Zusammenfassung Biologische Psychologie I – Die Architektur des Gehirns
1. Neurone und Gliazellen
- Camilio Golgi (1843-1926) durch histologische Verfahren Entdecker vieler struktureller Eigenschaften des Ge-
hirns und seiner Zellen
• Entwickelte Golgi Technik
• Golgis Entdeckung: Zwei Arten von Zellen im Gehirn:
o Neuronen verantwortlich für Denkprozesse
o Gliazellen haben eine stützende und versorgende Funktion
- Santiago Felipe Ramon y Cajal (1852-1934) baute und perfektionierte die Golgi-Technik aus
• Identifizierte wesentliche Bestandteile der Neuronen
o Dendriten: dienen der Aufnahme von Informationen
o Axon: dient der Weitergabe von Informationen
• Entwicklung der Theorie der Neurodoktrin:
o Funktion des Gehirns beruht auf Wechselwirkung spezialisierter Neuronentypen
o Nervenzellen bilden neurale Netzwerke/ parallel existent als individuelle Zellen
o Veränderung des Denkens= Veränderung der Kontaktstellen
- Hypothesen:
• Cajal:
o Mentale Funktionen an unterschiedlichen Stellen im Hirn lokalisiert
o Neuronen sind so verschaltet das Netzwerk mentale Funktion erzeugt
• Golgi:
o Neuronen verschmelzen zum Nervennetz
o Dendriten dienen der Ernährungsfunktion
o Keine Lokalisation von Funktionen
- Gehirn = Organ bestehend aus mehreren Billionen Zellen: Nervenzellen (Neuronen) und Gliazellen
• Bestandteile des Gehirns:
o Zentralnervensystem (ZNS): Beinhalten das Gehirn und das Rückenmark
o Periphere Nervensystem (PNS): Beinhaltet das Nervensystem außerhalb des ZNS; Nervensystem im Kör-
per und um die Eingeweide
1.1. Nervenzellen
- Nervenzellen sind für die Informationsverarbeitung des Gehirns zuständig
• Entsprechend der Funktion und Lokalisation im Gehirn können die Nervenzellen unterschiedlich aussehen
• Trotz unterschiedlichem Aussehen ist der Funktionsmechanismus der Neuronen nahezu immer gleich
o Diskussion: Ob Nervenzellen aus einem Vorfahren (ca. 1 Milliarde Jahre) abstammen oder mehrfach unab-
hängig voneinander entstanden sind
- Nervenzellen bestehen aus vier Hauptregionen: Dem Soma, dem Axon, der Synapse und dem Dendriten
1
,1.1.1. Das Soma
- Zellkörper der Neuronen, enthält die genetische Information und Organellen
• Organellen übernehmen Funktion wie Stoffwechsel der Zelle, Herstellung von Eiweißen (Proteinen) und Bo-
tenstoffen
- Botenstoffe und Eiweiße wandern entlang des Hohlzylinders des Cytoskeletts, dieser baut und stabilisiert sich um
entsprechend der Verbindungen der Nervenzelle
2
,1.1.2. Der Dendrit
- Nervenzellen bestehen hauptsächlich aus Dendriten; Dicke der Dendriten kann unterschiedlich sein; Axon meis-
tens dicker als Dendriten
- Dendriten nehmen Informationen von anderen Nervenzellen auf, hierbei sind dendritische Dornen (Spines) von
entscheidender Bedeutung für die Übertragung von der Präsynapse zur Nervenzelle
• Aktivierung durch das Signal aus der Präsynapse führt zu elektrischen Erregungs- bzw. Hemmungsprozes-
sen
o Erregung/Hemmung ebbt auf Dendriten mit Distanz ab
• Soma-nahe Dendriten sind aufgrund der kurzen Distanz privilegieret = Basale Dendriten
• Synapsen an den dendritischen Spitzen (größte Entfernung zum Soma) häufig nur modulatorischen Einfluss
auf Neuron
o Position von Synapsen auf einen Dendriten beeinflusst die Wirkung auf das empfangene Neuron
o Kombination von:
❖ Aktivierung dendritischer Spitzen (Bsp. Erwartung Geräusch zu Hören)
❖ Schwache Erregung basaler Dendriten (Bsp. Leises Geräusch der Türöffnung)
