BIOPSYCHOLOGIE (Fach) / Nervenzellen (Lektion)

Grunsätzliches/Mylinschicht/Gliazellen/Neuronentypen/Informationstransport/Aktionspotenzial/Hebbsche Regel/Neurotransmitter/Neuronale Plastizität/

Diese Lektion wurde von gayane2015 erstellt.

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• Nervenzellen: Grundsätzliches zwei große Zellklassen: Neuronen, Gliazellen Neurone sind wichtig für die Weiterleitung, Speicherung und Verarbeitung von Informationen aus der Umgebung sowie die Reaktion darauf. Sie sind die „Hauptzellen" im Nervensystem. Die Gliazellen sind die Helferzellen der Neurone.Es gilt: Ohne Gliazellen, keine Neurone!Sie haben vielfältige Funktionen, z.B. stützen, ernähren, Abwehr oder Isolierung von Neuronen. Es gibt verschiedene Arten von Gliazellen.
• Die Nervenzelle  Jeglichem Verhalten liegen Aktivitäten von Neuronen zugrunde. Ein Neuron ist eine Zelle, deren spezielle Aufgabe es ist, Informationen (elektro-chemische Signale) zu empfangen, zu verarbeiten und/oder an andere Zellen im Körper weiterzuleiten. Neuronen bilden die Grundbausteine des Nervensystems.Sie unterscheiden sich in Gestalt,Größe,chemischer Zusammensetzung und Funktion
• Die Nervenzelle II Jedes Neuron hat nur ein Axon, das die Information weiterleitet, kann aber an ihrem Zellkörper und an den Dendriten hunderte oder tausende Signale anderer Neurone empfangen. Merksatz: Das Axon spricht – die Dendriten hören zu.
• Die Nervenzelle : Aufbau und Wirkungsweise Neuron • spezielle Zellen, die dem Informationstransport und der -verarbeitung dienenZellkörper(Soma) • Zentrum des zellulären Stoffwechsels-->enthält im Zellkern die genetischen  InformationenDendriten • stark verästelte Verbindungen zu anderen Neuronen zur Informationsaufnahme •Struktur erleichtert VernetzungAxon • Fortsatz des Zellkörpers zur Informationsleitung • Transport weg vom Zellkörper • Länge bis zu 1 m • schnelle Impulsleitung (bis zu 120 m/s)Myelinschicht • fetthaltige Umhüllung des Axons •Sicherung und Beschleunigung der Impulsleitung • Schnürringe als UnterbrechungenKollateralen • Verzweigungen an den Enden des Axons mit Verdickungen am Ende, die sich mit anderen Neuronen oder Muskeln verbindenSynaptische Endigung •Kontaktfläche zu Dendriten oder Muskeln, an denen eine Informationsweitergabe auf chemischem oder elektrischem Weg stattfindet
• Die Nervenzelle: Myelinschicht ist die Nervenisolierung ist die weiße Substanz im Gehirn Die Leitungsgeschwindigkeit der Axone wird durch die Dicke des Myelins (auch Markscheiden genannt) bestimmt: Je dicker die Myelinschicht, desto schneller die Leitungsgeschwindigkeit Die Isolierung durch die Myelinscheiden hat winzige Lücken, zwischen denen das elektrische Potenzial weiterspringt, was die Leitungsgeschwindigkeit extrem vervielfacht.
