ZNSDas menschliche Gehirn Photo: Fred Hossler/ Getty Images Das menschliche Gehirn, eine etwa 1.4 kg schwere gallertartige Gewebemasse, ist die komplexeste aller bekannten lebenden Strukturen. Bis zu einer Billionen eng vernetzte Zellen koordinieren physikalische Aktionen und die mentalen Prozesse, die die Einzigartigkeit der menschlichen Spezies ausmachen. Aufbau des Nervensystems (NS) NS besteht aus Nervenzellen = Neurone und Gliazellen (Stützfunktion) Neurone: Leiten elektrische Impulse fort und geben diese in Form chemischer Signale durch Ausschüttung von Neurotransmittern weiter Bausteine des Nervensystems Aufbau der Zelle, des Neurons NEURONE = BAUSTEINE DES NERVENSYSTEMS das Gehirn besteht aus ca. 100 Milliarden Neuronen (Gewicht ca. 1,3 kg) Jedes Neuron hat etwa 1000 Verbindungen (SYNAPSEN) zu anderen Neuronen Gehirn hat etwa 100 Billionen neuronaler Synapsen! NETZWERKFUNKTION Neurone kommen im gesamten Körper vor, d.h. jedes Organ ist mit dem Gehirn verbunden Gehirn steuert alle (Organ)funktionen im Körper Gliazellen unterstützen und versorgen Neurone (Signalübertragung kann beschleunigt werden) NEURON hat den Grundaufbau wie jede (tierische) Zelle (Zellkern, Zytoplasma), zusätzlich jedoch eine Nervenzellmembran Grundstruktur eines Neurons Zellkörper (Soma) Zellkern (Nucleus) Dendriten Faserförmige Fortsätze (Axone) Endknöpfe Schematische Darstellung eines Neurons mit einer chemischen Synapse Zur Nervenzelle gehören der Zellkörper, Dendriten und ein Axon, durch das elektrische Signale in Richtung anderer Nervenzellen geleitet werden. die von anderen Nervenzellen stammen und synaptischen Kontakt mit der Zelle gewinnen. .NERVENZELLE Zellkörper einer motorischen Vorderhornzelle mit hunderten von Nervenendigungen. Können bis zu 1m lang werden Enthalten Mikrotubuli zur Beförderung von Neurotransmittern Sind meist von Myelinsegmenten umhüllt Die „Lücke“ zwischen 2 Myelinsegmenten nennt man Ranvier-Schnürring Ranvier‘scher Schnürring Myelinsegment .Axone – die Leitungen im NS Leiten elektrische Signale (Aktionspotenziale) vom Soma zu den Endknöpfen. Gliazellen I Gliazellen unterstützen und versorgen Neurone. Oligendrozyten/ Schwann Zellen und Mikroglia Aufgaben: Erhalten das Stoffgleichgewicht im Gehirn Sichern die Leitungsfähigkeit der Neurone Erhalten die Form des ZNS (Stützfunktion) Versorgen Neurone mit Nährstoffen (Versorgungsfunktion) Entsorgen beschädigte Neurone (Wartungsfunktion) Schaffen Vorraussetzung für ein funktionierendes Nervensystem!! .bis 50-mal mehr Gliazellen als Neurone im Gehirn Die wichtigsten Gliazellen sind Astrozyten. Es gibt 10. Gliazellen II Oligodendrocyten / Schwann‘sche Zellen: Myelinisieren Axone und verbessern so deren Leitfähigkeit Mikroglia: Sind die kleinsten Gliazellen verzehren abgestorbene Neurone (diese Vorgang heißt Phagocytose) Schützen das Gehirn vor eindringenden Mikroorganismen . Myelinisierung durch Gliazellen Im ZNS durch Oligodendrocyten: Eine Zelle bildet bis zu 50 Myelinsegmente um benachbarte Axone aus. . Im PNS durch Schwann‘sche Zellen: Eine Schwann‘sche Zelle bildet ein Myelinsegment und umgibt das Axon vollständig. da diese selbst keinen Kontakt zu Blutgefäßen haben Bedecken einen Großteil der Oberfläche von Soma und Dendriten Einige bewegen sich frei im ZNS und verzehren abgestorbene Neurone .Gliazellen III: Astrocyten Astrocyten (Übersetzt Sternzelle): bilden einen Teil der Blut-Hirn-Schranke Bilden eine Art Matrix in der die Neurone fixiert werden Versorgen die Neuronen mit Nährstoffen. Blut-Hirn Schranke Tight Junctions der Blutgefäße Stoffaustausch erfolgt über Astrozyten Astrozyten sind fetthaltig: viele für das Gehirn toxische Stoffe sind nicht fettlöslich und