Informationsverarbeitung

Informationsverarbeitung

Nervensystem

1. Steuerung + Regelung
Körperfunktionen sollen in einem stabilen Zustand (= Normzustand) gehalten werden.
à Steuerungskette: einfach
Buch Seite 76
à Regelkreis: mit Rückkoppelungen genauere Regulation möglich
durch Schwitzen, Schnellem Atmen, Frieren usw. soll Körper in Normzustand gebracht werden…

Nerven- und Hormonsystem sind beteiligt!!!

Allgemeines zum Nervensystem

Aufgabe des Nervensystems:

Aufnahme von Informationen

Durch „Rezeptoren“ – Sinneszellen

Weiterleitung von Informationen

Durch Nervenfasern

Verarbeitung von Informationen

Durch das Gehirn + Rückenmark

2. Nervenzelle

2.1 Bau der Nervenzelle =Neuron BS. 79

Zellkörper = Soma

Enthält Zellkern, Stoffwechsel der Zelle, Eiweißsynthese

Zellfortsätze

a: Dendriten: viele kurze, baumartig verzweigte Fortsätze, Reizleitung zum Soma

b: Axon: meist ein langer Fortsatz (mm bis 1m); Verzweigungen am Ende mit Synapsen Reizleitung vom Soma weg

mit Hülle = Markscheide

aus Lipiden und Eiweiß = „Myelin“
von „Schwann’schen Zellen“ gebildet (Buch)

Unterbrechungen in der Hülle
= „ Ranvier’schen Schnürringe“

è zur schnelleren Reizleitung

„marklose Fasern“ – ohne Markscheiden

Störungen:

Bei der Bildung der Myelinhülle in Kindheit durch Unterernährung
à Störungen in der Reizleitung

Zerstörung der Myelinhülle durch körpereigene Abwehrzellen („Autoimmunerkrankung“)

= MULTIPLE SKLEROSE „MS“

Störungen in Wahrnehmung, Gleichgewicht, Muskelkontrolle, Funktionen des Verdauungstraktes, etc.;

Dzt. Unheilbar, verläuft bis zum Tod

à einzelne Nervenzellen = Nervenfasern
à Bündel von parallel verlaufenden Nervenfasern in einer Bindegewebshülle
à Nervenbündel bzw. „Nerven“

2.2 Funktion der Nervenzelle

Weiterleitung der Informationen bzw. des Reizes:

A. in der Nervenzelle durch elektrischen Impuls

B. von NZ zur nächsten durch biochemische Vorgänge an den Synapsen

A. Reizleitung durch elektr. Impuls

beruht auf der unterschiedlichen Verteilung von geladenen Ionen! Zellmembran trennt das Zellplasma von Gewebeflüssigkeit außerhalb der Zelle
à an der Zellmembran bildet sich eine kleine elektrische Spannung ="Ruhepotential"

innen: K+ und organ. Anionen
außen: Na+ und Cl-

Poren in Membran lassen Ionen unterschiedlich stark diffundieren

à außen steigt positive Ladung

à innen steigt negative Ladung

RUHEPOTENTIAL von ca. -50 bis -90 mV entsteht!! (abhängig von Tierart + Zelltyp) (da mehr Kalium hinaus diffundiert und somit innen eine negative ladung „zurückbleibt“)
Buch Seite 80. Annahme: Ionen können ungehindert oder gar nicht passieren
Realzustand: semipermeable Membran mit Poren (=Kanäle)

Aufrechterhaltung des Ruhepotentials

Durch „Natrium-Kalium-Pumpe“:
Ein Trägermolekül „Carrier“ transportiert unter Einsatz von Energie (ATP) Na+ nach außern und K+ nach innen!

Erregung – Aktionspotential

Nervenzelle wird erregt
- experimentell durch geringen Stromstoß

In Natur durch „Reiz“

Sinneszellen nehmen Reiz aus Außenwelt auf, Erregung wir an andere mz weitergegeben

Membran wird kurzfristig umgepolt!!

Aktionspotential !!

Depolarisation

Reiz à Membranporen werden geöffnet

Na+ strömt in die Zelle ein,

Ladungsverteilung verändert sich, Ruhepotential wird geringer

Wird „Schwellenwert“ bei ca. -40 mV erreicht
Na+ strömt für ca. 1 ms schlagartig in Zelle ein, Umpolung auf +30 mV
= „Spike“

Repolarisation

Na+ - Poren werden geschlossen und zusätzliche K+ - Poren geöffnet,

Spannung dreht sich wieder um

Ruhepotential wird wieder erreicht

Refraktärphase (NZ nicht erregbar !)