• Gliazellen im ZNS  10-50 mal häufiger als Neurone und deutlich kleiner etwa gleich viel Masse durch Neuronen und Gliazellen im Gehirn behalten (anders als Nervenzellen) nach Entwicklung des Nervensystems Fähigkeit zur Zellteilung Stützfunktion, Führungselemente beim Wachstum
• Gliazellen im ZNS Ummanteln mehrere Neuronen (elektrische Isolation) Förderung der Neuronenvernetzung Schutz- und Stützelemente Entgiftung, absorbiert tote Zellen Verbesserung der Nervenleitung z.T. Grundlage der Myelinschicht weiße Substanz
• Gliazellen im PNS Schwann-Zellen (PNS) spezielle Form der Gliazellen im PNS wie Oligodendrocyten ummanteln Schwann-Zellen ein Axon, jedoch mit dem Unterschied, dass jede Schwann-Zelle ein Myelinsegment bildet und jeweils ein Axon ummantelt Schutz- und Stützelemente Myelisierung oder Einbettung können Axon nach Schädigung regenerieren
• Neuronen-Typen: Klassifikation anhand der Fortsätze  Unipolares Neuron: Ein (Neuron) nennt man unipolar, wenn es nur einen Fortsatz (Axon) und keine Ausläufer (Dendriten) besitzt (Vorkommen: Haut- und Sehrezeptoren) Bipolares Neuron: Dies ist ein Neuron mit zwei Fortsätzen: einem Dendriten und einem Axon, die oft ähnlich aufgebaut sind und so auch dendritisches Axon und neuritisches Axon genannt werden. (Vorkommen: Retina, Teil der Informations-übertragung der Sinnesorgane, z.B. Gehör) Multipolares Neuron: Es besitzt zahlreiche Dendriten und ein Axon. Vorkommen: Typisches Neuron im Gehirn
• Neuronen-Typen: Klassifikation anhand der Fortsätze II  Interneuron (multipolar) Als Interneurone (auch Schaltneurone oder Zwischenneurone), werden Nervenzellen bezeichnet, die mit allen ihren Endknöpfchen (Fortsätzen) in einem konkret definierten Bereich des ZNS liegen und dort zwischen zwei oder mehr Nervenzellen geschaltet sind. Die Hauptfunktion besteht darin eine neuronale Aktivität innerhalb einer bestimmten Hirnstruktur zu integrieren. Sie geben empfangene Impulse direkt an benachbarte Nervenzellen weiter. (Vorkommen: z.B. Rückenmark, beteiligt bei Reflexion)
• Informationstransport zwischen Neuronen  Das Neuron erzählt einem anderen nur, wie erregt es ist. Neurone können einen ganz spezifischen Kontakt mit anderen Neuronen, Muskelzellen oder Drüsen herstellen. Diese Kontakte heißen Synapse. Die Neurone brauchen eine spezielle Zellmembran, die die Zellen zur Bildung und Weiterleitung von Signalen befähigt. Diese Weiterleitung der Signale werden als Aktionspotenziale bezeichnet. Die Frage ist nun: Wie leitet ein Neuron? 2 Aspekte sind zentral: Ruhemembranpotenzial („us-Knopf") und Aktionspotenzial („n-Knopf")
• Informationstransport in der Zelle Wird das Neuron stimuliert, verändert sich sein elektrische Ladung für eine kruze Zeit Wenn die Veränderung groß genug ist, entsteht eine Depolarisation und damit ein Aktionspotenzial Diese Depolarisation bewirkt die Enstehung eines Aktionspotenzials etwas weiter unten am Axon. Die Ionenkanäle in angrenzenden Gebieten des Axons öffnen sich , und mehr positiv geladene Teilchen fließen in die Zelle, während sie weiter oben wieder hinausfließen. Während das Aktionspotenzial sich am Axon hinab bewegt, ist der vordere Abschnitt wieder repolarisiert. Richtung des neuronalen Impulses: Vom Zellkörper hin zur axonalen Endigung Dieser Vorgang der Informationsweiterleitung kann sich 100 bis 1000 mal pro Sekunde widerholen
