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Kapitel 1 Kapitel 1 Document Transcript

  • Neurowissenschaften Ein grundlegendes Lehrbuch für Biologie, Medizin und Psychologie1. Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft der Neurowissenschaften1970 : Gründung der Fachgesellschaft der Neurowissenschaften ,,Society for Neuroscience"A) Die Urspünge der Neurowissenschaften- Vorstellungen vom Gehirn in der grichischen Antike- eindeutiger Zusammenhang zwischen Struktur(Aussehen) und Funktion- 4. Jahrhundert vor Christus: Das Gehirn ist das Organ der Sinneswahrnehmung- Hippocrates der Begründer der Medizin des Westens-> das Gehirn war ihm nach ebenfalls der Sitz des Verstandes- Aristoteles: seiner Meinung nach ist das Herz der Sitz des Verstandes-> Das Gehirn war ein Ventilator der die Funktion hat das Blut abzukühlen, welches durch das Herzüberhitzt wurde. Dadurch wurde dann auch die rationale Veranlagung des Menschen erklärt- Vorstellung vom Gehirn im Römischen Reich- griechische Arzt und Schriftsteller Galen ( etwa 130-200 n.Chr)-> er versuchte anhand von Sektionen an Tieren (vor allem Schafe) die Funtionen von Großhirn(Cerebrum) und Kleinhirn (Cerebellum) abzuleiten-> Großhirn als Empfänger der Sinneswahrnehmungen und Kleinhirn muss die Muskeln befehligen- Er fand heraus dass zur Ausbildung von Errinnerungen Sinneswahrnehmungen in das Gehirneingeprägt werden müssen- Realität: Das Großhirn befasst sich mit Sinneswahrnehmungen und Empfindungen und ist derErrinnerungsspeicher und das Kleinhirn ist das Kontrollzentrum der Bewegungen-> hier wurde aus falschen Gründen die richtige Shclussfolgerung gezogen- Gallen fand heraus dass das Gehirn hohl ist: Die Hohlräume (Ventrikel) sind mit Flüssigkeit gefüllt-> Der Körper funktionniert dank dem Gleichgewicht von 4 lebenswichtigen Flüssigkeiten (humores)-> Sinneswahrnehmungen wurden empfangen und Bewegungen ausgeübt durch die Verschiebungder Flüssigkeit aus den Ventrikeln des Gehirn heraus- Nerven waren zu dieser Zeit hohle Schläuche wie die Blutgefäße- Gallens Auffassung war fast 1500 Jahre vorherrschend- Vorstellung vom Gehirn von der Renaissance bis in das 19. Jahrhundert- Andreas Vesalius (1514 - 1564): Entdeckung weiterer Einzelheiten der Gehirnstruktur- frühes 17. Jahrhundert: Vorstellung dass das Gehirn eine maschinenartige Funktion besitzt-> Flüssigkeit die asu den Ventrikel durch die Nerven gedrückt werden, soll den Menschenaufpumpen.- René Descartes (1596 - 1650) : Menschen besitzen ihm nach ein Intellekt und eine von Gottgegebene Seele-> die Mechanismen des Gehirn steuern den Menschen nur in so weit wie es sich um tierähnlicheVerhaltensweisen handelt- Heute: Der Geist besitzt eine physikalische Basis, das Gehirn.- Das Hirngewebe besteht aus einer grauen und einer weißen Substanz-> weiße Substanz enthält die Fasern die die Informationen hinzur grauen Substanz und weg von
  • dort transportieren.- Ende des 18. Jahrhunderts: Das Nervensystem besitzt eine zentrale Eiheit die aus dem Gehirn unddem Rückenmark besteht- Beobachtung dass bei jedem Individuum in etwa das gleiche Muster von Windungen (Gyri) undfurchen (Sulci) auf der Hirnoberfläche vorkommt-> Beginn der Lokalisation von Hirnfunktionen- Zusammenfassung der vorherrschenden Ansichten des 18. Jahrhunderts:1) Eine Verletzung des Gehirns kann die Sinneswahrnehmungen, das Bewegungsvermögen, und dasDenken beeinträchtigen und zum Tod führen2) Das Gehirn kommuniziert mit dem Körper über Nerven3) Das Gehirn besitzt verschiedene identifizierbare Teile, die wahrscheinlich unterschiedlichenFunktionen dienen4) Das Gehirn funktionniert wie eine Mschine und unterliegt den Naturgesetzen- Vorstellung vom Gehirn im 19. Jahrhundert1) Nerven als ,,Kabel"- 1751: Benjamin Franklin veröffentlicht ,,Experiments and Observation on Electricity"- Luigi Galvani und Emil du Bois-Reymond: Muskeln werden zum Zucken angeregt wenn Nervenelektrich angeregt werden und das Gehirn kann selbst Elektrizität erzeugen-> Diese Entdeckungen