Biopsychologie

Physiologische Psychologie

Neuronale Mechanismen von Erleben und Verhalten; invasiv ⇒ (meist) animal (Rückschluss auf menschliches Verhalten und Erleben)

z.B. elektrische Stimulation, Läsion, neurochemische Manipulation

2) Psychophysiologie

Physiologische Prozesse; nicht-invasiv ⇒ human

Mehr-Ebenen-Ansatz zur Beschreibung menschlichen Erlebens und Verhaltens: subjektiv- verbale Ebene, körperliche Prozesse und Verhalten (z.B. Stress)

3) Psychopharmakologie

Chemische Systeme (Bedeutung und Wirkprinzipien psychoaktiver Stoffe)

4) Vergleichende Psychologie

Vergleich verschiedener Spezies, um Evolution, Genetik und Anpassung von Verhalten zu erklären: Verhaltensbiologie (Verhaltensgenetik, Evolutionsbiologie); animal

z.B.: Vogelarten, die ihr Futter verstecken, haben größere Hippocampi. Dies unterstützt, dass der Hippocampus auch für das räumliche Gedächtnis wesentlich ist.

5) Neurowissenschaften

erforschen neuronale Grundlagen der menschlichen Kognition (z.B. Wahrnehmung, Gedächtnis, Aufmerksamkeit), überwiegend mit bildgebenden Methoden (z.B. funktionelle Magnetresonanztomographie, fMRT)

6) Neuropsychologie

Gehirnprozesse; psychische Effekte von Hirnschädigungen; nicht-invasiv ⇒ (eher) human → Klinische vs. Experimentelle Neuropsychologie

Klinische Neuropsychologie: Krankheiten, Verletzungen oder neurochirurgische Eingriffe; Rückschluss auf die Bedeutung der geschädigten Region

Methoden der Biopsychologie

• Peripherphysiologische Maße:

  • Erfassung komplexer psychischer Vorgänge durch Registrierung peripherphysiologischer Maße

  • non-invasiv!

  • Körpereigene elektrische Signale (Biosignale) werden durch Elektroden/Messfühler aufgenommen

• Biochemische Maße

• Zentralnervöse Maße

Non-Invasive Verfahren: (Instrumente werden nicht in den Körper eingeführt)

• Neuropsychologische - Testverfahren

• Physiologische Maße (nicht neuronal)

• Elektrophysiologische Methoden

• Bildgebende Verfahren

• EKG

Physiologische Maße, die nicht die Hirnaktivität messen

• Blutdruck 

• Hautleitfähigkeit 

• Elektrokardiogramm (EKG)

  Das Elektrokardiogramm (EKG) ist ein nicht-invasives Untersuchungsverfahren.

• Elektrokardiographie ist die Aufzeichnung von elektrischen Potenzialdifferenzen von der Hautoberfläche, die durch die Depolarisation und Repolarisation des Herzmuskels entsteht

  - Es erlaubt Rückschlüsse auf:

  • Herzfrequenz, Herzrhythmus

  • Lagetyp (elektrische Herzachse)

  • elektrische Aktivität von Vorhöfen und Kammern

  • Z.B. Diagnostik von Herzrhythmusstörungen (Extrasystolen)

  • Störungen der Erregungsleitung und - ausbreitung (z. B. Schenkelblock und AV- Block)

  • Störungen der Erregungsrückbildung (Repolarisation) können zu sogenannten Kammerendteilveränderungen (Veränderungen der ST-Strecke oder der T-Welle) führen,

• Hinweise auf:

  • Verdickung der Herzwand (Hypertrophie des Myokards),

  • Belastung des rechten oder linken Herzens,

  • Entzündungen von Herzbeutel (Perikarditis) oder Herzmuskel (Myokarditis)

  • sowie Elektrolytstörungen und unerwünschte Arzneimittelwirkungen.

Peripherphysiologische Maße:

Herz-Kreislauf-Aktivität: Herzaktivität

Akzeleration: positiv chronotrop: Sympathicus (nn. accelerantes); Nor- und Adrenalin; zu schnell: Tachykardie: in Ruhe über 100; Arbeit: 200x/min)

Dezeleration: negativ chronotrop: Parasympathicus (n. vagus, X. Hirnnerv); Acetycholin; zu langsam: Bradykardie: unter 60x/min

• P-Welle: Depolarisation des Vorhofs (durch Sinusknoten)

• PQ-Strecke: völlig depolarisierte Vorhöfe; Überleitungszeit (atrioventrikulär)

• QRS-Komplex: Kammerdepolarisation

• ST-Strecke: völlig depolarisierte Kammern

• T-Welle: Kammerrepolarisation

• U-Welle: evtl. Nachschwankung

Korrelation von Wellen und Strecken im EKG mit elektrischer Herzaktivität

Elektromyogramm (EMG)

• Muskelaktionspotentiale

• Anwendung: Biofeedback

Elektrookulogramm (EOG) 👀

• Blickbewegungs- messung

• Anwendung: z.B. Schlafableitung

Biochemische Maße

Vor allem:

Hormone und immunologische Maße

Speichelcortisol

Eyetracking / Augenbewegungsanalyse

Eyetracking:

die Aufzeichnung der Augen- bzw. Blickbewegungen einer Testperson und Auswertung hinsichtlich verschiedener Fragestellungen mithilfe entsprechender technischer Hilfsmittel

Technische Realisierung:

Heute wird oft die Infrarot Technik verwendet. Ein schwacher Infrarot-Lichtstrahl wird auf die Augen gerichtet. Nach einer Kalibrierung wird von einer Videokamera ein Bild der Augen aufgezeichnet. Sowohl die Pupillen, als auch ein Reflexpunkt des infraroten Lichts auf der Hornhaut – der so genannte Corneale Reflex – werden aufzeichnet

Zentralnervöse Maße

funktionelle Magnet Resonanz Tomographie 

tomós = "Schnitt" und gráphein = "schreiben“

➡️ Weiterentwicklung des MRT, beides erzeugt Schnittbilder

Was wird gemessen?

Durchblutungsänderungen im Gehirn 

            ⬇️

Stoffwechselvorgänge

            ⬇️        

unterschiedliche magnetische Eigenschaften von oxygeniertem und desoxygeniertem Hämoglobin ermöglichen die fMRT

BOLD-Kontrast (Blood Oxygen Level Dependent) wichtig

            ⬇️

Neuronale Aktivität

Vorteile: (wichtig)

• Hohe räumliche Auflösung (ca. 1mm)

• Misst kortikale Aktivität während psychischen Prozessen wie: Aufmerksamkeit, Gedächtniseinspeicherung und –abruf oder Verarbeitung von gesprochener oder gelesener Sprache

Nachteile: (wichtig)

• Geräuschentwicklung

• Bewegungsartefaktanfällig

Einige Möglichkeiten der fMRT:

• Erstellung hochauflösender anatomischer Aufnahmen

• funktionelle Bildgebung

• Lokalisierung von Hirnarealen und –Strukturen sowie Läsionen

• Erstellung retinotoper Karten

• Konnektivitätsanalysen. (Untersuchung, ob bestimmte Areale interagieren)

• Darstellung von Nervenbahnen, sogenannten Fibre Tracts (Diffusion Tensor Imaging ‚DTI‘)

• Beispiel: Subtraktionsverfahren (visuelle Stimulationsbedingung) werden bei fMRT und PET verwendet.

• Vergleichsstudien mit fMRT zwischen Menschen mit psychischen Störungen und gesunden Kontrollpersonen zeigen deutliche Unterschiede im Hirnstoffwechsel.

-> Eine der bedeutendsten Entdeckungen der (Neuro-)Biologie in den letzten Jahren sind die Spiegelneurone (Giacomo Rizzolatti)

-> Die Erforschung von Spiegelneuronen im menschlichen Gehirn wäre ohne die fMRT nur schwer realisierbar gewesen.)