• Informationstransport – die Potenziale Neuronen erzeugen durch chemische Prozesse (Austausch von Ionen, vorrangig Natrium und Kalium) elektrische Spannung. Experiment: Sticht man in ein Neuron mit einem Messfühler, dann kann man ablesen, dass das Neuron in seinem Inneren negativ geladen ist – das nennt man das Ruhemembranpotenzial. (Ruhezustand = mehr Na+ und Cl- außerhalb als innerhalb und mehr K+ Ionen + negativ geladene Proteine innerhalb als außerhalb des Neurons).Das Neuron in Ruhe negatives Zellinneres, positives Zelläußeres = Ruhepotenzial (-70 mV)Zellmembran für einige Ionen durchlässig, für andere nicht (semipermeabel)
• Informationstransport: Veränderung der Ionenkanäle Das Öffnen und Schließen spannungs-gesteuerter Natrium- und Kaliumkanäle während der drei Phasen des Aktionspotenzials: -Anstiegphase (Depolarisation): Natriumkanäle und Kaliumkanäle öffnen sich -Repolarisation: Natriumkanäle schließen sich -Ruhephase (Refraktärzeit): Kaliumkanäle beginnen sich zu schließen
• Informationstransport – die Potenziale II Das Neuron wird erregt Nun erhält das Neuron einen Reiz von außen (elektrischer Impuls durch benachbartes erregendes Neuron) und plötzlich wird es im Inneren des Axons der Zelle positiv (= Depolarisierung) Bei einer hohen Depolarisierung am Axonhügel kann ein Aktionspotential ausgelöst werden Dies erfolgt durch eine plötzliche hohe Durchlässigkeit der Zellmembran (spannungsabhängige Natrium-Kanäle öffnen sich).Ist der Reiz an einem bestimmten Punkt im Axon „durchgeflossen", ist das Axon wieder an dieser Stelle im Ruhemembranpotenzial. „Alles-oder-nichts-Prinzip":Ankommendes Signal muss Erregungs- schwelle überschreiten, um Aktionspotenzial auszulösen.
• Informationstransport Ruhepotenzial • positiv geladenes Zellumfeld • negativ geladenes Zellinneres • nur selektiv durchlässige Zellmembran Ionentransport • schneller Austausch elektrisch geladener Teile durch Kanäle in der Zellwand mit der Natrium-Kalium-Pumpe elektrische Ladung • Weiterleitung von Informationen in der Nervenzelle erfolgt durch Änderung der elektrischen Ladung Aktions-potenzial • durch Öffnung der Ionenkanäle erfolgt eine lawinenartige Veränderung der Polarität in der Zelle am Axon entlang Refraktärzeit • Zeit, die notwendig ist, um das Ruhe-potenzial wiederherzustellen.Die Zelle ist während diese Phase nicht aktivierbar Ranvier-Schnürringe • Einschnürungen der Myelinschicht im Abstand von 1mm beschleunigen die Impulsleitung und frischen sie auf Schrittmacher-Neuronen • Zellen mit zyklischer Autodepolarisation agieren als Impulsgeber z.B. für das Atmen, Gehen, Kauen etc.
• Aktionspotenzial: Summation und Hemmung Zeitliche Summation : Potenziale im Neuron „schaukeln" sich auf, weil die Refraktärzeit nicht vollständigdurchlaufen wird Räumliche Summation: mehrere erregende Synapsen bewirken zusammen Depolarisation bis zum Aktionspotential Hemmung reduzierte Neurotransmitterausschüttung
• Hebbsche Regel  1949 von Donald O. Hebb aufgestellt  Erklärung für das Lernen in Neuronalen Netzwerken über Neuronen, die gemeinsame Synapsen haben  Je häufiger ein Neuron A gleichzeitig mit Neuron B aktiv ist, umso bevorzugter werden die beiden Neuronen aufeinander reagieren  synaptischen Plastizität, welche die neurophysiologische Grundlage von Lernen und Gedächtnis darstellt  Bedeutung der zeitlichen Korrelation prä- und postsynaptischer Prozesse bei Lernprozessen hin, die sich in vielfältigen Varianten bestätigt hat.