verdrängen vorherrige Anssichten (Flüssigkeit durch Nerven strömen)-> neue Vorstellung: Nerven sind ,,Kabel" die elektrische Signale aus dem Gehirn übertragen (vieledünnen nervenfasern die Informationen in unterschiedliche Richtungen versenden können)- 1810: Charles Bell und François Magendie-> Nerven teilen sich kuerz vor ihrer Anbindung an das Rückenmark in zwei Stränge auf-> Der Schnitt durch die ventralen Wurzeln führt zu einer Lähmung der Muskeln-> dorsale Wurzeln transportieren Informationen der Sinnerwahrnehmung zum Rückenmark-> Schlussfolgerung: Nerven sind ,,Kabel" von denen einige Informationen zum Gehirn und zumRückenmark transportiert und andere an die Muskeln versendet werden.-> immer nur in eine Richtung!2) Lokalisation spezifischer Funktionen in verschiedenen Bereichen des Gehirns- 1811: Bell postuliert dass der Ursprung der motorischen Fasern im Kleingehirn liege und dasZielgebiet der sensorischen Fasern im Großgehirn.-> Möglichkeit der Untersuchung: experimentelle Ablation (=Gehirnbereiche zerstören und aufsensorische oder motorische Defizite zu warten)- Marie Jean Pierre Flourens: Das Kleinhirn ist bei der Koordination von Bewegungen von großerBedeutung. Zudem untermauerte er die Annahme dass das Großhirn mit Sinneswahrnehmungenund Empfindungen befasst ist (unterschiedliche Funktionen)- Franz Joseph Gallen (1809): Phrenologie (=Neigungen zu bestimmten Persönlichkeitsmermalenkönnten mit den Maßen des Kopfes in Verbindung stehen)-> Flourens Kritikpunkte(er sah das Großgehirn als Ganzes das ma nicht einteilen konte):1) Die Schädelform entspricht nicht der Form des Gehirns2) Verschiedene Merkmale sind nicht auf die Bereiche des Großhirns begrenzt3) Alle Bereiche des Großhirns sind an den Hirnfunktionen beteiligt (stellte sich als falsch heraus)
  • - Paul Broca: Der Bereich des Großhirns ist spezifisch für die Erzeugung von Sprache zuständig- Gustav Fritsch und Eduard Hitzig: Tierversuche die bewiesen dass durch das Anlegen vonelektrischen Stömen an eine umschriebe Region der freigelegten Hirnoberfläche bestimmteBewegungen auslöst- David Ferrier (1881) zeigte dass das Entfernen eine Region des Großhirns zu einer Lähmung derMuskeln führen kann- Hermann Munk behauptete dass der Okzipizallappen des Großhirns für das Sehvermögenerforderlich ist.3) Die Evolution des Nervensystems- Charles Darwin (1859): Veröffentlichung ,,Vom Ursprung der Arten"-> Die biologischen Arten entwickelten sich aus einem gemeinsamen Vorfahren. Die Unterschiedezwischen den Arten entstehen durch einen Prozess, den er als natürliche Selektion bezeichnet.-> Viele Säugetierarten zeigen bei Angst die selbe Reaktion ( Ähnlichkeit des Reaktionsmusters weistdarauf hin dass unterschiedliche Arten von einem gemeinsamen Vorfahren abstammen müssen)-> Da Verhalten ein Ausdrück der Aktivität des Nervensystems ist, lässt daraus schliessen dass dieGehirnmechanismen bei vielen Arten übereinstimmen-> Grundlage dafür Tierversuche auf Menschen zu übertragen-> Man benutzt Tiermodelle um gewisse Vorgänge zu untersuchen ( Ratten: Erforschung derAuswirkungen psychoaktiver Substanzen wie Kokain auf das Nervensystem)- Die Verhaltensmerkmale sind an die Umwelt und Umgebung angepasst: unterschiedliche Teile desGehirns sind aud Verhaltensfunktionen spezialisiert.4) Das Neuron: Die grundlegende funktionelle Einheit des Gehirns- Anfang des 19. Jahrhunderts hatten Wissenschaftler zum ersten Mal die Möglichkeit Gewebe vonTieren in hoher Auflösung zu untersuchen- Theodor Schwann (1839): Zelltheorie das heißt dass alle Gewebe aus mikroskopischen Einheiten,die man als Zellen bezeichnet bestehen- Um 1900 erkannte man dass es einzelne Nervenzellen die als Neuron bezeichnet werden gibt dieman als die grundlegende funktionelle Einheit des Nervensystems erkannte.B) Neurowissenschaft heute1. Ebenen der Analyse:- reduktionistischer Ansatz: Unterteilung der systematisch experimentellen Analyse in kleineFragmentea) Molekulare Neurowissenschaft- Die unglaubliche Vielfalt von Molekülen im Nervensystem haben unterschiedliche Funktionen:,,Boten" die es den Neuronen ermöglichen miteinander zu kommunizieren, ,,Wachposten" diekontrollieren welches Material in die Neuronen gelangen und welches die verlassen darf,,,Dirigenten" die das Wachstum der Neuronen steuert, ,,Archivare" für frühere Erfahrungen.b) Zelluläre Neurowissenschaft- Fokus: wie Moleküle zusammenwirken um einem Neuron seine Eigenschaften zu verleihen.c) systemische Neurowissenschaft-Untersuchung wie verschiedene Schaltkreise (z.B visuell oder motorisch) die Informationen vonSinneswahrnehmungen verarbeiten
