Neurobiologie 1

ipsilateral

Auf derselben Seite.

kontralateral

Auf der gegenüberliegenden Seite.

medial

Nahe der Mittellinie.

lateral

Von der Mittellinie entfernt.

proximal

Näher an der Körpermitte bzw. am Ansatzpunkt.

distal

Weiter von der Körpermitte bzw. vom Ansatzpunkt entfernt.

Anatomische Schnittebene:
Koronal/Frontal

von vorne

Anatomische Schnittebene:
Sagittal

von der SeiteA

Anatomische Schnittebene
horizontal

von oben/unten

dorsal

hinten (Richtung Rücken)

ventral

vorne (Richtung Bauch)

Cortex

äusserer Teil des Gehirns → mit grauer Materie

Graue Materie

• Zellkörper + Glia

• ist grau

• erhält Infos und prozessiert sie

Weisse Materie

• Axone + Glia

• leitet Informationen durch elektrische Signale über isoliertes Axonkabel (braucht Impuls)

• aussen isoliert, innen elektrisches “Kabel”

• isoliertes Axon ist weiss

Meningen = Hirnhäute

drei Membranen, die das zentrale Nervensystem bedecken

• Dura mater

• Arachoidalmembran

• → Zwischenraum mit Flüssigkeit

• Pia mater

→ Oberfläche Gehirn nach Pia mater

→ Rolle: schützen ZNS

→ enthalten Blutgefässe, die zum Gehirn führen & zu dessen Ernährung und Immunabwehr beitragen.

Flüssigkeit, die in den Ventrikeln produziert wird

Cerebrospinalflüssigkeit

→ Flüssigkeit wird im Gehirn gebildet & alle 8h erneuert

→ umspült ständig Gehirn & Rückenmarkt

→ Rolle: Stossdämpfer & Schutz, Ableitung von Molekülen & Abfällen

Frontal Lappen

Denken, Planen, Exekutive funktionen, Motorik,

• Persönlichkeit

• im hinteren Teil: Gruppen von Neuronen sind verantwortlich für Motorik senden Infos an Muskeln zum kontrahieren

Parietal Lappen

Körperwahrnehmung, Integration von visueller und somatospatialer (Berührung) Information

Occipital Lappen

Sehen

• visuelle Botschaft wird bis Occipital Lappen gesendet → wo Neuronen diese prozessieren

Temporal Lappen

Hören, Gedächtnis, Emotionen

→ Neuronen die auditive Infos erhalten & prozessieren

Cerebellum

Kontrolle des Gleichgewichts, Koordination der Bewegungen

Insellappen (Insula)

Bewusstsein, Schmerz, Emotionen, Homöostase ( =Unterhaltung der Lebenswichtigen Funktionen)

• kommt hervor bei Teililung ovn Frontallappen & Temporallappen

• “5. Lappen”

Bordmann Areale

52 Abgrenzungen der Hirnrinde, die unterschiedlichen Funktionen entsprechen

⇒ Eine Verletzung(neurodevelopmentaleFehlbildung,Schlaganfall,Schädeltrauma,Tumor...)wird zu einem Defizit der Funktion führen, die der betroffenen Region entspricht. HINWEIS:EinepsychischeoderphysischeFunktionhängtmeistvoneinemNetzwerkimGehirnabundnichtnurvoneinereinzelnenRegion.

Corpus Calosum

• Interhemisphärische Verbindung

• Kommunikation & Koordination zw. beiden Hemisphären

• aus weisser Materie

Wie kommunizieren Neuronen?

elektrisch & chemisch

Neurotransmitter

chemische Moleküle, die von Neuronen freigesetzt werden können

wir haben viele verschiedene Neurotransmitter

granular

bekommt Infospy

pyramidal

sendet Infos

6 Schichten des Cortex

1. Molekular

• aus Fasern (Axone & Dendriten)

2. Extern granular
   - Rezeptorschicht (erhält Infos; cortico-cortical)

3. Äussere pyramidal
   - Effektorschicht (sendet Infos; cortico-cortical)

4. Inneres granular
   - Rezeptorschicht (erhält Infos von anderen Strukturen (nicht vom cortex))

5. Inneres pyramidal
   - Effektorschicht (sendet Infos an andere Strukturen)

6. Polymorph
   - Rückkopplung über Thalamus an die Grosshirnrinde
   - hat viele versch. Neuronen

In cotexialen Arealen, die spezialisiert sind fürs Informationen senden (zum Beispiel an die Muskeln), dort sind die Schichten die Infos senden grösser & vice versa.

exitatorische Neurotransmitter (immer!)

