Biologische Psychologie

Kapitelübersicht


Kapitel 1

Neurone und Gliazellen


Zusammenfassung

Das Gehirn besteht im Wesentlichen aus zwei Zelltypen: Nervenzellen (diese werden auch als Neurone bezeichnet) und Gliazellen. Neurone können extrem unterschiedlich aussehen, besitzen aber trotzdem fast immer die gleichen Grundkomponenten: Soma, Dendrit, Axon und Synapse. Das Soma ist der Zellkörper eines Neurons und beherbergt das Genom sowie viele Organellen, die den Stoffwechsel der Zelle gewährleisten. Mit den Dendri­ten nehmen Nervenzellen Informationen von anderen Neuronen auf. Neu­rone haben in der Regel viele Dendriten. Die dabei entstehende Erregung wandert den Dendriten bis zum Soma entlang, wobei die Erregung mit der Länge der Strecke an Stärke verliert. Dendriten besitzen häufig kleine Dornen, auf denen Synapsen von anderen Neuronen sitzen. Dornen können innerhalb weniger Minuten ihre Form verändern und dadurch die Effizienz des synaptischen Kontaktes verändern. Dies ist ein wichtiger Baustein der neuralen Grundlage des Lernens und der Gedächtnisbildung.

Ein Neuron besitzt nur ein Axon. Wenn die Nervenzelle überschwellig erregt wird, entsteht eine abrupte Spannungsänderung, die als Aktionspotenzial das Axon mit großer Geschwindigkeit entlang läuft. Die Geschwindigkeit der Weiterleitung hängt davon ab, wie dick das Axon ist und ob es myelinisiert ist. Das Aktionspotenzial wird nicht kleiner, egal wie lang das Axon ist. Axone teilen sich im Zielgebiet in Hunderte oder Tausende von Terminalien, an deren Ende sich Synapsen befinden.

Eine Synapse ist eine Kontaktstelle zwischen zwei Neuronen. Die Präsynapse wird vom Axon gebildet und enthält zumeist Vesikel mit Neurotransmittern, die sich beim Eintreffen eines Aktionspotenzials in den synaptischen Spalt entleeren und zur Postsynapse diffundieren. Wenn die Transmittermoleküle dort an die Re­zeptoren binden, kommt es zu einer Spannungsänderung auf der Seite der Postsynapse. Dadurch kann der Impuls von einem Neuron an das nächste weitergegeben werden.

Die meisten Zellen unseres Gehirns sind nicht Neurone, sondern Gliazellen. Es gibt verschiedene Typen von Gliazellen (Mikroglia, Astroglia, Oligodendroglia, Schwann’sche Zellen), die sehr unterschiedliche Aufgaben übernehmen. Zu den wichtigsten Aufgaben gehört die Immunabwehr des Gehirns, die Ernährung und biochemische Abschirmung von Neuronen sowie das Bilden von Myelinhüllen um schnellleitende Axone.


PDF-Kapitelübersicht 1

 

 



Kapitel 2

Die Funktionsmechanismen von Nervenzellen


Zusammenfassung

Neurone sind von einer Zellmembran umhüllt. Große Proteine können diese Membran nicht durchdringen. Da sich innerhalb der Zelle viele negativ geladene Proteine befinden, sind Neurone im Vergleich zum Extrazellulärraum negativ geladen. Die Zellmembran ist aber nicht prinzipiell undurchdringlich, sondern verfügt über Kanäle, die bestimmte Ionen in die Zelle ein- oder aus der Zelle austreten lassen. Ionen sind Atome, die durch Elektronenmangel oder Elektronenüberschuss eine positive oder negative Ladung aufweisen. Die für Nervenzellen wichtigsten Ionen sind Natrium (Na+), Chlorid (Cl–) und Kalium (K+). Die negative Ladung innerhalb des Neurons erzeugt eine elektrostatische Kraft, die Na+ und K+ in die Zelle reinzieht und Cl– aus der Zelle rausdrückt. Während Na+ und Cl– außerhalb der Zelle viel häufiger vorkommen als innerhalb, ist es für K+ genau umgekehrt. Dieser Konzentrationsunterschied erzeugt für Na+ und Cl– einen Druck in Richtung des Zellinneren, während der Druck für K+ aus der Zelle heraus weist. Aus dem fragilen Gleichgewicht von elektro¬statischen Kräften und Konzentrationsunterschieden entsteht das Membranpotenzial von Neuronen, dass häufig ca. –68 mV beträgt.