o … führt zu überschwelligen Erregung auditorischer Nervenzellen
- Synaptische Plastizität
• Teil der synaptischen Plastizität ist die Veränderung der strukturellen Ausrichtung der dendritischen Dornen
durch bspw. Lernprozesse (a: vor einem Lernprozess; b: nach einem Lernprozess)
(1)
o Dornen mit einer schwach ausgeprägten Verbindung können in Folge eines Lernprozesses komplett elimi-
niert werden
(2)
o Dornen können den Stamm verstärken und damit dicker werden -> durch den reduzierten elektrischen Wi-
derstand ist die Synapse effektiver
(3)
o Teilung des Dorns, schafft einen weiteren Platz für die Präsynapse vom gleichen Axon -> Steigert erheblich
die Effektivität
1.1.3. Das Axon
- Nervenzellen haben (i.d.R.) nur ein Axon
= langer Zellfortsatz der Erregung auf andere Nervenzellen überträgt
• Übertragung beginnt, wenn eine elektrische Erregung einen Schwellenwert überschreitet = Aktionspotenzial
• Axone leiten Erregung ohne Abnahme der Stärke auch über eine große Distanz weiter (≠ Dendriten ebbt Stärke
ab)
• Axon mit Myelinscheiden umwickelt steigert die Leitungsgeschwindigkeit
o Myelinscheiden= Ausstülpungen von Gliazellen die das Axon umwickeln -> elektrische Isolierung
- Manche Axonen bilden mehrere Hunderttausend Synapsen
- Warum überhaupt dünne langsam unmyelinisierte Axone?
• Myelinisierte Axone nehmen viel Platz ein (1 myelinisierte Axon: 40 unmyelinisierte Axone)
• Nicht myelinisierte Axone sind zwar langsamer nehmen aber weniger Platz ein
• Kompromiss:
o Hirnsysteme dringend angewiesen auf schnelle Signalübermittlung: myelinisierte Axone (sensorische
oder motorische Hirnsysteme
o Unmyelinisierte Axone (Kognitive Funktionen)
3
, 1.2. Gliazellen
- Gliazellen übernehmen viele unterschiedliche Funktionen
• Mikroglia:
o Häufigster Typ von Gliazellen; Lösen tote oder sterbende Nervenzellen auf und verdauen die Reste
o Dienen der Immunabwehr des Gehirns; Schützen das Gehirn vor dem Eindringen von Fremdkörpern
o Hauptlast der internen Gesundheitskontrolle des Gehirns
• Astroglia:
o Größten Gliazellen des Gehirns, mit großer Bandbreite an Funktionen
o (1) Bilden Brücke zwischen Neuronen und Kapillaren (Blutversorgung/ Versorgung mit Nährstoffen/ Ent-
sorgung von Abfallstoffen)
o (2) Halten das biochemische Milieu der Nervenzellen konstant
o (3) Funktion als „Leim“ indem sie Neuronen in ihrer Position stabilisieren
• Oligodendrogila
o Bilden lange paddelförmige Fortsätze die sich um Axone der Nervenzellen wickeln (Myelinscheiden)
o Beschleunigen die Signalübertragung im zentralen Nervensystem
o Im peripheren Nervensystem sind es enge Verwandte der Oligodendrocyten, die Schwann’schen Zellen
❖ Sind nahezu identisch, Schwann’sche Zellen können bei Verletzungen das Nachwachsen von neuen a-
xonalen Fortsätzen anregen
2. Die Funktionsmechanismen von Nervenzellen
- Nervenzellen kommunizieren über Aktionspotenziale (kurze elektrische Impulse)
- Zentral für die Wirkungsweise der Übertragung von Information:
• Membranpotenzial (Spannung der neuronalen Zellmembran)
• Konzentrationsgradient
• Elektrostatische Kraft
- Schlüsselakteure sind Ionen und Ionenkanäle
2.1. Die Entstehung des neuronalen Signals
2.1.1. Die Ionen innerhalb und außerhalb der Zelle
- Ionen= elektrisch geladene Atome/ Moleküle
• Positiv: Elektronenmangel
• Negativ: Elektronenüberschuss
- Für die Funktion von Nervenzellen spielen die Ionen Na+ (Natrium), Cl- (Chlorid), K+ (Kalium) sowie negative
elektrisch geladene Eiweiße eine wichtige Rolle