• Pyramidalzellen

• Glutamat

inhibitorische Neurotransmitter

• Interneurone

• GABA/Glyzin

anderer Neurotransmitter inhibitorisch oder ezitatorisch je nach dem

• Adrenalin

Basalganglien

Ansammlung von Neuronen, die sich tief im Inneren der Hemisphären befinden.

Diese Kerne sind an motorischen, kognitiven und emotionalen neuronalen Netzwerken beteiligt, die über den Thalamus mit dem Frontallappen verbunden sind.

→ Bsp. Funktionsstörung: Parkinson-Krankheit

Thalamus

• dorsaler Teil des Diencephalons

• verarbeitet & verteilt fast sämtliche sensorische & motorische Infos die die Grosshirnrinde erreichen

• dient oft als Rückkopplung für Infos

  • Rolle: Vigilanz (Wachheit) & emotionales Empfinden

Hypothalamus

• ventraler Teil des Diencephalons

• Regulierung des autonomen Nervensystems (innere Organe) & Hypophyse

Hypophyse

endokrine Drüse, die auf Reiez aus Hypothalamus reagiert, indem sie spezifische Hormone synthetisiert & ins Blut gibt (endokrines System)

→ NICHT teil von Nervensystem, sondern endokrines System

Amygdala

= Mandeln

• funktionales System für Emotionen

• 13 Kerne zum Emotionen prozessieren

Hippocampale Formation = Hippocampus

• funktionales System für Gedächtnis

Hirnstamm

Durchgang der motorischen Bahnen vom und zum Gehirn

→ Axonen transportieren Infos

→ Mittlerfunktion für Wachheit & Aufmerksamkeit

→ Herzfrequenz, Blutdruck, Atmung, Körpertemperatur

Rückgratssegmente

• cervikal (Arme)

• thorakal

• lumbal (Beine)

• sakral

→ Systemoptimierung: kürzester Weg zum Infos leiten

Hinterwurzel

Weg der Axone, zum Gehirn

Vorderwurzel (ventral)

Weg der Axone, vom Gehirn

Somatisch

bewusster & unterbewusster Kontrolle der Skelettmuskeln

Autonom/vegetativ

Verbindung zwischen NS und innere Organe

• unterbewusst

12 Paare von Hirnnerven, die direkt mit dem Gehirn verbunden sind

• im Gesicht/Hals

• sensible & motorische Nerven

• macht kein Sinn, das Nerv durchs Rückenmarkt geht

→ 1 Nerv besteht aus vielen versch. Axonen

Neuronen: Aufgabe

Aufnahme, Integration & Übertragung von Infos

Ependymozyten

• Rechteckige Form mit Wimpern

• Füllen Hohlräume des Gehirns & Rückenmarks

Aufgabe: fördert Zirkulation der Gehirn- & Rückenmarktflüssigkeit

Glia Zellen

• Unterstützung & Aufrechterhaltung des Nervensystems

• reguliert synaptische Übertragung & Leitungsgeschwindigkeit von Neuronen

Glia Zellen im ZNS

Astrozyten:

• sternförmig

• Aufgaben:

  • Ernährung (Vermittler zw. Blutgefässe & Neuronen)

  • Regulierung der synaptischen Übertragung

Oligodendrozyten

• mit abgeflachten Fortsätzen, die sich um die Axone des ZNS wickeln

• Aufgabe:

  • Bildet isolierende Myelinscheiden

Mikroglia

• Form einer Spinne

• Aufgabe:

  • Vernichtet Mikroben & Zelltrümmer

Glia Zellen im PNS

Glilale Satellitenzelle

• umgeben & unterstützen Neuronen in den sensorischen, sympathischen & parasympathischen Ganglien

Schwann-Zellen

• bilden Myelinscheiden um die Axone des PNS

• (entspricht den Oligodendrozyten im ZNS)

Multipolare Neuronen

• zahlreiche dendritische Fortsätze & 1 axonalen Fortsatz

• häufigste Neuronentyp

• bildet Ausflusstrakte des Nervensystems & die Interneurone (Neurone, die zw. 2 Neuronen liegen)

