Vorlesung 4

Die cranialen Nerven sind Nervenpaare, die vom Gehirn ausgehen und den Kopf, den Hals und die inneren Organe des Körpers innervieren. Es gibt insgesamt 12 Paare von cranialen Nerven, die mit römischen Zahlen von I bis XII bezeichnet werden.

Die cranialen Nerven haben unterschiedliche Funktionen und werden je nach ihrer Funktion in drei Kategorien eingeteilt: sensorisch, motorisch und gemischt.

Die sensorischen Nerven sind für die Wahrnehmung von Sinnesreizen wie Geruch, Geschmack, Sehen, Hören und Berührung zuständig. Zu den sensorischen cranialen Nerven gehören der N. olfactorius (I. Hirnnerv), der N. opticus (II. Hirnnerv) und der N. vestibulocochlearis (VIII. Hirnnerv).

Die motorischen Nerven sind für die Steuerung der Muskeln des Kopfes, des Halses und des Gesichts zuständig. Zu den motorischen cranialen Nerven gehören der N. oculomotorius (III. Hirnnerv), der N. trochlearis (IV. Hirnnerv), der N. abducens (VI. Hirnnerv), der N. accessorius (XI. Hirnnerv) und der N. hypoglossus (XII. Hirnnerv).

Die gemischten Nerven haben sowohl sensorische als auch motorische Funktionen. Zu den gemischten cranialen Nerven gehören der N. trigeminus (V. Hirnnerv), der N. facialis (VII. Hirnnerv), der N. glossopharyngeus (IX. Hirnnerv) und der N. vagus (X. Hirnnerv).

eder craniale Nerv hat eine spezifische Funktion und innerviert bestimmte Bereiche des Kopfes, des Halses und des Körpers. Störungen oder Schäden an einem oder mehreren cranialen Nerven können zu unterschiedlichen neurologischen Symptomen und Störungen führen.

Das Brown-Séquard-Syndrom ist eine seltene neurologische Erkrankung, die durch eine Verletzung oder Schädigung des Rückenmarks verursacht wird. Es ist nach den beiden Neurologen Charles-Edouard Brown-Séquard benannt, die das Syndrom erstmals beschrieben haben.

Das Brown-Séquard-Syndrom wird durch eine einseitige Schädigung des Rückenmarks verursacht, die zu einer unvollständigen Lähmung und Sensibilitätsverlust auf der betroffenen Seite des Körpers führt. Die Lähmung betrifft die Muskeln unterhalb der Verletzung, während die Sensibilitätsverluste auf der gegenüberliegenden Seite des Körpers liegen, da die sensorischen Bahnen, die Schmerz und Temperaturempfindung übertragen, kreuzen.

Typischerweise führt das Brown-Séquard-Syndrom auch zu einem Ausfall der Vibrations- und Positionsempfindlichkeit auf der betroffenen Seite und einer Erhaltung der Propriozeption auf der gegenüberliegenden Seite.

Ursachen des Brown-Séquard-Syndroms können Traumata, Tumoren, Infektionen, Gefäßverschlüsse und Entzündungen des Rückenmarks sein. Die Behandlung des Brown-Séquard-Syndroms richtet sich nach der Ursache und kann eine chirurgische Intervention, Medikamente oder eine Rehabilitation umfassen.

Das Rückenmark verbindet das Gehirn mit dem peripheren Nervensystem und ist für die Weiterleitung von sensorischen und motorischen Signalen zwischen Gehirn und Körper zuständig.

Es besteht aus einer weißen Substanz, die die Nervenfasern enthält, und einer grauen Substanz, die die Zellkörper der Neuronen enthält.

Die weiße Substanz ist umgeben von der grauen Substanz und bildet eine Schicht aus Nervenfasern, die sich in auf- und absteigende Bahnen gliedern. Diese Bahnen sind für die Weiterleitung von sensorischen Signalen zum Gehirn und von motorischen Signalen aus dem Gehirn zu den Muskeln zuständig. Die Bahnen enthalten sowohl myelinisierte als auch unmyelinisierte Fasern und sind nach ihrer Funktion in verschiedene Trakte eingeteilt.