  • d) Verhaltensorientierte Neurowissenschaft- Verhalten hervorbringen- unterschiedliche Formen des Gedächtnisses- Regulation von Stimmung und Verhalten- Ursprung der Träumee) Kognitive Neurowissenschaft- Fokus: Neuronale Mechanismen verstehen die für die geistigen Aktivitäten des Menschensverantwortlich sind, wie etwa das Ich-Bewusstsein, die geistige Vorstellungskraft und die Sprache.-> Wie bringt die Aktivität des gehirns Geist und Bewusstsein hervor?2. Neurowissenschaftler- zwei Arten neurowissenschaftlicher Forschung: - Klinische Forschung: Tradition von Broca die darin besteht aus Verhaltensänderungen aufgrund von Hrinschäden Ruckschlüsse auf die Funktionen der unterschiedlichen Bereiche des Gehirns zu ziehen, Ermittlung von Risiken und Nutzen von neuen Behandlungsmethoden - Experimentelle Forschung: alle denkbare Methode- Neuroanatomen: Benutzen von hoch entwickelten Mikroskopen um Verbindungen im Gehirnaufzufinden- Neurophysiologen: mit Hilfe von Elektroden, Verstärkern und Oszilloskopen die elektrische Aktivitätdes Gehirns messen- Neuropharmakologen: Chemie der Gehirnfunktion untersuchen anhand von ,,Designer-Drogen"- Neuromolekularbiologen: Untersuchung des genetischen materials von Neuronen- cf. Tabelle 1.1 Seite 173) Das wissenschaftliche Vorgehen- Beobachtung: z.B Broca kam durch Beobachtung darauf die Schädigung des Frontallappens mitdem Verlust des Sprachvermögens in Beziehung zu setzen.- Reproduzierbarkeit: Die Beobachtung im Experiment muss mit unterschiedlichen Versuchsobjektenreproduziert werden und es müssen immer ähnliche Ergebnisse vorzufinden sein. Es geht darumauszuschließen dass es sich um einen Zufall handelt- Interpretation: Diese hängen vom Kentnisstand zum Zeitpunkt der Beobachtung sowie von denVorstellungen und Hintergrundannahmen ab.- Verifizierung: Die Beobachtung muss so robust sein dass sie von jedem kompetentenWissenschaftler reproduziert werden kann. Die Verifizierung bedeutet dass die Beobachtung alsTatsache anerkannt werden kann. ( Etablierung neuer wissenschaftlicher Tatsachen)4) Die Verwendung von Versuchstieren in der neurowissenschaftlichen Forschung- Frage nach der Ethk von Tierversuchen weil Tiere getötet werden- Die Tiere: Auswahl der Tiere durch die Ebene der Analyse bestimmt- Tierschutz: früher wurden Tiere als biologische Maschinen angesehen, heute haben sich dieBedingungen positiv verändert-Neurowissenschaftler erkennen eine bestimmte Verantwortung gegenüber den Versuchstieren: - Nutzen nur bei Experimenten die einen Fortschritt in unseren Kenntnissen über das Nervensystem versprechen. - Stress und Schmerzen der Versuchstiere werden minimiert - Alle Alternativen werden in Betracht gezogen- Grundrechte von Tieren: nach dieser Denkweise besitzen Tiere die gleichen gesetzliche undmoralische Rechte wie der Mensch
  • 5) Die Kosten der Ungewissheit: Erkrankungen des Nervensystems- Alzheimer- und Parkinsonkrankheit: Degeneration spezifischer Neuronentypen im Gehirn-> Parkinsonkrankheit: Störung der Willkürmotorik-> Alzheimerkrankheit: Demenz, Verwirrungszustand, Kennzeichen einer Erkrankung des Gehirns- Depressionen und Schizophrenie: Krankheiten des Gemüts und des Denkens-> Depression: überwältigende Gefühle der Nidergeschlagenheit, Minderwertigkeit und Schuld-> Schizophrenie: Persönlichkeitsstörung die durch Wahnvorstellungen, Halluzinationen und bizarreVerhaltensweisen gekennzeichnet ist