Steuerung im Körper

...komplette Frage anzeigen

2 Antworten

Hallo,

ich weis diese Frage ist schon vor einiger Zeit gestellt worden, allerdings hoffe ich, dass du dich immernoch für dieses Thema interessierst.

Das Gehirn besteht aus ~100 Milliarden Neuronen (Nervenzellen). Jedes dieser Neuronen ist durchschnittlich mit ~1000 Nachbarneuronen über Synapsen verbunden, d.h. im menschlichen Gehirn gibt es ~100 Billionen Synapsen, über welche die Neuronen durch elektrische Signale (sogenannte Aktionspotentiale) kommunizieren. Durch jede dieser Verbindungen rasen pro Sekunde durchschnittlich mehrere hundert elektrische Signale (es existiert ein Maximum bei ~500 Signalen pro Sekunde). Wäre jedes dieser Signale ein Photon, ein Lichtteilchen, dann würde das Gehirn in gleißendem Licht erstrahlen.

Das Gehirn ist durch den Gehirnschädel (Stirnbein, Hinterhauptbein, Scheitelbein, Schläfenbein, Keilbein, und Siebbein) vor äußeren Krafteinwirkungen geschützt. Als Schädelkalotte werden einige Plattenknochen des Gehirnschädels zusammengefasst: Stirnbein, Scheitelbein, und Hinterhauptbein. Direkt wird das Gehirn, und das Rückenmark von einer schützenden Hülle, der Hirnhäute, umgeben. Das zentrale Nervensystem schwimmt im Liquor cerebrospinalis, im sogenannten Nervenwasser, und wird dadurch durch Stöße geschützt (die Flüssigkeit dämpft). Man unterscheidet drei Hirnhäute, die weiche Hirnhaut, die harte Hirnhaut, und die Spinnengewebshaut. Wird die Schädelkalotte entfernt, so ist die harte Hirnhaut zusehen. Unter der harten Hirnhaut befindet sich die Spinnengewebshaut, und darunter die weiche Hirnhaut, welche direkt auf dem Gehirn aufliegt.

Das Gehirn ist grob in einige Teile zu gliedern. Der größte Teil ist wohl das Großhirn, es ist (ähnlich wie das Kleinhirn) in zwei Hemisphären gegliedert. Weitere Teile sind: Zwischenhirn, Mittelhirn, Hinterhirn, und Nachhirn. Das Großhirn besitzt eine Rinde (eine 'Schicht' welche große Teile des Großhirns umgibt), eine sogenannte Großhirnrinde. In dieser Großhirnrinde sind weite Teile des Bewusstseins lokalisiert. Werden Informationen an die Großhirnrinde geschickt kann man vereinfacht davon ausgehen, dass der Mensch über diese Informationen informiert wird, beziehungsweise dem Mensch diese Informationen bewusst werden. Die Großhirnrinde ist in einige Bereiche zu gliedern, in sogenannte Gehirnlappen, wie Stirnlappen, Scheitellappen, Hinterhauptslappen, und Schläfenlappen, sowie den von Teilen des Stirn-, Scheitel-, und Schläfenlappen bedeckten Insellappen. Im Prinzip ist das Bewusstsein, das Denken, die Persönlichkeit und das Planen des Handelns eines Menschen also nichts weiter als elektrische, und biochemische Prozesse zwischen Neuronen in seinem Gehirn.

Wie ich oben schrieb, sitzt also das Gehirn in einem knöchernen Bunker, dem Hirnschädel. Nun in diesem Bunker ist es sehr dunkel. Damit das Bewusstsein aber trotzdem etwas von der Außenwelt wahrnimmt, ist es auf Sinnesorgane, wie das Auge angewiesen, die dem Gehirn mitteilen, was um es herum geschieht. Die Wahrnehmung der Außenwelt wird übrigens Exterozeption genannt.