MRT

Magnetresonanztomographie

• Die strukturelle MRT kann dreidimensionale (und zweidimensionale) Bilder des gesamten Gehirns erzeugen

Elektroencephalogramm (EEG) 

-> Hans Berger (1929)

• zeichnet sich durch eine hohe zeitliche Auflösung aus

• wird benutzt, um Veränderungen zu messen, die im Gehirn bei der Bearbeitung von verschiedenen Aufgaben stattfinden 

• durch Elektroden werden kleinste elektrische Spannungen auf der Schädeloberfläche gemessen

• -> So können Rückschlüsse auf die neuralen Prozesse gezogen werden, die der kognitiven Verarbeitung zu Grunde liegen

„Da die informationsverarbeitenden Prozesse im Gehirn z.T. sehr rasch ablaufen (in ms- Intervallen), erfordert ihre Messung eine Zeitauflösung, die die bildgebenden Verfahren nicht aufweisen. Der Nachteil ... besteht in einer relativen örtlichen Ungenauigkeit“. Birbaumer & Schmidt, 2006

Einige typische Elektroencephalogramme und ihre psychologischen Korrelate

(Evozierte Aktivität: EKP)

Ereigniskorrelierte Potentiale (EKPs)

• Gehirn generiert nicht nur (Spontanaktivität), sondern bestimmte innere und äußere Ereignisse rufen typische Potentialverläufe hervor. → eigenständige Potentiale, die zur Spontanaktivität hinzutreten!

• Kleine Potentiale (Höhe um den Faktor 5 – 20 geringer), die wiederholt evoziert werden und dann aus dem Rauschen im Spontan-EEG ausgemittelt werden müssen (averaging)

Die Kombination verschiedener Methoden

Vorteil: Kombination von sehr guter räumlicher und zeitlicher Auflösung

(CNV)

In den Sechzigern entdeckte Walter den Effekt der

„Contingenten negativen Variation“ (CNV).

Eine halbe Sekunde bevor sich eine Person einer Bewegung bewusst wird, die sie machen will, tritt eine negative Spitze elektrischer Aktivität im Gehirn auf.

Interessanterweise stellt dieser Effekt den Gedanken des Bewusstseins oder freien Willens in Frage und kann als die Reaktionszeit einer Person auf Ereignisse angesehen werden.

Ein gemitteltes auditiv evoziertes Potential. Beachten Sie die P300-Welle: tritt auf, wenn der Reiz eine Bedeutung für den Probanden hat; hier Klicksignal kündigt Belohnung an.

Positive EEG-Wellen werden immer als Auslenkungen nach unten dargestellt.

Embryogenese

• Phasen neuronaler Entwicklung: Induktion Neuralplatte

• Zellen der Neuralplatte: Stammzellen

• Phase der Keimentwicklung (oder Embryonalentwicklung), die von der Gastrulation zur Bildung der Organanlagen (der Organogenese) führt und die einen wesentlichen Wandel in der äußeren Gestalt des Embryoblasten und Embryos bedingt.

• Von der befruchteten Eizelle über Furchung, Blastulation, Gastrulation und Neurulation zur Bildung der Organanlagen

• Zellen zunächst pluripotent (können alle drei Keimblätter -> Ektoderm, Entoderm, Mesoderm hervorbringen, sie sind noch auf keinen bestimmten Gewebetyp festgelegt) , dann Spezialisierung.

Gastrulation

➡️ Phase der Embryogenese, die beim Menschen die Einstülpung der Blastozyste und die anschließende Bildung der drei Keimblätter umfasst.

Nach Gastrulation:

3 Keimblätter (bei bilateralsymmetrischen Säugetieren, wie dem Menschen):

Ektoderm: Haut, Nervensystem, Sinnesorgane, Mundhöhle, Rektum.

Mesoderm: Knochen, Muskeln, Herz, Blutgefäße, Lymphknoten, Mils, Nieren, innere Geschlechtsorgane, Mikroglia (Immunabwehr im ZNS)

Entoderm: Verdauungstrakt (ohne Mundhöhle und Rektum!), Atmungstrakt, Leber, Pankreas, Schilddrüse, Harnblase- und röhre.

Neurulation:

➡️ Aus Ektoderm wird das Neuralrohr und daraus entsteht das Zentrale Nervensystem (ZNS, Gehirn und Rückenmark)

Zellen im Nervengewebe

• Gliazellen

• Nervenzellen = Neuronen: spezialisierte Zellen für das Senden und Empfangen elektrischer Botschaften

Gliazellen (glia =„Leim“):

• Stützgerüst für die Nervenzellen; elektrische Isolation

• 10-50 X mehr als Neuronen (bei Menschen mehr Gliazellen als bei Tieren)

• da weniger Masse 50/50 Gliazellen/Neurone

• am Stoff- und Flüssigkeitstransport sowie am „Gleichgewicht“ des Gehirns beteiligt

• wirken an Prozessen der Informationsverarbeitung, -speicherung und - weiterleitung mit.

Gliazellen im ZNS

Asterix und Obelix machen Radau

• Astrozyten (z.B. Flüssigkeits- und pH-Wert- Regulation, können Glutamat (erregender Botenstoff) freisetzen, also aktivieren)

• Oligodendrozyten (Myelinisierung, elektr. Isolation)

• Mikroglia (Erkennung und Bekämpfung von pathogenen Substanzen, „Fresszellen“ des Gehirns)

• Radialglia (Leitstrukturen Proliferation)

Gliazellen im PNS

➡️ PNS liegt außerhalb des Gehirns und des Rückenmarks

Mantelzellen

(ummanteln Zellen, Zellstoffwechsel, peripheres Pendant zu Astrozyten)

Schwannsche Zellen

(Myelinisierung, elektr. Isolation, peripheres Pendant zu Oligodendrozyten)

Zusammenfassung: Zelltypen im Gehirn

Migration (Wanderung)

• Unreife Zellen (spätere Neurone, noch ohne Axone und Dendriten) wandern.

Neuronale Proliferation (Vermehrung):

• Besonders in der an den Ventrikel des Neuralrohr angrenzenden Region

Nicht im Detail

Querschnitt durch das Nervensystem in seiner frühen Entwicklung. Radiär orientierte Gliazellen unterstutzen neugebildete Neurone bei der Wanderung.

Axonwachstum und Synapsenbildung

Wenn Zielort erreicht und zu neuronalen Strukturen aggregiert:

Wachstum der Axone und Dendriten.

Wachstumskegel erkunden den Weg

In Interaktion mit anderen Neuronen:

Synapsensbildung

Neuronentod und Synapsenneuanordnung

Überschussproduktion: nur beste Überleben

Passives Sterben: Nekrose (kann schädigende Entzündungen auslösen)

Zellselbstmord: Apoptose (sicherer)

➢ Gehemmt: Krebs (unkontrollierte Nervenzellbildung)

➢ Überaktiv: Neurodegeneration (Gehirn baut zu schnell ab)

Apoptose oft hilfreich/aber auch krankhaft ausgelöst (Viren etc.)

Gewünschte Effekte der Apoptose

• Falsche oder uneffektive Verbindungen verschwinden und geben postsynaptisch (hinter der Synapse) Raum frei.

• Axonendigungen der Überlebenden füllen ihn: Neuanordnung.

Nervensystem kein statisches Netzwerk...[sondern] ein plastisches (veränderbares) lebendes Organ, das basierend auf seinem genetischen Programm und seiner Interaktion mit der Umwelt kontinuierlich wächst und sich verändert.“ Pinel

Neuroplastizität ist ein kontinuierlicher dynamischer Prozess.

“Die neuronale Plastizität ist die Fähigkeit des Gehirns, seine eigene Struktur und Organisation den veränderten biologischen Grundlagen (z.B. Läsionen) und Anforderungen (z.B. Lernen) anzupassen."

Lernvorgänge

• ein wesentliches Merkmal von Lernvorgängen auf der Ebene einzelner Nervenzellen ist, dass ein externer Reiz die Funktion der Zelle anhaltend ändert.

• Solches Verhalten wird allgemein als plastisch bezeichnet.

Plastizität des Gehirns

Das Gehirn produziert lebenslang täglich neue Nervenzellen, die in verschiedene Bereiche des Gehirns wandern.

Die Zellteilung und die Überlebensrate werden u. a. durch Lernen, Bewegung und eine angereicherte Umgebung gesteigert.

Wissenschaftler versuchen herauszufinden, wie man die Zellen gezielt wandern lassen kann, um Defekte zu reparieren.

Vikariation:

Leistungsausgleich eines Organs bei Insuffizienz eines anderen

• die Hirnfunktion eines zerstörten Areals wird von einem anderen übernommen, welches mit der vorherigen Funktion nichts zu tun hat.

• Grenzen!!!

Regeneration und Stimulation

Durch gezielte

• sensorische,

• motorische und

• kognitive Stimulationen

können synaptische Verbindungen des geschädigten neuronalen Netzwerks neu geformt und somit die Funktion dieses Netzwerks teilweise oder vollständig wiederhergestellt werden.

Unmasking

Nach einer Läsion werden neuronale Verschaltungen reaktiviert, die im ZNS zwar vorhanden sind, aber funktionell nicht aktiv waren!

