VL 2 Grundlagen der Neurowissenschaften

Wie viele NEuronen, Verbindungen von Neuronen und wie viele Kontakte hat ein neuron im Durchschnitt?

10^11-10^12 Neuronen (100 Milliarden bis 1 Billionen)

10^15 Verbindungen zwischen Neuronen

Jedes Neuron hat im Durchschnitt Kontakt zu ca. 1000 - 10000 anderen Neuronen

Je nach Region besitzen Neuronen unterschiedliche Morphologien und Aufgaben

Was ist die Hierarchie des Oragnismus?

Zelle zb. Neuron, Darmepithelzelle => Gewebe zb. Hirnrinde, Darmschleimhaut => Organ zb. Gehirn, Darm => Organ system zb. Nervensystem, Verdauungssystem => Organismus zb. der Mensch

Funktionen der Zellorganenellen: Mitochondrien, Zellkern, Ribosomen, Glattes/Raues ER, Golgi apparat, Lysosomen

Mitochondrien (Zellkraftwerke): Citrat-Zyklus, Atmungskette, Oxidation von Fettsäuren, Speicher von Calcium-Ionen

Zellkern/Nucleus: Enthält die DNA der Zelle, RNA-Transkription

Ribosomen im Cytosol: Synthese von Proteinen, mRNA Translation

Glattes ER: Synthese von Lipiden, Speicher von Calcium-Ionen

Raues ER (Ribosomen): Synthese von Membran und sekretorischen Proteine

Golgi Apparat: Modifizierung von Proteinen, Abknopsen von Vesikeln und Lysosomen

Lysosomen: Abbau von exogenen oder endogenen Substanzen

Aufbau der Zellmembran

Die Zellmembran umschließt das Zytoplasma

• Äußere Begrenzung der Zelle

• Dicke von etwa 4-5nm

Phospholipid-doppelschicht mit eingebetteten Proteine (hydrophiler Kopf jeweils außen, hydrophobic Schwanz innen)

Diffusionsbarriere für wasserlösliche Moleküle (Kanäle oder Transporter erforderlich)

• Wichtig für die Entstehung des Ruhemembranpotentials

Aufbau und Aufgaben eines Neurons

Das Neuron ist die zentrale Einheit des Nervensystems (Neuronendoktrin)

Ein Neuron besteht aus einem Zellkörper (Soma) und nervenfortsätzen (Neuriten)

Das Soma besteht aus dem Zellkern und dem Perikaryon

Neuriten umfassen das axon und die Dendriten

Ein Neuron hat immer nur ein Axon, aber typischerweise mehrerer Dendriten

Mit seinen Dendriten empfängt dass Neuron Signale von anderen Neuronen

Mit seinem Axon gibt es Signale an andere Neuronen weiter

Ein Neuron kann viele verschiedene Eingangssignale erhalten, aber kann nur ein Ausgangssignal aussenden

Neuron-Morphologien 3 verschiedene Arten

Pseudo-unipolar: Ein Neurit: Aufzweigung in Denrit und Axon

Bipolar: Zwei Neuriten: Ein Dendrit und ein Axon

Multipolar: Mehr als zwei Neuriten: mehrere Dendriten und ein Axon

5 Mögliche Gliederungen des Nervensystems

Zellulär in Neurone und Gliazellen

Morphologisch in graue und weiße Substanz

Funktionell in afferentes und efferentes Nervensystem

Strukturell in ZNS und PNS

Funktionell in somatisches und autonomes Nervensystem

Zelluläre Gliederung Neuronen & Gliazellen

Die meisten Zellen im Nervensystem gehören zu einer von zwei verschiedenen Gruppen Neuronen oder Gliazellen

Es gibt von beiden ca. gleich viele (ca. 100 Milliarden - 1 Billionen)

Gliazellen stellen eine Heterogene Gruppe von Zellen dar:

• Astrozyten

• Mikroglia

• Oligodendrocyten und Schwann-Zellen

Zelluläre Gliederung Neuronen & Gliazellen

• Astrozyten

• Häufigster und Größter Gliazelltyp

• Sternförmige Morphologie

• Stützendes Gerüst für Neurone

Regulation des chemischen Millieus des Extrazellularraums

-Umhüllung von Synapsen

• Begrenzung der Ausbreitung von freigesetzten Neurotransmittermolekülen

• Entfernung von Neurotransmittern aus dem synaptischen Spalt

-Beteiligung an der Blut-Hirnschranke

-chemischer Signalaustausch mit Neuronen und anderen Astrozyten

Mikroglia

Phagozytose von Krankheitserregern, Zelltrümmern und abgestorbene Zellen „Fresszellen“

