische Signale aus
Vorteile: mehr Einzelheiten als CT keine Röntgenstrahlung erlaubt Rekonstruktion Gehirnstrukturen klinisch wichtig für Diagnostik
PET Positronen-Emissions-Tomographie
- im Gehirn wird eine Lösung mit Atomen, die Positronen freisetzten, eingebracht
- werden von aktiven Zellen aufgenommen
- Interaktionen mit Elektronen = hochenergetische Photonen werden frei, welche lokal erfasst werden können
- Betsimmen lokaler Änderung in Durchblutung des Gehirns
Vorteil: erfassen Aktivität / Funktion Gehirn
Nachteil:
Strahlenbelastung reduziert Analysen
Ort Strahlenbildung nur annähreungsweise Ort Positronenfreisetzung
weitere bildgebenden Verfahren
fMRI/ fMRT Funktionelle agnetresonanztomographie
(bei speziellen Aktivitäten/Aufgaben, lokalisiert Zentren neuronaler Aktivität)
DTI Diffusion Tension Imaging
(selektive Darstellung von axonalen Trakten der weißen Substanz)
Human Connectome Project
Ziel:
Strukturelle und funktionelle Erfassung aller Verbindungen des menschlichen Gehirns, alle Daten sollen öffentlich zugänglich gemacht werden
mehr als 1000 Gehirne im Vergleich ( eineiige, zweieiige Zwillinge und Nicht zwilligsgeschwister )
Human Brain Project
Ziel:
Computer Modell des menschlichen Gehirns, welches alle Paramter des Gehirns erfasst ( 100 milliarden Neuronen und Aktivitäten)
- testen Medikamente an der Simulation und andere Experimente
- damit reduzieren Tier und Primatenversuche
Zusammenfassung der Methoden:
Grundlagen der Neurobiologie ?
Untersuchungen am menshclichen Gehirn ?
auf was können bildgebende Verfahren beruhen?
welche Verfahren sind für Diagnostik wie Grundlagenforschung essentiell?
durch was kann elektrische Gehirnaktivität ermittelt werden ?
was ist essentiell für ein funktionelles Verständnis des Gehirns?
- Anatomie, zelluläre Neurophysiologie und Schaltkreise
- gibt kein adäquates Modell, bildgebende Verfahren erlauben, Aktivitätszustände indirekt räumlich und zeitlich zu erfassen
- auf Verhalten von Molekülen im Magnetfeld (MRT,fMRT,DTI)
- bildgebende Verfahren wie MRT,fMRT,DTI
- durch EEG
- detaillierte neuroanatomische Kentnisse über Gehirnareale und deren Vernetzung
Rückenmark mit was ?
motorischen Ausgängen
sensorischen Eingängen
Gehirnorganisation: Graue Substanz weiße Substanz Windung Furche Balken innere Kapsel
- Zellkörper
- Axone
- Gyrus
- Sulcus
- corpus callosum
- capsula interna
Kerne/Nuclei
Kommissur
Projektionsbahnen
Assoziationsbahnen
Kerne/Nuclei:
abgrenzbare Ansammlung von Neuronen mit ähnlicher Projektion
Kommissur:
Verbindung zwischen den Hemisphären
(Corpus callosum = größte Kommissur im Gehirn)
–> Primäre Cortexareale und Assoziationscortex
Projektionsbahnen:
Verbindugn Großhirn mit anderen Teilen des ZNS
Assoziationsbahnen:
Verbidnungen innerhalb einer Hemisphäre
–> Primäre Cortexareale und Assoziationscortex
Sensorische Bahnen = aufsteigende Bahnen
Bewusstsein von Sinnesinfo braucht?
Thalamus als zentrale Umschaltsstation sensorischer Inputs
( reagiert auf Berührung, Temperatur/Schmerz, Druck, Propriozeption)
- Projektionen von Sinnessystemen
- Projektion in Thalamus
- Projektion in Cortex
Unterteilung der Grosshirnrinde in 4 Lappen
Frontallappen (Vorderlappen) -> dazwischen Zentralfurche Scheitellappen (Parientallappen) Hinterhauptslappen (Okzipitallappen) Schläfenlappen (Temporallappen)
zwsichen Temporallappen & Frontal/Scheitellappen befindet sich Sylvische Fissur
Neocortex Aufbau
6 Schichten 1 Axone und Synapsen 2/3 Assoziation und Kommissurfasern 4 Inputs aus Thalamus 5/6 Assoziation und Projektionsfasern (aus dem Cortex)
fronatler und Präfrontaler Cortex (PFC)
Schädigung
2 Tests überprüfen :
Bsp. Phineas Gage (Sprengladung mit Stange druch Kopf)
organisiert geplantes Verhlaten
-vielfältige Verbindung zu sensorischen und motorischen Arealen, Gedächtnis, Basalganglien
- kein klarer Einfluss auf Intelligenz
- Verlust langfristige Planung
- enthemmtes Verhalten
- geringe Enthalpie
- verringertes Arbeitsgedächtnis
Power of London Test
Stroop Test
vorher: zuverlässig
nachher: unhöflich, beeinträchtigung der Handlungsplanung und Vorausplanung belegt
Sprachverarbeitung Lateralisierung im Cortex
in welchem Areal ?
direkte Verbindung beider?