K+ - Na+ - Pumpe (ATP- Verbrauch !!) stellt mit Hilfe eines „Carrier“-Moleküls die ursprüngliche K+/Na+ - Verteilung wieder her

Wird Schwellenwert NICHT erreicht à KEIN AP
à „Alles-oder-Nichts-Prinzip“

AP dauert ca. 1-2ms, Membran ist anschließend für weitere 1-2ms nicht erregbar!
Biolog. Sinn: keine Überregung möglich

Bei Erhöhung der Reizstärke:
- Amplitude des AP (+30mV) wird nicht erhöht
-Frequenz wird erhöht (max. 500 Impulse/sek. = 500Hz)

Weiterleitung des AP

Durch die Umpolung an der erregten Membranstelle wird der benachbarte Membranteil erregt
à Poren öffnen sich, ein AP entsteht
à Erregung bzw. AP läuft an Membran weiter
à durch die Refraktärphasen der zuvor erregten Membran läuft Erregung nur in eine Richtung !
(Vergleich „La-Ola-Welle“ !!)

Die Erregung läuft
- in Richtung der Endverzweigungen des Axon
à Weitergabe über den Synapsenspalt !!!!
- in Richtung Dendriten à endet an Synapse auf Grund der „Ventilfunktion“

Erregungsleitung an einer marklosen Faser

Läuft kontinuierlich entlang der Membran
Nachteile: viele AP / Axonstrecke müssen aufgebaut und wieder depolarisiert werden
viele Ionenpumpen verbrauchen Energie
langsame Erregungsleitung: max. 30 m/s

Erregungsleitung an einer markhaltigen Faser

Axon mit Myelinschicht und Schnürringen !!
AP kann sich nur an den nicht isolierten Schnürringen aufbauen à Erregung springt zum nächsten über = „saltatorische erregungsleitung“

Vorteil: weniger AP / Axonstrecke nötig
schnelle Erregungsleitung: max. 120 m/s

Reizleitung an Synapse (= 2.3 Buch S.84)

„Verbindungen“ einer Nervenzelle zur nächsten Zelle

Axon verzweigt sich in kleine Ästchen jeweils einem „Synapsenspalt“ _~ 20 nm

„postsynaptische Membran“ der emüfängerzelle

è Dendrit einer Nervenzelle

è „motorische Endplatte“ einer Muskelzelle

Synapsenendköpfchen:

Enthält viele Mitochondrien (!) und „Bläschen“ = „Vesikel“ mit Neurotransmitter gefüllt (z.B. Acetylcholing, u.a.)

Synapsenspalt:

Viele Na+ Ionen (siehe Ruhepotential)

Postsynaptische Membran:

Na-Poren sind durch Proteine (=Rezeptoren) verschlossen, die nur mit dem Neurotransmitter reagieren

Reizübertragung an chemischer Synapse

AP kommt über Axon zum Endköpfchen

è Vesikel platzen auf und Neurotransmitter strömen in den Spalt

è Neurotransmitter reagiert mit Rezeptor, dieser verändert seine Form und öffnet Na-Pore

è Na+ strömt in die Empfängerzelle und verändert das postsynaptische Membranpotential = PSP, löst wieder ein AP aus, Erregung läuft elektrisch weiter

è Neurotransmitter werden durch Enzyme gespalten

z.B. Acetylcholin

é ê Enzym im Spalt (Acetylcholinesterase)

Acetat + Cholin

è Acetat + Cholin werden über Memebran das Endköpfchen wieder aufgenommen und unter ATP-Verbrauch (Mitchondrien) neu synthetisiert

è Na-K-Pumpe stellt an postsynaptischen Membran die ursprüngl. Ionenverteilung des PSP wieder her

Zusatz:

è Spaltung des Neurotransmitters und die Ladungsverteilung durch Ionenpumpen verbinden Dauererregung an Membran!!

è bei Depolarisation der Membran gibt es keinen Schwellenwert – Ionenkanäle von Neurotransmitter abhängig

Aufgaben und Funktionen von Synapsen

Benennung der Synapsen

è nach Ort: neuromuskulöse S.: NZ è Muskelzelle

Zentrale/interneurale S.: NZ è NZ

è nach Übertragung: chemische S. mit Transmitter (Verzögerung ca. 0,5 ms)

elektrische S. – direkte Übertragung des AP

sehr schnelle Reizleitung!