Wird eine Nervenzelle z. B. durch den Impuls eines anderen Neurons erregt, fließen lokal positiv geladene Ionen in die Zelle. Dadurch wird das Neuron depolarisiert (es wird weniger negativ). Übersteigt diese Erregung im Bereich des Axonhügels einen Schwellenwert, öffnen sich für ca. 1 ms die spannungsabhängige Na+-Kanäle. Durch den Einstrom dieser positiv geladenen Ionen dreht sich das Membranpotenzials im Bereich des Axonhügels um und weist positive Werte im Intrazellulärraum auf. Dies ist der Beginn eines Aktionspotenzials. Durch diese Positivierung des Membranpotenzials öffnen sich die spannungsabhängigen Kalium K+-Kanäle, sodass diese positiven Ionen aus der Zelle rausfließen. Dadurch wird das Membranpotenzial wieder negativ und der alte Zustand ist wieder hergestellt. Diese Kaskade aus Öffnen und Schließen von Na+- und K+-Kanälen ist das Aktionspotenzial. Es läuft wie eine Lawine das Axon entlang bis zu den Terminalien.

Manche Axone sind myelinisiert. Dadurch wird das Ein- und Ausfließen von Ionen verhindert. In Abständen von 0,2 bis 2 mm sind die Axone aber nackt, d. h. sie sind nicht von einer Myelinscheide umgeben. Diese Stellen nennt man Ranvier’sche Schnürringe und Axone besitzen an diesen Abschnitten besonders viele spannungsabhängige Ionenkanäle. Dadurch springt das Aktionspotenzial von Schnürring zu Schnürring und wird dadurch erheblich schneller.


PDF-Kapitelübersicht 2

 

 



Kapitel 3

Synapsen und Neurotransmitter


Zusammenfassung

Synapsen sind Kontaktstellen zwischen dem Axon auf der präsynaptischen Seite und einem Neuron, einem Muskel oder einer Drüse auf der postsynaptischen Seite. Wird die Präsynapse depolarisiert, fusionieren die Vesikel der Präsynapse mit der Außenmembran und die Neurotransmitter-Moleküle ergießen sich in den synaptischen Spalt. Auf der Postsynapse binden sie an ionotrope oder metabotrope Rezeptoren. Die Aktivierung eines ionotropen Rezeptors öffnet einen Ionenkanal, sodass die postsynaptische Membran depolarisiert (EPSP) oder hyperpolarisiert (IPSP) wird. Wird ein metabotroper Rezeptor aktiviert, werden sehr viel mehr Ionenkanäle geöffnet und es kann zusätzlich noch zu plastischen Veränderungen der postynaptischen Nervenzelle kommen. Durch die kombinierte Aktivität vieler Neurone oder die schnelle Impulsfolge eines Neurons können sich postsynaptisch EPSP oder IPSP summieren. EPSP, die sich aufsummieren, können überschwellig werden und beim postsynaptischen Neuron die Auslösung eines Aktionspotenzials bewirken.

Aminosäuren, Amine und Peptide bilden die drei Hauptgruppen der zurzeit bekannten Transmitter. Je nach Zählweise gibt es ins­gesamt zwischen 50 und 100 Transmitter, deren Wirkmechanismen zum Teil sehr gut erforscht sind. Diese Zahl steigt stetig.

Praktisch jeder dieser Transmitter besitzt unterschiedlichste Rezeptoren mit verschiedenen Wirkmechanismen. Diese babylonische Vielfalt ermöglicht es, auf kleinstem Raum verschiedenste synaptische Verarbeitungsprozesse nebeneinander unterzubringen, ohne dass sie miteinander interferieren. Die Wirkung von Neurotransmittern ist nur zum Teil immer exzitatorisch oder inhibitorisch. Vor allem Katecholamine, aber auch die meisten Peptide, modulieren das postsynaptische Neuron. Das heißt, die Wirkung der Transmitterbindung hängt vom aktuellen Erregungszustand der Zelle ab.

