Hirngespinste

John C. Eccles: Das Gehirn des Menschen

Kleine Vorbemerkung von mArtinus

John C. Eccles (1903-1997) gehört zu den bedeutenden Physiologen des 20. Jahrhunderts. Sein großer Verdienst war seine Forschung über die Reizweiterleitung von Neuronen (=Nervenzellen). Damit trug er viel zum Verständnis der Funktionsweise des Gehirns bei. Zusammen mit Alan Lloyd Hodgkin (1914–1998) und Andrew Fielding Huxley (* 1917) erhielt er 1963 den Nobelpreis für Medizin und Physiologie.
Später arbeitete er gemeinsam mit dem Philosophen Karl R. Popper. Ihr gemeinsames Werk: „Das Ich und sein Gehirn“. Eccles beschäftigte sich mit dem Bewusstsein und lehnte strikt den Materialismus ab. Er hatte eine Vorstellung zwischen der Interaktion des Gehirns mit einem immateriellem Bewusstsein. In dem erwähnten Buch mit Popper, griff Eccles auf die Drei-Welten-Theorie des Philosophen zurück und kam zu dem Schluss, es müsse eine Interaktion zwischen Welt 1 und Welt 2 geben, also eine Interaktion zwischen der materiellen und mentalen Welt. Allerdings wird diese Theorie von heutigen Neurobiologen nicht mehr verfolgt, weil sich diese Zunft dem Materialismus verschrieben hat, dass heißt, Bewusstsein entstehe aus Materie und sonst gibt es da gar nichts. Im Sinne der Neurobiologie heißt das auch, unsere Moralvorstellungen sind ursächlich auf die Amygdala (Mandelkern) zurückzuführen, und nicht auf Gott, einer Buddhanatur, Manitu oder sonst irgend etwas anderem, weil die moderne Naturwissenschaft den menschlichen Geist nur auf bestimmte neuronale Aktivitäten begrenzt, die sie selbst noch nicht entschlüsselt hat. Damit müssen wir also leben, wenn wir uns mit Neurobiologie beschäftigen wollen, auch wenn der eine oder andere evtl. andere Einsichten verfolgt Aus diesem Grunde es wohl auch sein wird, dass wir nur in diesem Neurobio-Thread um John C. Eccles auf Immaterielles stoßen werden.

In den Buchbesprechungen zu diesem Thema werde ich Fachvokabular verwenden, diese aber immer übersetzt oder erläutert werden, wenn sie erstmals auftauchen. Das bringt uns den Vorteil ein, später auch komplexere Fachbücher aus der Neurozunft zu lesen - ähem...falls das jemand mal möchte.

Bevor wir uns mit bewussstseinstheoretischen und anderen Fragen befassen, beschäftigen wie uns erst mit der Neurophysiologie - und Anatomie, beginnend mit den Neuronen.

Liebe Grüße
mArtinus

Einleitung

John C. Eccles betrachtet dieses Buch nicht als Lehrbuch oder Nachschlagewerk, sondern als eine persönliche Mitteilung. Der Text soll lesbar und fassbar für Oberschüler sein. Ich betrachte es aber als skeptisch, dass man Oberschüler mit so vielen Fremdwörtern konfrontieren kann, trotzdem ist das Buch für Laien gerade noch so eben verständlich geschrieben. Der Text ist allerdings nicht speziell für Oberschüler konzipiert worden, sondern diesem Werk stehen Vorlesungen an College- und Medizinstudenten zu Grunde, denen man natürlich mit Fachvokabular entgegnen kann. Eccles möchte seine wissenschaftlichen Ideen an viele interessierte Menschen weitergeben.

