Woche 2 (Neuroanatomie & Deklaratives Gedächtnis)

-> Pons & Cerebellum = Metenzephalon

-> Medulla = Myelencephalon

Telencephalon, Diencephalon

1. Medulla Oblongata (Myencephalon)

2. Pons & Cerebellum (Kleinhirn)

3. Mittelhirn (Mesencephalon)

-> Bilden ZNS zwischen Dienzephalon und Rückenmark

Hirnstamm beinhaltet:

• sensorische & motorische Kerne

• Kerne von entfernten Neurotransmittersystemen

• weiße Subtstanz für aufsteigende sensorische & absteigende motorische Signale

Aufgaben Bsp.

Respiration, Schlaf-Wachzustände, globaler Bewusstseinszustand

Lokalisation: am weitesten unten Richtung Rückenmark

Beinhaltet:

• Zellkörper von vielen der 12 Hirnnerven

• 2 unterschiedliche Nucleus Gruppen: Gracile Nuclei, Cuneate Nuclei, an denen sensorische Infos vorbei müssen

Aufgaben

• stellt sensorische/ motorische Nerven in Regionen wie gesicht, Nacken, Hals zur Verfügung

• Alle sensorischen Infos müssen an Medulla vorbei zum thalamus -> weiter zum somatosens. C.

• Herz, Kreislauf, Atmung,

• Pyramidenbahnfasern (= Kortikale Motoraxone) kreuzen sich in Medulla: Motoneuronen rechter Hemisphäre kontrollieren Linke Körperhälfte und umgekehrt

= Brücke & Hauptverbindung zwischen Hirn & Kleinhirn/Cerebellum

Lokalisation: über/vor Medulla

Besteht aus:

• umfangreichem Netzwerka aus Nervenfasern, das mit Nuklei durchsetzt ist

• Viele Hirnnerven bilden Synapsen in Pons

• sensorische & motorische Nuklei von Gesicht/Mund

• visomotorische Nuklei, für Augenbewegegungen

• großem Teil der Formatio Retikularis

Aufgaben:

• Modulierung von Erregung, Schmerz & kardiovaskuläre Kontrolle über Formatio Retikularis

• Steuerung des REM

Lokalisation:

• Auf Höhe der Pons am Hirnstamm angefügt

• formt Dach des 4. Ventrikels

• sitzt auf “cerebral pedunctus” = massive Input/Output Nervenbahnen

• Oberfläche = parallel gerillt -> eng gefaltetes neuronales Gewebe

besteht aus:

• den meisten Neuronen des ganzen Gehirns (69 Milliarden von 89M.

• Cerebellar Cortex

• 4 paar tiefe Kerne

• weiße Substanz

Aufgaben:

• Position des Körpers anhand Größe & Geschwindigkeit analysieren

• Modulierung motorische Signale, um Bewegungen geschmeidiger zu machen & besser zu koordinieren

• keine direkte Kontrolle von Bewegung!

• Balance

• Kognitive Prozesse: Sprache, Aufmerksamkeit, Lernen, mentale Vorstellungskraft

Lokalisation: Über Pons, umschließt cerebral aquaeduct, Verbindungskanal zwischen 3. & 4. Ventrikel

Bestandteile:

• Tectum (Dach) & Tegmentum

• Große Nervenbahnen

• superior colliculus & inferior colliculus

• Teile der Formatio Retikularis

• Hirnschenkel (crura cerebri)

Aufgaben:

• periductul gray (dünne Schicht grauer Substanz) umschliesst im Tegmentum das cerebral aquaeduct und verarbeitet Schmerzwahrnehmung & teilweise verarbeitung von Angst & Furcht

• Superior colliculus: periphere Objektwahrnehmung & Blicklenkung/ Blickschärfung

• inferior colliculus: Lokalisation & Ausrichtung des Körpers auf auditorische Reize

• Formatio R. : Synthese Norepinephrin, Serotonin

• Thalamus

• Epithalamus

• Hypothalamus (mit Hypo)

• Subthalamus

Lokalisation:

• fast im Zentrum d. Gehirns & über Pons;

• Bildet mit Hypothalamus das Dienzephalon

• Über Thalamus = Corpus Callosum (Balken) & Fornix

Bestandteile:

• Teilt sich in 2 Häkften: rechte & Linke Hemisphäre = verbunden durch Massa Intermedia (brücke)

• unterschiedliche Kerne

Aufgaben:

• Alle Sinnesmodalitäten bilden synaptische Verbindungen im Thalamus (außer verinzelte olfaktorische signale)

• = Gateway to Cortex

• Input von= Basalganglien, Cerebellum, Neokortex, medialer Temporallappen

Aufgaben der Nuklei des Thalamus:

• Laterale geniculate nucleus: Information von Ganglienzellen der Retina -> sendet Axone zu primären visuellen Cortex

• Medial geniculate nucleus: info vom Innenohr -> sendet Axone zum primären auditiven Kortex

• Ventral posterior (medial & lateral) nuclei des thalamus: somatosensorische Info gaht darüber und erreicht dann prmären somatosensorischen Kortex

• Pulvinar nucleus: Aufmerksamkeit

Kernstrukturen, die durch ihre Funktionweise hierarchisch niedriger sind, leiten nicht nur signale an höherliegende Funktionsbereiche weiter, sondern empfangen von diesem auch starke Projektionen zurück.

Lokalisation: Unter Thalamus & = Hauptverbindung zwischen Nervensstem und hormonellem System

Aufgaben: Hormonproduktion & Kontrolle

• Hauptprojektionen gehen zu: präfrontalem Kortex, Amygdala, Rückenmark, Hypophyse

• Alle Funktionen, die für Normalzusatnd des Körpers/ Homöostase wichtig sind:

  • Basaltemperatur

  • zirkadianer Rhythmus mit Input von Formatio Retikulatiris aus Midbrain, Amygdala, Retina

  • Stoffwechsel

  • Glukose-& Elektrolytlevel

  • Sexual phases

  • Immunregulation

  • Hunger, Durst, Müdigkeit

Die meisten seiner Funktionen übt Hypothalamus über Hypophyse aus - sitzt am Boden des Hypothalamus!

Hypothalamus produziert Hormone & ander Faktoren, die die Produktion von Hormonen in andere Bereihen hemmen/ fördern kann.

Basalganglien, olfaktorisches Nervensystem, cerebraler Kortex, gößten Teil d. limibischen Systems

-       Central sulci – unterteilt Frontallappen vom Parietallappen

-       Sylvian (lateral) fissure separiert Temporallappen von Frontal und Parietallappen

-       Parieto-occipital sulci separiert Occipitallappen von Parietal und Temporallappen

-       Inter-hemisphere fissure unterteilt rechte & linke Hemisphäre

Faltung ist organisiert anhand gyri = Windungen der Hirnrinde & Sulci = Furchen der Faltung

Kortex- Oberflächensrtuktur:

(90% d. Kortex besteht aus Neocortex)

4 Hauptbereiche des Kortex: Frontallappen, Parietallappen, Temporallappen, Okzipitallappen

5 Prinzipielle Funktionen:

1. primäre sensorische Areale

2. Primäre motorische Areale

3. Unimodale Areale

4. Multimodale Areale

5. Paralimbische & Limbische Areale

-> Funktionen (sensorisch, motorisch, kognitiv) beruhen auf kortikalen und subkortikalen Komponenten

Lokalisation: vor central sulcus

Teilbereiche: Primärer motorischer Cortex, Prämotorischer Kortex, Supplementary motor Cortex (PLanung & Sequenzierung v. Bewegung)

Input Pfad: Cerebellum, Basalganglien -> Thalamus -> Prämotorisches Areal

Aufgaben: Intiierung, Hemmung, Planung und sensorische Führung von motorischen Bewegungen

(Lange Motoneuronen, die bis ins Rückenmark reichen)

Lokalisation: Vordere Region im FL

Hauptregionen:

-       Dorsolateraler Präfrontaler Kortex

-       Ventrolateraler präfrontaler Kortex

-       Orbitofrontalkortex

-       Medialer Präfrontaler Kortex

Aufgaben:

• Planung, Organisation, Kontrolle, Ausführung des Verhaltens

• Aufgaben, die Informationen über eine gewisse Zeit hinweg integrieren

• Zentrum kognitiver Kontrolle – Executive Funktion

Bereiche: Primärer & sekundärer sensorischer Kortex

Verarbeitungsfad: Rezeptoren leiten Reize als elektrische Impulse zum Rückenmark -> somatosensorische Relays am Thalamus -> primärer sensorischer Kortex (S1) -> sekundärer sens. Kortex (S2)

Graduell steigende Komplexität entlang Verarbeitungspfads: 1.Verarbeitnug in unimodalem und 2. in multimodalem Areale

Somatotopy: Kartierung spezifischer Körperteile zu spezifischen Arealen des somatosensorischen Kortex

