Neurobiologie

1. Kommunikation mit Umwelt

2. Wahrnehmung von Sinnesreizen

3. Integration der Reizinformation

4. Entsprechende Reizantwort

Weitere Aufgaben:

1. Steuerung von Motorik, Verhalten, Kognition

2. Koordination von ädaquatem Verhalten

1. Zentrales Nervensystem (ZNS)

   —>Gehirn, Rückenmark

2. Peripheres Nervensystem (PNS)

   —>Efferente, motorische & Affarente, sensorische Fasern

3. Autonomes/Vegetatives Nervensystem

   —>Sympathikus, Parasympathikus

   —>Enterales Netvensystem (Verdauung)

Graue Substanz: enthält die Zellkörper (Soma) der Neurone

Weiße Substanz: enthält Axone

1. Afferenz: Signalrichtung von sensorischen Empfangsstrukturen zum ZNS, sensorisch Aufsteigende Bahnen

   —> Afferenz-Aufsteigend zum ZNS

2. Efferenz: Signalrichtung wEg vom ZNS zu sensorischen Empfangsstrukturen, motorische absteigende Bahnen

   —> Efferenz-wEg vom ZNS

1. Großhirn (bestehend aus 4 Hirnlappen)

   —>Frontal-, Temporal-, Parietal-, Okzipitallappen

2. Kleinhirn

3. Zwischenhirn: Thalamus, Hypothalamus, Hypophyse

4. Stammhirn: Mittelhirn, Brücke, Nachhirn

5. Mittelhirn

6. Nachhirn

1. Bewusstsein

2. Bewusste Sinneswahrnehmung

3. Geistige, willentliche Aktivität

4. Integrationszentrum und Ort von strategischen Planungen

5. Basalganglien: Bewegungskontrolle

1. KontrollZentrum für Bewegungen

Schaltzentrale und Filter für eingehende sensorische Informationen

—>TorHüter

1. Kontrolle des vegetativen NS

2. Freisetzung von Hormonen über Hypophyse, Epiphyse (Zirbeldrüse) ins Blut

3. Homöostase des Körpers (Blutdruck, Osmolarität, Temperatur, Trinken, Essen)

4. Sexualfunktion

1. Sensorik (Sehen, Hören)

2. Bewegungskontrolle

3. Regulation von Stimmungen, Freude, Schmerz

4. Schaltstelle für optische, auditorische Informationen

5. Kontrolle der Augenbewegungen

—>Gegliedert in Haube (Tegmentum), Dach (Tectum) mit Vierhügelplatte (Conculli inferior und superior)

—>Tegmentum enthält für willkürliche Bewegungen relevante Strukturen (Substantia Nigra und Nucleus Ruber)

1. Neuronen, die an der Verarbeitung sensorischer Informationen (Tasten, Hören, Schmecken) beteiligt sind

2. motorische Neuronen

3. Atemzentrum (Schluck- und Brechzentrum, Husten, Niesen)

4. Kreuzung der Pyramidenbahnen

Schaltzentrum zwischen Großhirn/Kleinhirn

1. Kontrollzentrum für Bewegung

2. Empfängt Signale aus dem Rückenmark (Info über Lage des Körpers im Raum)

3. Empfängt Signale von der Brücke (Info über Ziele von geplanten Bewegungen)

4. Wichtig für die exakte Ausführung von Bewegungen und motorisches Lernen

1. Ausbildung des Neuralrohrs (Absenken der Neuralplatte in den Keim) im Zuge der Embryonalentwicklung

2. Differenzierung des Neuralrohrs in die 3 Gehirnbläschen

   -Vorderhirn (Prosencephalon)

   —->Großhirn, Zwischenhirn

   -Mittelhirn (Mesencephalon)

   —>Mittelhirn

   -Nachhirn (Rhombencephalon)

   —>Pons, Medulla oblongata

1. Appetenz (Suchen)

2. Taxis (Zuwenden)

3. Endhandlung (Fressen)

—>Beim Beutefang der Erdkröte ist das Tectum opticum des Mittelhirns und der Thalamus beteiligt

—>Großhirnrinde spielt dabei keine Rolle

—>längliche Objekte in “Wurm”-Konfiguration aktivieren die Neuronen im Tectum

—> längliche Objekte in “Antiwurm”-Konfiguration aktivieren die Neuronen im Thalamus und hemmen dabei T-Neuronen

1. Großhirn

2. Basalganglien

3. Kleinhirn

4. Laterale Bahnen

1. Tectum opticum (Mittelhirn)

2. Hirnstamm

3. Nachhirn

4. Brücke

5. Ventromediale Bahnen

1. Planung:

   -Assoziationsbereiche des Neocortex

   -Basalganglien

2. Taktik:

   -Kleinhirn

   -Motorcortex

3. Ausführung:

   -Hirnstamm

   -Rückenmark

1. Pyramidenbahn bzw. Tractus cortica-spinalis

2. Verläuft vom Motorcortex zum Rückenmark

1. Funktionsschleife 1 verläuft vom präfrontalen Cortex über die Basalganglien und den Thalamus in die Area 6 des Motorcortex