können deshalb nicht ins Nervengewebe eindringen . Es leitet Informationen aus und in das ZNS. vernetzt Körperprozesse und Organe mit dem ZNS Das NS besteht aus Nervenzellen = Neuronen (Informationsweiterleitung) und Gliazellen (Unterstützende Funktionen) . d.Zentrales und peripheres Nervensystem Das Nervensystem (NS) besteht aus zentralem Nervensystem (ZNS) und peripherem Nervensystem (PNS) ZNS (im Bild gelb) besteht aus Gehirn und Rückenmark.h. Beide sind durch umgebende Knochen geschützt Das PNS (im Bild violett) besteht aus allen Nerven außerhalb des Gehirns und Rückenmarks. Sensorik mit Ausnahme der inneren Organe Vegetatives NS (viszerales. autonomes NS): Steuerung der Funktionen der inneren Organe. Sensorik aus den inneren Organen .Systematik des Nervensystems Zentrales Nervensystem (NS): Gehirn und Rückenmark Peripheres NS: alle Nerven außerhalb des Gehirns und Rückenmark Somatisches NS: Steuerung der Willkürmotorik. B. Verdauung) Sympathikus: Mobilisiert den Organismus bei Stress/Bedrohung Parasympathikus: Aufbau von Energieressourcen in Ruhephasen . an das ZNS Gehirn Autonomes NS (Vegetatives NS): Regulation des Gleichgewichts innerer Körpersysteme (z. Skelettmuskeln etc.NS besteht aus zentralen und peripheren Anteilen ZNS (Zentralnervensystem) PNS (peripheres Nervensystem) Rückenmark Somatisches NS: leitet Reize aus Haut. Gehirn und Rückenmark bilden gemeinsam das Zentralnervensystem Foto: 3D4Medical.ZNS Blick von der Rückseite des Schädels auf Gehirn und das Rückenmark der Halswirbelsäule.com/Getty Images . weg von der Mitte Medial auf die Körpermitte zu Ipsilateral auf derselben Körperseite gelegen Contralateral auf der entgegengesetzten Körperseite gelegen Querschnitt im rechten Winkel zur Neuraxis .Neuraxis Linie durch das Zentrum der Längserstreckung des ZNS vom Ende des Rückenmarks zur Front des Vorderhirns Anterior in Richtung des Kopfes Posterior in Richtung des Schwanzes Rostral (Schnauzenwärts) in Richtung Front des Gesichts Caudal (Schwanzwärts) weg von der Front des Gesichts Dorsal Rückwärts Ventral Bauchwärts Lateral seitwärts. rechtwinklig zum Boden Medianschnitt Ebene durch die Neuraxis im rechten Winkel zum Boden.Gehirnschnitte Transversalschnitt Frontschnitt Schnitt prallel zum Gesicht Medianebene Ebene durch Neuraxis rechtwinklig zum Boden Sagittalschnitt Schnitt parallel zur Neuraxis u. die das Gehirn in 2 symmetrische Hälften teilt Horizontalschnitt Schnitt parallel zum Boden . Hirnhäute . Ventrikel Mit Liquor (Hirnflüssigkeit) gefüllte Räume des Gehirns a) Laterale Ansicht der linken Hirnseite b) Frontale Ansicht c) Dorsale Ansicht d) Produktion. Zirkulation und Reabsorption des Liquors . Erfolgreiche Therapie durch operative Einrichtung einer Drainage zur Ableitung übermäßigen Liquors .Hydrocephalus (Wasserkopf) krankhafte Erweiterung der liquorgefüllten Flüssigkeitsräume (Ventrikel) des Gehirns. Wichtige Gehirnstrukturen . Wichtige Gehirnstrukturen . Aufmerksamkeit und Bewusstseinszuständen. Steuerung der Hormonfreisetzung aus der Hypophyse. Lernen (Konditionierung) Kontrolle der Stresshormonachse Zerebraler Kortex Interpretation von sensorischen Reizen. Spracherkennung und andere Wahrnehmungsleistungen Thalamus Verschaltung einkommender Reize aus den Sinnessystemen und Weiterleitung an höhere Zentren. Reproduktionsverhalten. Präfrontaler Kortex: Kontrolle von Emotionen und Impulsen Corpus callosum Kommissurbahn. Beeinflussung der Stressreaktionen Hippocampus Deklaratives. Zuordnen von Assoziationen. kontextgebundenes Gedächtnis. Austausch von Informationen zwischen den Hemisphären . Höhere motorische Kontrolle Denken. Regulation von Herz-Kreislauf.Wichtige Hirnstrukturen und deren Funktion