Borca Areal: Frontallappen, Artikulation von Sprache
Wernicke Areal: Temporallappen, Erkennung/Verstehen von Sprache
durch Assoziationsbahn Fasciculus arucatus
Unterteilung der Großhirnrinde !!
4 Cortexlappen: die höchte Ebene der Integration und Steuerung
Occipitallappen (Hinterhautslappen) -primäres visuelles Areal
Parientallapen (Scheitellappen) -primäres somatosensorische Areale
Temporallappen (Schläfenlappen) - primäres auditorisches Areal, Wernicke-Areal
Frontallappen( Vorderlappen) -motorische Areale, Broca-Areal
–> präfrontaler Cortex: zeitliche Organisation von Verhalten
=>Jeder Lappen enthält zusätzlich sekundäre oder Assoziationsareale
=> diese erhalten Eingänge von den primären Arealen und verarbeiten und intergrieren Info
Verbindung zwischen den Hemisphären
corpus callosum
Split brain Patient
Corpus Callosotomie
- selten als letzte Lösung zur Behandlung der Epilepsie angewandt
- Durch die Durchtrennung des Corpus callosum soll verhindert werden, dass sich Anfälle von einer Hirnhälfte in die andere ausbreiten
Zeigt man Split-Brain-Patienten im linken Gesichtsfeld (genauer: auf den rechten Netzhauthälften beider Augen) ein Objekt, können sie es nicht benennen. Dies liegt daran, dass sich das Sprachzentrum bei den meisten Menschen in der linken Hemisphäre befindet. Die Informationen aus dem linken Gesichtsfeld werden jedoch nur an die rechte Hemisphäre geleitet. Aufgrund des durchtrennten Balkens können beide Hemisphären bei Split-Brain-Patienten nicht miteinander kommunizieren. Dadurch sind die Informationen, die in der rechten Hirnhälfte verarbeitet werden, für das Sprachzentrum nicht verfügbar. Die Betroffenen sind jedoch in der Lage, mit der von der rechten Hemisphäre gesteuerten linken Hand einen gleichartigen Gegenstand zu zeichnen
Kognition und Aufmerksamkeit
bestimmte Info wird durch was verstärkt?
durch den Cortex (plant die Aufmerksamkeit)
Cerebellum !!
Kleinhirn -enthält hohe Anzahl von Neuronen -Verschaltung zu Hemisphären des Cortex, zu Stammhirn und Mittelhirn -beeinflusst: Bewegung Extrimitäten -Augenbewegung -Sprache/Artikulation -Kognitive Funktionen
=> ermöglicht ausführen feinabgestufter Bewegungen
Basalganglien
5 Kerne der motorischen Steuerung
- VL kern des Thalamus
- Striatum : Nucleus caudatus, Putamen
- Pallidum
- Nucleus subthalamicus
- Substantia nigra
Ablauf Basalganglien:
erregende Synapse:
hemmende Synapse:
Wichtigste Anteile: Striatum (Eingang, besteht aus Putamen und Nucl. caudatus), Pallidum, Substantia nigra. Hauptaufgabe: Ausarbeitung von Bewegungsprogrammen (Generierung zeitlich-räumlicher Impulsmuster zur Steuerung von Amplitude, Richtung, Geschwindigkeit und Kraft einer Bewegung)
Glutamat, Dopamin
GABA
Motorische Funktionsschleife
- Aktivierung im Cortex
- Erregung im Putamen
- Hemmung im Pallidum
- Hemmung auf Thalamus wird abgeschwächt
- Exzitation des SMA
Pyramidenbahn
Die Pyramidenbahn (Tractus corticospinalis) bildet ein gemischtes Faserbündel, welches von verschiedenen Arealen der Großhirnrinde ausgeht und überwiegend zum Rückenmark läuft. Ihre Hauptfunktion ist die Aktivierung von Motoneuronen zur Durchführung von Bewegungen, vor allem der Willkürmotorik .