Erstmal etwas allgemeines zur Exterozeption: Ein Sinnesorgan nimmt ein Reiz einer bestimmten Modalität auf, diese Information wird über Nervenbahnen an das zentrale Nervensystem, oder ein Teil des zentralen Nervensystems, wie z.B. das Gehirn, oder ein bestimmtes Areal des Gehirns, geschickt, Im ZNS wird die Information verarbeitet, also ausgewertet, und bewertet. Hält der Thalamus (ein Teil des Zwischenhirns) eine Information für wichtig, dann wird diese Information an die Großhirnrinde geschickt, und diese Information wird wahrgenommen.

Ein konkretes Beispiel: Reize der Modalität visuell (Licht) treffen auf Sinneszellen, welche diese Informationen aufnehmen und in einen Code verschlüsseln (Spannungsänderungen). Über die Sehbahn werden diese codierten Informationen an Hirnareale geschickt, welche diese Informationen durch Algorithmen verarbeiten können. Die verarbeiteten Informationen werden dann bewertet, und wenn es das Gehirn für wichtig hält, das Bewusstsein darüber in Kenntnis zu setzen, dann werden diese in an die Sehrinde (visueller Cortex) geschickt, wo das Licht wahrgenommen wird.

4sure 09.11.2012, 19:10

Allgemein zu Neuronen. Neuronen sind Zellen, welche sich auf Erregungsleitung spezialisiert haben. Ein Neuron besteht aus dem Perikaryon, dem Zellkörper des Neurons, und dem Axon.

Das Perikaryon ist pyramiden-, oder auch kugelförmig, und besitzt einen Durchmesser von 5-100 Mikrometer, welcher abhängig von der Ausdehnung der Zellausläufer ist. Das Perikaryon umgibt den Kern des Neurons, und übernimmt den größten Teil der Stoffwechselvorgänge und der Regeneration. Einige wichtige Bestandteile sind das endoplasmatische Retikulum zur Proteinsynthese (Nissl-Schollen sind Ansammlungen des endoplasmatischen Retikulums, und finden sich häufig im Perikaryon bis zum Axonhügel, und den ersten Verzweigungen der Dendriten), und die Mitochondrien zur Energiegewinnung, aber ich will nicht zu stark auf das Thema eingehen. Die Dendriten (Zellausläufer), und das Axon zweigen vom Perikaryon ab. Außerdem verschalten die Synapsen anderer Neuronen auf das Perikaryon, genauer auf die Dendriten, welche häufig zu dem Perikaryon zählen. Auch produziert das Perikaryon sogenannte Neurotransmitter welche einer der wichtigsten Bestandteile ist, zur Weiterleitung von Aktionspotentialen. Allgemein kann man das Perikaryon als Stoffwechselzentrum sehen.

Ein Neuron besitzt etwa 1-12 Dendriten, und bis zu den ersten Abzweigungen finden sich noch Nissl-Schollen. An die Dendriten verschalten die Nachbarneuronen, es liefert also den Ansatz für die antreffenden elektrischen Signale. Diese Signale werden übrigens im Perikaryon weiterverarbeitet, also durch das Perikaryon weitergeleitet, durch die sogenannte Membranpotentialänderung, aber dazu später.

Das Axonhügel ist die Ursprungsstelle, oder der Ansatz des Axons am Perikaryon. Dort entsteht das Aktionspotential.

Das Axon selber lässt sich grob in drei Teile gliedern. In das Initialsegment, also die Hülle, die Hauptstrecke, welche Abzweigungen, sogenannte Kollaterale aufweisen kann, und in die Endverzweigungen, die Telodendrien, durch welche das Neuron mit anderen Neuronen durch eine Vielzahl an Endknöpfchen (präsynaptischen Endigungen) in Verbindung stehen kann. Man unterscheidet myelinisierte, und nicht-myelinisierte Axone. Die myelinisierten Axone übertragen ein Aktionspotential schneller als die Nicht-myelinisierten.