z.B. Herzmuskel, Muskel für Fluchtbewebungen z. T. auch im Zentralnervensystem

è nach Wirkung (abhängig vom Rezeptor):

erregende Synapse

depolarisiert: postsynaptische Membran, Öffnung von Na+ Kanälen

è exzitatorisches postsynaptisches Pot. EPSP

hemmende Synapse

hyperpolarisiert: Membran wird negativer, Öffnung von K+/Cl- Kanälen

è inhibitoisches postsynaptisches Pot. IPSP

Verschaltung

erregende + hemmende Synapsen können sich in ihrer Wirkung aufheben

mehrere erregende Synapsen können sich verstärken (auch hemmende)

Pro Neuron können 10³ - 10⁴ Synapsen vorhanden sein è Verrechnung entsprechend kompliziert

Neurotransmitter

Neurotransmitter	Vorkommen + Wirkung
Acetylcholin	Synapsen an allen Muskelzellen und im Gehirn excitatorisch an nicotinische Rezeptoren, inhibitorische an muskarinischen Rezeptoren
GABA (g-Aminobuttersäure)	Wichtigster inhibitorischer TM im Gehirn
Glutaminsäure	Wichtigster excitatorischer TM im Gehirn
Dopamin	Excitatorisch, im ZNS bei Bewegungssteuerung, abstraktes Denken, Gefühl, Verhaltensplanung, Gedächtnis
Serotonin	TM des Gehirnes für u.a. Thermoregulation, Sexualverhalten oder Schlaf
Noradrenalin	Excitatorischer TM im Gehirn bei Stressbewältigung; regt Herzschlag, Blutdruck und Atmung an
	Beeinflussung
Acetylcholin (Ach)	Curare, Cobratoxin, Atropin, Alkohol – blockieren Rezeptor è Lähmung Botulinumgift (Clostridium botulinum) – blockiert Ausschüttung von Ach è Lähmung
GABA	Alkohol – verändert Rezeptor, erhöht Wirkung des TM’s è Krämpfen
Dopamin	Kokain blockiert Wiederaufnahme è Euphorie, Hochgefühl, später Depressionen Opium/Opitate erhöhen Dopaminproduktion
Glutaminsäure	Alkohol – verhindert Wirkung
Serotonin	LSD, XTC – regt Rezeptoren an è Halluzinationen, Rauschzustände
Noradrenalin	Kokain – siehe Dopamin

3. Vergleich der Nervensysteme (BS. 88)

Nervennetze

Nervenzellen sind netzartig im Körper verteilt, um Mundöffnung bzw. in Fangarmen (Tentakel) besonders zahlreich

bei Nesseltieren (Quallen, Anemonen, Korallentiere, Süßwasserpolypen)

Strickleiter-Nervensystem

bei Gliedertieren (=Körper ist gegliedert)

è bei Ringelwürmern (z.B. Regenwurm)

Körper ist in viele Segmente gegliedert

auf Bauchseite verlaufen zwei Nervenstränge parallel, die pro Segment miteinander verbunden sind è „Strickleiter-Nervensystem“

Verdickung bzw. „Knoten“ sind die „Ganglien“; im Kopfbereich befinden sich ein „Oberschlund- und Unterschlundganglion“ als „Gehirn“

è Gliederfüßer (Beine sind gegliedert!) è Insekten, Spinnentiere, Krebstiere

„Strickleiter-Nervensystem“ wie bei Ringelwürmern

Nervensystem der Wirbeltiere

Einteilung des Nervensystems in: Zentrales NS/ ZNS: Gehirn + Rückenmark

Peripheres NS: Nerven vom ZNS in den Körper

è motorische/efforente Bahnen

Nerven vom Körper zum ZNS

è sensorische/afferente Bahnen

4. NS des Menschen

4.1 Rückenmark

Liegt geschützt im Wirbelkanal der Wirbelsäule vom Nachhirn bis zum 2. Lendenwirbel

Durchmesser ca. 10-15 mm, Länge ca. 45 cm

Ist von Rückenmarkshäuten umgeben

Querschnitt:

„graue Substanz“: innen aus Nervenzellkörpern, „schmetterlingsförmiger“ Umriss mit Zentralkanal in der Mitte (Verbindung mit Flüssigkeitsräumen im Gehrin)

„weiße Substanz“: außen, aus Axonen mit Myelinhüllen zeigt vorne und hinten eine tiefe Spalte

motorische Fasern verlassen RM an Vorderseite

sensorische Fasern ziehen an Rückseite ins RM, Zellkörper dieser Fasern bilden vor Eintritt die „Spindalganglien“

Spinalnerven: aus jedem RM-Segment geht links und rechts jeweils eine vordere + hintere Nervenwurzel hervor, die sich zu einem Spinalnerven zusammenschließen

Diese 31 Paar Spinalnerven verlassen den Wirbelkanal seitlich durch „Zwischenwirbellöcher“