Bipolare Neuronen

• 2 Fortsätze

• 1 Dendriten & 1 terminale Arborisierung

• bipolare Neuronen sind am wenigsten zahlreich

• vor allem in Sinnesorganen vorhanden

terminale Arborisierung

• Arborisierung = Verzweigung wie ein Baum

→ Die einzelnen Endäste enden in synaptischen Endknöpfchen

→ über Endknöpfchen gibt Neuron Signal an nächste Zelle weiter

→ terminale Arborisierung ermöglicht, dass ein Axon mit mehreren Zielzellen Kontakt aufnehmen kann

Unipolare (oder: pseudo-unipolare) Neuronen

• einziger kurzer Fortsatz

  • ragt aus Zellkörper heraus

  • daraus bilden sich zwei Fortsätze

    • peripherer Fortsatz → auf Sinnesrezeptoren gerichtet → endet in Dendriten

    • zentraler Fortsatz → ragt ins ZNS ein → axonaler Abschluss

    • beide Fortsätze = Axon

  • Diese Neuronen bilden die afferenten Bahnen des PNS

Strukturelle Klassifizierung der Neuronen

• multipolare Neuronen

• Bipolare Neuronen

• Unipolare (oder: pseudo-unipolare) Neuronen

funktionale Klassifizierung der Neuronen

• sensitive (afferente) Neuronen

• Interneuronen

• motorische Neuronen (efferent)

sensitive (afferente) Neuronen

übersetzen sensorische Infos aus Umwelt in Nervenimpulse → leiten Infos von Peripherie zum ZNS

Interneuronen

integrieren Infos → leiten Infos zw. versch. Neuronen weiter

motorische Neuronen (efferent)

übertragen Infos vom ZNS zu Effektoren (Musekln, Organe etc.)

elektrische Informationsverarbeitung

• funktioniert durch den Fluss von Ionnen an der Zellmembran → ändert Polarität der Membran

• Bewegung der Ionen generiert elektr. Strom

(Polarität = Potenzialunterschied auf beiden Seiten der Membran, zwischen dem intrazellulären und dem extrazellulären Medium).

Was ist das Membranpotenzial und wodurch entsteht es?

Elektrischer Potentialunterschied zwischen Zellinnerem und Außenraum.
Entsteht durch:

• ungleiche Ionenverteilung innen/außen

• selektive Permeabilität der Membran

• elektrische Ladungstrennung an der Membran

Welche wichtigen Ionenverteilungen herrschen im Ruhezustand?

• K⁺: mehr innen

• Proteine (negativ) A-: mehr innen

• Na⁺: mehr außen

• Cl⁻: mehr außen

Merke: Proteine werden IN der Zelle produziert. Wir essen viel Salz = NatriumChlorid → ist also ausserhalb der Zelle

Welche zwei Kräfte wirken auf ein Ion?

Konzentrationsgradient: Ion bewegt sich von hoher → niedriger Konzentration.
Elektrischer Gradient: Ion wird von entgegengesetzter Ladung angezogen.

Wie pendelt sich das Ruhemembranpotenzial ein ca. −70 mV?

Die Membran ist im Ruhezustand vor allem für K⁺ durchlässig.

→ K⁺ diffundiert nach außen → innen bleiben negative Ladungen zurück → Zellinneres wird negativ.

Das entstehende elektrische Gefälle zieht K⁺ wieder nach innen.
→ Gleichgewicht der Kräfte ≈ −70 mV.

Na⁺/K⁺-ATPase

Sie hält die Konzentrationsgradienten aufrecht:

3 Na⁺ raus ↗ | 2 K⁺ rein ↙

→ benötigt ATP
→ ist wichtig, damit die Na⁺- und K⁺-Gradienten langfristig erhalten bleiben.