2. Funktionsschleife 2 verläuft vom sensorischen Cortex über die Brücke und das Kleinhirn zum Thalamus in die Area 6 des Motorcortex

Neuronale Schaltkreise mit reziproker Hemmung durch Erzeugen von rhythmischen Aktivitätsmustern durch negatives Feedback

z.B. beim Armbeugereflex: Muskelspindel wird gereizt —>Rückmeldung an Interneuron, Motoneuron —>Bizeps wird gebeugt

Gleichzeitig Hemmung des inhibitorischen Interneurons, anderen Motoneurons —>Trizeps wird gestreckt

Fähigkeit aufgrund von Erfahrungen Verhalten an gegebene Situation anzupassen

1. Nicht-Assoziativ (Lernen der Eigenschaften eines Reizes)

   —>Habituation, Sensitisierung

2. Assoziativ (Beziehung zwischen Reizen oder Handlungen)

   —>Klassische/Operante Konditionierung

3. Motorisches Lernen —>Erlernen der Ausführung einer bestimmten Bewegung

4. Deklaratives Lernen

   —>Räumliche Orientierung, Ereignisse, Fakten

1. Explizit (Deklarativ):

   -Lernen über Bewusstsein

   -z.B. Ereignisse, Fakten, Episoden, “Bewusste Erinnerung”

   —>kann bewusst abgerufen werden

2. Implizit (Nicht-Deklarativ):

   -Lernen wie etwas zu tun ist, ohne sich dessen bewusst zu sein

   -z.B. Gewohnheiten, Bewegungsabläufe, Emotionales Lernen, Konditionierungen

   —>kann nicht bewusst abgerufen werden

1. Pawlowscher Hund

2. Aplysia california

aktive Synapsen werden verstärkt und inaktive geschwächt

—> Neurons that wire together fire together

Verstärkung und Schwächung neuronaler Verknüpfungen bildet die Grundlage aller Lernprozesse

Tier lernt eigene Handlung mit Belohnung oder Bestrafung zu assoziieren

Der unkonditionierte Stimulus löst alleine keine Reaktion aus

Sie gehört zum Assoziativen Lernen

Zum Nicht-Assoziativen Lernen

Tier lernt, dass Reiz harmlos ist

Um Konditionierte Stimuli

Tier lernt Reiz mit Belohnung oder Bestrafung zu assoziieren

Alarmbereitschaft nach unangenehmen Reiz oder Abschrecken

Glutamat

1. NMDA

   —>bei schwacher Erregung inaktiv

   —>bei Depolarisierung durch stärkere Erregung wird Mg2+ Blockade aufgehoben

   —>Kanal öffnet sich

   —>Ca2+ strömt ein

2. AMPA

   —>immer aktiv

   —>bleibt mit Phosphorylierung länger offen

-Mehr Glutamat: Einbau von mehr Glutamat-Rezeptoren

-Weniger Glutamat: Ausbau von Glutamat-Rezeptoren

1. cAMP aktiviert Phosphokinase A

2. Proteinkinase A wird phosphoryliert, schließt bei längerer Aktivierung K+ Kanäle

3. Untereinheit von PKA wandert in Zellkern und phosporyliert dort CREB

4. CREB wirkt dann als Transkriptionsfaktor und bindet an CRE-Sequenz

5. Setzt Proteinbiosynthese und Synapsenbildung in Gang

6. Verstärkte Neuronale Verknüpfung

1. Kurzzeitgedächtnis: beruht auf Veränderung synaptischer Effizienz

2. Langzeitgedächtnis: beruht auf Veränderung neuronaler Verknüpfung mittels Proteinbiosynthese

Durch Reize veränderte strukturelle Veränderung im Gehirn “Eine Gedächtnisspur”

Sie liegen im Hippocampus, Fornix, Mammilar-Körper, Thalamus, Cortex, Striatum

Im Kleinhirn

Im Striatum

In der Amygdala (v.a. Furchtlernen)

Im Frontallappen (Vorderhirn)

Im Hippocampus (Zwischenhirn)

Stammhirn (v.a. Thalamus)

—> Stammhirn besteht aus Hirnstamm & Zwischenhirn

Thalamus

Gerüche, also olfaktorische Wahrnehmungen

1. Visueller Cortex

2. Auditorischer Cortex

3. Gustatorischer Cortex

4. Somatosensorischer Cortex

5. Bulbus olfactorius (olfaktorischer Cortex)

1. willentliche Aktivität

2. Sinneswahrnehmung

3. Bewusstsein

1. Großhirnrinde

2. Hypothalamus

3. Nachhirn (Medulla oblogata)

Über die Pyramidenbahn

Nucleus ruber im Mittelhirn

1. Mittelhirn

2. Nachhirn

3. Brücke

Hippocampus

Funktionsschleife 1: vom präfrontalen Cortex über Basalganglien zum Motorcortex

Funktionsschleife 2: vom sensorischen Cortex über Brücke & Kleinhirn zum Motorcortex