ZUSAMMENFASSUNG Struktur Funktion Formatio reticularis Auch aufsteigendes retikuläres Aktivierungssystem Regulation von Schlaf. Koordination der Stressreaktionen Basalganglien Ausführung von räumlich-zeitlichen Bewegungsprogrammen und komplexen Bewegungsabläufen (Willkürbewegung) Amygdala Vermittlung von Emotionen und emotionalem Gedächtnis (vor allem bei der Furchtkonditionierung).und Atemfunktionen Kleinhirn Auch Cerebellum Koordination von schnellen zielgerichteten Bewegungen und Bewegungsabläufen. Problemlösen. Regulation von Schlaf und Wachheit Hypothalamus Kontrolle von Nahrungsaufnahme. Temperatur und anderen Vitalfunktonen. Die Lappen des Großhirns Zu erkennen sind die Sylvische Fissur (Furche). Diese anatomischen Merkmale sind bei allen menschlichen Gehirnen gleich. die den Frontallappen vom Temporallappen trennt. Der Okzipitallappen liegt an der Hinterseite des Gehirns. . sowie die Zentralfurche. die den Frontallappen vom Parietallappen abgrenzt. Schmerz. Kälte Schläfen (Temporal)lappen Hörrinde Wernicke-Sprachzentrum (Sprachverständnis) Hinterhaupts (Okzipital)lappen Sehrinde (Area 17) Zuordnung zu Funktionen Primär motorischer Kortex Primär somatosensorischer Kortex Hinterhauptslappen . Wärme.Großhirnbereiche Frontallappen Aufmerksamkeit Planen/ Problemlösen Impulskontrolle/ Antrieb Brocasches Sprachzentrum (Sprachausdruck) Motivation Persönlichkeit Hinterer Teil des Stirn(Frontal)lappens: Primär motorischer Kortex: Steuerung der Willkürmotorik. Verbindungen zu Basalganglien und RM Scheitellappen Primär somatosensorischer Kortex: Haut. (Überarbeitet nach Penfield und Rasmussen. Die Neuronen der einzelnen Abschnitte sprechen jeweils am besten auf Reizung der verschiedenen über ihnen wiedergegebenen Körperbereiche an. 1952.) .Somatotope Abbildung der Körperoberfläche auf dem primären somatosensorischen Cortex Querschnitt durch den postzentralen Gyrus (siehe oben). das die Information von und zum Gehirn und in den Körper bringt. 5 Lenden(lumbal-). Brustwirbel) . 12 Brust-(thorakal-). Es ist beim Erwachsenen mittlerer Größe ca. (C1 und C2 sind die ersten beiden Halswirbel. die durch 30 Wirbel : 7 Hals(cervikal-). T8 ist der 8. 5 Kreuz-(sacral-) und 1-2 Coccygealsegmente gebildet wird.Rückenmark Das Rückenmark ist das zentrale Nervenbündel. 45 cm lang und verläuft im Wirbelkanal der Wirbelsäule. . H.Rückenmark. Die Hirnflüssigkeit füllt den Raum zwischen der Arachnoidea und der Pia mater. die mittlere Arachnoidea (Spinngewebshaut) und die innere Pia mater (weiche Hirnhaut). Der äußere Bereich (weiße Substanz) enhält aufsteigende und absteigene Nervenfasern (Axone).oder Schmetterlingsförmig ist die graue Substanz der Zellkörper und Interneuronen erkennbar. austretende Nerven Das Rückenmark ist durch Knochen und die cerebrospinale Flüssigkeit und eine 3-schichtige Hülle der Hirnhäute geschützt (die äußere Dura mater (harte Hirnhaut). Temperatur. Körperposition und Schmerz aus dem Körper zum ZNS. 3.Zentrale Nervenbahnen des Rückenmarks 1. die Zellkörper der motorischen Fasern sind in der grauen Substanz. . Die langen Dendriten der sensorischen Fasern bringen Information über Berührung. Motorische Fasern gehen vom ZNS zu den Muskeln und treten über die vordere Wurzel aus dem Rückenmark aus. und kontrollieren somit die bewusste Bewegung des Körpers. Manche sensorische Fasern werden über Interneurone in der grauen Substanz verschalten. Die Axone der motorischen Fasern treten über die vordere Wurzel aus und innervieren die Skelettmuskeln in Armen und Beinen usw. Die Zellkörper der sensorischen Fasern befinden sich im Spinalganglion. Sensorische Nervenbahnen kommen von den Sinnesorganen und treten über die hintere Wurzel in