Schädigung aktiviert Reparaturprozesse

Aussprossung von Nervenzellen (Sprouting)

• genetische Programmierung auf Reparation dendritischer und axonaler Läsionen

• Traumatisierung Aktivierung von Transkriptionsfaktoren,

• Produktion neurotropher Faktoren ( = vielfältige Funktionen bei der Regulation neuronaler Plastizität ➡️ Axonwachstum)

• Für das periphere Nervensystem (PNS) gut belegt „Leitschienen – Remyelinisierung“ (Schwann- Zellen)

Wiederherstellung zerstörtes neuronales Netzwerk

• Ein weitgehend zerstörtes neuronales Netzwerk lässt sich derzeit auch durch gezielte Stimulation meist nicht wieder herstellen, da für eine Neuverdrahtung (Reaktivierung) kein biologisches Substrat mehr vorhanden ist

• Geringe Konnektivitätsverluste unterliegen häufig einer Spontanremmission

Im ZNS – Hemmnisse!

• Keine Schwann-Leitschienen

• Astrozyten bilden Narbengewebe als Barriere für Sprouting Prozess

• Remyelinisierung erfolgt durch die Oligodendrozyten unvollständig.

• inhibierende Glykoproteine

ZNS verfügt nur in der Entwicklungszeit über Glykoproteine für Axonwachstum (im PNS lebenslang verfügbar) ?

• Hinweise, dass Axone im ZNS regenerieren können, wenn Hemmnisse umgangen werden können:

  • wenn keine Glia-Narbe;

  • wenn die negativen Signale des Myelins blockiert werden (Blockierung hemmender Substanzen)

Synaptische Plastizität

Viele Menschen Machen Fantastische Makrelen Weitwürfe

a) Durch Lernen verstärkte Ausschüttung von Transmittermolekülen und erhöhte postsynaptische Dichte

b) Modulierendes Interneuron: mehr Transmittermoleküle pro nervalem Impuls werden ausgeschüttet

c) Modifikation der post- synaptischen Rezeptor-membran: stärkere Reaktion auf gleiches Ausmaß an Transmittersubstanz

d) Fläche des synaptischen Kontaktes größer

e) Mehr synaptische Kontakte bei oft benutztem Erregungskreis

f) Wenig benutzte Synapsen werden von häufig benutzten neuronalen Verbindungen „übernommen“

Lernabhängige morphologische Veränderung dendritischer Dornen

a) vor und b) nach Lernprozess.

Von a) nach b) wurden der linke Dorn mit synaptischer Verbindung eliminiert, der mittlere Dorn verdickt (Synapse wird effektiver durch reduzierten elektrischen Widerstand) und der rechte Dorn geteilt (effektiver da 2 Präsynapsen andocken können)

Die wichtigsten äußeren Merkmale eines typischen Neurons

(Informationsübertragung)

Hauptanteile des PNS

Hauptfunktionen des VNS

• Homöostase (Konstanthaltung des inneren Milieus)

• Anpassungsfunktion

• Vitalfunktionen (Herzschlag, Blutdruck, Atmung, Verdauung, Stoffwechsel)

• Auch Sexualorgane, innere Augenmuskeln (Pupillenreaktion), endokrine/exokrine Organe etc.

Sympathikus

ergotrop = aktivierend/ leistungs- steigernd

präganglionär: kurz, markreich

-> cholinerg

postganlionär: lang,markarm

-> noradrenerg

Parasympathikus

trophotrop = regenerierend/ Erholung

präganglionär lang, markreich

-> cholinerg

postganlionär kurz,markarm

-> cholinerg

Präganglionär:

Nervenfasern/Neuronen des VNS von ZNS (Nervenzellkörper innerhalb des ZNS) zum Ganglion (Nervenknoten).

• Markhaltig und cholinerg (reagieren auf Acetylcholin).

• sympathisch: kurz

• parasympathisch: lang (ziehen zu den Ganglien in der Nähe des

  Zielorgans)

Postganglionär:

Nervenfasern/Neuronen des VNS vom Ganglion (Nervenzellkörper innerhalb des Ganglions) zum Zielorgan.

• Markarm

• sympathisch : lang und adrenerg (Adrenalin/Noradrenalin)

• parasympathisch: kurz und cholinerg (sind bereits näher am Zielorgan)

Unterscheidung: Sympathikus und Parasympathikus

Endknöpfchen = Synapsen

• Kontaktstellen zwischen Nerven

• Meist chemisch: elektrisches Signal wird zunächst in ein chemisches Signal umgewandelt.

• Signalgebende Nervenzelle erzeugt elektrische Entladung: Aktionspotential; an der präsynaptischen Membran werden chemische Botenstoffe (Neurotransmitter) ausgeschüttet.

• Diese wirken auf eine signalempfangende Zelle (Empfängerzelle; postsynaptische Membran) ein.

• Grundsätzlich vom prä- zum postsynaptischen Teil, es gibt aber auch retrograde Beeinflussung des präsynaptischen durch den postsynaptischen Teil.

Verschiedene Typen von Synapsen:

Nach Ort und Art des Kontakts:

• Axodendritisch (Axon zu Dendrit)

• Axosomatisch (Axon zu Zellkörper)

• Dendrodendritisch (Dendrit zu Dendrit)

• axoaxonal (Axon zu Axon)

• chemisch (Botenstoff wird in Umgebung abgegeben)

• elektrisch (Gap junctions, Erregung „springt“ über)

Nach Funktion:

• Aktivierend: exzitatorisch

• oder hemmend: inhibitori

Neuronale Integration

• Inhibitorische Synapsen: hemmend

  Exzitatorische Synapsenn: erregend, aktivierend

• Abkürzungen für Spannungen, die an der Zellmembran einer Nervenzelle entstehen, sie beeinflussen dort die Signalweiterleitung:

  Exzitatorisches postsynaptisches Potential (EPSP)

  Inhibitorisches postsynaptisches Potential (IPSP)

• Nervenzellen (Neuronen) für die Weiterleitung von elektrischen Signalen (Erregungen) verantwortlich

(a) Wenn mehrere exzitatorische Synapsen gleichzeitig aktiv sind, summieren sich die von ihnen erzeugten EPSPs (rot markiert) auf dem Wege zum Axon und das Axon feuert.

(b) Wenn gleichzeitig mehrere inhibitorische Synapsen aktiv sind, dann mindern die von ihnen erzeugten IPSPs (blau markiert) die Größe der EPSPs und verhindern dadurch, dass das Axon feuert.

Postsynaptische & Präsynaptische Hemmung

Präsynaptische Hemmung durch Aktivierung von Rezeptoren, die Kanalöffnung hemmen. Reduziert NT-Freisetzung!

Gegenteil:

Präsynaptische Bahnung durch Aktivierung von Rezeptoren, die Öffnen der Kanäle in Umgebung der Aktivzone bahnen. Fördert NT-Freisetzung.

Ruhepotential durch Natrium-Kalium-Pumpe

Im Ruhezustand befinden sich mehr Na+ - Ionen und Cl- - Ionen außerhalb als innerhalb des Neurons und mehr K+ - Ionen und negativ geladene Proteine innerhalb als außerhalb des Neurons.

Membranpotential:

2 Kräfte wirken:

Konzentrationsgradient

(Ausgleich von Konzentrationen; Osmose)

Elektrostatische Kraft

(gleiche Ladungen stoßen sich ab, entgegengesetzte ziehen sich an);

Kräfte entgegengesetzt für Cl− und K+, aber gleich für Na+

=Membranpotenzial

Das Öffnen und Schließen spannungsgesteuerter Natrium- und Kaliumkanäle während der drei Phasen des Aktionspotentials: Anstiegsphase (= Depolarisation), Repolarisation und Hyperpolarisation

Neurotransmitter

biochemische Boten(-stoffe)

• Überbrückung des synaptische Spalts

• Übermitteln ein Signal von der Nervenzelle vor der Synapse (präsynaptisch) an die Nervenzelle hinter der Synapse (postsynaptisch)

• exakt passende Andockstellen (Schlüssel)

• verschiedene Neurotransmitter in Abhängigkeit von der zu übertragenden Botschaft

• wirken exzitatorisch oder inhibitorisch

Der erste Neurotransmitter (Acetylcholin) ist 1921 entdeckt worden; inzwischen mehr als 50 verschiedene Neurotransmitter identifiziert (Tendenz steigend)

ionotrope Rezeptoren: - direkt

-> Membranrezeptoren, die gleichzeitig auch einen Ionenkanal darstellen

Vorübergehende Erhöhung der Membranleitfähigkeit für bestimmte Ionen

metabotrope Rezeptoren: - indirekt

Aktivierung von Rezeptor-assoziierten Enzymen, die durch metabolische Prozesse im Zellinneren die Membraneigenschaften beeinflussen

Die Neurotransmitter werden in den Nervenzellen produziert und wandern verstaut in kleinen Bläschen, (Vesikel), zum Endknöpchen des Axons.