Regulierung von Entzündungsprozesse „pro und anti-inflammatorisch“

Modulation und Eliminierung von Synapsen „Synaptic Pruning“

Unterstützung der Regeneration von Nervengewebe

Beteiligung an der Pathogenese neurodegenerativer und psychischer Erkrankungen

Myelinisierung durch Oligodendrocyten & Schwann-Zellen

Myelinisierung durch Oligodendrocyten & Schwann-Zellen

Bildung von Myelinscheiden → Fettscheiden

 Elektrische Isolation zur Erhöhung der Nervenleitgeschwindigkeit

 Oligodendrocyten im ZNS, Schwann-Zellen im PNS

 Eine Schwann-Zelle bildet nur ein Myelin-Segment

 Ein Oligodendrocyt bildet typischerweise mehrere Myelin-Segmente auf mehreren Axonen

 Nur Schwann-Zellen können die axonale Regeneration unterstützen

Morphologische Gliederung

Graue vs. Weiße Substanz

Die Graue Substanz enthält vorallem die Zellkörper der Neuronen (u.a. Hirnrinde, Basal-, Thalamus-, Kleinhirn- und Hirnnervenkerne) = Äußere Schicht

Die weiße Substanz enthält vorallem Nervenfasern (axone der Neuronen mit Marktscheiden

Graue Substanz

Funktionen in afferentes und efferentes Nervensystem

Allgemeine Bedeutung im Nervensystem:

 Afferent: hereinkommende Information

 Efferent: hinausgehende Information

Wichtig ist das Bezugssystem:

 Neuron: afferent sind hier die synaptischen Eingänge an den Dendriten oder am Soma, efferent ist das Axon bzw sein Output im Sinne von Aktionspotentialen

 Hirnregion: afferent sind hineinkommende Nervenfasern von anderen Hirnregionen, efferent sind die hinausgehenden Nervenfasern zu anderen Hirnregionen

 Systemische Betrachtung: afferent sind die Nervenfasern mit sensorischen Informationen aus der Peripherie (z.B. aus peripheren Nerven), efferent sind die Nervenfasern zur Steuerung der Peripherie (z.B. Muskelzellen)

Gliederung

Strukturell in ZNS und PNS

Funktionell in somatisches und autonomes Nervensystem

ZNS: innerhalb von Schädel & Wirbelsäule

PNS:außerhalb von Schädel & Wirbelsäule

Neurone des ZNS sind eingebettet in einen Schaltkreis.

Neurone des PNS hingegen immer die Endglieder (efferent) oder Anfangsglieder (afferent) neuronaler Schaltkreise Strukturell in erster Linie Nerven:

 Ausgehend vom Rückenmark: Nervenwurzeln -> Spinalnerven -> periphere Nerven -> Versorgung von Rumpf und Extremitäten

 Ausgehend vom Hirnstamm: Hirnnerven -> Versorgung des Kopf-/Halsbereiches

Gliederung des PNS in das somatische vs Viszerale Nervensystem

Das periphere Nervensystem

Besteht überwiegend aus Nervenfasern. Die. Zellkörper befinden sich überwiegend im Rückenmark und im Hirnstamm

• Ausnahme: Ganglien (Spinalganglien des somatischen System & autonome Ganglien)

Beginn des PNS mit Austritt der Nervenfasern aus dem Rückenmark (Nervenwurzeln) oder Hirnstamm (Hirnnerven)

Nervenfasern enthalten somatische und autonome Efferenzen und Afferenzen

Nervenfasern sind organisiert in Spinalnerven (Übergang in periphere Nerven) und Hirnnerven

Das Rückenmark - Aufteilung

Cervical- Halswirbel 8

Thorakal- Brustwirbel 12

Lendenwirbel- 5

Sakralwirbel -5

Autonomes Nervensystem - Parasympathikus vs. Sympathikus

Sympathikus „Fight or Flight“ und Parasympathikus „rest and digest“ üben gegensätzliche Effekte auf das jeweilige Zielorgan aus

1.Neuron im Rückenmark

 S.: thorakal, lumbal

 PS.: kranial, sakral

Umschaltung auf 2. Neuron

 S.: organfern (in para- vertebralen Ganglien oder Prävertebralen Ganglien)

 PS.: organnah

2. Neuron innerviert Zielorgan. Neurotransmitter:

 S.: Noradrenalin

 PS.: Acetylcholin

Ebenen und Achsen

Richtungsbezeichnungen

Achsen und Ebenen

Welcher Teil des Gehirns ist der größte und superior liegender Teil des Hirn?

Der am weitesten superior liegende und auch größte Teil des Gehirns ist das Großhirn (Cerebrum/Telencephalon)

• es besteht aus zwei deutlich erkennbaren Hirnhälften Hemisphären getrennt durch Fissura longitudinalis cerebri

• Die rechte Hemisphäre empfängt Sinneswahrnehmungen der linken Körperseite und steuert deren Bewegungen

• Die linke Hemisphäre empfängt Sinneswahrnehmungen der rechten Körperhälfte und steuert deren Bewegungen

Welcher Teil liegt im hinteren Teil der Schädelgrube?