Zu der Myelinscheide: myelinisierte Axone sind von Gliazellen umgeben, genauer von Schwanschen Zellen, welche das Axon der Länge nach umhüllen. Jede Schwansche Zelle umhüllt ~1mm des Axons. Diese Zellen produzieren Myelin (ein Gemisch aus Phospholipiden und Proteinen). Diese Myelinscheide sorgt für eine Isolation während der Weiterleitung des APs (Aktionspotentials). Getrennt werden diese Myelinscheiden durch den Ranvierschen Schnürring, einer kleinen Lücke zwischen Myelinscheiden, am Axon, welche alle 1-2 mm auftritt. Dieser Ranviersche Schnürring spielt eine wichtige Rolle bei der Übertragung des APs, durch das Axons. An myelinisierten Axonen springt das AP von Schnürring zu Schnürring, was als saltorische Erregungsleitung bezeichnet wird, während die Erregung bei nicht-myelinisierten Axonen auf ganzer Hauptstrecke depolarisieren muss (dazu später), was ~10 mal langsamer ist.

Die präsynaptischen Endigungen (Endknöpfchen) sind wie der Name schon sagt der präsynaptische Teil einer chemischen Synapse. Durch das Ankommen eines APs, kommt es zu einem Calcium Einstrom in die präsynaptische Endigung, wodurch es innerhalb weniger ms zur Ausschüttung von Neurotransmitter, welche sich in Vesikeln befinden, in den synaptischen Spalt kommt, wo sie spezifische Rezeptoren an der Membran der postsynaptischen Nervenzelle (an den Dendriten des Nachbarneurons) binden, dadurch kommt es zu einer Depolarisation am Dendrit des Nachbarneurons, und ein AP entsteht.

Es muss noch nicht alles verstanden werden. Manchmal muss man einige Absätze wiederholt lesen, und einige Absätze können auch jetzt noch nichtverstanden werden.

0
4sure 09.11.2012, 19:57
@4sure

Ein Neuron besitzt ein Membranpotential, das ist lediglich eine elektrische Spannung, die aufgrund von Ionen, welche sich an der Membran befinden, besteht. Jedes Neuron besitzt ein Ruhepotential (also die Spannung die normalerweise, wenn nichts passiert an der Membran existiert) von -70mV.

Auslösung eines Aktionspotentials

Initiationsphase: Wenn nun durch Einwirkung von Neurotransmitter das Membranpotential im Perikaryon auf das Schwellenpotential von ca. -50mV geändert (depolarisiert) wird (das Ändern des Membranpotentials in positive Richtung wird Depolarisieren genannt), werden sogenannte spannungsgesteuerte Natriumkanäle in der Membran lawinenartig geöffnet.

Overshoot: Dadurch kommt es zu einer starken Änderung des Membranpotentials auf bis zu +20mV - +30mV

Repolarisation: Am Maximum von +30mV folgt die Repolarisation Richtung Ruhepotential

Hyperpolarisation: In vielen Neuronen wird nach der Repolarisation auf -70mV kurzzeitig diese Spannung überschritten auf z.B. -90mV. Es dauert einige Zeit, bis das Neuron wieder auf das Ruhepotential von -70mV depolarisiert wird)

Die Dauer eines APs beträgt zwischen 1-2 ms in Neuronen. Während der Depolarisation (also der Initiationsphase, und des Overshoot) kann kein weiteres AP erzeugt werden. Während der Refraktärphase (Repolarisation, Hyperpolarisation, und Depolarisation auf Schwellenpotential) kann ein weiteres AP nur durch einen stark erhöhten Reiz entstehen.