Die graue Substanz des Rückenmarks hat eine charakteristische Schmetterlingsform und enthält die Zellkörper der Neuronen sowie synaptische Verbindungen zwischen den Neuronen. Die graue Substanz ist in Hörnern unterteilt, die nach ihrer Funktion in Vorderhorn, Hinterhorn und Seitenhorn eingeteilt sind. Das Vorderhorn enthält die Zellkörper von motorischen Neuronen, die das Rückenmark verlassen und die Muskulatur des Körpers innervieren. Das Hinterhorn enthält die Zellkörper von sensorischen Neuronen, die Informationen aus dem Körperinneren und von der Körperoberfläche empfangen. Das Seitenhorn ist an der Regulation der inneren Organe beteiligt.

Das Rückenmark ist durch Spinalganglien mit den afferenten Nervenfasern des peripheren Nervensystems verbunden und durch Spinalnerven mit den Zielorganen des Körpers, wie z.B. Muskeln und Haut.

Die wichtigsten Regionen im Hirnstamm, die an der Kontrolle der Atmung beteiligt sind, sind der dorsale Atemwegskern (Dorsal Respiratory Group, DRG), der ventrale Atemwegskern (Ventral Respiratory Group, VRG) und der pneumotaktische Atemwegskern (Pneumotaxic Respiratory Group, PRG).

Der DRG liegt im dorsalen Bereich des Medulla oblongata und ist für die rhythmische Aktivierung der Atemmuskulatur verantwortlich. Diese Aktivierung erfolgt durch die Freisetzung von Neurotransmittern wie Glutamat und Glycin. Der VRG ist für die Steuerung der Atemtiefe und Atemfrequenz verantwortlich. Er enthält sowohl inspiratorische als auch exspiratorische Neuronen. Der PRG, der im dorsalen Bereich der Pons liegt, reguliert die Atemfrequenz und verlangsamt die Inspiration durch die Hemmung des DRG.

Diese Regionen im Hirnstamm erhalten Input von verschiedenen Quellen, einschließlich der peripheren Chemorezeptoren, die auf Veränderungen im Blutgas- und pH-Wert reagieren, sowie von spezialisierten Sensoren, die den Blutdruck und die Sauerstoff- und Kohlendioxidkonzentration im Blut messen. Der Hirnstamm verarbeitet diese Informationen und passt die Atmung entsprechend an.

Zusätzlich zur regulären Atmung können auch andere Hirnregionen, wie der Kortex und das Limbische System, die Atmung beeinflussen. Zum Beispiel können Emotionen wie Angst oder Aufregung die Atemfrequenz und -tiefe verändern.

Störungen der Atmungskontrolle im Hirnstamm können zu einer Vielzahl von Atmungsstörungen führen, wie z.B. Atemstillstand, Hyperventilation, Schlafapnoe oder Zentralnervösen Hypoventilationssyndrom.

Die Integration der vegetativen Funktionen im Hirnstamm erfolgt durch komplexe Interaktionen zwischen aufsteigenden und absteigenden Bahnen.

Die aufsteigenden Bahnen umfassen sensorische Signale von den peripheren Organen und Geweben, die über die sensorischen Nerven des peripheren Nervensystems und die Hirnnerven zum Hirnstamm gelangen. Diese Signale werden von spezialisierten Nervenzellen im Hirnstamm und anderen Regionen des Gehirns verarbeitet, um Informationen über den Zustand des Körpers zu erhalten und zu integrieren. Auf diese Weise kann das Gehirn beispielsweise auf Veränderungen des Blutdrucks oder des Blutzuckerspiegels reagieren.

Die wichtigsten Regionen des Hirnstamms, die an der Integration der vegetativen Funktionen beteiligt sind, sind der Hypothalamus, die Medulla oblongata und der Pons. Der Hypothalamus ist für die Steuerung von Hormonen und der autonomen Funktionen wie Hunger, Durst, Sexualverhalten und Temperaturregulation zuständig. Die Medulla oblongata enthält Zentren für die Kontrolle der Atmung, des Herz-Kreislauf-Systems und der Reflexe des Gastrointestinaltrakts. Die Pons reguliert die Atmung und koordiniert die Kommunikation zwischen verschiedenen Hirnregionen.