Die sieben Schritte der Wirkung von Neurotransmittern

-> Synaptische übertragung

Sophie & Sabine Arbeiten Exzellent & Hans Arbeitet Doof.

(1) Synthese,

(2) Speicherung in den Vesikeln,

(3) Abbau von Neurotransmittern, die aus den Vesikeln entweichen,

(4) Exocytose,

(5) hemmende Rückkoppelung über Autorezeptoren,

(6) Aktivierung von postsynaptischen Rezeptoren und

(7) Deaktivierung.

Die zwei Mechanismen zur Beendigung der Neurotransmitterwirkung an der Synapse:

Reuptake und enzymatischer Abbau

• Anstieg der intrazellulären Kalzium-Konzentration (Ca2+) durch die Öffnung der Kalziumkanäle

• Durch Umbau kalzium-bindender Proteine, exozytische Zellfusion der Vesikel mit der präsynaptischen Membran

• Inhalt der Vesikel in den synaptischen Spalt freigesetzt.

• postsynaptisch binden die NT an Rezeptoren.

• Öffnung von Ionenkanälen: Änderung des Membranpotentials postsynaptischer Nervenzelle.

• Je nach Rezeptor nur kurzfristige Änderung (ionotrop) oder Kaskade von Ereignissen in der Zelle (metabotrop)

Synapsen sind spezifisch für Neurotransmitter:

Achtung! Wirkung der NT (Neurotransmitter) vielfältig und unterschiedlich je nach Wirkungsort/Rezeptoren !

Die 3 Hauptgruppen von Neurotransmittern

Aminosäuren

• Glutamat: wichtigster exzitatorischer NT; Synapsen sind glutamaterg

• Glycin: Stoffwechsel,Herabsetzung Muskelaktivität); glycinerg

• GABA: wichtigster inhibitorischer NT

(Mono)amine

• Nor-/Adrenalin: aktivierend; (nor-)adrenerg (Adrenalin nur als Hormon relevant; Noradrenalin als Neurotransmitter

• Dopamin: u.a. Belohnung/Glück; dopaminerg

• Serotonin: u.a. Stimmung/Glück; serotenerg

Peptide

• Peptide, Hormone; Neuropeptide, z.B. Endorphin, Oxytocin, Vasopressin...; peptiderg

Neuroendokrines System

• Drüsen

• Abgrenzung exokrin (z.B. Schweißdrüßen): chemische Substanzen werden in Gänge freigesetzt, gelangen zum Ziel, meist Körperoberfläche

• Endokrin (ganglos) setzen Hormone direkt in den Blutkreislauf frei, von dort ans Ziel

Die endokrinen Drüsen.

Hormone sind körpereigene Stoffe, die mannigfaltige physische und psychische Funktionen (Wachstum, Ernährung, Stoffwechsel, Entwicklung, Reifung, Fortpflanzung, Leistung usw.) des Organismus steuern.

Einige Botenstoffe können sowohl als Hormone und Neurotransmitter wirken Bsp:

Noradrenalin

-> im Nebennierenmark ein Hormon

-> in adrenergen Neuronen ein Neurotransmitter

Interaktionen von Hormon- und Nervensystem:

• Teile des ZNS kontrollieren die Ausschüttung von Hormonen (z.B. Hypothalamus)

• Hormone können das Nervensystem modulieren (z.B. Rezeptoren für Cortisol)

Hormone (grobe Einteilung)

Aminosäurederivate:

Aus Aminosäuremolekül synthetisiert

(z.B. Adrenalin ausgesendet vom Nebennierenmark wird aus Tyrosin synthetisiert, auch Schildrüsenhormone...)

Steroidhormone

• Andere Hormone wirken durch Rezeptorbindung an Zellmembran

• Steroidhormone sind klein und fettlöslich,

• durchdringen Zellmembran, gelangen zu Rezeptoren im Cytoplasma / Zellkern

• beeinflussen Genexpression umfassender!

„graue Zellen“ (Hirnzellen/Neurone)

= überwiegend Zellkörper der Neurone an der Oberfläche des Kortex (= Hirnrinde) und als Kerne (Nuclei) (“Inseln” in weißer Masse) und Basalganglien in der Tiefe

weiße Substanz (Verbindungen)

= (überwiegend myelinisierte Axone)

Frontallappen

• in seinen funktionellen Eigenschaften weit verzweigt und mit verschiedenen neuro- psychologischen Beeinträchtigungen assoziiert.

  
  

  Primärfelder:

• z.B. primärer motorischer Kortex (Motokortex)

• Alle Skelettmuskeln: wobei die fein gesteuerten Muskeln, beispielsweise die Fingermuskeln, einen größeren Platz einnehmen als die "grob" gesteuerten Muskeln wie etwa die Rückenmuskeln.

  
  

  Sekundärfelder:

• Prämotorischer Kortex steuert Zentren des Hirnstamms (extrapyramidale Motorik) und das Kleinhirn (Abstimmung von Bewegungen) .

• supplementärmotorischer Kortex („speichert“ komplexere motorische Abläufe)

• frontales Augenfeld (willkürliche Augenbewegungen)

• motorisches Sprachzentrum

• Das frontale Blasenzentrum kontrolliert die Harnblasenentleerung und die Defäkation.

Präfrontaler Cortex

• Sitz höherer geistiger, psychischer und sozialer Fähigkeiten.

• Supervisory attentional system

• Eine Zerstörung dieses Bereichs führt zu starken Wesensveränderungen (Persönlichkeitsabbau).

Phineas Gage (1848)

• 25 J., prämorbid: freundlich

• Unfall bei Sprengarbeiten

• Verletzung präfrontaler (orbitaler) Cortex

• Post: impulsiv, launisch, Probleme in sozialen Interaktionen

Parietallappen

• primärer sensibler Cortex: Körpersensibilität

• sekundärer somatosensibler Cortex: komplexere Reizmuster „gespeichert“

• posteriorer parietaler Cortex: u. a. Orientierung im Raum;

• Gyrus angularis (Besonderheit: wird trotz seiner Lokalisation im Temporallappen zum Parietallappen gerechnet): Schaltstation zwischen Sehrinde und Hörrinde; essenziell für Sprachproduktion, Lesen und Schreiben.

Okzipitallappen

• primäre Sehrinde: Bewegung- und Kontrastwahrnehmung, Form- und Farbensehen

• sekundäre Sehrinde: Verarbeitung der Informationen aus der primären Sehrinde

• sekundäres Blickzentrum: Blickfolgebewegungen (d. h. sensorisch geführte Blickbewegungen).

Temporallappen

• primäre Hörrinde: hierhin projizieren die Fasern der

  Hörbahn

• sekundäre Hörrinde: Verarbeitet und interpretiert Informationen aus der primären Hörrinde

• starke Lateralisierung: in der dominanten Hemisphäre erfolgt eine mehr logisch-rationale Verarbeitung (sensorisches Sprachzentrum/Wernicke-Region), in der nichtdominanten Hemisphäre eine mehr intuitive Verarbeitung.

• Afferenzen erhält die sekundäre Hörrinde aber auch von der Schaltstelle zwischen visuellem und auditorischem System

• Efferenzen ziehen in viele andere Kortexbereiche, wo eine weitergehende Interpretation erfolgt, besonders zum motorischen Sprachzentrum (Broca-Areal).

Besonders prominent im Temporallappen.....

Das limbische System

Das limbische System ist derjenige Teil des Großhirns, der den Hirnstamm umgibt.

• essenziell für die emotionale Verarbeitung.

• Uneinigkeit, welche Teile des Gehirns zum limbischen System zu zählen sind und zu welchen Einheiten sie zusammengefasst werden sollen.

• Die entscheidende Einheit ist die Hippokampusformation

• das limbische System hat Anschluss an den Cortex und kann so auch z.B. auf den präfrontalen Cortex oder das basale Vorderhirn einwirken.

• Zahlreiche weitere Verbindungen sorgen dafür, dass das limbische System mit so gut wie allen Zentren des Gehirns, sowie Hirnstamm und Rückenmark in Kontakt steht.

• Vermittelt zwischen subcortikalen und cortikalen Zentren und stellt daher die physiologische Grundlage für die Verknüpfung von Unbewusstem mit Bewusstem.

