Vorlesung 5

Kortikale Säulen sind eine Anordnung von Neuronen in der kortikalen Region des Gehirns, die eine wichtige Rolle bei der Informationsverarbeitung spielen. Sie bestehen aus einer vertikalen Säule von Neuronen, die von der Oberfläche der kortikalen Schicht bis zu ihrer Basis reicht. Diese Neuronen sind miteinander verbunden und bilden eine funktionelle Einheit, die in der Lage ist, Informationen in einer bestimmten Art von Stimuli zu verarbeiten.

Jede kortikale Säule besteht aus einer Gruppe von Pyramidenzellen, Interneuronen und anderen kortikalen Neuronen, die in einem bestimmten Muster miteinander verbunden sind. Diese Neuronen sind in der Regel spezialisiert auf die Verarbeitung von bestimmten Arten von sensorischen Informationen, wie z.B. visuelle, somatosensorische oder auditorische Signale.

Die Säulen verlaufen senkrecht zur Kortikalisoberfläche und erstrecken sich durch alle Kortikalschichten. Sie setzen sich aus etwa 8000 Neuronen zusammen und haben einen Durchmesser von etwa 300-500 mm. Eine Säule entspricht Neuronen, die in ihrer Reaktion auf Reize relativ selektiv sind. Es wird angenommen, dass jede Säule kleinere Säulen (Minisäulen) enthält, die etwa 75-80 Neuronen enthalten. In einer Säule gibt es etwa 100 Minissäulen. Die kortikalen Säulen scheinen in Hypersäulen organisiert zu sein, die einfach Gruppen von funktionell verwandten Säulen sind.

Es gibt verschiedene Arten von kortikalen Neuronen, die erregende oder inhibitorische Funktionen ausüben. Die wichtigsten Typen sind:

1. Erregende kortikale Neuronen: Die meisten kortikalen Pyramidenzellen sind erregende Neuronen, die elektrische Signale von einer Region des Gehirns zur anderen übertragen. Sie verwenden Glutamat als Neurotransmitter, um andere Neuronen zu aktivieren und zu erregen.

2. Inhibitorische kortikale Neuronen: Es gibt mehrere Arten von inhibitorischen kortikalen Neuronen, die eine wichtige Rolle bei der Hemmung von neuronalen Signalen spielen. Die beiden Haupttypen sind:

• Parvalbumin-positive interneuronen: Diese Neuronen sind schnell aktivierend und spielen eine wichtige Rolle bei der Hemmung von Pyramidenzellen.

• Somatostatin-positive interneuronen: Diese Neuronen sind langsam aktivierend und hemmen die Aktivität von anderen inhibitorischen Neuronen und Pyramidenzellen.

Inhibitorische kortikale Neuronen verwenden in der Regel GABA (Gamma-Aminobuttersäure) als Neurotransmitter, um hemmende Signale an andere Neuronen zu senden. Zusammen spielen erregende und inhibitorische kortikale Neuronen eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung von sensorischen, motorischen und kognitiven Informationen und bei der Regulierung von neuronalen Netzwerken im Gehirn.

Kortikale Areale sind miteinander verbunden, um komplexe sensorische, motorische und kognitive Funktionen zu ermöglichen. Die kortikale Vernetzung erfolgt durch die Axone von Neuronen, die als kortikale Projektionen bezeichnet werden. Diese kortikalen Projektionen bilden ein dichtes Netzwerk von Verbindungen, das es dem Gehirn ermöglicht, Informationen aus verschiedenen Regionen zu integrieren und zu verarbeiten.

Es gibt zwei Haupttypen kortikaler Verbindungen:

1. Assoziative Verbindungen: Diese Verbindungen verbinden kortikale Areale innerhalb der gleichen Hirnhemisphäre miteinander. Sie ermöglichen die Integration von Informationen aus verschiedenen Regionen innerhalb derselben Hemisphäre und tragen zur Bildung von kognitiven Prozessen wie Gedächtnis, Sprache und Aufmerksamkeit bei.

2. Kommissurale Verbindungen: Diese Verbindungen verbinden kortikale Areale zwischen den beiden Hemisphären des Gehirns, wie zum Beispiel das Corpus callosum. Sie ermöglichen eine koordinierte Verarbeitung von Informationen aus beiden Hemisphären und spielen eine wichtige Rolle bei der Integration von sensorischen und motorischen Informationen.