Ein Teil der Synapsen schüttet nicht einen, sondern zwei oder drei Transmitter aus. Dieses Ko-Lokalisationsprinzip wurde zuerst bei Peptiden entdeckt, aber es gibt mittlerweile auch Nachweise für die Ko-Lokalisation von Aminosäuretransmittern und Katecholaminen. Die Ausschüttung eines Cocktails macht es möglich, unterschiedlichste Rezeptoren gleichzeitig zu stimulieren und da­durch eine noch komplexere Wirkung auf das nachgeschaltete Neuron zu bewirken.


PDF-Kapitelübersicht 3

 

 



Kapitel 4

Neuroanatomie


Zusammenfassung

Das Gehirn des Menschen ist von insgesamt drei Hirnhäuten umgeben, von denen die mittlere Liquor enthält, in dem unser Gehirn und Rückenmark quasi schwimmen. Dadurch erhält das Gehirn Auftrieb und ist gegen Stöße geschützt. Das Gehirn besteht aus einer Reihe von Kompartimenten: Der größte Teil unseres Gehirns wird vom Prosencephalon (Vorderhirn) eingenommen, welches weiter in Telencephalon und Diencephalon unterteilt werden kann. Unsere kognitiven Leistungen sind vor allem vom Cortex abhängig, welches der größte Teil des Telencephalons ist. Unter dem Prosencephalon liegt der Hirnstamm, der aus Mesencephalon und Rhombencephalon besteht. Die Kontrolle aller vegetativer Funktionen sowie vieler weiterer überlebenswichtiger Prozesse passiert im Hirnstamm. Die größte Struktur des Hirnstamms ist das Cerebellum, welches ca. 50 % aller Neurone unseres Gehirns birgt. Ohne das Cerebellum sind wir nicht in der Lage schnelle, flüssige Bewegungen durchzuführen oder sie zu erlernen.


PDF-Kapitelübersicht 4

 

 



Kapitel 5

Die Organisation der Sinne


Zusammenfassung

Jeder unserer Sinne versorgt uns mit einer anderen Art von sensorischer Information. Trotzdem ähneln sich die neuralen Verarbeitungsmechanismen unserer Wahrnehmungen. Alle sensorischen Systeme werden im Cortex als topografische Karten repräsentiert. Dies gilt sogar für die chemischen Sinne (wie z. B. Geruch), bei denen das Aktivierungsmuster der auf bestimmte Duftstoffe spezialisierten Glomeruli als Karte dargestellt wird. Diese Karten sind fast immer verzerrt und vergrößern diejenigen Bereiche, die für unsere Wahrnehmung besonders wichtig sind. Jedes sensorische System besitzt (mindestens) ein primäres corticales Areal. Von hier aus kommt es zu Kaskaden von weiteren Verarbeitungsschritten, mit denen die Information immer tiefer verarbeitet und schließlich mit anderen Sinnessystemen verbunden wird. Daher hat jedes sensorische System sehr viele corticale Landkarten, die sich bzgl. ihrer Verarbeitung unterscheiden. Bis auf den Geruchssinn müssen alle Wahrnehmungen durch das Nadelöhr des Thalamus, bis sie den Cortex erreichen. Die thalamische Umschaltung steht maßgeblich unter corticaler Kontrolle. Somit passieren hauptsächlich die im jeweiligen Fokus der Aufmerksamkeit befindlichen Informationen diesen Flaschenhals und bestimmen die kognitiven Inhalte, die sich momentan gerade im Cortex abspielen.


PDF-Kapitelübersicht 5

 

 



Kapitel 6

Die Ordnung des Denkens


Zusammenfassung

Informationsverarbeitung im Gehirn spielt sich auf mindestens zwei Ebenen ab. Die erste ist die der Hirnareale. Diese sind auf bestimmte Aufgaben spezialisiert und werden beim Bearbeiten entsprechender Anforderungen aktiv. In diesem Kapitel haben wir dies die Makroebene genannt. Die zweite Ebene ist die Mikroebene der Ensembles. Das sind Gruppen gemeinsam aktiver Nervenzellen, die häufig hochfrequent und synchron gemeinsam feuern. Sie repräsentieren einen bestimmten Prozess, einen Gedanken oder eine gerade aktive Erinnerung. Ensembles sind häufig über viele Areale verstreut. Sie stehen in ständiger Konkurrenz zu anderen Ensembles. Die dopaminerge Freisetzung im Cortex kann ihre Lebensdauer entscheidend beeinflussen. Dopamin ist auch in der Lage, die Güte der eigenen Voraussagen zurückzumelden und somit Neurone einem ununterbrochenen Lernprozess zu unterwerfen, der ihre Eigenschaften verändert. Elektrophysiologische Forschungsverfahren repräsentieren Möglichkeiten, diese Mechanismen wissenschaftlich zu untersuchen.