Das Kleinhirn (Cerrebellum lat. kleines Gehirn)

• das Kleinhirn ist zwar tatsächlich kleiner im vergleich zum Großhirn aber enthält genauso viele Neuronen wie beide Hemisphären des Großhirns zusammen

• Bewegungskontrollzentrum mit umfangreichen Verbindungen zum Großhirn und Rückenmark

• Im Gegensatz zu den Großhirnhälften: linke Hemisphäre ist mit den Bewegungen der linken Körperseite und rechte Seite mit Bewegungen der rechten Körperseite assoziiert

Welcher ist der primitivste Teil des Gehirns?

Der Hirnstamm welcher zwar primitiv ist aber große Bedeutung für das Überleben

• Regulation der Vitalfunktionen: Atmung, Bewusstsein und Körpertemperatur

• Enthält zusätzliche Faserbahnen, die vom Großhirn zum Rückenmark oder in die umgekehrte Richtung ziehen

• Ausgangspunkt der Hirnnerven

Lagebeziehung von Großhirn, Kleinhirn und Hirnstamm?

• Großhirn: kranial und rostral

  • (= oben und vorne)

• Kleinhirn: kaudal und dorsal

  • (= unten und hinten)

• Hirnstamm: kaudal des Großhirns und ventral des Kleinhirns

  • (= unter dem Großhirn und vor dem Kleinhirn)

Embryologische Gliederung des Gehirns

Das ZNS ist zunächst ein Flüssigkeits-gefülltes Rohr (Neuralrohr)

Hier bilden sich 3 Verdickungen (Hirnbläschen) am anterioren Ende

• Proencephalon = Vorderhirn => entstehen das Telenchephalon und diencephalon

• Mesencephalon = Mittelhirn

• Rhombencephalon = Rautenhirn => Entstehen Metencephalon (pons & Cerebellum) Und Myencephalon (=Medulla Oblongata/ verlängertes Rückenmark)

Das Diacephalon

Lokalisierung? Bestandteile? Aufgabe des Hypothalamus?

Diencephalon = Zwischenhirn

Lokalisiert um 3. Ventrikel

Bestandteile:

 Thalamus (dorsalis)

 Hypothalamus & Neurohypophyse

 Epithalamus = Melatonin Produktion

 Subthalamus

 Metathalamus: typischerweise Thalamus zugewiesen

Hypothalamus: reguliert die Hormon Freisetzung in der adenohyppphyse und schüttet selbst Hormone in der Neurohypophyse aus

Der Hypothalamus

Thalamus (dorsalis):

 Paarige Struktur

 verschiedene Kerngebiete

 Sensorische Relais-Kerne: Letzte Verschaltung vor dem Großhirn

 Afferenzen von vorgeschalteten Neuronen Der Sinnesverarbeitung, Efferenzen zu den primären Kortexarealen der jeweiligen Sinnesmodalität („Tor zum Bewusstsein“)

 Erhalten auch Rückmeldung von entsprechenden Kortex-Arealen

Das Großhirn

Aufgaben? Was ist ein Gyri?

ist für die komplexesten Funktionen des

Gehirns verantwortlich, u.a.

 Interpretation von sensorischem Input

 Sprache

 Problemlösen

 Rechnen

 [Bewegungen]

Oberflächlichste Gewebeschicht: Großhirnrinde

(Cerebraler Cortex)

Der cerebrale Cortex ist tief gefurcht (Fissurae und

Sulci)

Ausprägung der Furchung hängt mit Körpergröße

einer Tierart zusammen

Gyri: Erhebungen zwischen den Furchen

Das Großhirn und die Einteilung der Lappen

Das Großhirn und laterale Oberflächen

Sulcus centralis & Sulcus lateralis => Trennung der Temporallappen

Der Kortex liegt in der Tiefe

Gliederung des Großhirns - mediale Oberfläche

Lagebeziehung!

Achtung: Die verschiedenen Lappen selbst stellen keine Frontallappen Parietallappen funktionellen Einheiten dar

Die abgrenzbaren funktionellen Einheiten werden durch cytoarchitektonisch definierte Areale innerhalb der jeweiligen Gyri gebildet

Frontallappen:

 Gyrus precentralis: Primärer Motorkortex

 Gyrus frontalis inferior: Sprachproduktion

 Rest: Exekutivfunktionen, Persönlichkeit

Parietallappen

 Gyrus postcentralis: Somatosensorik

 Rest: Lage von Objekten, Lesen, Rechnen

Temporallappen:

 Gyri temporales transversales und Gyrus temporalis superior: auditiver Kortex

 Posteriorer Gyrus temporalis superior: Sprachverständnis

 Gyrus temporalis inferior: Erkennung von optisch wahrgenommenen Objekten

 Medialer Temporallappen: Gedächtnis

Occipitallappen: Verarbeitung visueller Reize

Die Hirnhäute

Mit Kipp´schen Methode Kinderschokolade

1. Dura mater

2. Arachnoidea

3. Pia mater