Nun einmal ein Beispiel. Anhand dieses Beispiels sollte das Gröbste klar werden: Ein Neuron besitzt momentan ein Ruhepotential von -70mV. Nun löst ein Reiz eine Depolarisation auf – 60mV im Perikaryon aus... nichts passiert, denn das Schwellenpotential ist nicht überschritten worden. Erneut löst ein weiterer Reiz eine Depolarisation auf -50mV aus, das Schwellenpotential ist erreicht worden (Initiationsphase). Diese Membranpotentialänderung wird durch das Perikaryon zum Axonhügel weitergeleitet. Am Axonhügel werden nun lawinenartig zahlreiche Natriumkanäle geöffnet, was zu einem Overshoot führt, zur Änderung des Membranpotential auf +30mV. Dieses Signal jagt nun durch das Axon bis zu den präsynaptischen Endigungen, wo es zur Freisetzung von Neurotransmitter in den synaptischen Spalt kommt (die präsynaptischen Endigungen verschalten natürlich auf die Dendriten des nächsten Neurons). Diese Neurotransmitter verändern die räumliche Struktur der Membran der Dendriten des Nachbarneurons, wodurch es zu einer Wanderung von Ionen, und damit zu einer Depolarisation des Nachbarneurons kommt. Wenn die Depolarisation das Schwellenpotential erreicht, oder überschreitet kommt es zum Overshoot am Axonhügel, und damit zu einem erneuten AP.

Ich hoffe jetzt hast du grob die Weiterleitung eines AP in Neuronen verstanden. Natürlich kann man dies noch viel ausführlicher durchkauen, aber das dauert dann nicht Stunden, sondern Tage – Wochen intensives Lernen. Lese dir jetzt am besten nochmal die ersten Texte durch, dann ist einiges vielleicht klarer.

0
4sure 09.11.2012, 20:54
@4sure

Der Prozess des Sehens liefert gut 80% der Informationen über die Außenwelt, und beschäftigt ¼ – 1/3 des Gehirns. Es werden bis zu 10 Millionen Farbtöne unterschieden, und selbst ein Photon, die kleinste Lichteinheit genügt, um im Auge eine Reaktion auszulösen.

Licht (Photonen) durchdringen die durchsichtige, und durch Tränenflüssigkeit befeuchtete Hornhaut des Auges, dann die vordere Augenkammer, dann gelangt das Licht durch ein kleines Loch in der Regenbogenhaut, welches sich perfekt den Lichtverhältnissen anpasst, und auch als Pupille bezeichnet wird, durch die Linse, wo das Licht gebrochen wird, in den Glaskörper des Auges. Dann trifft das Licht mit ~300 000 km/s auf die Netzhaut, wo sich sogenannte Fotorezeptoren befinden. Man unterscheidet zwei Arten der Fotorezeptoren:

Stäbchen: Die Stäbchen sind sehr empfindliche Fotorezeptoren, die das Dunkelsehen ermöglichen. Bereits ein Photon kann schon eine Membranpotentialänderung von ~1mV bewirken.

Zapfen : Die Zapfen sind Fotorezeptoren, die das Farbsehen ermöglichen. Man unterscheidet L-, M-, und S-Zapfen, welche der Reihe nach: die Farben rot, grün, und blau registrieren. Aus diesen Farben werden dann alle anderen 'gemischt'.