Die Integration der vegetativen Funktionen durch aufsteigende und absteigende Bahnen im Hirnstamm ist ein komplexer Prozess, der eine effektive Kommunikation zwischen verschiedenen Hirnregionen erfordert. Störungen in diesem System können zu verschiedenen Krankheiten führen, wie beispielsweise Dysautonomie oder Autonomer Dysreflexie.

Die somatosensorische Information bezieht sich auf sensorische Informationen, die von verschiedenen Geweben und Rezeptoren im Körper stammen, wie z.B. Haut, Muskeln, Knochen und Gelenke, und die dann an das zentrale Nervensystem (ZNS) weitergeleitet werden. Der Weg der somatosensorischen Information kann in drei Hauptstufen unterteilt werden: Rezeptor, sensorisches Neuron und Gehirn.

1. Rezeptor: Die somatosensorischen Rezeptoren sind spezialisierte Zellen, die in den Geweben des Körpers vorkommen und auf verschiedene Arten von Berührungen, Vibrationen, Temperaturen und Schmerzen reagieren. Diese Rezeptoren befinden sich in der Haut, den Muskeln, den Knochen und den Gelenken und senden elektrische Signale aus, wenn sie durch eine äußere Stimulierung aktiviert werden.

2. Sensorisches Neuron: Wenn der Rezeptor aktiviert wird, löst er eine Kaskade von Ereignissen in einem sensorischen Neuron aus. Dieses Neuron hat ein Axon, das zum Rückenmark führt. Insgesamt gibt es drei Arten von sensorischen Neuronen, die für die Übertragung der somatosensorischen Informationen verantwortlich sind: Aβ-, Aδ- und C-Fasern. Die Aβ-Fasern übertragen Informationen über leichte Berührungen und Vibrationen, während die Aδ- und C-Fasern für die Übertragung von Schmerz- und Temperaturinformationen zuständig sind.

3. Gehirn: Das sensorische Neuron verlässt das Rückenmark und gelangt über aufsteigende Bahnen (z.B. Tractus spinothalamicus) zum Thalamus (mit Ausnahme der Olfaktion), der als Relaiszentrum für die Weiterleitung von sensorischen Informationen an die Großhirnrinde dient. Hier wird die Information weiter verarbeitet und die Empfindungen wie Schmerz, Temperatur, Berührung oder Druck werden bewusst wahrgenommen. Die Verarbeitung der somatosensorischen Information erfolgt in verschiedenen Hirnarealen, je nach Art und Ort der Stimulierung.

Die retikuläre Formation (RF) ist ein Netzwerk von Neuronen, das sich durch den gesamten Hirnstamm und bis in den Thalamus erstreckt. Sie spielt eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Erregbarkeit im Gehirn und der Steuerung der Wachheit und Aufmerksamkeit.

Die RF ist für die Freisetzung von Neurotransmittern wie Noradrenalin, Serotonin und Acetylcholin verantwortlich, die die Erregbarkeit der Neuronen im Gehirn erhöhen oder verringern können. Diese Neurotransmitter haben auch eine wichtige Rolle bei der Modulation der synaptischen Plastizität und bei der Regulierung von Neuronen, die für die Regulation von Emotionen, Schlaf und anderen wichtigen Funktionen verantwortlich sind.

Die RF empfängt auch sensorische Informationen aus verschiedenen Quellen wie dem Seh-, Hör-, und Somatosensorischen System und integriert sie, um die Wahrnehmung und Verarbeitung von Informationen zu optimieren. Sie ist auch mit dem limbischen System verbunden und spielt daher eine Rolle bei der Regulation von Emotionen und Motivation.

Störungen in der RF können zu einer Vielzahl von neurologischen Störungen führen, wie z.B. Schlafstörungen, Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung (ADHS) oder Störungen des vegetativen Nervensystems.

Thalamisches Gating bezieht sich auf einen Prozess, bei dem der Thalamus die Übertragung von sensorischen Signalen an die Großhirnrinde reguliert. Der Thalamus ist ein wichtiger Umschlagplatz für sensorische Signale, die von verschiedenen Teilen des Körpers an das Gehirn gesendet werden, und er spielt eine zentrale Rolle bei der Integration von Informationen und der Wahrnehmung von Empfindungen.