• Es erhält Zuflüsse aus der Umwelt (Sensorik) und Innenwelt (vegetative Afferenzen) und wirkt auf diese zurück (mittels Motorik, Vegetativum und endokrinem System etc.).

Die Hauptstrukturen des limbischen Systems: Amygdala, Hippocampus, cingulärer Cortex, Fornix, Septum und Mammillarkörper.

• emotionale "Tönung" von Sinneseindrücken ("gut", "schlecht", "gefährlich", "schön" etc.)

• Lernvorgänge und Gedächtnisfunktionen

  Neue Inhalte werden im Hippocampus verwaltet und später (vor allem während bestimmter Schlafphasen) an den Kortex übertragen und somit ins Langzeitgedächtnis überführt.

2 Zuständigkeiten - 2 Hippocampi

Ohne Amygdala = keine Angst

Gedächtnis

Hippocampus wichtig für Einspeicherung und Abruf von neuen Informationen

• involviert in semantisches und episodisches Gedächtnis

• räumliches Gedächtnis

• auch für die Gedächtniskonsolidierung wesentlich.

Indirekt beteiligt:

Thalamus selektiert die Sinnesinformationen

Amygdalae (Mandelkerne) färben Ereignisse emotional ein

• anterograde Amnesie: Verlust der Fähigkeit, neue Informationen für mehr als wenige Sekunden zu speichern.

• Fall H.M. : 27jähriger Fabrikarbeiter mit schweren Epilepsie.

• medialen Bereiche beider Schläfenlappen (Hippocampus, medialer Temporalpol, Gyrus hippocampalis) operativ entfernt.

• Erinnerungsfähigkeit an Ereignisse vor der Operation vollständig erhalten

• Keine neuen Infos mehr

• Aber implizites Gedächtnis/Priming/Konditionieren intakt

• Erkannte Bilder, die man ihm zuvor immer wieder gezeigt hatte

• Behauptete aber, es nie zuvor gesehen zu haben.

Zentrale Erkenntnisse aus H.M.:

Strukturen des medialen Temporallappens wesentlich für den Neuerwerb von Informationen

Explizites und implizites Gedächtnis unterschiedlich lokalisiert

Orientierung im Gehirn

Horizontale, frontale (koronare) und sagittale Ebenen im menschlichen Gehirn, sowie ein Querschnitt des menschlichen Rückenmarks

• 12 Stück(1 bis 12 = I -XII)

• Rein sensorische Hirnnerven: I,II,VIII

Alle anderen gemischt, aber:

• Überwiegend motorische Hirnnerven: III, IV, VI, VII, XII (haben sensorische Anteile)

• Motorisch und sensorisch gleich wichtig: V,VII,IX,X

Merksatz: Onkel Otto orgelt tag täglich außer freitags verspeist er gerne viele alte Hamburger

I. N. olfaktorius

II. N. opticus

III. N. oculomotorius

IV. N. trochlearis

V. N. trigeminus

VI. N. abducens

VII. N. facialis

VIII. N. vestibulocochlearis

IX. N. glossopharyngeus

X. N. vagus

XI. N. accessorius

XII. N. hypoglossus

I. Hirnnerv

• Nervusolfaktorius

• Riechnerv

• Leitet Signale von der Nase zum Gehirn.

II. Hirnnerv

• Nervusopticus

• Sehnerv

• Leitet die Signale der Netzhaut zum Gehirn

III. Hirnnerv

• Nervus oculomotorius

• Augenmuskelnerv

• Steuert Augen- und Lidbewegung, Iris.

• parasymphatische Anteile

IV. Hirnnerv

• Nervus trochlearis

• Augenmuskelnerv

• Steuert schrägen oberen Augenmuskel.

V. Hirnnerv

• Nervustrigeminus

• Drillingsnerv

• Untergliedertsichinden

  • Augennerv (N.ophthalmicus),

  • Oberkiefernerv (N.maxillaris) und

  • Unterkiefernerv (N.mandibularis).

• Er leitet sensible Informationen aus dem ganzen Gesichtsbereich zum Gehirn. Innerviert Kiefermuskeln

VI. Hirnnerv

• Nervus abducens

• Augenmuskelnerv

• Innerviert den lateralen Augenmuskel.

VII. Hirnnerv

• Nervus facialis

• Gesichtsnerv

• Steuert die Muskulatur der Mimik, vermittelt auch die Geschmackswahrnehmung in den vorderen zwei Dritteln der Zunge. Innerviert Kopfdrüsen.

VIII. Hirnnerv

• Nervus vestibulocochlearis

• Hör- u. Gleichgewichtssinn

• Weiterleitung der Informationen von Gehörschnecke und dem Gleichgewichtsorgan

IX. Hirnnerv

• Nervus glossopharyngeus

• Zungen - u. Rachennerv

• Leitet die Signale des hinteren Zungenabschnittes zum Gehirn und innerviert Muskeln des Rachens (Schluckakt).

X. Hirnnerv

• Nervus vagus

• Eingeweidenerv

• Hauptnerv des PS und an der Regulation innerer Organe beteiligt.

XI. Hirnnerv

(wird zu den Hirnnerven gezählt: Rückenmark zum Schädel und an Schädelbasis wieder raus)

• Nervus accessorius

• Halsnerv

• Versorgt motorisch den M.trapezius und den M.sternocleidomastoideus.

XII. Hirnnerv

• Nervus hypoglossus

• Zungennerv

• Steuert die Zungenbewegung.

• Erforscht Grundlagen

• Erklärungsmodelle für Entstehung von Störungen

• Basis für Prävention und Therapien

Beispielbefund:

Epigenetik - Pränataler Stress verändert Lesbarkeit von Genen und erhöht Stressvulnerabilität

Stressachsen

SAM:

• Sympathische Stressachse = SAM

• Akute Stressreaktion (innerhalb Sekunden):

• Vegetatives Nervensystem:

  Hypothalamus- Sympathikus- Nebennierenmarks-Achse (SAM)

HHNA:

• Hormonelle Stressachse = HHNA

• Langsamere Stressreaktion (innerhalb von Minuten):

• Endokrines System (hormonell):

  Hypothalamus- Hypophysenvorderlappen- Nebennierenrinden-Achse (HHNA)

Erinnerung! Vegetatives Nervensystem:

Sympathikus -> Gegenspieler -> Parasympathikus

Stressachsen

Hypothalamus

⬇️

CRH

⬇️

Hypophyse

⬇️

ACTH

⬇️

Nebennierenrinde

⬇️

Glucocorticoide (Cortisol)

Sympathikus

⬇️

Acetylcholin

⬇️

Nebennierenmark (= Paraganglion)

⬇️

Katecholamine (Adrenalin/Noradrenalin)

• Wenn Cortisolkonzentrationen über einige Tage erhöht sind, können die Neuronen des Hippocampus bereits Schaden nehmen.

• Zahl der Dendriten und synaptischen Verbindungen nimmt ab.

• weniger neue Gehirnzellen entstehen

• Bildung von Nervenwachstumsfaktoren eingeschränkt.

Stresshormon Cortisol und Depression

• Leichter Hypercortisolismus bei Depression:

  bei wiederholten depressiven Episoden können sich die Schädigungen des Hippocampus summieren: bleibende Beeinträchtigung des Gedächtnisses möglich, wenn die Depression nicht behandelt wird.

• Aber potenziell reversibel!

Glukokortikoide und psychische Störungen

• Menschen mit Depressionen weisen signifikant erhöhte Werte des Stresshormons Cortisol auf

• Veränderung in der Regulation des Hypothalamus- Hypophysen- Nebennierenrinden- Systems als neurobiologisches Merkmal affektiver Störungen

  durch einen Dexamethason-Suppressions-/Corticotropin- Releasing-Hormon-Stimulationstest (DST) zeigen Patienten erhöhte ACTH- und Cortisolfreisetzung (bei Gesunden ist ein signifikanter Abfall (Suppression) des Cortisolblutwertes nachzuweisen)

• wahrscheinliche Glukokortikoidrezeptor- Veränderung (genetisch oder erworben, siehe Epigenetik)

Stressfolgen

Kardiovaskuläre Risiken

Beide Stressachsen wirken aktivierend bzw. blutdrucksteigernd

Kurzfristig ist das bei Gesunden unproblematisch, länger andauernder oder extremer Stress kann schädigen (Extremfall: plötzlicher Herztod)

-> Stress geht mit kardiovaskulären Risiken einher (Bluthochdruck, Herzrhytmusstörungen usw.)