1. Ionenkonzentration innerhalb & außerhalb der Zelle

2. Membranpermeabilität für bestimmte Ionen

Durch Öffnen & Schließen von Ionenkanälen

—>v.a. K+ Kanäle

1. Ruhekanäle (für Na+, K+, Ruhemembranpotential)

2. Spannungsgesteuerte Kanäle (Na+, K+, Ca2+)

3. Liganden-gesteuerte Kanäle (z.B. Neurotransmitter als Liganden)

4. Liganden- & spannungsabhängige Kanäle

   (z.B. NMDA-Glutamatkanal)

Ruhemembranpotential niedriger als normal

Stärkere exzitatorische Signale erforderlich um AP auszulösen

Neuron wird für andere exzitatorische Transmitter weniger erregbar

Ruhemembranpotential positiver als normal

Schwächere exzitatorische Signale lösen bereits AP aus

Neuron wird für andere exzitatorische Transmitter erregbarer

Aktive Synapsen werden verstärkt, andere geschwächt

Verstärkung & Schwächung neuronaler Verknüpfungen als Grundlage aller Lernprozesse

NMDA (Glutamatkanal)

Koinzidenzdetektor prüft ob nur Zufall oder richtige Info, die weitergeleitet werden muss (liganden- & spannungsabhängige Kanäle)

1. Habituation

2. Klassische Konditionierung

3. Sensitisierung

an Drosophila melanogaster

Hippocampus —> Deklaratives Lernen

Striatum & Kleinhirn —> nicht deklaratives Lernen

Assoziatives Lernen

Verlust der Fähigkeit neue Erinnerungen nach einem Trauma zu speichern

(Kindheitserinnerungen bleiben)

In verschiedenen Stellen im Cortex

Über metabotrope & ionotrope postsynaptische Rezeptoren

v.a. über metabotrope Rezeptoren aber nicht ausschließlich

nur über metabotrope Rezeptoren

Sie werden im Soma des Neurons synthetisiert & in die Terminale transportiert

Sie werden abgebaut & recycelt

K+ Kanälen

Sympathikus & Parasympathikus

auf nikotinische Acetylcholin-Rezeptoren

K+ & Na+

Na+ in Zelle rein

Depolarisation

—>Anregung

K+ aus Zelle raus

1. (Koffein)

2. Nikotin

3. Kokain

4. Alkohol

Durch das rhythmische Feuern des Thalamus

Durch Cholin-, Seroton-, Noradrenalinerge Fasern

Nein, nur falls es nicht von der Inneren Uhr im SCN inhibiert wird

Ja

In den suprachiasmatischen Kernen (SCN) des Hypothalamus

1. In der Zirbeldrüse —>Produktion & Ausschüttung von Melatonin

2. In Hypophyse —>verschiedene Hormone z.B. Cortisol

2’-5’-Nucleotidbindung

Säuger: Glutamat

Insekten: Acetylcholin

Im Orbitfrontalen Cortex

Erhält das Ruhemembranpotential aufrecht (Na+ raus & K+ rein)

Ca2+

2 Acetylcholinmoleküle (Nikotin kann auch binden)

darauf, dass die spannungsabhängigen Na+Kanäle einen inaktivierten Zustand eingenommen haben

Umhüllen die Axone im ZNS & peripheren Nervensystem

Wegen der Natrium-Kalium-Pumpe (K+ rein, Nazis raus) die das Ruhemembranpotential aufrecht erhält

Na+, Ca2+, Cl-

K+

Rezeptoren wandeln Reize in elektrische Erregungen um

Ein physikalisches oder chemisches Ereignis, das bei minimaler Energie an einem Rezeptor zu einer maximalen Potenzialänderung führt

In der Refraktärzeit kann kein neues AP an der Membran für 1-2 ms ausgelöst werden

Ohne Refraktärzeit könnte das AP wieder an ursprüngliche Zelle geleitet werden

1. Alles-oder-Nichts-Regel

2. Verlustfreie Informationsweiterleitung

3. Generierung von APs benötigt kein ATP

4. Weiterleitung von APs erfolgt kontinuierlich (an unmyelinisierten Axonen) oder saltatorisch (an myelinisierten Axonen)

Vorstufe von APs bei Sinneszellen

Nein kein Alles-oder-nichts-Prinzip

1. GABA

2. Glycin

Fördern generelle Erregbarkeit des Gehirns & die Effizienz der Informationsübertragung

1. Nikotin

2. Acetylcholin

3. Aminosäurenneurotransmitter

1. Acetylcholin

2. Serotonin

3. Peptidneurotransmitter

4. Aminoneurotransmitter