Das Konzept des thalamischen Gatings bezieht sich darauf, wie der Thalamus die Übertragung von sensorischen Signalen an die Großhirnrinde selektiv kontrollieren kann. Dies ist wichtig, um die Flut von Informationen zu filtern und die relevanten Signale zu priorisieren. Der Thalamus kann die Übertragung von Signalen auf der Grundlage von Faktoren wie der Intensität, der Relevanz, der emotionalen Bedeutung und der Aufmerksamkeit regulieren.

-> alle Afferenzen (mit Ausnahme des Geruchseingangs) durchlaufen den Thalamus, bevor sie den Neokortex erreichen

Die synaptischen Glomeruli im lateralen Nucleus geniculatus (LGN) des Thalamus spielen eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung von visuellen Informationen. Der LGN empfängt Informationen aus den Augen über den Sehnerv (Nervus opticus) und sendet sie weiter an den primären visuellen Cortex im Hinterkopf.

Im LGN sind die synaptischen Glomeruli funktionelle Einheiten, die aus Neuronen und ihren synaptischen Verbindungen bestehen. Sie sind in Schichten organisiert und jede Schicht erhält Informationen aus einem bestimmten Bereich des visuellen Feldes. Diese Schichten werden als parvozelluläre und magnocelluläre Schichten bezeichnet und haben unterschiedliche Funktionen in der Verarbeitung von visuellen Informationen.

Die parvozellulären Schichten verarbeiten feine Details und Farbinformationen, während die magnocellulären Schichten auf die Verarbeitung von Bewegung und Kontrast spezialisiert sind. Die synaptischen Glomeruli in diesen Schichten integrieren Informationen aus vielen Neuronen, um ein umfassendes Bild des visuellen Feldes zu erstellen.

Die Verbindung zwischen dem Nucleus suprachiasmaticus (SCN) und der Zirbeldrüse erfolgt indirekt über das sympathische Nervensystem. Der SCN, der im Hypothalamus des Gehirns liegt, ist der zentrale biologische Taktgeber des Körpers und steuert den zirkadianen Rhythmus, d.h. den natürlichen Schlaf-Wach-Zyklus des Körpers.

Während des Tages wird der SCN durch Lichtstimulation aktiviert und sendet Signale an das autonome Nervensystem, insbesondere an den Sympathikus, um den Melatoninstoffwechsel in der Zirbeldrüse zu unterdrücken. Wenn es jedoch dunkel wird, stoppt der SCN die Stimulation des Sympathikus, was dazu führt, dass die Melatoninproduktion in der Zirbeldrüse zunimmt.

Der Sympathikus sendet Nervenimpulse über präganglionäre Fasern, die aus dem Thorax und der Lendenwirbelsäule kommen, und enden in den sympathischen Ganglien in der Nähe der Zirbeldrüse. Von dort aus senden postganglionäre Fasern Signale an die Zirbeldrüse, um die Produktion von Melatonin zu unterdrücken.

Diese Verbindung zwischen dem SCN und der Zirbeldrüse über das sympathische Nervensystem ist wichtig für die Regulierung des zirkadianen Rhythmus und hilft dem Körper, den natürlichen Schlaf-Wach-Zyklus beizubehalten.

Photosensitive Ganglienzellen (ipRGCs) sind eine spezielle Art von Ganglienzellen, die in der Netzhaut des Auges vorkommen. Im Gegensatz zu anderen Zellen in der Netzhaut haben ipRGCs spezielle photorezeptive Pigmente namens Melanopsin, die es ihnen ermöglichen, auf Licht zu reagieren und Informationen über die Helligkeit und Farbe des Lichts zu verarbeiten.

Die wichtigste Funktion von ipRGCs besteht darin, Signale über die Helligkeit des Lichts an den Nucleus suprachiasmaticus (SCN) im Hypothalamus des Gehirns zu senden. Der SCN ist der zentrale biologische Taktgeber des Körpers und steuert den zirkadianen Rhythmus, d.h. den natürlichen Schlaf-Wach-Zyklus des Körpers.