Schlafstörungen

• Cortisolspiegel sinkt im Schlaf nicht ausreichend

• Erschöpfung, Gedächtnis- beeinträchtigung

• Substanzkonsum

• Heißhunger -> Bevorzugung hochkalorischer

  Nahrung „Fastfood“

• Metabolisches Syndrom: Bluthochdruck, Diabetes, Übergewicht

Wichtig

Oxytocin

Was ist das?

• Alt-griechisch: schnelle Geburt

• Proteohormon: Neuropeptid

• Gebildet im Hypothalamus: Nucleus paraventricularis + nucleus supraopticus

• Freigesetzt über Hypophyse

• Relevant auch fürs Herz

• „Sozial-Hormon"

Freisetzung von Oxytocin

-> Durch angenehmen Hautkontakt

• Streicheln

• Umarmungen

• Zärtlichkeiten

• Massagen

-> Durch Reize, die mit angenehmen Kontakt verbunden werden (Konditionierung!)

• z.B Singen, Essen, Gerüche, aber auch Gedanken

-> Bei Stress

Wirkung von Oxytocin

-> Im Körper:

• Senkt Cortisolspiegel (HHN-Achse)

• Herz:

  • Verringerte Herzfrequenz

  • Freisetzung von ANP (Atriales natriuretisches Peptid)

  • Entwässert das Blut

  • Senkt Blutdruck

• Uterus

  • Geburtswehen

• Milchdrüsen

  • Milchejektion (Milchspende-Reflex)

Wirkung von Oxytocin

-> Im Gehirn:

• Amygdala:

  • Links: verringerte Aktivität (Weniger Misstrauen)

• Rechts: verringerte Aktivität

• Koppelung Amygdala mit Hirnstamm

  • Verringert -> weniger Furcht

• Temporallappen (mit temporo-parietalem Übergang, Temporalpol)

  • Verringert -> mehr Vertrauen?

-> ABER: Ergebnisse von passiver Emotionsverarbeitung bei Männern!

Epigenetik

(von griechisch: epi = über)

• untersucht Mechanismen, die Genexpression beeinflussen, ohne Gene zu verändern!

• Eingriff betrifft nicht die Nukleotidsequenz des DNA-Strangs, sondern spielt sich "oberhalb" von ihr ab.

Genexpression

Der Transkription eines DNA-Abschnitts in einen komplementären messenger-RNA- Strang folgt die Translation des messenger-RNA- Strangs in ein Protein.

Chemische Modifikation der DNA

• Wichtigste epigenetische Veränderung

  = Methylierung Cytidin Basen der DNA

• Nur Cytidine innerhalb von Cytosin-Guanosin-Dinukleotiden

  = Methylierung des C im CpG

  i.d.R. hemmen sie die Aktivität des Genabschnitts -

  Lesbarkeit wird reduziert

• Spezifische Methylierungsmuster

Methylierungen durch die Umwelt:

• Zufällige Methylierungen

• Verhalten

  -> Stress

• Chemikalien

• Ernährung

Vulnerabilität für Stress

Ein frühkindliches Trauma kann fürs Leben prägen:

Es verändert die „Lesbarkeit“ des Erbguts und damit die:

Aktivität der Gene

Konkret:

Methylierung von Glucocorticoid-Rezeptoren

• Cortisol kann nicht gebunden werden

• Stressreaktion wird nicht abgedämpft

Folge: Betroffene sind stressanfälliger und ängstlicher

Bau des Herzens

• Hohlmuskel

• zwei Hälften

• linke Seite (aus der

  Draufsicht rechts!) führt O2-reiches Blut in den Körperkreislauf

• rechte Seite führt O2- armes Blut in den Lungenkreislauf

• zw. Vorhöfen u. Kammern Segelklappen

• zu Arterien Taschenklappen

  
  

Funktion des Herzens

Blutddruck

• Kontraktionen des Herzens führen zu Auswurf des Blutes in die Aorta

• Druck, den die linke Kammer dabei aufbaut, heißt Blutdruck

• durch Herzschlag wird Druck auf seinen systolischen Wert getrieben

• sinkt dann auf diastolischen Wert ab

• systolischer Wert (junge Erwachsene): 120mmHg diastolischer Wert: 80 mmHg mittlerer Blutdruck: 100 mmHg

4 Phasen des Herzschlages

-> systolischer BD (SBD), Auswurfkraft: 120 mmHG

Anspannung und Austreibung (2, 3)

-> diastolischer BD (DBD), Dauerdruck der arteriellen Gefäße: 80 mmHG

Erschlaffung und Kammerfüllung (4, 1)

-> Bei körperlicher Anstrengung nehmen Herzminutenvolumen und Durchblutung der Peripherie zu, Gefäßwiderstand sinkt. Der systolische arterielle Druck steigt stärker an als der diastolische Wert.

Blutdruckregulation

Barorezeptorreflex (Mechanorezeptoren am Karotissinus und am Aortenbogen; Wirkung in Sekunden bis Minuten)

Hormonell-Renale Regulation (Nieren, Wirkung Stunden bis Tage):

• Freisetzung von antiduretischen Hormonen (ADH) und natriuretischen Peptiden (ANP, BNP)

Vasokonstriktion

• Sympathisch aktivierte Engstellung von Arterien und Venen (erhält Grundtonus der Gefäße) ausgeprägt in

  • Haut,

  • Skelettmuskeln,

  • Verdauungsorganen

  • (Niere)

• kann Blut hinleiten, wo es benötigt wird; verhindert Versacken von Blut (Blutdruckabfall beim Aufstehen) in den Beinen beim Aufstehen (Orthostasereaktion)

• maximal bei Blutverlust (Schock):

  Zentralisation: nur noch lebenswichtige Organe (Hirn, Herz) werden versorgt/durchblutet

Regulation durch Nerven

Tonische Kontrolle des arteriolären Durchmessers

Herz- Kreislauf- Aktivität: Periphere Durchblutung

Substanzen, die zur Regulierung von Vasokonstriktion und Vasodilatation dienen

Mechanismus der Blutdruckregulation

Kreislaufregulation durch Vasopressin

= Antiduretisches Hormon (ADH)

bewirkt Wasserresorption, erhöht Konstriktion, beeinflusst Herzfrequenz und -minutenvolumen

• Wassermangel führt zu osmotischem Druck: Osmorezeptoren im Gehirn initiieren ADH- Ausschüttung im Hypophysenhinterlappen.

  ADH aktiviert Wasserrückresorption in der Niere -> Volumen steigt -> Blutdruck steigt

• ADH-Freisetzung wird durch starke Flüssigkeitszufuhr und Alkohol gehemmt -> reichlicher Biergenuss (Wasser und Alkohol) führt zu Harnflut mit Flüssigkeitsverlust und es entsteht Durst

Akute systemische Blutdruckregulation

Barorezeptorreflex

Ziel: Konstanthaltung des Blutdrucks

• bei hohem Druck: Reduktion Sympathikotonus und Drosselung der Herzfrequenz

• bei niedrigem Druck: Erhöhung Sympathikotonus

Signale der Rezeptoren gehen ans Kreislaufzentrum; Verrechnung mit Input aus höheren Zentren

Zuleitung des efferenten Signals zu Herz und Gefäßen über sympathische Neuronen

Komponenten des Barorezeptorreflexes

Der Barorezeptorreflex: die Antwort auf eine Erhöhung des Blutdrucks

Der Barorezeptorreflex: die Antwort auf einen orthostatischen Hypotonus

Erregungsleitungssystem

• Weiterleitung elektrischer Signale, die die Pumptätigkeit des Herzens regulieren.

• Grundrhythmus dieser Impulse durch das Erregungsbildungssystem erzeugt.

• Erregungsbildungs - und leitungssystem - bestehen nicht aus Nerven- sondern aus spezialisierten Herzmuskelzellen.

• His-Purkinje-System

• Erregung kommt vom AV-Knoten zum His-Bündel (nach His)

• His-Bündel kann 20-30 Erregungen/Minute initiieren (tertiärer Schrittmacher, Back up für AV-Knoten)

• Stamm teilt sich in 3 Äste: 2 linke/1 rechter Schenkel; bei unterbrochener Leitung dort: Schenkelblock (li. o. re.)