Kapitel I
Neurone, Nervenfasern und der Nervenimpuls

A. Einführung

Die evolutionäre Entwicklung des Gehirns kleiner Wirbeltiere bis zum Menschen ist ein Prozess von hunderten Millionen von Jahren gewesen, das Gehirn etwa 1,5 kg wiegt und „ohne Einschränkung die am höchsten und komplizierteste organisierte Materie im Universum darstellt.“ (Seite 17). Das Gehirn eines Wales ist zwar bedeutend größer als das eines Menschen, doch ist unser Gehirn anders als das von Tieren. Unsere Hirnleistung hat Beziehung zu Kultur, Bewusstsein, Sprache und Gedächtnis. Im letzten Kapitel wird Eccles ausführlich darauf eingehen und, dass es über unsere Vorstellung hinausgeht, wie sich das bewusste Selbst aus einer materiellen Struktur erwachsen ist. Die Evolution hat uns nicht alles preisgegeben.

B. Das Neuron

Etwa 10000 Millionen Neuronen – das ist unser Gehirn.
Ein Neuron hat einen Zellkörper, der auch Soma genannt wird. Nach oben und unten wachsen mehrere sich verzweigende Dendriten heraus. Direkt nach unten erstreckt ich eine Nervenfaser, das Axon. Der Zellkörper wird auch Soma genannt. Das Axon verläuft ganz unten in verschiedene Abzweigungen aus. Zahllose Impulse kommen durch feine Nervenfasern, die Kontakt mit der Oberfläche des Soma und der Dendriten haben, zu dem Neuron. Die Dendriten sind nur dazu da, synaptisch übertragende Informationen an den Zellkern zu liefern. Der einzige Output aus dem Neuron läuft dem Axon entlang. Es gibt auch besondere große Neuronen, die Pyramidenzellen genannt werden. Sie befinden sich nur im Cortex cerebri (Großhirnrinde). Dendriten der Pyramidenzellen haben spines (Dornen) über die auch Kontakte von anderen Zellen erfolgen.

Abbildungen:
Neuron
Pyramidenzelle

Gehen wir nun noch mehr ins Detail, wie Impulse, Informationen von einem zum anderen Neuron übertragen werden. Das fällt das Stichwort Synapsen. Das sind einfach Kontaktstellen zwischen den Nervenzellen, über die Informationen weitergeleitet werden. Mehr nicht. Wir haben schon gesagt, das Axon verzweigt sich am Ende und dort, am Ende jeder Verzweigung befindet sich je ein Endkolben, diese Endkolben nehmen Kontakt zu Dendriten einer anderen Nervenzelle auf, doggen aber nicht an, sondern zwischen Endkolben eines Axons und dem sog. Knöpfen eines Dendriten bleibt ein freier Spalt, der Synapsenspalt genannt wird. Eine Synapse besteht also aus Endkolben, Spalt und der angrenzenden Neuronenoberfläche mit den Dendriten. Der Begriff Synapse der von Sherrington eingeführt wurde, kommt von dem griech. Wort synapto und heißt „sich fest umklammern“. Wie die chemische u.a. Übertragung über die Synapsen funktioniert, wird in Kap.II und Kap. III behandelt. Ein Fachbegriff fehlt noch:afferente Fasern. Der Endkolben des Axons besteht aus afferenten Fasern, d.h. diese Fasern führen Informationen anderen Zellen hinzu. Wie der Stoffwechsel in einem Neuron funktioniert, darauf kommt Eccles noch zu sprechen.

Abbildung

Synapse

Liebe Grüße
meine Synapsen schwitzen schon. Morgen geht's weiter.
mArtinus

Signalgebung durch Nervenimpulse

Beschäftigen wir uns jetzt mit dem Empfangen und Aussenden von Signalen. Schauen wir uns dazu den den Patellasehnenrefelx an. Das ist der Reflex, wenn der Doktor mit dem Hämmerchen auf das Knie schlägt, und eben damit einen Reflex auslöst, der Muskeln zur Kontraktion bringt. Wenn der Reflex ausgelöst wird,

Zitat von Eccles

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so laufen Impulse von den Dehnungsrezeptoren aus in den primären afferenten Fasern hinauf und erregen Nervenzellen im Rückenmark (die sogenannten Motoneurone). Die Impulse zu dem Muskeln aussenden, und sie so zur Kontraktion bringen.