4
1. Neurone und Gliazellen
- Camilio Golgi (1843-1926) durch histologische Verfahren Entdecker vieler struktureller Eigenschaften des Ge-
hirns und seiner Zellen
• Entwickelte Golgi Technik
• Golgis Entdeckung: Zwei Arten von Zellen im Gehirn:
o Neuronen verantwortlich für Denkprozesse
o Gliazellen haben eine stützende und versorgende Funktion
- Santiago Felipe Ramon y Cajal (1852-1934) baute und perfektionierte die Golgi-Technik aus
• Identifizierte wesentliche Bestandteile der Neuronen
o Dendriten: dienen der Aufnahme von Informationen
o Axon: dient der Weitergabe von Informationen
• Entwicklung der Theorie der Neurodoktrin:
o Funktion des Gehirns beruht auf Wechselwirkung spezialisierter Neuronentypen
o Nervenzellen bilden neurale Netzwerke/ parallel existent als individuelle Zellen
o Veränderung des Denkens= Veränderung der Kontaktstellen
- Hypothesen:
• Cajal:
o Mentale Funktionen an unterschiedlichen Stellen im Hirn lokalisiert
o Neuronen sind so verschaltet das Netzwerk mentale Funktion erzeugt
• Golgi:
o Neuronen verschmelzen zum Nervennetz
o Dendriten dienen der Ernährungsfunktion
o Keine Lokalisation von Funktionen
- Gehirn = Organ bestehend aus mehreren Billionen Zellen: Nervenzellen (Neuronen) und Gliazellen
• Bestandteile des Gehirns:
o Zentralnervensystem (ZNS): Beinhalten das Gehirn und das Rückenmark
o Periphere Nervensystem (PNS): Beinhaltet das Nervensystem außerhalb des ZNS; Nervensystem im Kör-
per und um die Eingeweide
1.1. Nervenzellen
- Nervenzellen sind für die Informationsverarbeitung des Gehirns zuständig
• Entsprechend der Funktion und Lokalisation im Gehirn können die Nervenzellen unterschiedlich aussehen
• Trotz unterschiedlichem Aussehen ist der Funktionsmechanismus der Neuronen nahezu immer gleich
o Diskussion: Ob Nervenzellen aus einem Vorfahren (ca. 1 Milliarde Jahre) abstammen oder mehrfach unab-
hängig voneinander entstanden sind
- Nervenzellen bestehen aus vier Hauptregionen: Dem Soma, dem Axon, der Synapse und dem Dendriten
1
,1.1.1. Das Soma
- Zellkörper der Neuronen, enthält die genetische Information und Organellen
• Organellen übernehmen Funktion wie Stoffwechsel der Zelle, Herstellung von Eiweißen (Proteinen) und Bo-
tenstoffen
- Botenstoffe und Eiweiße wandern entlang des Hohlzylinders des Cytoskeletts, dieser baut und stabilisiert sich um
entsprechend der Verbindungen der Nervenzelle
2
,1.1.2. Der Dendrit
- Nervenzellen bestehen hauptsächlich aus Dendriten; Dicke der Dendriten kann unterschiedlich sein; Axon meis-
tens dicker als Dendriten
- Dendriten nehmen Informationen von anderen Nervenzellen auf, hierbei sind dendritische Dornen (Spines) von
entscheidender Bedeutung für die Übertragung von der Präsynapse zur Nervenzelle
• Aktivierung durch das Signal aus der Präsynapse führt zu elektrischen Erregungs- bzw. Hemmungsprozes-
sen
o Erregung/Hemmung ebbt auf Dendriten mit Distanz ab
• Soma-nahe Dendriten sind aufgrund der kurzen Distanz privilegieret = Basale Dendriten
• Synapsen an den dendritischen Spitzen (größte Entfernung zum Soma) häufig nur modulatorischen Einfluss
auf Neuron
o Position von Synapsen auf einen Dendriten beeinflusst die Wirkung auf das empfangene Neuron
o Kombination von:
❖ Aktivierung dendritischer Spitzen (Bsp. Erwartung Geräusch zu Hören)
❖ Schwache Erregung basaler Dendriten (Bsp. Leises Geräusch der Türöffnung)
o … führt zu überschwelligen Erregung auditorischer Nervenzellen
- Synaptische Plastizität