• An Herzspitze teilen sich Schenkel in Purkinje- Fasern (nach Purkinje): Kontakt zu Herzmuskelfasern

Erregungsbildungssystem

• Primärer Schrittmacher (Impulsgeber): Sinusknoten

  sitzt in rechter Vorhofwand, 60-80 Erregungen/Minute

• Sekundärer Schrittmacher: AV-Knoten kann bei Ausfall des Sinusknotens oder mangelnder Leitung von Sinus zu AV-Knoten (AV-Block) Impulsgebung übernehmen, aber nur 40-50 Erregungen/Minute

Wirkung des vegetativen Nervensystems am Herzen

Chronotrop: auf Frequenz wirkend

Dromotrop: auf Leitung wirkend (AKP- Schwelle)

Inotrop: auf Kontraktionsfähigkeit wirkend

Bathmotrop: auf Reizschwelle wirkend

Funktionen von Schlaf?

• Verarbeitung, was unerledigt ist?

• Gedächtnisbildung!

• Studien von Jan Born: neue, zunächst labile Gedächtnisinhalte werden gefestigt

• ins Gedächtnis aufgenommene Inhalte werden geordnet und verarbeitet: ggf. kreative Problemlösungen

• Semantische Gedächtnisinhalte im Tiefschlaf konsolidiert

• im Tiefschlaf dieselben Neuronen aktiv wie beim bewussten Lernen

Folgen bei zu wenig Schlaf

• zu wenig oder schlechter Schlaf erhöht Blutzuckerspiegel

• kann Körperfettmasse erhöhen

• im Immunsystem entscheidet Schlaf mit über die Bildung von Antigenen oder Immunreaktionen.

• Etc. siehe Bezüge Stress!

Psychophysische Insomnie

Neuroendokrinologische Korrelate

Ausgewählte Schlafstörungen

Psychophysische Insomnie

Neuroendokrinologische Korrelate

EEG-Aktivität ändert sich im Schlaf:

• Wechsel von Phasen mit hochamplitudigen, langsamen Wellen und (Elektroenzephalographie; EEG)

• Phasen mit niederamplitudigen, schnellen Wellen:

• REM (rapid eye movements, Aserinsky & Kleitman,1953); Augenbewegungen werden über Elektrookulographie (EOG) erfasst

Elektromyographische Aktivität (EMG) im Nacken während der Zeit reduziert

EEG, EOG und EMG als physiologische Ableitung von Schlafstadien (häufig zusätzlich Herzfrequenz)

Sleep Cycle

Das EEG im aufmerksamen Wachzustand, kurz vor dem Einschlafen und während der vier Schlafstadien.

Schlafzyklus wiederholt sich mehrmals pro Nacht, ist ungefähr 90 Minuten lang

Schlafstadien

• 1. Schlafstadium (ab 2. Mal) REM (5.)

• erhöhte cerebrale Aktivität (Sauerstoff, Durchblutung, neuronale Entladungen)

• autonomes Nervensystem (Blutdruck, Puls)

• Muskelzucken der Extremitäten (auch Erektion)

• Andere Stadien Non-REM (NREM)

• 3 und 4 zusammen: Slow wave sleep (SWS)

Grundlegende Merkmale des REM- und SW- Schlafs

EEG

(siehe Karteikarte 8, EEG)

Circadiane Schlafzyklen

(circadian= ca. 1 Tag dauernd)

Evolutionär: 24 Stunden Hell-Dunkel-Zyklus

• Als Anpassung circadiane Rhythmen entwickelt

• Meist tagaktiv, einige Spezies nachtaktiv (z.B. Ratten)

  Äußere Hinweise als Zeitgeber

  Hell-Dunkel-Zyklus: manipuliert: Veränderung!

  Aber auch bestimmte wiederholende Abläufe (Gewöhnung/Konditionierung)

  
  

• Circadianer Rhythmus also nicht primär erlernt! Aber Einflüsse der Umwelt wirken ein!

• Verschiedene circadiane Gene in allen Zellen; evolutionär früh

• „Lerchen“ und „Eulen“ (je weniger Licht, um so mehr Eulen!)

• Trotz schwankender Beanspruchung regelmäßige Rhythmen

• Wenn länger wach als gewöhnlich, anschließend kürzerer Schlaf, statt länger!

Zeitgeber aus dem Rhythmus:

• Jetlag (Phasenvorverlagerung oder - verzögerung)

• Social Jetlag (äußere Taktgeber und innere Uhr/Lebensstil kollidieren)

• Schichtarbeit (Zeitgeber bleiben konstant, aber Schlaf-Wach- Zyklus erzwungen angepasst)

• Phasenvorverlagerung schwieriger als Phasenverzögerung!

• Helles Licht und Bewegung hilft gegen Jetlag bei Vorverlagerung.

Sozialer Jetlag

• (Till Roenneberg)

  Schlafstörungen, Müdigkeit, Unwohlsein, geringere Fitness (geistig/körperlich), Übergewicht, erhöhter Nikotin- und Alkoholkonsum (übrigens alles auch bekannte Stressfolgen)

• Fragebogen MCTQ (Munich Chronotype Questionnaire) von Prof. Till Roenneberg zur Ermittlung des Chronotyps („Eulen und Lerchen“

Sitz der inneren Uhr (circadiane Uhr)

Nucleus suprachiasmaticus (NSC) im medialen Hypothalamus

• Läsionen stören circadiane Zyklen

• Ralph et al. (2000): NSC mutierter Hamster verpflanzt; deren verkürzter S-W-Zyklus wurde übertragen! Wirkte auch umgekehrt.

Die Entdeckung des Tractus retinohypothalamicus. Ausgehend von jeder Retina projizieren Neurone bilateral zum Nucleus suprachiasmaticus.

Photorezeptoren: Neurone, die schnell auf Veränderungen der Lichtverhältnisse reagieren;

Photo-Pigment: Melanopsin (wird in retinalen Ganglienzellen produziert;

Axone zum NSC

es hemmt Melatonin, welches bei Dunkelheit mehr vorkommt und schlafassoziiert ist

Melatonin beeinflusst circadianen Rhythmus

Wird aus Serotonin synthetisiert; Konzentration im Blut bei Dunkelheit (und Schlaf) besonders hoch

Die Lage der Epiphyse, die das Melatonin produziert.

Wachheit: auch eine Frage der Motivation

Ein schematisches Diagramm zur Wirkung der Aktivierung des hypokretinergen Systems der Neurone des lateralen Hypothalamus auf den Schlaf/Wach-Wechsel in Analogie eines Flip-Flop. Die Motivation wach zu bleiben oder Ereignisse, die den Schlaf stören, aktivieren die hvpokretinergen Neurone.

Die Wirkung von Adenosin auf Schlaf und Wachheit.

Verlängerte neuronale Aktivität verursacht die Akkumulation von Adenosin und dadurch kommt es zur Enthemmung der schlaf-fördernden Neurone im VLPA.

Psychoaktive Drogen

• Beeinflussen subjektives Erleben und Verhalten durch Wirkung aufs Nervensystem

Drogenwirkung im ZNS

• Mit Blut zu Blutgefäßen des ZNS

• Blut-Hirnschranke filtert einige Substanzen um die Neurone des ZNS zu schützen

• Wirkung diffus auf neuronale Membranen (z.B. Alkohol) im gesamte Nervensystem

• Dopamin- und Belohnungszentren im Gehirn (ATV, Nucleus accumbens, mesocorticolimbisches System)

Das mesotelencephale Dopaminsystem im menschlichen Gehirn, bestehend aus der nigrostriatalen Bahn (grün) und der mesocorticolimbischen Bahn (rot)

Dopamin als zentraler Botenstoff

Synaptische Plastizität Drogen

Es werden immer weitere Kreise des Belohnungssystems verändert -> schließlich Kontrollverlust:

die durch Drogen hervorgerufene synaptische Plastizität breitet sich im Verlauf einiger Tage vom ventralen Tegmentum ins Striatum hinein aus: synaptische Veränderungen im ventralen Tegmentum -> Umbauten an den Nervenzellen im Nucleus accumbens -> dort gleitet Entscheidungsfindung in den automatischen Modus ab, hin zum Zwangsverhalten!