das Rückenmark ein 2. . Wenn man einen Spinalnerv durchtrennt. kommt es in der betroffenen Körperregion zu einem Verlust der Empfindung und der Bewegungsfähigkeit.Die Spinalnerven und ihre Wurzeln 31 Nervenpaare gehen vom Rückenmark ab und versorgen die Haut und die Muskeln. dass die ventralen Wurzeln nur motorische Fasern und die dorsalen Wurzeln nur sensorische Fasern enthalten. wo die Nerven mit dem Rückenmark verbunden sind. in Spinalwurzeln auf. Bell und Magendie entdeckten. Ankommende sensorische Fasern (rot) und abgehende motorische Fasern (blau) teilen sich dort. a. die im Lendenbereich austreten innervieren die Beine. thorakale Nerven versorgen die Brust und Bauchmuskulatur und die Nerven. .Rückenmarksegmente und austretende Nerven Seitenansicht der WirbelsäuleCervicale Nerven versorgen u. für Darm und Blase zuständig. Sacrale Nerven sind u.a. Kopf. Arme und Hände. Verschiedene Neuronentypen Neuronentyp Kennzeichen Funktion Motoneurone Axone vom ZNS in den Körper und Synapsen mit Muskelfasern Skelettmuskulatur wird gesteuert Sensorische Neurone Vom Körper zum ZNS Empfindungen aus dem Rückenmark werden an höhere Zentren weitergeleitet Interneurone Verknüpfen 2 andere Neurone miteinander . Kommunikation im NS Neurone kommunizieren miteinander durch Aktionspotentiale (AP) Unterstützt wird die Entstehung von AP durch: Anatomie der Neurone Unterstützung durch „Hilfszellen“ Gehirnstoffwechsel (Regelung durch Blut-Hirn Schranke) Biochemische Prozesse . dass aktiv Na+-Ionen aus der Zelle heraus und K+-Ionen in die Zelle hinein transportiert werden und somit das Ruhepotential aufrecht erhalten bleibt Außerhalb der Zelle steigt die Na+-Konzentration an .Aktionspotential MEMBRANPOTENTIAL Je nach Verteilung negativer und positiver Ionen auf beiden Seiten der Zellmembran entsteht ein Ladungsunterschied (Potentialdifferenz) über der Membran = Membranpotential Im Ruhezustand ist die Zelle gegenüber der Umgebung negativ geladen: Das negative RUHEPOTENTIAL einer Nervenzelle beträgt -70mV Ionenpumpe (Natrium-Kalium-Pumpe) sorgt dafür. die elektrische Ladungen tragen Anionen negativ geladene Teilchen z.B: Chlor Cl Kationen positiv geladene Teilchen z.: Kalium K+.B.Ablauf eines Aktionspotentials Entstehung und Fortleitung eines AP beruhen auf den speziellen Eigenschaften der Nervenzellmembran und der „Wanderung“ von Ionen (elektrisch geladene Teilchen) durch diese Zellmembran IONEN sind Teilchen. Natrium Na+ Kalzium CA++ (CA2+) . Membranpotential Eine Mikroelektrode wird in die Zelle gestochen. Diese beträgt beim Ruhepotenzial 70mV . während die andere Elektrode sich im Extrazellulärraum befindet. Das dazwischen liegende Spannungsmessgerät zeigt die Potentialdifferenz an. Endknöpfchen hin aus sie können Geschwindigkeiten von 400km/h erreichen AP sind immer gleich stark sie entstehen nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip. immer. wenn die Erregungsschwelle überschritten wurde nach einem AP bleibt das Neuron für kurze Zeit unerregbar (absolute Refraktärzeit) .Informationsübertragung – Aktionspotentiale Aktionspotential = Positivierung der Spannung über der Nervenzellmembran Diese entsteht durch die Öffnung von Ionenkanälen und den Einstrom von Na+-Ionen und setzt sich entlang des Axons fort Kennzeichen von Aktionspotentialen (AP): AP breiten sich vom Soma zum synapt. Membranladungen beim Ruhepotential Na+ A- Cl- K+ Na+ K+ Zellinneres Ca2+ Cl- Zellzwischenraum (Insterstitium) A. Cl. Na+ = Natrium.= Intrazelluläre Eiweißanionen. K+ = Kalium. Ca = Kalzium .= Chlorid. 