PDF-Kapitelübersicht 6

 

 



Kapitel 7

Gedächtnissysteme: Arbeitsgedächtnis und deklaratives Gedächtnis


Zusammenfassung

Es gibt nicht ein einziges Gedächtnis, sondern mehrere Gedächtnistypen mit unterschiedlichen Eigenschaften und Speicherorten. Eine kurzzeitige Gedächtnisform, die durch die temporär erhöhte Aktivität eines Ensembles präfrontaler Neurone entsteht, ist das Arbeitsgedächtnis. Um längerfristige Erinnerungen zu schaffen, müssen die synaptischen Kontakte zwischen Neuronen verstärkt werden, wobei NMDA-Rezeptoren eine wichtige Rolle spielen. Dadurch entstehen Langzeitgedächtnisinhalte. Das Langzeitgedächtnis kann in deklarative (verbalisierbare) und nicht deklarative (nicht verbalisierbar) Komponenten aufgeteilt werden. Das deklarative Gedächtnis speichert biografische Ereignisse (episodisches Gedächtnis) und Wissen (semantisches Gedächtnis). Das Lernen deklarativer Gedächtnisinhalte ist auf den Hippocampus angewiesen. Eine schnelle Einspeicherung des neuen Wissens im Hippocampus wird langsam auf den Cortex übertragen und dort konsolidiert. Hierbei spielt die Schlafphase eine entscheidende Rolle.


PDF-Kapitelübersicht 7

 

 



Kapitel 8

Gedächtnissysteme: Nicht deklaratives Gedächtnis


Zusammenfassung

Es gibt unterschiedliche nicht deklarative (also implizite) Gedächtnisprozesse. Jedes dieser Gedächtnisse hat im Gehirn unterscheidbare Speicherorte. Das prozedurale Gedächtnis speichert die Kette gelernter Reiz-Reaktions-Abläufe, die unsere Verhaltensroutinen oder unsere eingeübten Denkabläufe repräsentieren. Prozedurale Gedächtnisinhalte können ohne Bewusstseinsbeteiligung ablaufen und sind zum Teil schwer verbalisierbar. Ihr primärer Speicherort sind die Basalganglien. Immer dann, wenn wir etwas richtig getan haben, stabilisieren die Rückmeldungen des dopaminergen Systems die gerade aktiven Neurone der Basalganglien. Damit entstehen Schaltkreise innerhalb der Basalganglien, die indirekt auf den Cortex zurück projizieren und die Auswahl genau dieser Handlungsroutinen bewirken. Perzeptuelle Bahnung entsteht durch wiederholte Darbietung eines Objektes. Dadurch verstärken sich die aktivierten Synapsen in den sensorischen Assoziationsarealen des Cortexes, die an der Verarbeitung dieses Objektes partizipieren. Als Folge können wir dieses Objekt schneller erkennen und müheloser Verarbeiten. Konzeptuelle Bahnung entsteht durch Aktivierung einer Objektkategorie (z. B. „Tier“). Als Folge denken wir direkt nach dieser Aktivierung eher an einzelne Tiere als an andere Objekte. Konzeptuelle Bahnung entsteht durch Mechanismen des präfrontalen Cortex sowie der Zugangsstrukturen zum Hippocampus. Das Gedächtnis für die klassische Konditionierung entsteht in den Überlappungszonen des CS und des UCS. Bei der Lidschlagkonditionierung ist z. B. das Kleinhirn die entscheidende Region. Bei anderen Konditionierungen können andere Areale unseres Gehirns eine wichtige Rolle spielen.