→ folglich wird innen negativer

Ionenkanäle im Ruhezustand

• Leckkanäle: spontan offen → besonders viele K⁺-Leckkanäle

• spannungsgesteuerte Kanäle: öffnen/schließen abhängig vom Membranpotenzial → im Ruhezustand geschlossen

• ligandengesteuerte Kanäle: öffnen durch Bindung eines Botenstoffs → im Ruhezustand geschlossen

Ablauf Aktionspotenzial

Ruhepotenzial (~−70 mV)
↓ Reiz → Membran wird weniger negativ
Schwellenwert (~−55 mV) erreicht
↓
Na⁺-Kanäle öffnen → Na⁺ strömt in die Zelle
→ schnelle Depolarisation
↓
Na⁺-Kanäle inaktivieren, K⁺-Kanäle öffnen
→ K⁺ strömt aus der Zelle
→ Repolarisation
↓
K⁺-Kanäle bleiben kurz offen
→ Hyperpolarisation
↓
K⁺-Kanäle schließen → Ruhepotenzial

Gesetz des Alles-oder-Nichts

Schwelle (-55mV) erreicht → AP mit immer gleicher Amplitude (ca. 100mV)

Schwelle nicht erreicht → kein AP

→ Stärke eines Reizes wird bei einem Neuronen nicht durch grösse des AP codiert, sondern um die Frequenz der APs. (also wie viele AP nacheinander)

• starker Reiz → viele APs

• schwacher Reiz → wenige APs

Kontinuierliche Erregungsweiterleitung

• AP geht nur in eine Richtung, dahinter sind Membranteile die durch die Inaktivierung der Natriumkanäle refraktär geworden sind

• positive Teil. werden von negativer innenseite der vorliegenden Membran angezogen →spannungsabhängige Natriumkanäle öffnen sich → Depolarisation des benachbarten Teils

Saltatorische Erregungsweiterleitung

Aktionspontezial kommt an Ranvier-Schnürring an:

1. Spannungsabhängige Na⁺-Kanäle öffnen sich. → Na⁺ strömt in das Axon.

2. Dadurch wird die Membran stark depolarisiert.

3. Wenn der Schwellenwert erreicht wird, entsteht hier ein neues Aktionspotenzial.

Danach öffnen sich K⁺-Kanäle → K⁺ strömt heraus → die Membran repolarisiert.

4. Das elektrische Signal breitet sich unter der Myelinscheide zum nächsten Schnürring (Abstand 0,2 - 2,0mm) aus.

Durchmesser Axon

• korreliert mit Leitungsgeschwindigkeit

Multiple Sklerose

Eine Krankheit des zentralen Nervensystems, die das Rückenmark und das Gehirn betrifft.

• Zellen des Immunsystems attackieren Neuronen.

• Das Myelin ist geschädigt.

• → Impulse können gestört oder gar nicht geleitet werden

Tetrodotoxine (TTX)

• selektiver Natriumkanalblocker

• tödlich

  • im Fugu fisch drin

Lidocaine

• Natriumkanal-Inhibitor

• Lokales Anästhetikum

• bsp. Halswehspray

Synapse Definition

funktionelle Verbindung, die die Übertragung einer Nervenbotschaft von einem präsynaptischen Neuron zu einer anderen postsynaptischen Zelle ermöglicht.

Typen von Synapsen

• Neuro-neuronale Synapsen

• Neuro-Muskel Synapsen

• Neuro-glanduläre Synapsen

Elektrische Synapsen

• In der Minderheit bei Wirbeltieren

• Aktionspotenzial gelangt über eine schmale Verbindungsstelle direkt von einer Membran zur anderen

  • Connexons enthält: Kanalproteine → verbinden Zytoplasma der beiden Zelln miteinander

  • Zwei Connexons (“aufeinander”) bilden eine Gap Junction

Chemische Synapsen Ablauf

1. Eintreffen des AP am präsynaptischen Endpunkt

2. Anstieg der intrazellulären Ca2+ Konzentration (durch spannungsabhängige Kanäle)

3. Verschmelzung der Membran der synaptischen Vesikel (die enthalten Neurotransmitter) mit der Membran des präsynaptischen Elements

4. Freisetzung von Neurotransmitter in den synaptischen Raum & Bindung der Neurotransmitter an die postsynaptischen Rezeptoren.
   → Öffnung der Kanäle

5. Ionen gehen durch Membran

6. Postsynaptisches Potenzial

7. Nervenimpuls
   
   
   
   
   - Informationsüberragung ist unidrektional
   - Synaptischer Spalt 20-50mmm
   - Snaptische Zeitverzögerung (0,5-5ms)