Funktion: Sehen

V1 = primärer visueller Pfad

Info gelangt durch Retina entlang des optischen Nervs zum lateralen geniculate Nucleus des Thalamus -> weiter zu V1 (hier beginnt Hirn visuelle Info zu verarbeiten)

• Helligkeit, Räumliche Frequenzen, Orientierung, Bewegung

Bereiche: Primärer (A1) & sekundärer (A2) auditiver Kortex; Andere Assoziierte Areale: core (BA41), Belt (BA42), parabelt areas

• primärer auditiver Cortex (A1) = lokalisiert im primären temporalen Gyrus des TL und reicht in lateralen Sulcus rein, in dem Heschl’s Gyrus liegt

Auditiver Kortex = tonotopisch organisiert -> Organisationd. Neuronen variiert individuell und richtet sich nach den wahrgenommenen Tonfrequenzen

Aufgaben: Verarbeitung der Tonidentifikation (Tonlokalisation = im Hirnstamm verarbeitet)

Lokalisation: zwischen limbischen Arealen & Kortex

Regionen:

Olfaktorische Formationen:

o   Temporal pole (?)

o   Insula – Inselrinde

o   Hinterer Orbitofrontalkortex

Hippocampuszentrierte Formationen:

o   Parahippocampus

o   Retrosplenialen Bereich

o   Gyrus Cinguli

o   „subcallosal area“ – subkallöser Bereich

Aufgaben:

• Essenzielle für die Vernetzung viszeraler Informationen und Emotionen mit Kognition

• Verarbeitung in diesen Arealen spielt eine Rolle bei der Entscheidung ob ein Reiz wichtig für unser verhalten ist (nicht die reine sensorische Verarbeitung

= großer Teil des Neocortex

umfasst unimodale und Multimodale Areale

Regeln, denen die Vernetzung in hrößeren gehirnen, wie dem menschlichen Gehirn folgt

1.     „Minimizing connection length“:

-       Kürzere Verbindungen verarbeiten lokaler

-       Kürzere Axone beanspruchen weniger platz

-       Weniger Energie wird dadurch für den Aufbau, Aufrechterhaltung und Weiterleitung benötigt

-       Grundbaustein für lokale Vernetzung, dadurch Spezialisierung möglich

1.     “Retaining a small number of very long connections between distant sites”

• Menschliche Gehirne setzen sich zusammen aus vielen kurzen, schnellen, lokalen Verbindungen und wenigen langen-weitreichenden Verbindungen, die die Ergebnisse der kurzen, lokalen Verarbeitung kommunizieren

• Dadurch lokale Effizienz & schnelle globale Kommunikation

Körper soll auf Geist wirken und Geist soll auf körper wirken

Gehirn und geist sind separate substanzen (Descartes)

Dualismus ≠ Manismus

-> Materialismus: mentale zustände sind identisch mit physikalischen zuständen

-> Duals aspect theory: mentale und physikalische zustände sind zwei erscheinungsformen/ unterschiedliche Beschreibungsebenen der gleichen entitäten

Problem: Erklärung subjektiver erlebnisqualitäten (qualia)

-> von niedrigeren zu höheren Gehirnarealen

-> von niedrigeren (einfacheren) zu höheren Komplexitätsebenen

Unterschiedliche teile des kortex dienen unterschiedliche Funktionen, man hat die schädelform betrachtet und geschaut wo bumps sind, zb persönlichkeiten anhand davon eingeschätzt

-> Zentrale annahme überdauert bis heute: lokalisation psychischer funktionen (= funktionale spezialisierung), heute emipische evidenz

-> Broca areal, falls geschädigt dann unfähig zu sprechen, beleg für anatomische lokalisation einer spezifischen kognitiven funktion

-> Wernick areal, verarbeitung des sprachinputs, doppel dissoziation mit broca areal

-> moderne ansätze: meisten hirnregionen nicht nur eine bestimmte funktion, meisten funktionen nicht nur eine bestimmte lokation (netzwerken)

Lokalisation: ventrale, mediale Oberfläche der Hemisphären

Hypothalamus, amygdala, hippocampus, anterior thalamic nucleus, mammillary bodies, cingulate gyrus, corpus callosum

-> binding scattered information concerning recent events and experiences, which supports memory, focusing emotion and motivational states on extrapersonal events and mental content (Emotionsverarbeitung, Erregungsmechanismen, Motivation, Erinnern/Gedächtnis)

caudate nucleus, putamen, globus pallidus ,subthalamic nucleus, substantia nigra

action selection, action gating, motor preparation, timing, fatigue, task switching, belohnungsorientiertes Lernen