PDF-Kapitelübersicht 8

 

 



Kapitel 9

Emotionen


Zusammenfassung

Die emotionsverarbeitenden Komponenten unseres Gehirns bereiten uns auf eine schnelle und situationsadäquate Reaktion vor, in dem sie sehr schnell relevante Reizkomponenten identifizieren, eine angeborene Reaktion vorbereiten, parallel hierzu die Aufmerksamkeit corticaler Areale auf die identifizierten Stimuli len­ken, die geplante Handlung in den Kontext einbetten und schließlich dafür sorgen, dass die mit Emotionen einhergehenden Momente im Gedächtnis gespeichert werden. Die Gruppe von Hirnstrukturen, die dies leistet, nennen wir das limbische System. Eine zentrale Komponente des limbischen Systems ist die Amygdala. Ihre Rolle ist vor allem in Zusammenhang mit Aggression und Furcht untersucht worden, aber es ist wahrscheinlich oder zumindest denkbar, dass sie auch Beiträge zu weiteren Emotionen leistet. Die Untersuchungen zu Aggression belegen, dass die Amygdala und der Hypothalamus über einen Schaltplan verfügen, der es nahezu unmöglich macht, dass einzelne angeborene Reaktionsmuster wie z. B. Beutefang und Kampf zeitgleich auftreten. Dadurch aktiviert der Organismus entweder die eine oder die andere Handlungsoption. Die Untersuchungen zur Furcht konnten noch wesentlich mehr Details klären und belegen, dass emotionale Reize sehr schnell, aber nur in grober Auflösung die Amygdala aktivieren und somit erste unbewusste Reaktionsmuster auslösen. Läsionen der Amygdala führen nicht zwangsläufig zur Unfähigkeit, emotionale Stimuli zu erkennen. Vielmehr geht die Fähigkeit verloren, die Aufmerksamkeit auf emotional wichtige Teilkomponenten zu lenken. Zudem ist die Amygdala wichtig, um die emotionalen Teilkomponenten einer Reizfolge abzuspeichern.


PDF-Kapitelübersicht 9

 

 



Kapitel 10

Sucht


Zusammenfassung

Sucht hängt von der Aktivität der dopaminergen mesolimbischen Bahn vom VTA (ventralen tegmentalen Areal) zum Nucleus accumbens ab. Diese Projektion ist der wichtigste Teil des Belohnungssystems unseres Gehirns. Wird bei intrakraniellen elektrischen Selbststimulationen (IESS) diese Bahn elektrisch gereizt, entsteht ein Lustgefühl. Im Tierexperiment kann man zeigen, dass Ratten bereit sind, Tausende Male die mesolimbische Bahn zu aktivieren. Das Inhalieren von Nikotin beim Rauchen aktiviert die dopaminergen Neurone des VTA. Entwickelt sich Rauchen zur Gewohnheit, verstärken sich die aus dem Cortex stammenden glutamatergen Synapsen auf den VTA-Neuronen und das Rauchen wird als noch belohnender erlebt. Mit der Etablierung einer Gewöhnung an den Drogenkonsum entsteht aber auch eine antagonistische Reaktion, die den größten Teil des Lustgewinns dämpft. Um die ursprüngliche Lust zu verspüren, muss die Dosis gesteigert werden. Parallel entwickeln sich neurale Netzwerke, die viele Situationen, die mit Drogenkonsum assoziiert sind, verstärken. Weite Teile des eigenen Lebens sind nun mit Hinweisreizen auf den Gebrauch der Droge gespickt. Abstinenz erzeugt starke Stressreaktionen und ist mit Lustlosigkeit, Gereiztheit und übersteigerten Angstreaktionen assoziiert.


PDF-Kapitelübersicht 10

 



Kapitel 11

Hunger und Durst


Zusammenfassung

Die Nahrung, die wir zu uns nehmen, wird in einem Kurzzeit- und einem Langzeitspeicher gespeichert. Der Kurzzeitspeicher kann Kohlenhydrate in der Leber und den Muskeln speichern. Im Langzeitspeicher werden Triglyceride in den Fettzellen gespeichert. Wenn die Fettzellen gut gefüllt sind, produzieren sie das Hormon Leptin, das als Sättigungssignal dient. Wenn der Leptinspiegel sinkt, bekommen wir Hunger. Dann werden hypothalamische Kerne aktiviert, die uns zur Nahrungssuche veranlassen. Ferner wird der Energieverbrauch des Körpers gedrosselt. Bekommen wir danach etwas zu essen, erhöhen wir unseren Energieverbrauch. Die Dehnung des Magens und eine Vielzahl weiterer Sättigungsfaktoren führen dann dazu, dass wir die Mahlzeit beenden.