Die ipRGCs spielen eine wichtige Rolle bei der Synchronisation des zirkadianen Rhythmus mit dem natürlichen Tag-Nacht-Zyklus. Wenn Licht auf die ipRGCs trifft, senden sie Signale an den SCN, um die biologische Uhr des Körpers zu synchronisieren und die Freisetzung von Hormonen wie Melatonin zu regulieren, die den Schlaf-Wach-Zyklus beeinflussen.

Darüber hinaus können ipRGCs auch eine Rolle bei der visuellen Verarbeitung spielen, indem sie Informationen über die Helligkeit und Farbe des Lichts an das visuelle System weiterleiten. Die Funktion von ipRGCs wird derzeit weiter erforscht, da sie eine wichtige Rolle bei der Regulierung des zirkadianen Rhythmus und möglicherweise auch bei der visuellen Verarbeitung spielen können.

Die Zirbeldrüse (Epiphyse) ist eine kleine endokrine Drüse im Gehirn, die sich im Zentrum des Gehirns, direkt über dem Hirnstamm befindet. Sie produziert das Hormon Melatonin, das eine wichtige Rolle bei der Regulation des Schlaf-Wach-Zyklus spielt.

Melatonin wird in der Zirbeldrüse aus dem Neurotransmitter Serotonin produziert und die Menge an produziertem Melatonin wird durch die Licht- und Dunkelheitsphasen des Tages beeinflusst. Während der Dunkelheitsphasen wird mehr Melatonin produziert, was dazu beiträgt, den Schlaf-Wach-Zyklus zu regulieren und zu stabilisieren.

Darüber hinaus wird der Zirbeldrüse auch eine mögliche Rolle bei der Regulation der Stimmung, der Immunfunktion und des Fortpflanzungssystems zugeschrieben, obwohl diese Funktionen noch nicht vollständig verstanden sind und weiterhin Gegenstand aktiver Forschung sind.

Das limbische System ist eine Gruppe von Strukturen im Gehirn, die für eine Vielzahl von Funktionen verantwortlich sind, darunter Emotionen, Lernen, Gedächtnis, Motivation, Verhalten und Geruchserkennung. Es wird auch manchmal als "Gehirn im Gehirn" bezeichnet, da es aus mehreren verschiedenen Regionen besteht, die zusammenarbeiten, um komplexe emotionale und kognitive Prozesse zu steuern.

Zu den wichtigsten Strukturen des limbischen Systems gehören:

• Amygdala: Die Amygdala ist für die Verarbeitung von Angst, Furcht und anderen emotionalen Reaktionen verantwortlich. Sie spielt auch eine Rolle bei der Erinnerung und der Verbindung von emotionalen Erinnerungen mit bestimmten Erfahrungen oder Reizen.

• Hippocampus: Der Hippocampus ist für die Verarbeitung von Gedächtnisinhalten und für die Umwandlung von kurzfristigem Gedächtnis in langfristiges Gedächtnis verantwortlich.

• Thalamus: Der Thalamus dient als Relaiszentrum für sensorische Informationen und sendet diese Informationen an die entsprechenden Bereiche des Gehirns, einschließlich des limbischen Systems.

• Hypothalamus: Der Hypothalamus spielt eine wichtige Rolle bei der Regulierung des autonomen Nervensystems, einschließlich der Steuerung von Hunger, Durst, Körpertemperatur und Sexualverhalten.

• Gyrus cinguli: Der Gyrus cinguli ist für die Verarbeitung von Schmerz, Empathie und anderen emotionalen Erfahrungen verantwortlich.

Akromegalie ist eine seltene Erkrankung, die durch eine übermäßige Produktion von Wachstumshormon (Somatotropin) im Erwachsenenalter verursacht wird. Es tritt in der Regel aufgrund eines gutartigen Tumors im Bereich der Hypophyse, einem kleinen endokrinen Drüse an der Basis des Gehirns, auf.

Die übermäßige Produktion von Wachstumshormon führt zu einer Zunahme der Knochengröße und der Weichteile im Körper, was zu charakteristischen Symptomen führt, einschließlich Vergrößerung der Hände und Füße, Vergröberung der Gesichtszüge, Vertiefung der Stimme, Zunahme des Abstands zwischen den Zähnen und Zahnfleischwachstum, Hautverdickung und Vergrößerung der inneren Organe wie Herz, Leber und Nieren.