-> dopamine

Telencephalon

Diencephalon

Mesencephalon

Metencephalon

Myelencephalon

Gefaltet in: Gyri = Windungen, Sulci = Furchen zwischen den Windungen der Hirnrinde

(90% des Cortex besteht aus Neocortex)

5 prinzipielle Funktionen d. Cortex:

1. primäre sensorische Areale

2. primäre mtorosische Areale

3. unimodale Areale

4. Multimodale Areale

5. Paralimbische & LImibische Areale

->die meisten sensorische, motorischen und kognitiven Funktionen beruhen auf Cortex

Central sulci – unterteilt Frontallappen vom Parietallappen

Sylvian (lateral) fissure separiert Temporallappen von Frontal und Parietallappen

Parieto-occipital sulci separiert Occipitallappen von Parietal und Temporallappen

Inter-hemisphere fissure unterteilt rechte & linke Hemisphäre

Motorkortex:

• Prämotorischer Kortex

• Primärer motorischer Kortex: Kontrolle der Bewegung

• supplementary motor cortex: Planung & Sequenzierung v. Bewegung

Aufgabe:

Intiierung, Hemmung, Planung und sensorische Führung von motorischen Bewegungen

Hauptregionen:

-       Dorsolateraler Präfrontaler Kortex

-       Ventrolateraler präfrontaler Kortex

-       Orbitofrontalkortex

-       Medialer Präfrontaler Kortex

Aufgaben:

• Planung, Organisation, Kontrolle, Ausführung des Verhaltens

• Aufgaben, die Informationen über eine gewisse Zeit hinweg integrieren

• Zentrum kognitiver Kontrolle – Executive Funktion

1. primärer sesnorischer Kortex (S1)

2. sekundärer sensorischer Kortex (S2)

Info von rezeptoren geht an somatosensorische Relays im Thalamus -> von dort weiter zum somatosensorischen Kortex

-> Graduell steigende Komplexität des Verarbeitungspfades: erst durch unimodale Areale, dann durch mutlimodale Areale

Somatotopy: Kartierung spezifischer Körperteile zu spezifischen Arealen d. somatosensorischen kortex

Funktione: Sehen

Verarbeitung entlang des optischen Nervs zum lateralen geniculaten Nucleus ->weiter zu V1 - primärer visueller Kortex (hier Beginn der Verarbeitung visueller Info)

Helligkeit, räumliche Frequenz, Orientierung, Bewegung

Bereiche:

• primärer auditiver Kortex (A1): lokalisiert im temporalen Gyrus d. Temporallappens, reicht in lateralen Sulcus rein wo Heschl- Gyrus liegt

• sekundärer auditiver Kortex (A2)

• Andere assoziierte Areale - core(BA41), Belt (BA42), parabelt areas

Auditiver Kortex = tonotopisch organisiert. Organisation d. Neuronen variiert individuell & richtet sich nach der Tomfrequenz, die wahrgenommen wird

Aufgabe: Tonidentifikation (Tonlokalisation = im Hirnstamm verarbeitet)

Lokalisation: zwischen limibischen Arealen & Kortex

Aufgaben:

• Essenzielle für die Vernetzung viszeraler Informationen und Emotionen mit Kognition

• Verarbeitung in diesen Arealen spielt eine Rolle bei der Entscheidung ob ein Reiz wichtig für unser verhalten ist (nicht die reine sensorische Verarbeitung)

Bereiche:

Olfaktorische Formationen

• Temporal pole

• Insula – Inselrinde

• Hinterer Orbitofrontalkortex

Hippocampuszentrierte Formationen

• Parahippocampus

• Retrosplenialen Bereich

• Gyrus Cinguli

• „subcallosal area“ – subkallöser Bereich

Regeln der Vernetzung im Gehirn:

1.     „Minimizing connection length“:

• Kürzere Verbindungen verarbeiten lokaler

• Kürzere Axone beanspruchen weniger platz

• Weniger Energie wird dadurch für den Aufbau, Aufrechterhaltung und Leitung benötigt

• Grundbaustein für lokale Vernetzung, dadurch Spezialisierung

1.     “Retaining a small number of very long connections between distant sites”