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(Seite 26)

Das Nervensystem empfängt also Signale von Rezeptoren. Rezeptoren sind spezielle Zellen, die chemische oder physikalische Reize weiterleiten können. Nur weil wir Hautrezeptoren haben, können wir Berührungen empfinden. Je stärker ein Druckreiz ist, desto schneller feuert der Rezeptor. Das Grundprinzip der Signalgebung liegt darin, je geringer der Reiz, desto langsamer der Impuls. Wenn der Reiz erhöht wird, erhöht sich die Frequenz. Die Intensität eines Reizes wird in Form der Frequenz signalisiert.

Aus dem Text von Eccles versuche ich allgemein das wesentliche herauszuziehen, weil er hier und dort schon sehr ins Detail geht, besonders auch in diesem Kapitel, was die biochemiche Funktion der Membranen betrifft.

Die Oberflächenmembran von Nervenfasern und Nervenzellen umgibt die Fasern und Zellen. Quer über die Membran sind Kanäle verteilt, die mit Proteinen besetzt sind, über diese Kanäle Ionen passieren. Man spricht hier regelrecht von Natrium und Kaliumpumpen. Dieser molekulare Pumpmechanismus dient als Ausgleich, damit nicht zuviel Natriumionen durch die Membran diffundiert. Überschüssige Kaliumionen diffundieren nach außen. Es gibt spezielle Kanäle für Natrium- und Kaliumionen, die mit unterschiedlichen Schleusen ausgestattet sind. Unkontrolliert geht dort nichts durch. Damit Signale übertragen werden können, wird das Membranpotential geändert. Das geschieht durch kurzeitige Ionenströme über der Membran. Eine Verringerung des Membranpotentials nennt man Depolarisation. Wird ein bestimmter Schwellenwert erreicht, folgt eine neuronale Erregung. Dies wird Aktionspotential genannt. Diesen ganzen Mechanismus nennt Eccles „Ionenmechanismus“. Die Forschungen um diesen Ionenmechanismus führten Eccles und seine beiden Kollegen nach Stockholm.
Abbildungen:

Zellmembran

Aktionspotential

Leider sind diese jetzt besprochenen Passagen, in denen es über um die Oberflächenmembran und Ionenmechanismus ging bei Eccles nicht genügend anschaulich umschrieben, sodass ich bezweifle, dass ein Oberschüler ausgerechnet dieses Buch in die Hand nehmen würde, auch ich dazu gezwungen bin, parallel zum diesem Buch noch andere Hilfssmittel zu gebrauchen. Was ich über Depolarisation und Ionenmechanisgeschrieben habe, verdanke ich folgender url: http://www.physiopaed.de/Nervensystem.htm. Diauf der ese Seite kann ich als kurzen Überblick sehr empfehlen. Weiterhin schaue ich in das Buch „Das Gehirn“ von Hans Günter Gassen, welches auch sehr leicht und gut zu verdauen ist; mit guten Illustrationen. Für Einsteiger zu empfehlen. Inhaltlich gehe ich streng weiter nach John C. Eccles Buch vor. Zum Abschluss dieser kleinen Zwischenbemerkung möchte ich zitieren, wie Eccles „Depolarisation“ erklärt. Allein hierin wird schon ersichtlich, dass der Text nicht gerade als einfach zu bezeichnen werden darf.

Zitat von Eccles

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Alle peripheren Rezeptoren erzeugen eine Impulsabgabe über die Nervenfaser, die sich von ihnen durch Reduktion des elektrischen Potentials an der Oberfächenmembran der Endigungen dieser afferenten Nervenfaser ausbreitet. - ein Vorgang der Depolarisation genannt wird.

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(Seite 30)

Nachdem ich mich auf der o.g. Seite über Depolarisation informiert habe, konnte ich diesen Eccles – Satz nun viel besser verstehen.(das ist so wie bei Heidegger – übersetzen).

mArtinus

Zitat von Martinus

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Signalgebung durch Nervenimpulse
Nachdem ich mich auf der o.g. Seite über Depolarisation informiert habe, konnte ich diesen Eccles – Satz nun viel besser verstehen.(das ist so wie bei Heidegger – übersetzen).