1023 Teilen .Konzentrationsverhältnisse innerhalb und außerhalb der Nervenzelle Kalium (K) und Natrium (Na) bilden positiv geladene Kationen. Chlor und Proteine negative Anionen. Ein Mol besteht aus ca. Die Einheit für die Konzentration ist mmol/l (Millimol pro Liter). Ionenkanäle Zellmembran: Darin befinden sich Proteine. h. nur bestimmte Ionen können die Membran passieren (Permeabilitätsunterschiede) können sich öffnen und wieder schließen . diese sind für Ionen durchlässig Ionenkanäle Ionenkanäle sind selektiv. d. welche Kanäle bilden. Ein bisschen Chemie… Diffusion: Teilchen diffundieren dahin. wo eine geringere Stoffkonzentration herrscht Elektrische Anziehungskräfte: Negative und positive Ladungen ziehen sich an Dem wirkt die Natrium-Kalium Pumpe entgegen . Natrium-Kalium-Pumpe sorgt dafür. dass aktiv Na+-Ionen aus der Zelle heraus und K+-Ionen in die Zelle hinein transportiert werden und somit das Ruhepotential aufrecht erhalten bleibt Außerhalb der Zelle steigt die Na+-Konzentration an Austausch auf lange Sicht notwendig . Verlauf eines Aktionspotentials (AP) Überschreitet eine Erregung eine Schwelle. öffnen sich die im Ruhezustand geschlossenen Na+.und K+-Kanäle Na+-Ionen strömen in die Zelle ein (Depolarisation) die Ladungsdifferenz der Zellmembran wird positiv (+30 bis 40 mV) Aufgrund der kurzen Positivierung öffnen sich benachbarte Ionenkanäle sehr kurz danach strömen K+-Ionen aus (Repolarisation) das Aktionspotential pflanzt sich entlang des Axons fort . Ionenwanderungsprozesse und Potentialverschiebungen beim Aktionspotential Oberer Teil: Zu Beginn des Aktionspotentials werden Natrium-Kanäle kurz geöffnet. der Natrium-Leitwert steigt an und Natrium-Ionen strömen in die Zelle.u-helmich. Der Kalium-Ausstrom erhöht sich sekundär dazu. so dass Kalium-Ionen im Ausgleich zu den NatriumIonen hinausströmen. wenn auch langsamer.de/bio/neu/1/12/121/vert4. Unterer Teil: Der Spannungsverlauf während des Aktionspotentials Demonstrationen zum Aktionspotential finden Sie bei: http://www.html . Weiterleitung des AP Bei myelinisierten Nervenfasern: schnell hochamplitudig verlustarm Saltatorische Erregungsleitung: . . hier können im Vgl. zur isolierenden Myelinschicht wieder Ionenflüsse durch die Membran stattfinden.Saltatorische Erregungsleitung Erregungsfortpflanzung erfolgt saltatorisch (springend) von Schnürring zu Schnürring: An den Schnürringen wird das Aktionspotential immer wieder „aufgefrischt“. öffnen sich die im Ruhezustand geschlossenen Na+.und K+-Kanäle Große Mengen an Na+-Ionen strömen in die Zelle ein. gleichzeitig strömen K+-Ionen aus die Ladungsdifferenz der Zellmembran wird positiv (+30 bis 40 mV): Depolarisation Aufgrund der kurzen Positivierung öffnen sich benachbarte Ionenkanäle das Aktionspotential pflanzt sich entlang des Axons fort .DEPOLARISATION Überschreitet eine Erregung eine Schwelle. weil hier die Membran in Kontakt mit der Extrazellulärflüssigkeit steht und die Ionenflüsse durch die Membran stattfinden können .Saltatorische Erregungsleitung Im Bereich der Ranvierschen Schnürringe wird das Aktionspotential immer wieder aufgefrischt. Dies ist möglich. sie sind untereinander und miteinander verknüpft (Synapsen).Synapsen Neurone als Bausteine des NS grenzen an reizaufnehmende Zellen (Sinneszellen) und an effektorischen Zellen (z.B. Muskelzellen) an. Chemische Synapsen sind der Hauptangriffspunkt für auf das NS einwirkende Pharmaka! . Membran) Dendriten Dendriten sind Verzweigungen. Spalt freigesetzt Impulsübertragung zur nächsten Zelle (postsynapt.SYNAPSEN – die Schaltstellen im NS Synapsen sind interneuronale Verbindungsstellen: Axon endet im präsynaptischen Endknöpfchen Aktionspotential kommt Neurotransmitter werden in den synapt. die der Oberflächenvergrößerung reizaufnehmender Neurone dienen und Ansatzpunkte für Axonendigungen anderer Nerven bilden .