Obwohl die Pyramidenbahn also anatomisch als zusammenhängendes Bündel verläuft, handelt es sich funktionell um verschiedene absteigende Systeme. Der hauptsächliche exzitatorische Transmitter ist Glutamat
Innere Kapsel
Die Capsula interna ist Teil des Großhirns (Telencephalons). Sie wird innen vom Nucleus caudatus und vom Thalamus, außen vom Putamen und vom Pallidum begrenzt.
Die Capsula interna besteht aus weißer Substanz, in ihr verlaufen einige wichtige Faserverbindungen von der Großhirnrinde zu Pons, Medulla oblongata und Medulla spinalis.
das limbische System
gelegen am ?
beinhaltet was?
Komplexes System, das Emotionen verarbeitet und darüber hinaus das Verhalten beeinlfusst
u.a. emotionales Gedächtnis
medialen Beriech des Gehirns
Amygdala, Mammilarkörper, Hippocampus, Fornix
Amygdala
- reagiert selektiv während Erkennung ängstlicher Gesichter
- reagiert nicht auf neutrale oder freundliche Gesichter
- weitläufige Projektion u.a. zu Hypophyse => Stressreaktion
-Borderline Persönlichkeit: häufig stärkere Aktivität in der linken Amagdyla u.a. bei neutralen Gesichtern (Persönlichkeitsstörung=
Hippocampus (unter der Hirnrinde)
Gedächtnisbildung
Epilepsi-Patient: chirugische Entfernung des hippocampus
=> fehlendes langzeitgedächtnis
Cingulärer Cortex (Gyrus cinguli)
- bidirektional mit dem neocortex verbunden
- wichtig für emotionalen Ausdruck
- -> Tumore dort = emotionale Störung
- gibt Info an Hippocampus weiter
das limbische System !!
Hippocampus
Amygdala
Bulbus olfactorius
Gyrus cinguli
Mammilarkörper
Fornix
Hypothalamus
Parahippocampaler Gyrus
System verschiedener Gehirnbereiche für instinktives Verhalten und Emotionen
- Gedächtnisbildung
- Erinnerung, emotionale Reaktionen
- Geruchsinfo
- Integration, Weitergabe an Hippocampus
- Gedächtnisbildung
- verbinden Hippocampus;Mammilarkörper
- schnittstelle ZNS- endorkines System
- lernen, Raumgedächtnis
Geschlechtsspezifische Unterschiede
Gehirngewicht Mann/Frau:
Neuronenzahlen im Neocortex Mann/Frau:
- 1,37kg / 1,25 kg
- -> abhängig von Körpergröße und Gewicht, keine Korrelation zu Intelligenz - 22,8 miliarden , 19,3 milliarden
–> Frauen: größere Anzahl an grauer Substanz und Cortex ist stärker gefaltet
=> möglicher Einfluss auf Verhalten = unklar
Neuroanatomische Unterschiede
Größenunterschiede:
Studien:
- sind tw. gering, können nicht Geschlecht zuverlässig vorhersagen
- viele Studien benutzen kleine Stichproben und konnten nicht reproduziert werden
Warum haben wir ein Gehirn ? (nicht nur Rückenmark)
Integration: versch. sensorische Info verbinden
Bewertung: info analysieren
Planung/Steuerung: Verhalten entsprechend wählen
Analyse: Konsequenzen abschätzen
Lernen: Veränderungen von Verhalten
Energie und O2 Versorgung des Gehirns
Gewicht Gehirn
E-Bedarf Gehirn
Tal. 500 kcal
Gewicht Maus
- 2% Körpergewicht
- 25% E-Bedarf im Ruhezustand
- 20% für Ruhemembranpot.
80% FÜR neurotransmitter-recycling und Transport in Vesikel - 1% des Körpergewicht
8% E-Bedarf durch Gehirn
Energie und O2 Versorgung des Gehirns
aus 2 Arterien durchblutet ?
Blutzufuhr pro Minute
A. carotis interna
A. vertebralis
750ml Blut
Cortexdurchblutung durch das Arteriensystem
Anteriore Cerebralarterie
Mediane Cerebralarterie
posteriore Cerebralarterie
Das glymphatische System
Freiraum um Arterien/Venen
täglich wieviel Gramm Proteine aus dem Gehirn transportiert ?
- System zur Entsorgung zellulärer Abfallstoffe (Proteine) im Zentralnervensystem also Gehirn und Rückenmark
- kein Transport in Venen sondern in fließrichtung an den venen entlang
- Prozess existiert in Wirbeltieren und ist fast ausschließlich während des Schlafes aktiv
- Störungen des glymphatischen Systems werden mit neurodegenerativen Erkrankungen in Verbindung gebracht
Periarterieller Raum (Zwischenbereich)
7 g
Schlafposition beeinflusst Protein-Entsorgung
auf rechter Seite liegen (Herz liegt somit höher) ist die Entfernung mehr aktiv