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Hm, vielleicht hättest du besser auch von Gehirn & Geist das Basiswissen "Gehirn" lesen sollen, ich hatte keinerlei Probleme beim Lesen. Und wenn ich mir das hier so ansehe, haben wir Zwei den selben Inhalt gelesen. Übrigens das Reclam Heftchen von O´ Shea wiederholt jetzt den ganzen Stoff nochmals, dann bleibt es auch länger sitzen.

Soll ich dir die Zeitschrift mal rüber schicken? Durch die ganzen schönen bunten Bildchen (finde ich) prägt sich das auch herrlich ein.

Zitat von Krümel

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Hm, vielleicht hättest du besser auch von Gehirn & Geist das Basiswissen "Gehirn" lesen sollen, ich hatte keinerlei Probleme beim Lesen. Und wenn ich mir das hier so ansehe, haben wir Zwei den selben Inhalt gelesen. Übrigens das Reclam Heftchen von O´ Shea wiederholt jetzt den ganzen Stoff nochmals, dann bleibt es auch länger sitzen.

Soll ich dir die Zeitschrift mal rüber schicken? Durch die ganzen schönen bunten Bildchen (finde ich) prägt sich das auch herrlich ein.

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Die Ausgaben von Gehirn & Geist sind ja immer sehr gut. Ach, weißte, ich denke, etwas später wird Eccles auch wieder etwas leichtverdaulicher. Der nächste Teil ist sehr schön. Ich habe mit John C. Eccles beginnen wollen, weil ich das Buch schon so lange habe. Es ist sehr lieb, dass du mir das "Basiswissen" rüberschicken würdest, wenn ich das wünsche. Ich denke aber, weil ich das Buch von Hans Günter Gassen habe, welches auch sehr zahlreiche Abbildungen enthält, der Text auch souverän sachlich und schön lesbar ist, außerdem das kleine Büchlein von Michael O'Shea neben dem Laptop liegt, denke ich, dass ich warscheinlich vorerst gut versorgt bin. Wer weiß, wie schwer (oder nicht schwer) Damasio dann sein wird, dann habe ich beim Eccles wenigstens schon geübt. Ich lerne jetzt auch gut das Fachvokabular. Bei Fachbüchern ist es grundsätzlich so, dass ich parallel mehr Bücher zur Hand habe.-

Liebe Grüße
mArtinus

Zitat von Martinus

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Ich lerne jetzt auch gut das Fachvokabular.

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Ich auch. Habe mir Karteikärtchen gekauft und lerne wieder wie im Abi (Macht Spaß!)

Und weiter gehts bis zum Ende des Ersten Kapitels

Kommen wir nun zur Frage, wie sich der Impuls entlang der Faser bewegt. Die Nervenfaser verhält sich wie eine Art Kabel, die Kabeleigenschaft (=Kernleitereigenschaft) verglichen mit dem technischen Standard von elektrischen Unterwasserkabeln sehr mangelhaft ist. Bei den Unterwasserkabeln gibt es einen elektrischen Kern, der eine isolierte Umhüllung hat. Die Leitfähigkeit einer Nervenfaser ist 10 hoch 8 mal schlechter, als die eines Kupferkerns, außerdem ist die Isolierung 10 hoch 6 mal schlechter. Also musste die Evolution sich etwas einfallen lassen, um die Nervenleitgeschwindigkeit optimal zu beschleunigen. Auch wenn Eccles Beispiele aus der Tierwelt hernimmt, das Axon bei einem Tintenfisch, einer Garnele, geht es trotzdem über unseren Verstand hinaus zu begreifen, wie die Evolution es geschafft hat, die Nervenleitgeschwindigkeit zu optimieren.