Die kortikale Vernetzung ist auch hierarchisch strukturiert. Die höheren kortikalen Areale sind in der Regel mit mehreren niedrigeren Ebenen verbunden, wobei die Verbindungen zwischen höheren und niedrigeren Ebenen in der Regel weniger zahlreich und weniger dicht sind als die Verbindungen innerhalb der gleichen Ebene. Diese hierarchische Organisation ermöglicht die Verarbeitung von Informationen in verschiedenen Abstraktionsebenen und unterstützt komplexe kognitive Funktionen wie Entscheidungsfindung und Problemlösung.

Die Meningen sind die Schichten von Membranen, die das Gehirn und das Rückenmark umgeben und schützen. Es gibt drei Arten von Meningen, die das Gehirn und das Rückenmark umgeben:

1. Dura mater: Die äußerste Schicht, auch als harte Hirnhaut bezeichnet. Sie ist eine dicke und widerstandsfähige Schicht, die das Gehirn und das Rückenmark schützt. Sie ist auch mit den Knochen des Schädels und der Wirbelsäule verbunden.

2. Arachnoidea: Die mittlere Schicht, auch als Spinnwebenhaut bezeichnet. Sie ist eine dünne, transparente Schicht, die zwischen der Dura mater und der innersten Schicht liegt.

3. Pia mater: Die innerste Schicht, auch als weiche Hirnhaut bezeichnet. Sie ist eine sehr dünne und zarte Schicht, die eng an das Gehirn und das Rückenmark anliegt und die Blutgefäße, die das Gehirn und das Rückenmark versorgen, umhüllt.

Die Meningen haben mehrere wichtige Funktionen. Sie schützen das Gehirn und das Rückenmark vor Stößen, Schlägen und Infektionen. Sie bilden auch einen Raum zwischen den Schichten, in dem sich eine Flüssigkeit befindet, die als Liquor cerebrospinalis bezeichnet wird. Diese Flüssigkeit dient dazu, das Gehirn und das Rückenmark zu stützen und zu ernähren, sowie Abfallprodukte aus dem zentralen Nervensystem zu entfernen.

Die Blut- und Flüssigkeitszirkulation im Gehirn ist ein komplexer Prozess, der durch mehrere Systeme gesteuert wird. Hier sind einige der wichtigsten Aspekte der Blut- und Flüssigkeitszirkulation im Gehirn:

1. Blutversorgung: Das Gehirn wird durch zwei Hauptarterien, die linke und rechte Arteria carotis interna und die Arteria vertebralis, mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt. Diese Arterien verzweigen sich in kleinere Arterien, die das Gehirn durchdringen und die verschiedenen Regionen mit Blut versorgen.

2. Blut-Hirn-Schranke: Das Gehirn ist durch eine spezielle Schicht von Zellen, die als Blut-Hirn-Schranke bezeichnet wird, geschützt. Diese Schranke kontrolliert den Fluss von Substanzen in das Gehirn und aus dem Gehirn heraus und verhindert, dass schädliche Substanzen und Krankheitserreger in das Gehirn eindringen.

3. Zerebrospinalflüssigkeit: Das Gehirn wird auch durch eine Flüssigkeit namens Liquor cerebrospinalis geschützt und ernährt. Diese Flüssigkeit wird von speziellen Zellen im Gehirn produziert und umgibt das Gehirn und das Rückenmark. Sie dient dazu, Stöße abzufedern, Nährstoffe zu transportieren und Abfallprodukte aus dem Gehirn zu entfernen.

4. Venöser Abfluss: Das Gehirn hat ein komplexes System von Venen, die das Blut aus dem Gehirn abführen. Diese Venen verbinden sich zu größeren Venen, die schließlich in den jugulären Venen münden, die das Blut zurück zum Herzen transportieren.

5. Regulation des Blutflusses: Das Gehirn hat auch ein eigenes System zur Regulation des Blutflusses, das als Autoregulation bezeichnet wird. Dieses System sorgt dafür, dass der Blutfluss im Gehirn konstant bleibt, unabhängig von Schwankungen im Blutdruck und anderen Faktoren.

Der zentrale Hohlraum bildet vier miteinander verbundene Kammern, die Ventrikel genannt werden. Die Ventrikel sind gefüllt mit Zerebrospinalflüssigkeit (Wird vom Plexus choroideus produziert, hauptsächlich in den Seitenventrikeln - 125 ml beim erwachsenen Menschen - 500 ml/24 Std).