Schlüsse-Schloss System

Jeder Neurotransmitter ist spezifisch für einen bestimmten Rezeptor

zwei Hauptkategorien von Rezeptoren

Ionotrope Rezeptoren/Kanalrezeptoren

• chemoabhängige / ligadenabhängige Ionenkanäle

→ Ligand (z.B. Neurotransmitter) bindet sich → Öffnung Kanal → Ionenzirkulation

Metabotrope Rezeptoren /G-Protein-gekoppelte Rezeptoren

• postsynaptischer Effekt langsamer, anhaltender, vielfältiger

→ Neurotransmittermoleküle binden an Rezeptorproteine (sind in postsynaptische Membran eingebettet) → Rezeptorproteine aktiviert G-Protein → G-Protein aktiviert Adenylatzyklase → Andenylatzklase wandelt ATP in cAMp um

dann mehrere Wirkungen möglich

1. cAMP provoziert Öffnen & Schliessen von Ionenkanälen

2. cAMP aktiviert Enzyme

3. cAMP aktiviert spezifische Gene

β-adrenergen Rezeptor

• chemische Synpase

• Die Bindung von Noradrenalin an NA-β Rezeptor löst eine intrazelluläre Kaskade aus:
  → Verminderung des Kaliumleitwerts → weniger Kalium als normal kann raus → mehr K+ innen in der Zelle → Erhöht Erregbarkeit der Zelle

Entfernung der Neurotransmitter aus dem synaptischen Spalt (nach deren Wirkung)

• Abbau durch Enzyme, die im synaptischen Spalt vorhanden sind

• Wiederaufnahme durch den synaptischen Knopf

• Diffusion aus dem synaptischen Spalt in den extrazellulären Raum

• Eliminierung durch die Gliazellen um die Synapsen herum

Peptide

1) Ein Precursorpeptid wird im rauen endoplasmatischen Retikulum synthetisiert.
2) Das Precursorpeptid wird im Golgi-Apparat gespalten, wo das aktive Neuropeptid produziert wird.
3) Aus dem Golgi-Apparat treten die Sekretionsgranula, die das aktive Peptid enthalten, hervor.
4) Diese Sekretionsgranula werden entlang des Axons bis zu den Nervenendigungen transportiert, wo das Neuropeptid gelagert wird

Amine & Aminosäuren

1) Im Zytosol der Nervenendigung synthetisieren Enzyme die Neurotransmitter aus den Precursormolekülen.
2) Transporterproteine beladen die synaptischen Vesikel mit den Neurotransmittern in der Terminale, wo die Vesikel auch gelagert werden.

Postsynaptisches Exzitatorisches Potenzial (EPSP)

• Öffnung von Na+ -Kanälen:

Eintritt von Na+-Ionen. → Transiente lokale Depolarisation der Membran

postsynaptisches inhibitorisches Potenzial (IPSP)

• Öffnung von Cl- oder K+ -Kanälen :
  Eintritt von Cl--Ionen oder Austritt von K+ -Ionen. → Transiente lokale Hyperpolarisation der Membran

Dekrementiell Propagation

Die Amplitude (Spannung) der graduierten postsynaptischen Potenziale (EPSP und IPSP) reduziert sich mit der Distanz zum Axonhügel (=Summationsstelle von EPSP und IPSP, Stelle zur Erzeugung von Aktionspotenzialen).

Räumliche Summierung postsynaptischer Potenziale

• gleichzeitige Summierung an versch. Orten

• Höhe der Amplitude wird addiert → Summe so gross wie beide einzelnen zusammengerechnet

zeitliche Summierung postsynaptischer Potenziale

• wenn Amplitude zeitlich nahe beeinander sind

• Summe ist höher als beide einzelne zusammengerechnet

Weiterleitung von Nerveninformationen

1. Rezeption: gradierte postsynaptische Potenziale

2. Integration: Globale graduierte postsynaptische Potenziale
   → kleiner Stimuli → kleine Frequenz der Amplitude & vice versa

3. Leitung: Aktionspotenziale

4. Übetragung: Neurotransmitter

Adrenalin

Kampf oder FluchtN

oradrenalin

KonzentraionDo

Dopamin

Motivation, Belohnung

Serotonin

Laune

GABA

BeruhigendA

Acetylcholine

Lernen, Motorik

Glutamat

Gedächtnis

Endorphine

Euphorie, Wohlbefinden

Agonist

Substanz, die die gleiche Wirkung wie der Neurotransmitter hat, indem sie sich an denselben Rezeptor bindet.

Antagonist

Substanz, die die Wirkung eines Neurotransmitters limitiert/blockiert, indem sie sich an denselben Rezeptor bindet.