• Informationstransport: Die Endknöpfen, die Träger der Information Synaptische Vesikel: kugelförmige Membranpakete, die Neurotransmittelmoleküle bis zur Freisetzung an der Synpase speichern. Neurotransmitter: Moleküle, die von aktiven Neuronen freigesetzt werden und die Aktivität einer Zelle beeinflussen. Axone enden in kleinen knollenförmigen Endknöpfchen an anderen Nerven- oder Muskelzellen. Die Endknöpfchen liefern den Mechanismus zur Übermittlung der Signale vom Axon eines Neurons an die Dendriten oder den Zellkörper eines anderen Neurons
• Neurotransmitter   Neurotransmitter sind die chemischen Botenstoffe des Gehirn (zwar langsamer als die elektrische Informationsweiterleitung, dafür aber flexibler). Regulieren physische, psychische und emotionale Erfahrung. Zusammen mit den Hormonen werden fast alle Funktionen im Körper von Neurotransmittern kontrolliert. Gestörtes Gleichgewicht: Risiko von Depressionen, Geisteskrankheiten, physische Probleme. Drogen wie Antidepressiva oder Kokain verändern oder ahmen die Funktion von Neurotransmittern nach und beeinflussen dadurch unsere physische und psychische Funktion
• 7 Schritte der Aktivierung von Neurotransmittern Synthese : Neurotransmittermoleküle werden aus ihren Vorläufermolekülen unter dem Einfluss von Enzymen synthetisiert. Speicherung in den Vesikeln: Neurtransmittermoleküle werden in den Vesikeln gespeichert Abbau von entwichenen Neurotransmittern:Neurotransmittermoleküle die aus ihren Vesikeln entweichen, werden von Enzymen zerstört Exocythose: Aktionspotenziale veranlassen Vesikel, mit der präsynapthischen Membran zu verschmelzen und ihre Neurotransmittermoleküle in den synaptischen Spalt freizusetzen. hemmende Rückkopplung über Autorezeptoren: freigesetze Neurotranmittermoleküle binden an Autorezeptoren und hemmen eine weitere Neurotransmitterfreisetzung Aktivierung von postsynaptischen Rezeptoren:freigesetze Neurotransmittermoleküle binden an postsynaptische Rezeptoren Deaktivierung:freigesetzte Neurotransmittermoleküle werden entweder durch die Wiederaufnahme oder den enzymatischen Abbau deaktiviert.
• wichtigsten Neurotransmitter und ihre Eigenschaften Glutamat •am weitesten verbreiteter erregender Neurotransmitter (50% der Gehirnneuronen setzen Glutamat frei) GABA(ˠ-Amino-buttersäure) & Glycin •GABA ist wichtigster hemmender Neurotransmitter im Gehirn (33-50% der hemmenden Neuronen im Gehirn); Glycin wirkt in Rückenmark und Hirnstamm •Barbiturate (Schlaf- und Narkosemittel) sowie Benzodiazepine (z. B. Valium zur Beruhigung, Angstreduktion, Schlaferleichterung) binden an GABA-Rezeptoren Acetylcholin(ACh) •kann hemmend oder erregend sein •Haupttransmitter des vegetativen Nervensystem •Botenstoff, mit dem die Motoneurone im Rückenmark ihre Signale an Muskeln übertragen Katecholamine Adrenalin Noradrenalin Dopamin •Adrenalin: Botenstoff des sympathischen Nervensystems (aktivierend) •Noradrenalin: Gehirn (Aktivierung) •Dopamin: weit verzweigte Neuronen in vielen Gehirnteilen, Lernprozesse, Belohnung, Suchtentwicklung, Willkürmotorik Serotonin •wird im Hirnstamm produziert (Raphe-Kerne) •Regulation von Rhythmen (Schlaf-Wach, Hunger, Durst), emotionale Befindlichkeit, Schmerzwahrnehmung •Serotonin(mangel) wird mit Depression und Essstörungen in Verbindung gebracht
• Neuronale Plastizität Neuronale Verbindungen sind lernfähig vorangegangene Ereignisse resultieren in funktionellen Veränderungen oder morphologischer Umgestaltung von Neuronen oder Synapsen, unter anderem Reduzierung oder Erhöhung von Synapsenempfindlichkeit für die Neurotransmitter Erhöhung oder Reduktion der Rezeptoranzahl Erhöhung oder Reduktion der Anzahl an Synapsen Neuronen schließen sich zu neuronalen Netzen zusammen Als Reaktion auf Feedback modifiziert das Gehirn bestimmte Verbindungen. Werden neue Verknüpfungen wiederholt verstärkt, kommt es zum Lernen (gemeinsames Feuern von Neuronen verbindet) neuronale Veränderungen betreffen auch die Größe, Organisation und Funktionalität von Kortexarealen

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