Jeder teilt sich danach in verschieden Äste auf, die bestimmte Körperregionen sensorisch + motorisch versorgen = „peripheres NS“

Reflex

= unwillkürliche, schnelle und bestimmte Reaktion auf Reiz

dazugehörige Nervenschaltung = Reflexbogen

z.B. Kniesehnenreflex (siehe Buch S. 89)

Beispiel für einen „Eingenrelfex“ = Rezeptor liegt im Erfolgsorgan

Information wird nur einmal im RM umgeschaltet

à „monosynaptischer Reflex“

Fremdreflex: Rezeptor und Erfolgsorgan liegen an verschiedenen Organen

„polysynaptischer R.“ Information wird im RM über mehrere Synapsen verschaltet
z.B. Armrückziehreflex, Hustenreflex, Brechreflex, Würgreflex, Lidschlussreflex

4.2 Vegetatives Nervensystem

ist Teil des peripheren NS

Vegetatives NS steuert lebenswichtige, unbewußte Organfunktionen z.B. Atmung, Kreislauf, Stoffwechsel, Wasserhaushalt, …

lässt sich anatomisch + funktionell in zwei Teile gliedern:
SYMPATHICUS + PARASYMPATHICUS

Sympathicus: Doppelreihe von Ganglionknoten seitlich der Wirbelsäule, miteinander und mit RM verbunden
= „Grenzstrang“ des Sympathicus
von dort (Brust-. Lendenwirbelberich) ziehen Nerven zu den versch. Organen

à anregend, erhöht Leistungsfähigkeit des Körpers z.B. Atmung + Kreislauf bei Stress!

à dämpfend bei Verdauung

Neurotransmitter à Adrenalin, Noradrenalin

Parasympathicus: einige spezielle Nervenstränge, vom Gehirn bzw. RM (Kreuzbereich) ausgehend

à wirkt beruhigend, „dämpfend“ auf Leistungsfähigkeit
à wirkt fördernd im Bereich Verdauung

Neurotransmitter à Acetylcholin

Gehirn

Bau des Gehirns

Hirnvolumen: ca. 1 600 cm³

Gewicht: 1 200 – 1 400 g

liegt in Schädelkapsel

Von 3 Häuten (=“Meningen“) umgeben:

Dura mater – harte Hirnhaut

Archnoidea – Spinngewebshaut, feine Fasern

Pia mater – innere Hirnhaut, viele Blutgefäße

zwischen Spinngewebshaut und innerer Hirnhaut

Flüssigkeit „Liquor“

farblos, von harter Hirnhaut gebildet, dient als Schutz („Polster“), umspült Hirnteile und ist am Stoffaustausch (Versorgung/Entsorgung) beteiligt, über spez. Kanäle in das Nervensystem abgeleitet

(Verbindungen mit Zentralkanal des Rückenmarkes è Untersuchungen von Erkrankungen des Gehirns)

Hirnteile:

Großhirn I

> Vorderhirn

Zwischenhirn I

Mittelhirn I

Kleinhirn > Hirnstamm

Nachhirn I

Großhirn

Umhüllte in 2 Hälften („Hemisphären“) das Zwischen- & Mittelhirn,

Oberfläche stark gewunden und gefurcht

Äußere Schicht/Hirnrinde – „graue Substanz“

Ca. 70 % aller Neuronen des Gehirns è Zellkörper

Innere Schicht/Hirnmark – „weiße Substanz“

Axone und Nervenfaserbündel

Hemisphären enthalten X-förmig verzweigte Hohlräume = Vebtrikel (mit Liquor gefüllt)

Hemisphären über dem „Balken“ in Verbindung

Von außen sind vier Lappen zu erkennen: Stirn-, Scheitel-, Schleifen- & Hinterhauptlappen

Zwischenhirn

Liegt unter dem Balken

Aus Thalamus und Hypothalamus

Hypophyse („Hirnanhangsdrüse“)

Epiphyse („Zwirbeldrüse“)

Mittelhirn

Ca. 1,5 cm langes Verbindungsstück zw. Zwischenhirn oberhalb und Brücke unterhalb

„Mittelhirndach“ mit „Vierhügelplatte“

Seh- & Hörnerven münden ein

Zentrum für Hör- & Sehreflexe mit Verbindung zum Rückenmark

Verbindung der Sehnerven mit Hinterhauptlappen des Großhirnes

Kleinhirn (bzw. Hinterhirn)

Mit „Brücke“: Verbindung Kleinhirn – Großhirn bzw. Großhirn – Rückenmark

Ursprung mehrerer Hirnnerven

Kleinhirn stark gefurcht

Mit allen Hirnteilen verbunden

è koordinierendes motorisches Zentrum

Nachhirn

Ca. 3 cm lang, Verbindung zum Rückenmark = „verlängertes Mark“

An Vorderseite „Pyramidenbahn“ motorische Nerven von Großhirnrinde zu Muskeln

Enthält auch Steuerzentren für lebenswichtige Körperfunktionen: Herz-, Kreislauf- & Atemzentrum, Schlucken, Niesen, Husten, Erbrechen

(Schläge auf Schädelbasis können tödlich enden!)