1)Entlang der Oberfläche der Nervenfasern ist ein Verstärkungsmechanismus eingebaut

Zitat von Eccles

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Die einzige Funktion der Beschaffenheit der Nervenfaser ist, die Depolarisation über eine sehr geringe Entfernung entlang der Oberfläche zu übertragen. Dann tritt der Verstärkungsmechanismus der Membran, d h. die Kettenreaktion der Natriumleitfähigkeitsveränderung, in Aktion und baut den vollen Impuls auf.

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(Seite 43)

Praktisch sieht das so aus, dass in Intervallen Verstärker eingesetzt werden, die die abgeschwächten Signale wieder in Schwung bringen.

Gassen vergleicht diesen Effekt mit Dominosteinen. Man braucht nur einen Dominostein zum Fallen zu bringen, dann fallen alle um. Wenn man dieses auf das Axon bezieht, bedeutet das, dass ein Aktionspotential schon vorhanden sein muss, die Natriumkanäle in einem richtigen Abstand zueinander liegen müssen. Bei den Dominosteinen wie auch beim Aktionspotential wird zur Vorbereitung Energie benötigt. (vgl. Gassen, Seite 53)

Da es elektrische Impulse sind, hat sich in Deutschland wohl der Begriff Strömchentheorie der Erregungsleitung durchgesetzt.

2)Die Leitungsgeschwindigkeit wird durch myelinierte Fasern noch mehr beschleunigt. (Myelinscheide). Die Myelinumhüllung (Markscheide) isoliert eine Nervenfaser. Diese Umhüllung ist an den Natriumkanälen unterbrochen (Ranvier – Schnürringe), sodass der Nervenimpuls fast ohne Verzögerung von Ring zu Ring (Eccles spricht von Knoten) springen kann.

Anmerkung dazu: Michael O' Shea weist in diesem Zusammenhang in seinem Buch „Das Gehirn“ (reclam) auf die Autoimmunkrankeit multiple Sklerose hin, bei dieser Krankheit das Immunsystem des Körpers die Myelinscheiden beschädigt und dadurch die nervliche Weiterleitung von Nervenimpulsen zerstört wird. (vgl. dort Seite 56).

Kapitel II
Die Übertragung an peripheren Synapsen


Bevor neuronale Mechanismen im Gehirn besprochen werden, wenden wir uns der Übertragung peripherer Synapsen zu. In der Peripherie, also außerhalb des Gehirns, läuft so ziemlich der gleiche biologische Prozess ab wie im Gehirn, periphere Synapsen für die Forschung auch leichter zugänglich sind.

Motoneurone sind die efferenten Nervenzellen, die ihre Impulse an Muskelzellen weitergeben, sodass sie die Grundlage zur Kontraktion unseres Skelettes sind.Das myelinierte Axon eines Motoneurons erstreckt sich bis zum Muskel . Am Ende des Axons sind Knoten, von denen sich entladene Impulse von Knoten zu Knoten zum Muskel springt.

„Die Übertragung von einem Nervenimpuls zu einem Muskelimpuls ist das erste Beispiel chemischer Synapsenübertragung, das nachgewiesen werden konnte.“ (Seite 58)

Zwei wesentliche Strukturelle Kennzeichen einer chemischen Synapse: die Synapsenbläschen (Vesikel) und den Synapsenspalt, Der Synapsenspalt ist wesentlich für den Stromfluss, „der durch die Aktion der Überträgersubstanz an der Membran jenseits der Synapse, der postsnaptischen Membran, in diesem Fall der Membran der motorischen Endplatte, erzeugt wird.“ (Seite 62).

Der Mechanismus besteht darin, dass der nervenimpuls einige der Vesikel dazu bringt, ihren Inhalt in den Synapsenspalt zu entleeren. Die Vesikel, also die Bläschen , enthalten nämlich den Acetylcholin (ACh) diese Sunstanz in den Synapsenspalt gespritzt wird. Dann setzt die Diffusion über den Spalt hinweg ein, deshalb das Acetylcholin auf das Membran der motorischen Endplatte wirkt. Der Neuroransmitter, hier das Acetylcholin, öffnet die Ionenschleusen, die Änderung des Membranpotentials wird eingeleitet bis hin zur Depolarisation. Auf diese Weise funktioniert die chemische Neurotransmitterübertragung über den Synapsenspalt bis zur anderen Zelle. Die Ausschüttung von Acetylcholin durch die Vesikel wird Quantenausschüttung genannt. Voraussetzung für die Quantenausschüttung ist das Einströmen von Calciumionen.

