1

Nervensysteme und neuronale Koordination

Funktionelle Hauptteiledes Zentralnervensystems

Sensorische Zentren

Assoziative Schaltkreise

Motorische Zentren

SensorischeFilterung

GenetischeInformation

Erfahrung

Mustergeneratoren

Sensorischer Input

Motorischer Output

Neu

rona

le V

ersc

haltu

ng

Eckert

2

Die Wahrnehmung ist ein schöpferischer Prozess

Spektrum Neurowissenschaften

Spektrum Neurowissenschaften

3

Heuschrecke Säugetier

Identifizierte Neurone

Synaptische Übertragung

Elektrische Synapsen

Chemische Synapsen

4

Bear

Selten zwischen Neuronendes erwachsenen ZNSvon Wirbeltieren.Häufig zwischen Gliazellen(Kommunikationskontakt)

Sehr schnelle, unverzerrteÜbertragung von Aktionspotentialen

Campbell

5

Schritte der synaptischen Übertragung

1. Aktionspotential depolarisiertdie präsynaptische MembranCa++

Ca++ Einstromüber spannungsabhängigeCa-kanäle

Campbell

Synapt.VesikelmitNeurotransmitter

Synapt.Spalt

Rezeptormolekülmit Ionenkanal

Präsynapt.Membran

Subsynapt.Membran

2. Vesikelfusionmit präsynapt.Membran

3. Neurotrans-mitterfreisetzung;Diffusion übersynapt. Spalt

4. Neurotrans-mitter bindetan Rezeptor

Campbell

6

Ionenkanal

Rezeptor

Neurotrans-mitter

Ionen

5. Öffnung desIonenkanals.Ioneneinstrom

Campbell

Ionenkanal

Rezeptor

Neurotrans-mitter

Ionen

5. Öffnung desIonenkanals.Ioneneinstrom

6. Spaltung desNeurotransmitters.Schließung desIonenkanals

Campbell

7

Neurotransmitterrezeptoren

1. Ionotrope RezeptorenLIGANDENGESTEUERTE IonenkanäleBeispiel: nikotinischer Acetylcholinrezeptor

((2. Metabotrope RezeptorenRezeptorprotein aktiviert Enzymkaskade;Bildung „second messenger“; SteuerungIonenkanal))

Tierphysiologie

Ionotrope Neurotransmitterrezeptoren

Lodish

8

Elektrische Organe(modifizierteMuskelplatten)Gzimek; Starck

Zitterrochen (Torpedo)- Modelltier für synaptische Übertragung

Verstärkungsfunktionder Kaskade

9

ExzitatorischeNeurotransmitter

GlutamatAcetylcholin

Öffnung von Na+ Kanälen

Graduierte Depolarisationder subsynaptischenMembran=Erregendes postsynaptischesPotential (EPSP)

Exzitatorische (erregende) Synapsen

Membran-Potential(mV)

Zeit (ms)

-70

Bear

Membran-Potential(mV)

Zeit (ms)

Inhibitorische (hemmende) Synapsen

Inhibitorische Neurotransmitterz.B.Gamma-aminobuttersäure (GABA)Glyzin

Öffnen Chloridkanäle

graduierte Hyperpolarisation

inhibitorisches postsynap-tisches Potential (IPSP)-70

Bear

10

EinzelereignissRäumlicheSummation

ZeitlicheSummation

Bear

SynaptischeIntegration

Immunzytochemie

1. Axodendritisch2. Axosomatisch3. axoaxonisch

1

2

3

Lage von Synapsen

Dorrit Lodish

11

Ultrastruktur von Synapsen

Raster-EM

Transmissions EM Lodish; Dorrit

Kandel

12

Einfache neuronale Schaltkreise

Rezeptorneuron

Effektorzelle

Effektorzelle

Rezeptorneuron

Rezeptor-neuron

Motoneuron

Moto-Neuron

Sensori-schesNeuron

Interneuron

Effektor-zelle

Hypothetischer Ausgangszustand

Monosynaptischer Reflexbogen Polysynaptischer Reflexbogen

Einfache neuronaleSchaltkreise

Eckert

13

Divergenz Konvergenz

Feedback

1. Positives feedback(direkt exzitatorisch)

2. Negatives Feedback(inhibitorisches Interneuron)

1.

2.

Spektrum Neurowiss.

Verschiedene Typen von Nervensystemen

14

Diffuses NervensystemZentralisierte Nervensysteme

Strickleiter-nervensystem

Zentral-nervensystem

Gehirn +Markstränge

GehirnGehirn

Ganglien Rückenmark

Kommissuren

Konnektive

Süßwasser-polyp

PlattwurmRingelwurm

WirbeltierRemane/Storch/Welsch

Zentralnervensystem der Wirbeltiere

Rückenmark

15

Campbell

Querschnitt RückenmarkGraue Substanz(Neurone)

Weiße Substanz(Axone)

Hinterhorn(sensorisch)

Vorderhorn(motorisch)

Ross

16

Graue Substanz

Weiße Substanz

Pia mater

Axon

Muskel

Motoneurone im Vorderhorn des RM Soma + Dendriten

Ross

1.