Es gibt zwei Arten von Durst, osmometrischen und volumetrischen. Osmometrischer Durst entsteht durch einen Flüssigkeitsverlust des interstiziellen Wasserspeichers oder eine Zunahme von Ionen in diesem Speicher. Dies wird von zwei circumventriculären Organen detektiert, dem OVLT (Organum vasculosum der Lamina terminalis) und dem Subfornikalorgan. Beide veranlassen indirekt die Freisetzung von Vasopressin aus der Hypophyse. Vasopressin verändert die Filtereigenschaften der Niere und bewirkt die Erzeugung von konzentrierterem Urin, sodass Wasser gespart wird. Gleichzeitig aktivieren OVLT und Subfornikalorgan indirekt Orexinzellen im lateralen Hypothalamus, die eine Suche nach Trinkbarem initiieren. Volumetrischer Durst entsteht durch Blutverlust. Dies führt zu einer Aktivierung von Druckrezeptoren in den Vorhöfen des Herzen und somit zu einer Erregung der Zellen des Nucleus solitarius. Blutverlust hat auch die Freisetzung des Hormons Renin aus der Niere zur Folge, die nach einem Zwischenschritt in Angiotensin II umgewandelt wird, welches das Subfornikalorgan aktiviert. Sowohl die Aktivierung des Nucleus solitarius, als auch die des Subfornikalorgans haben die gleichen Folgen wie der osmometrische Durst.


PDF-Kapitelübersicht 11

 



Kapitel 12

Geschlecht


Zusammenfassung

Frauen und Männer unterscheiden sich zum Teil genetisch, biologisch und kognitiv. Auf der genetischen Ebene ist der wichtigste Unterschied die Präsenz des SRY-Gens auf dem Y-Chromosom. Seine Aktivierung zieht eine Kaskade von Prozessen nach sich, die den Embryo in eine männliche Version umwandeln. Ohne das SRY-Gen entwickelt sich ein weiblicher Embryo. Allerdings kann auch nach Aktivierung des SRY-Gens noch eine Vielzahl von Problemen auftauchen, die zu einer Diskrepanz zwischen dem genetischen und dem biologischen Geschlecht führen. Ein Beispiel ist die Androgenresistenz, bei der sich zwar durch die Wirkung des SRY-Gens Hoden bilden, die von den Hoden erzeugten Androgene aber keine vermännlichende Wirkung entfalten können, da die Androgenrezeptoren nicht funktionsfähig sind. Dadurch entsteht eine Diskrepanz zwischen einem männlichen Genom und einem typisch weiblichen äußeren Erscheinungsbild. Männer und Frauen unterscheiden sich in mehreren neuroanatomischen Merkmalen. Männer haben ein größeres Gehirn mit mehr corticalen Neuronen, während Frauen eine höhere Konnektivität innerhalb ihres Cortexes aufweisen. Wie und ob diese neuroanatomischen Sexualdimorphismen mit kognitiven Geschlechtsunterschieden in Zusammenhang stehen ist noch nicht geklärt. Diese kognitiven Differenzen sind kleiner als häufig angenommen und betreffen vor allem räumliche Aufgaben (mit einem Vorteil der Männer) und sprachliche Aufgaben (mit einem Vorteil der Frauen). Veränderungen von Sexualhormonen während des Monatszyklus oder im Rahmen einer Geschlechtsangleichung führen zu Veränderungen der kognitiven Geschlechtsunterschiede. Zudem zeigen Studien an Affen, dass die menschlichen Unterschiede des Denkens und Handelns zum Teil auch bei anderen Primaten gefunden werden können. Dies macht es sehr wahrscheinlich, dass die kognitiven Geschlechtsunterschiede des Menschen sowohl eine kulturelle als auch eine biologische Grundlage haben.


PDF-Kapitelübersicht 12

 



 

Ihr Suchergebnis leitet Sie auf die Website www.testzentrale.de.