• Menschliche Gehirne setzen sich zusammen aus vielen kurzen, schnellen, lokalen Verbindungen und wenigen langen-weitreichenden Verbindungen, die die Ergebnisse der kurzen, lokalen Verarbeitung kommuniziere

• Dadurch lokale Effizienz & schnelle globale Kommunikation

Cerebral hemispheres, caudate, putamen, amygdala, claustrum, lamina termanalis, olfactory bulb, hippocampus

-> Lateral Ventricles

Thalamus, hypothalamus, mammillary bodies, pineal gland, globus pallidus, retina, optic nerve, optic chiasm, optic tract

-> Third ventricles

midbrain

-> cerebral aquaduct

Pons, cerebellum

-> fourth ventricle

medulla

-> fourth ventricle

Dualism

Behaviourism

Watson -> little albert study

Phrenology

aggregate field theory -> whole brain participates in behaviour

Learning and memory

(lesion studies)

Penfield -> montreal procedure

Hebb -> cells that fire together, wire together

Brenda milner -> physiological proof of multiple memory systems

predictability of speech follows from adherence too grammatical, not probabilistic, rules

declarative memory -> bewusst zugängliche erinnerungen die expliziert abrufbar sind

non-declarative -> impliziert gelernt was automatisch und unbewusst aufrufbar ist

Episodic -> erinnerungen die man im alltag erzählt

semantic -> faktenwissen

Priming, conditioning, skill learning

Bei alzheimer demenz: posteriores hippocampus netzwerk geschädigt, und posteriores MTL -> episodisches gedächtnis

Bei Semantische demenz: anteriores hippocampus netzwerk geschädigt und anterore gehirn areale im MTL, z.B PRc -> semantisches gedächtnis

Sahen pyramiden und mussten sagen welches von den zwei bilder eher dazu passt -> patienten mit semnatischer-demenzie mehr fehler

Patienten wurden bilder vorgelegt uns mussten sich entscheiden welches der beiden bilder in der lernphase gezeigt wurden -> patienten mit alzheimer machen hier mehr fehler

Gedächtnis mit Default Mode Network verankert (stimulations unabhängige vorstellung von vergangenem und zukünftigem)

-> Zuordnung zu einem der beiden systeme hängt von beteiligung des DMN ab -> beteiligung abhängig von aufgabenstellung, semantischem anteil der erinnerungen, ausmaß der räumlichen und zeitlichen ausspezifizierung

-> Posteriore Bereiche des DMN: Intergation multimodaler kontextueller information

zwei voneinander abgrenzbaren prozesse für familiarity (man erkennt ein gesicht aber man weis nicht woher) und recollection (man erkennt gesicht und dann weis man auch direkt woher und vielleicht namen und so man kann direkt die person zu ordnen)

Teilnehmer mussten liste an wortparen lernen, danach im gedächtnistest geprüft

Bei einem durchgang wurde ein wort gezeigt -> test für das item gedächtnis, wieder erkennen von items -> wurde das wort überhaupt gelernt? -> familarity gedächtnis

Zweiter durchgang wurde wortpare getestet -> wurden die beiden wörter gemeinsam in der lernliste angezeigt? -> Recollection gedächtnis

Untersuchung: Sind unterschiedliche Subregionen des medialen Temporallappen (MTL) an unterschiedlichen Erinnerungsprozessen - familiarity und recollection - beteiligt?

-> Untersucht anhand ereignisbezogenem fMRT

Methode:

Itemencodierung: Items lernen, die rot oder grün gefärbt sind -> bei grün: Frage ob das Item in eine Box passt, bei rot: Frage ob Item lebendig ist.

Abrufliste: 360 Items aus Liste, 360 neue Items

Aufgabe:

• Angeben wie sicher sich Pbn. ist, dass Item in Liste war (1-6) -erfasst Familiarity-based recognition

• Angaben, ob das Item in grün oder in rot gelernt wurde - erfasst recollectio qualitativer infos über Ereignisse

Ergebnisse:

allg.:

Encodierungsaktivität im rhinal Cortex sagte selktiv die familiarity-basierte wiedererkennung voraus

Enkodierungsaktivität im Hippocampus und posterioren parahipppocampalen Cortex recollection voraussagen

spezifisch:

Familiarity: Je stärker das Gefühl der Vertrautheit (je sicherer sich Pbn. waren), desto stärker Beteiligung des perirhinalen Cortex (PrC) beim Encodieren

Recollection: bei Quellengedächtnisaufgabe waren eher posteriore Bereiche d. MTL beteiligt: posteriore Hippocampus & parahippocampale Cortex