2.

1. Spinalganglienzelle (sensorischeAfferenz) verschaltet mit Interneuron

2. Interneuron verschaltet mit Motoneuron3. Axon des Motoneurons (motorische Efferenz)

verschaltet mit Effektor

3.

Polysynaptischer Reflexbogen

Eckert

17

Motorisch

Sensorisch

Markierung derSensorischen Eingängeund der motorischenAusgänge des RM

Spektrum Neurowissenschaft

Verschaltung Rückenmark/GehirnAufsteigende Axone von sensorischen Neuronen des RM

(Tast-, Temperatur-, Schmerzsinn)

Absteigende Axone von motorischen Zentren des Gehirns(Ansteuerung der Motoneurone des RM)Ross

18

Das älteste geschriebene Wort für Gehirn(Edwin smith surgical papyrus 17.Jahrhundert vor Christus)

Zentralnervensystem der Wirbeltiere

Gehirn

Campbell

19

Vorderhirn Mittelhirn RautenhirnProsencephalon Mesen- Rhombencephalon

cephalon

HinterhirnMetencephalon

NachhirnMyelencephalon

Mesencephalon

Campbell

EndhirnTelencephalon

ZwischenhirnDiencephalon

Vorderhirn Mittelhirn RautenhirnProsencephalon Mesen- Rhombencephalon

cephalon

HinterhirnMetencephalon

NachhirnMyelencephalon

Mesencephalon

Campbell

EndhirnTelencephalon

ZwischenhirnDiencephalon

20

Bear

Tel

DiMet Myel

Pro

Mes

Rhomb

Dorsalan-sichtEmbryo

Starck

21

Rückenmark:- Reflexbögen für Bewegungsapparat- Verschaltung somatosensorischerInformation nach zentral

Medulla oblongata-Reflexzentren für vegetative Funktionen(Schlaf-Wach Zustand; Atmung;Kreislauf); - Ursprung von Gehirnnerven, z.B.:Nervus vagusGeschmacksnervenGleichgewichts- und Hörnerv

Campbell; Wehner, Gehring

Cerebellum (Kleinhirn)

Koordination von Haltung undBewegung

Erhält Informationen 1. Aus allen Sinnesorganen,insbes. Auge, Gleichgewichtsorgan,Muskel- und Sehnenspindeln (i.e.über aktuelle Körperstellung im Raum)2. Aus der Großhirnrinde(i.e. über geplante Bewegung)

Tätigkeit des Kleinhirns ist unbewußt

Campbell; Wehner, Gehring

22

Mittelhirn

Tectum (Mittelhirndach)Tegmentum (Mittelhirnboden)

Niedere Wirbeltiere:Tectum und TegmentumWichtigste Auswertstation derSomatosensorik; Lichtsinn; Gehör.Umschaltung zu Motorik

Säugetiere:Tegmentum und Vierhügelplatte.Colliculus superior (= Tectum) undColliculus inferior (Hörzentrum)

Campbell; Wehner, Gehring

Zwischenhirn (Diencephalon)

ThalamusHypothalamus

Thalamus:Bei Säugetieren wichtigste Schalt-Station zwischen Sinnesorganen(außer Geruch) und GroßhirnHypothalamus:Steuerzentrum vegetativer FunktionenHomöostase; Freß-; Abwehr- undSexualverhalten.

Anhangsdrüsen: EpiphyseHypophyse

Campbell; Wehner, Gehring

23

Cerebrum (Großhirn)

Fische:hauptsächlich RiechzentrumHöhere Wirbeltiere:übergeordnetes Integrationszentrumsensorischer und motorischerFunktionen; Bewußtsein

Paarige Hemisphären:Basalkerne: motorische FunktionenRinde (Pallium): sensorische undMotorische Felder

Campbell; Wehner, Gehring

Anpassung an unterschiedliche Sinneswelten

24

Absolute undRelative Hirn-größen beiSäugetieren

Bear

NaseAuge Ohr

KörperSomato-sensorik

Spezifität von Sinnesbahnen

RückenmarkMedullaoblongata

Mittelhirn

Thalamus

Großhirn

Sehrinde

Hörrinde

Riech-rinde

Somato-sensorik

25

Bear

Bear

26

PET-Scans des menschlichen Gehirns

Spektrum Neurowissenschaften

SomatosensorischerCortex

motorischerCortex

Somatosensorische und motorische „Homunculi“

Sinneszellen (Haut:Tast, Thermo, Schmerz;Muskel-, Sehnenspindeln)

Rückenmark

Medulla oblongata

Thalamus

Rückenmark

quergestreifteMuskulatur

27