Es ist sehr schön, dass auch Eccles einen Schlenker indie Medizin geht. Wenn die Transmitterübertragung des Ach nicht funktioniert oder zu Versagen droht, werden wir krank: Myasthenia gravis, d.h. Schon geringe Anstrengungen schwächt oder lähmt den Patienten. Durch Gabe von Acetylcholinesterasen kann man der Krankheit entgegenwirken.

Eccles beschäftigt sich noch mit Übertragung an der Riesensynapse des Tintenfisch und der Übertragung an Synapsen von Ganglienzellen im Froschherzen. Das lasse ich mal großzügig weg. Erwähnenswert ist auf jedenfall, dass das Riesenneuron eines Tintenfisches so herrlich groß ist, dass sie sehr gut erforscht werden konnnte und viel zum Verständnis von Neuronen und ihrer Funktion beigetragen hat. Das Axon eines Tintenfisches, na,ja, nicht so bescheiden, ein komplettes Tintenfischneuron brachte den schon weiter oben erwähnten Physiologen Hodgkin und Huxley 1963 den Nobelpreis ein,

Ende des Zweiten Kapitels
mArtinus

anekdotenhaftes zwischendurch

Weiter oben habe ich Eccles zitiert, der über das Gehirn behauptet hat, es sei

Zitat von Eccles

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ohne Einschränkung die am höchsten und komplizierteste organisierte Materie im Universum darstellt.

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Sachlicher und vor allem bescheidener bekennt der Hirnforscher Gerhard Roth:

Zitat von Gerhard Roth

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Manche Menschen, darunter Hirnforscher, sind der Meinung, unser Gehirn sei das komplizierteste System im Universum. das soll natürlich unserem Selbstwertgefühl schmeicheln. Wer aber kennt schon das Universum?

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("Aus der Sicht des Gehirns" Seite 13).

Kapitel III
Synapsenübertragung....

Es soll untersucht werden, was die Motoneuronen bewegt zu feuern. Im Muskel ist ein Dehnungsrezeptor auf einen speziellen Typ von Muselfaser lokalisiert., der annulosspirale Endigung genannt wird. Wenn man nun mit einem kurzen Schlag auf die Sehne am Kniegelenk schlägt, dehnt sich der Muskel über die afferenten Fasern Impulse zum Rückenmark hianuf und so direkt zu den Motoneuronen. Diese Neuronen werden dadurch erregt un senden Impulse zu em Muskel aus, damit er sich zusammenzieht. Das ist der Patellarsehenreflex, den wir schon mal angesprochen haben. Wenn man den Muskel langsam dehnt, und dieser Zustand wir länger aufrecht erhalten, entladen auch anhaltend die annulospiralen Endigungen Impulse.

Wenn man unerwartet etwas heißes anfasst, spielt sich folgender Reflex ab: Die Haut wir stimuliert (heißes Wasser). Ein Hautrezeptor reagiert. Die afferente Faser läuft bis ins Rückenmark und zweigt sich dort auf. Die Bahn zu den Motoneuronen nimmt einen Weg über Interneuronen, bishin zum Muskel, der durch eine reflexartige Bewegung (weg vom heißen Wasser) reagiert. Dieses rasche unbewusste Zurückziehen wird von Rückenmarksbahnen ausgeführt, es laufen auch über das Rückenmark Impulse bis in das Gehirn. Durch diese Impulse, die bis ins Gehirn gehen, wird uns bewusst, warum wir eine reflektorische Bewegung vollzogen haben.