Die Fotorezeptoren registrieren Licht (wie genau ist relativ kompliziert), und da sie über Synapsen mit bipolaren Neuronen (Neuronen, welche ein Dendrit, und eine Synapse haben, ideal zur Informationsweiterleitung) verbunden sind, können sie die Informationen, über Farbe, und Helligkeit von Licht direkt über die Sehbahn in das Sehzentrum (größtenteils im Hinterhauptslappen) schicken, wo diese verarbeitet werden. Allerdings ist die Verteilung der Fotorezeptoren nicht homogen, d.h. es existieren einigen Stellen im Auge auf welchen sich mehr Fotorezeptoren befinden als an anderen Stellen auf der Netzhaut, was heißt, dass du in deinem Sichtfeld eine Stelle hast, die du schärfer wahrnimmst als alles andere in deinem Sichtfeld, und an dem Punkt, an dem der Sehnerv das Auge verlässt, existieren gar keine Fotorezeptoren. Ja, wir haben ein Loch in unserem Sichtfeld, aber das Gehirn überdeckt dieses Loch mit dem, was du vorher an dieser Stelle noch sehen konntest. Nehme doch mal ein weißes, oder kariertes Papier her, und zeichne in die Mitte ein Pluszeichen. Dann, ~drei Zentimeter weiter rechts male einen kleinen Punkt. Nun halte dein linkes Auge zu, und konzentriere dich mit dem rechten Auge nur auf das Pluszeichen. Gehe nun sehr nah an das Blatt, und dann wieder weiter weg. Wenn du es richtig machst, müsste der Punkt irgendwann verschwinden. Es gibt aber auch eine Stelle auf der Netzhaut, auf dem sich sehr viele Fotorezeptoren (hauptsächlich Zapfen 20 Zapfen : 1 Stäbchen) konzentrieren. Diese Stelle wird gelber Fleck genannt. Es ist der Punkt in deinem Sichtfeld, den du am schärfsten wahrnimmst. Bitte doch mal eine Person, dich dir gegenüber hinzustellen, und dir erst in das eine, dann in das andere Auge zu sehen, und du wirst bemerken, wie sich die Augen deines Gegenüber hin und her bewegen. Zuerst fixiert dein Gegenüber mit dem gelben Fleck dein linkes, dann dein rechtes Auge. Dafür sind die Augenmuskeln welche an der Lederhaut ansetzen da. Sie bewegen die Augen so, dass das Licht, welches du am genausten beobachten willst (beispielsweise erst das Gesicht, dann die Hände, dann die Füße eines Menschen) genau auf den gelben Fleck fällt, ohne dass du den ganzen Kopf bewegen musst. Der gelbe Fleck hat ein Durchmesser von ~5mm, und einer Dichte von 140 000 Zapfen/mm². Die absolut schärfste Wahrnehmung ermöglicht die Fovea centralis, oder auch Sehgrube, eine Stelle im Zentrum des gelben Flecks, in der sich überwiegend L-, und M-Zapfen, kaum noch S-Zapfen befinden. Im innersten Bereich der Fovea centralis befinden sich nur noch M-, und L-Zapfen, da diese schmaler als die S-Zapfen sind, und sich deshalb mehr Zapfen auf diesem Punkt konzentriere lassen. Jeder Fotorezeptor, welcher sich in der Fovea centralis befindet, ist 1:1 verschaltet.

Aber wieso gibt es diesen gelben Fleck, und wieso sieht man nicht das gesamte Sichtfeld in 'voller Auflösung'? Die Antwort ist simpel. Wie oben beschrieben, ist ¼ – 1/3 des Gehirns mit Sehen beschäftigt. Damit man das gesamte Sichtfeld so scharf wahrgenommen wird, wie am gelben Fleck, müsste das Gehirn 10-100 mal größer sein.

0
4sure 09.11.2012, 21:11
@4sure

Da du auch wissen wolltest, was im Gehirn passiert, wenn wir Dinge wahrnehmen, und ich neulich erst eine Antwort zu einer ähnlichen Frage geschrieben habe, bediene ich mich mal dieser Antwort, und passe sie etwas an. Ich hoffe das dich das auch interessiert.

Mike May war drei Jahre alt als er erblindete. Dies hinderte ihn allerdings nicht daran, der beste sehbehinderte Ski-Abfahrtsläufer der Welt zu werden, ein Unternehmen zu führen, und eine Familie zu gründen. 43 Jahre nach seinem Unfall wurde ihm durch eine Operation sein Augenlicht wieder verschafft. Bis zu diesem Zeitpunkt hatte Mike keine Ahnung, wie die Farbe grün, rot, oder blau aussieht, genauso wenig wie du dir eine weitere Farbe vorstellen kannst, außer denen, die du schon gesehen hast (es ging um die Frage, wieso man sich keine neue Farbe ausdenken kann). Als er zum ersten mal seine Augenbinden nach der Operation abnahm, sah er immer noch nicht. Obwohl seine Augen perfekt funktionierten, nahm er nur Farben, Formen und Lichter wahr. Sein Gehirn wurde einfach überflutet mit Reizen aus dem Auge, und sein Gehirn hatte keine Ahnung, was es mit den Reizen anfangen soll. Wenn ich sage: 'Ist Frau Merkel Bundeskanzlerin?', und ich klatsche danach zweimal in die Hände, und dann frage ich: 'Ist Herr Rösler Vizekanzler?', und ich klatsche abermals zweimal in die Hände, dann sage ich allerdings: 'Ist Bayern ein Kontinent?“, und ich klatsche einmal in die Hände, dann lernst du vielleicht schon die Informationen zu interpretieren. Zweimal klatschen ja, einmal, nein. So ähnlich verhält es sich auch mit dem Gehirn, es muss erst lernen, all die Millionen Aktionspotentiale, und die Abstände dazwischen zu interpretieren. Irgendwann lernt es, dass Objekte, welche weiter entfernt sind kleiner erscheinen, Linien eines Ganges welche sich auf einen Punkt zuspitzen räumliche Tiefe vermitteln... . Man sieht mit dem Gehirn nicht mit dem Auge.