Spezifischere Drogenwirkung:

• Bindung an bestimmte synaptische Rezeptoren;

• Beeinflussen Synthese, Transport, Freisetzung , Deaktivierung bestimmter Neurotransmitter

• Wirken auf Kette von chemischen Reaktionen (postsynaptisch)

Einige Mechanismen, wie Pharmaka und Drogen wirken

2 organismische Gegenregulationsstrategien

Um Dopamin-Überflutung zu kompensieren und die normalen Funktionen aufrechtzuerhalten reagiert das Gehirn mit:

1) Hemmender Rückkopplung auf Transmitterebene:

System dämpft die Drogenwirkung, indem es Eigenproduktion von Dopamin drosselt + inhibitorische Moleküle dagegensetzt

2) Neuranatomischer Adaptation:

Erhöhung oder Reduzierung der Empfangsstrukturen / Anzahl Rezeptoren (neuroplastische up-Regulation vs. down- Regulation)

-> Abschwächung der Drogenwirkung -> subjektiv gesteigertes Verlangen -> Dosissteigerung -> Toleranz

Versucht konsument den dämpfenden Effekt mit mehr Suchtstoff auszugleichen -> produzieren die Zellen noch mehr eigene hemmende Moleküle

->steigende Toleranz = sinkende Wirkung + Verkraften größerer Substanzmengen

-> langfristig Konsum nur noch Ausgleich der gedrosselten organismischen Produktion, um Funktionsfähigkeit aufrecht zu erhalten!

-> Entzugssymptome bei Vorenthalten

-> Körper kommt ohne Droge nicht mehr aus!

Drogentoleranz

• Geringere Sensitivität infolge von Exposition

• Dosis wirkt geringer

• größere Menge benötigt

Kreuztoleranz

Droge kann Toleranz für Substanz mit ähnlichem Wirkmechanismus machen

• Toleranz nur für Teilwirkungen;

• Sensitivierung für andere Wirkungen

• Komplexe Adaptierungen beeinflussen Wirkung

• Metabolische (Menge Wirkungsort) + funktionelle Änderungen (Reaktivität Wirkungsort)

Entzugssymptome

Wird dem Organismus die Substanz dann vorenthalten (Substanzentzug)

-> Unterversorgung mit Dopamin + „Rezeptorhunger" -> qualende seelische + körperliche Entzugszustände (meist gegenteilige Wirkungen d. eigentlichen Droge)

Charakteristische Nikotin-Enzugssymptome:

• dysphorische Stimmung bis Depressivität

• Schlaflosigkeit

• Unruhe

•Konzentrationsstörungen

• Reizbarkeit und Ärger

• Angstzustände

• verminderte Herzfrequenz

• gesteigerter Appetit und Gewichtszunahme

Entzugserscheinungen treten innerhalb von 24 Std. ein (abends am stärksten), erreichen ihren Höhepunkt in der ersten Woche u. klingen in den folgenden 3-4 Wo. weitgehend ab.

Allerdings:

Körperliche Gewöhnung + Habituation schnell reversibel!

Nach Entzug

• innerhalb von Tagen oder Wochen Rückbau der Rezeptor-neuroadaptation (Up- bzw. Down-Regulation); bei nAChR max. nach 1-jähriger Abstinenz abgeschlossen

• CREB wird bei Drogenverzicht schon nach ein paar Tagen wieder inaktiviert

• delta-FosB nach einigen Monaten Drogenenthaltsamkeit wieder auf ein Normalmaß heruntergedrosselt

Dies erklärt somit noch nicht die anhaltende Sensitivierung + Rückfallgefahr gegenüber dem Suchtstoff!

Reaktivierung „schlafender" Rezeptoren

mehr Rezeptoren = „Rezeptorhunger" = Craving (Suchtverlangen)

Craving verliert sich auf Dauer -> überzählige Rezeptoren werden aber nur zu kleinem Teil abgebaut, die meisten lediglich deaktiviert („Schlafzustand”)

Wird dann (Jahre) später irgendwann wieder geraucht -> plötzliche Reaktivierung der „schlafenden" Rezeptoren

-> abrupt einsetzender heftiger Rezeptorhunger -> unwiderstehliches Craving -> Rückfall

Morphologische Strukturveränderungen, die für die lebenslange Rückfallgefahr verantwortlich sein könnten:

bei chronischem Drogenmissbrauch -> Ausbildung von deutlich mehr dendritischen Dornen an NAc-Neuronen -> neue Dornenausknospung noch Monate nach Ende des Drogenkonsums -> bleibend extrem sensible Signalantennen?

Lernen und Drogentoleranz/-entzug

Kontingente Toleranz

• Toleranz nur, wenn Wirkung empfunden wurde.

• Zwei Gruppen Versuchstiere: eine erhält Drogen jeweils vor Test, andere jeweils danach, zum Schluss beide davor: Unterschiede?

Kontingente Toleranz gegenüber antikonvulsiver Wirkung von Alkohol.

Konditionierte Toleranz

• Wirkung situationsbezogen (Situationsspezifität in vielen Studien nachgewiesen)

• Toleranzwirkung maximal wenn Droge in gleicher Umgebung verabreicht wird

• Konditionierte kompensatorische Reaktion

• Überdosisrisiko in neuer Umgebung größer !?!

Die Situationsspezifität der Toleranz gegenüber der hypothermischen ( -> Zustand der Unterkühlung des Körpers bzw. eines Gewebes) Wirkungen von Alkohol

• Es kann auch zu einer Drogensensitivierung kommen.

• Ebenfalls situationsspezifisch, wenn Wirkung dort erlebt und getestet wurde.

• Toleranz, wenn unkonditionierte Reaktion (UR), dem unkonditioniertem Reiz (US) entgegenwirkt

• Sensitivierung, wenn unkonditionierte Reaktion, den unkonditionierten Reiz verstärkt.

Konditionierte Entzugserscheinungen

Entzugserscheinungen, die durch die Drogenumgebung oder drogenassoziierte Hinweisreize ausgelöst werden.

Rückwärtige Konditionierung

-> Dopamin wird immer früher in der Handlungskette ausgeschüttet

Metabolische Pfade in der Fastenphase und in der absorptiven Phase des Metabolismus

Die wichtigsten Abläufe während der drei Phasen des Energiestoffwechsels:

der cephalischen, der absorptiven und der Fastenphase.

Hirn und Sättigung

VMH- und LH-Läsionen und Sättigung

Die Lage des ventromedialen Hypothalamus (VMH) und des lateralen Hypothalamus (LH) im Gehirn der Ratte.

• LH-Läsionen Appetitmangel/kein Durst

• Aphagie/ Adipsie, aber eher übergeordnetes sensorische Problem

• Annahme VMH = Sättigungszentrum???

• Läsionen erhöhen Insulinspiegel = fördert Fettspeicherung statt Verwertung, also noch mehr essen

• Nicht dick, weil sie essen, sondern essen, „während“ sie dick werden

Hormone und Gewicht ?

Leptin

• Hormon, in Fettzellen gebildet

• Beteiligt an Regulation des Körpergewichts

• Signalisiert Gehirn, Appetit zu vermindern und mehr Kalorien zu verbrennen

• Bei Gewichtsreduktion kann Leptin- Spiegel sinken -> mehr Appetit (noch nicht eindeutig belegt)

• Leptinmangel gilt als ein Grund für Übergewicht. Trifft aber nur bei sehr wenigen Menschen zu (denen hilft Leptin!)

• Meist findet sich eher eine ungewöhnlich hohe Konzentration an Leptin

• anhaltend hohe Konzentration inaktiviert den Leptin-Rezeptor

• Es wird zwar viel Leptin gebildet, aber dieses Leptin kann seine Wirkung nicht richtig entfalten.

Ghrelin

• Hormon, vom Magen freigesetzt

• Appetitanregend

• verlangsamt Stoffwechsel und Fettverbrennung

• Nach Gewichtsreduktion und Versuch Gewicht zu halten wird teilweise mehr Ghrelin gebildet.

• Annahme, dass Übergewichtige mehr Ghrelin bilden falsch!

• Haben weniger Ghrelin im Blut als Normalgewichtige.

• überhöhtes Körpergewicht steigert evtl. Empfindlichkeit für Ghrelin

• mehr Rezeptoren für das Hormon vorhanden, so dass geringere Mengen Hunger auslösen?

Kortisol (Einfluss komplex/umstritten!!!)

• Steroid-Hormon,von Nebennieren gebildet (Stressindikator)

• Einfluss,wo Körperfett gespeichert wird?

• Studie: Kortisol-Ausgangsspiegel keinen Einfluss auf die Fettverteilung bei Frauen

• Aber Frauen, deren Kortisol-Spiegel bei Stress besonders hoch anstieg, tendenziell mehr abdominelles Fettgewebe – auch bei Normalgewicht!

Serotonin

• Neurotransmitter Serotonin spielt Rolle bei Sättigung

• Serotoninagonisten (z.B. Fluoxetin) reduzieren Hunger, Nahrungsaufnahme und Gewicht.

• (Allerdings gilt das nicht langfristig!)

• Zahlreiche Wechselwirkungen!

• Beziehung zwischen Hormonen und dem Körpergewicht wahrscheinlich Teil einer Kette von physiologischen Prozessen.