Teile gehören zur Formatio reticularis

„netzartiges Gebilde“ aus Neuronenverbänden

Im ges. Hirnstamm bis zum Thalamus

Funktionen des Großhirns

Verschiedene Regionen der Großhirnrinde sind bei unterschiedlichen Wahrnehmungen bzw. Tätigkeiten aktiv!

Untersuchungsmethoden:

Verletzungen best. Hirnregionen zeigen best. Ausfallserscheinungen am lebenden Patienten (Unfall, Hirnschlag)

Pathologische Untersuchungen nach Tod (best. Symptome des Patienten werden nach Tod am Gehirn untersucht)

EEG – Elektroenzephalogramm: Messung der Hirnströme von außen

Elektronen werden im Gehirn versenkt – Messungen von Aktionspotentialen

Aktivität best. Areal steigert Durchblutung è Wärmestrahlung wird gemessen

Computertomographie CT

„Rindenfelder“: Areale auf Großhirnrinde für bestimmte Funktionen BS. 94

Werden unterteilt in

è motorische Felder zur Befehlsbildung für Bewegungen an Muskeln

Befehle laufen über Pyramidenbahnen zum Rückenmark & Muskeln

Befehle laufen über extrapyramidale Fasern zu Schaltstellen im Hinter- & Nachhirn

è „Nachbesserung“ bzw. „Verfeinerung“ der Befehle an Muskeln (BS. 97)

è sensorische Felder zur bewussten Aufnahme von Informationen

è Assoziationszentren: verknüpfen Impulse verschiedener Rindenfelder miteinander

è Entstehung von Bildern, Ideen, Plänen

Linke + rechte Hemisphäre: S. 95

Sind für die jeweils anderer Körperhälfte zuständig

Links – analytisch, rational

Rechts – kreativ, betrachtend

Funktion des Zwischenhirnes

Thalamus: Schaltstation und Filter (Schutz von Reizüberflutung) für Infos von Sinnesorganen an Großhirn

è sensorische Felder (Wahrnehmung)

è gelangen ins „Limbische System“

Innerer Saum des Großhirns + Teil des Zwischen- & Mittelhirns è für Gefühle und Emotionen zuständig

Angst, Freude, Aggression, Wut, Sexual- & Brutpflegeverhalten

„Belohnungssystem“ soll für Wohlbefinden sorgen

Eine bestimmte Handlung erzeugt Glücksgefühl è Dopamin + Endorphine als Glücksstoffe

Gewöhnung an Dosis è Wunsch nach Steigerung è mögliches Suchtverhalten

Basis für die Wirkung von Drogen

Hypothalamus: Zentrum für vegetatives NS und Hormonsystem

Regelt: Körpertemperatur (schwitzen, Muskel zittern), Kreislauf, Hunger + Durst, Tag-Nacht- & Sexual-Rhythmus

Funktion Hinterhirn + Nachhirn

Siehe BS. 96, bei Aufbau des Gehirnes besprochen!

Hirnnerven: 12 Paar Hirnnerven, verlassen Gehirn durch kl. Öffnung im knöchernen Schädelraum; sind nach röm. Ziffern geordnet I – XII; zum parasynaptischen NS gehören III, VII, IX, X

Leistung des Gehirnes – Wahrnehmung

Hormonsystem

Steuerung + Regelung

Körperfunktionen sollen in einem stabilen Zustand (=Normzustand) gehalten werden

è Steuerungskette: einfach

è Regelkreis: mit Rückkoppelungen

Genauere Regulation möglich

z.B. Blutdruck, Körpertemperatur, etc.

siehe Buch 76/77

Nerven- & Hormonsystem sind beteiligt

Hormone = chemische Botenstoffe (meist Körpereigene)

In endotrinen Drüsen gebildet

Werden vom Blut verteilt

Wirken an bestimmten Zielorganen (Rezeptoren erkennen Botenstoffe)

Sind wirkungsspezifisch, nicht artspezifisch

Durch Regelkreis soll im Körper ein „inneres Gleichgewicht“ = Homöostase hergestellt werden