Aus dieser Geschichte folgen einige Fragen, welche ich später noch bespreche. Vor allem aber kann man lernen, dass man Dinge, die man noch nie wahrgenommen hat, sich nicht vorstellen kann. Blicke mal geradeaus in eine Richtung, und versuche dann wahrzunehmen, was hinter deinem Blickfeld passiert. Es wird dir nicht gelingen, du hast noch nie ein unbegrenztes Blickfeld gehabt, deshalb hast du keine Ahnung, wie es wäre in alle Richtungen gleichzeitig zu sehen.

Nun stellt sich die Frage: Könnte man ein Auge durch eine Kamera ersetzen. Eine Kamera nimmt Bilder auf, übersetzt diese in elektrische Signale, und sendet diese über Nerven an das Gehirn. Die Antwort ist beeindruckend Ja...

Erik Weihenmayer ist im Alter von 13 Jahren erblindet, und trotzdem kann er sehen. Und das nicht mit seinen Augen, sondern mit einer Kamera und einem Blättchen auf seiner Zunge, einem Netz von 600 Elektroden, welche nach einem gewissen Muster vibrieren. Eine Kamera an seinem Kopf nimmt Bilder auf, und je nach dem wie die Bilder aussehen, vibriert, das Blättchen in seinem Mund anders. Die Information werden über die Nerven in der Zunge an das Gehirn weitergegeben, welches gelernt hat, die Vibrationen zu interpretieren. Ein Auge wird natürlich nicht ersetzt, allerdings ist er in der Lage Umrisse, Größen und Entfernungen wahrzunehmen. Diese Art der Wahrnehmung können wir uns nicht vorstellen, da wir die Welt noch nie so wahrgenommen haben. Man nimmt mit dem Gehirn wahr, nicht mit den Sinnesorganen, diese liefern nur die Informationen, das können aber auch Maschinen übernehmen. Die Zunge ist zwar ein Geschmacksorgan, aber auch eine hervorragende Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine. Generell ist es dem Gehirn egal woher die Informationen über die Außenwelt kommen, ob nun vom Auge, von der Zunge, oder von sonst woher, Hauptsache ist, die Informationen kommen an.

http://www.welt.de/gesundheit/article3997223/Neues-Geraet-laesst-Blinde-ueber-die-Zunge-sehen.html

Da man mit dem Gehirn wahrnimmt, ist alles was du siehst, selbst der Computer vor dir nicht real. Er existiert nur in deinem Kopf. Alles was du wahrnimmst ist nichts weiter als Millionen hin und her schießende elektrische Signale. NATÜRLICH so in etwa wie du die Welt siehst ist sie auch, aber du nimmst nur einen geringen Bruchteil von dem wahr, was sich Realität nennt. Auch muss nicht alles was du wahrnimmst real sein (Halluzinationen).

So, das war eine kleine Einführung. Wenn du dich ernsthaft mit Neurologie beschäftigen willst, solltest du dir einige Fachbücher dazu kaufen. Ich hoffe ich habe relativ verständlich, und auch etwas interessant erklärt ;) ,

Viele Grüße 4sure

0

Was möchtest Du wissen?