• Teil der synaptischen Plastizität ist die Veränderung der strukturellen Ausrichtung der dendritischen Dornen
durch bspw. Lernprozesse (a: vor einem Lernprozess; b: nach einem Lernprozess)
(1)
o Dornen mit einer schwach ausgeprägten Verbindung können in Folge eines Lernprozesses komplett elimi-
niert werden
(2)
o Dornen können den Stamm verstärken und damit dicker werden -> durch den reduzierten elektrischen Wi-
derstand ist die Synapse effektiver
(3)
o Teilung des Dorns, schafft einen weiteren Platz für die Präsynapse vom gleichen Axon -> Steigert erheblich
die Effektivität
1.1.3. Das Axon
- Nervenzellen haben (i.d.R.) nur ein Axon
= langer Zellfortsatz der Erregung auf andere Nervenzellen überträgt
• Übertragung beginnt, wenn eine elektrische Erregung einen Schwellenwert überschreitet = Aktionspotenzial
• Axone leiten Erregung ohne Abnahme der Stärke auch über eine große Distanz weiter (≠ Dendriten ebbt Stärke
ab)
• Axon mit Myelinscheiden umwickelt steigert die Leitungsgeschwindigkeit
o Myelinscheiden= Ausstülpungen von Gliazellen die das Axon umwickeln -> elektrische Isolierung
- Manche Axonen bilden mehrere Hunderttausend Synapsen
- Warum überhaupt dünne langsam unmyelinisierte Axone?
• Myelinisierte Axone nehmen viel Platz ein (1 myelinisierte Axon: 40 unmyelinisierte Axone)
• Nicht myelinisierte Axone sind zwar langsamer nehmen aber weniger Platz ein
• Kompromiss:
o Hirnsysteme dringend angewiesen auf schnelle Signalübermittlung: myelinisierte Axone (sensorische
oder motorische Hirnsysteme
o Unmyelinisierte Axone (Kognitive Funktionen)
3
, 1.2. Gliazellen
- Gliazellen übernehmen viele unterschiedliche Funktionen
• Mikroglia:
o Häufigster Typ von Gliazellen; Lösen tote oder sterbende Nervenzellen auf und verdauen die Reste
o Dienen der Immunabwehr des Gehirns; Schützen das Gehirn vor dem Eindringen von Fremdkörpern
o Hauptlast der internen Gesundheitskontrolle des Gehirns
• Astroglia:
o Größten Gliazellen des Gehirns, mit großer Bandbreite an Funktionen
o (1) Bilden Brücke zwischen Neuronen und Kapillaren (Blutversorgung/ Versorgung mit Nährstoffen/ Ent-
sorgung von Abfallstoffen)
o (2) Halten das biochemische Milieu der Nervenzellen konstant
o (3) Funktion als „Leim“ indem sie Neuronen in ihrer Position stabilisieren
• Oligodendrogila
o Bilden lange paddelförmige Fortsätze die sich um Axone der Nervenzellen wickeln (Myelinscheiden)
o Beschleunigen die Signalübertragung im zentralen Nervensystem
o Im peripheren Nervensystem sind es enge Verwandte der Oligodendrocyten, die Schwann’schen Zellen
❖ Sind nahezu identisch, Schwann’sche Zellen können bei Verletzungen das Nachwachsen von neuen a-
xonalen Fortsätzen anregen
2. Die Funktionsmechanismen von Nervenzellen
- Nervenzellen kommunizieren über Aktionspotenziale (kurze elektrische Impulse)
- Zentral für die Wirkungsweise der Übertragung von Information:
• Membranpotenzial (Spannung der neuronalen Zellmembran)
• Konzentrationsgradient
• Elektrostatische Kraft
- Schlüsselakteure sind Ionen und Ionenkanäle
2.1. Die Entstehung des neuronalen Signals
2.1.1. Die Ionen innerhalb und außerhalb der Zelle
- Ionen= elektrisch geladene Atome/ Moleküle
• Positiv: Elektronenmangel
• Negativ: Elektronenüberschuss
- Für die Funktion von Nervenzellen spielen die Ionen Na+ (Natrium), Cl- (Chlorid), K+ (Kalium) sowie negative
elektrisch geladene Eiweiße eine wichtige Rolle
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