Der britische Neurophysiologe Charles Scott Sherrington erforschte die neuronale Maschinerie des Gehirns („The Integrative Actiono of the Nervous System.“). Er brachte uns das Verständnis der Funktion des neuronalen Systems nahe und bekam 1932 den Nobelpreis. Von ihm kommen die Prinzipien der Divergenz und er Konvergenz.

Prinzip der Divergenz: „Eine afferente Faser, die in das Rückenmark eintritt und ihre spezifische Nachricht befördert , divergiert (auseinanderstreuen) in viele Seitenlinien, die viele Nervenzellen aktivieren.“ (Seite 97)

Prinzip der Konvergenz: „Es gibt nicht nur dieses breite Ausstreuen von Informationen, sondern es kommt an jeder Nervenzelle im Gehirn zu einer Konvergenz ( zusammenführen)von vielen Einzellinien des Impulsverkehrs.“.. So werden „Fasern von von vielen anderen Dehnungsrezeptoren des Muskels auf jedem der diesen Muskel innervierenden Motoneurone zusammenlaufen.“ (Seite 97). Bei Reflexbahnen verhält es sich ebenso.

Exzitatorische Synapsen sind Synapsen, die erregend wirken. Erregende Synapsen können eine Depolarisation auslösen, weil sie in der postsynaptischen Zelle ein EPSP (exzitatorisch postsynaptisches Potential) bilden. Das ist der Vorgang synaptischer Übertragung, den wir bereits in dem Teil „Die Übertragung an peripheren Synapsen“ schon besprochen haben, diese Übertragung zur Depolarisation führen kann.

Fremdworterläuterung: Präsynapsen nennt man die Endverdickungen der Axone / Postsynapsen sind die Stellen (Dendriten), an die eine Präsynapse an einem anderen Neuron andockt, (selbstverständlich ist Synapsenspalt dazwischen).

Inhibitorische Synapsen sind Synapsen, die hemmend wirken. Hemmende Synapsen unterdrücken eine Depolarisation, weil sie in der postsynaptischen Zelle zu einem IPSP (inhibitorisch postsynaptischem Potential) führen., d,h., es kommt zu einer Hyperpolarisation, was bedeutet, dass eine postsynaptisches Neuron in Ruhepotential keine chemischen Reaktionen empfangen kann..

Es ist mir ein Rätsel, wie ich anhand dieses Buches von John C. Eccles euch diese chemischen Prozesse noch näher bringen kann. Eccles orientiert sich immer an Abbildungen, die aber z.T. unübersichtlich und wenig einladend sind. Ich halte es für einen didaktischen Fehler sich gleich auf Abbildungen zu stürzen, anstatt sich erst einmal mit den Definitionen zu befassen, außerdem dem Leser ganz einfache Überlegungen durch die Synapsen strömem, zum Beispiel diese Frage, warum es überhaupt neben den erregenden Synapsen auch noch andere geben muss, die hemmend wirken. Gibt es eine Notwendigkeit dafür?

Ich werde also noch ein weiteres Buch hinzuziehen, welches eine klare Sprache spricht: Gehrhard Roth: Aus der Sicht des Gehirns, suhrkamp).

Zitat von Gerhard Roth

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Ob eine Präsynapse auf die Postsynapse erregend oder hemmend wirkt hängt nicht nur von der Art des Transmitters ab, der von der Präsynapse ausgestoßen wird, sondern auch von er besonderen chemischen Empfänglichkeit der postsynaptischen Membran.

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(Seite 18/20).

Wichtige Neurotransmitter

Der wichtigste erregende Transmitter ist Glutamat. Wichtige hemmende Transmitter sind Gamma-Amino-Buttersäure (GABA) und Glycin. Diese drei Transmitter sind an der schnellen Erregungsübetragung beteiligt. Roth sagt, unter schnell meine man hier Bereiche unter dem tausendstel einer Sekunde. Daneben gibt es auch langsam wirkende Transmitter (im Bereich von Sekunden), die die Arbeit der schnellen Transmitter beeinflussen, deshalb auch „Neuro-Modulatoren“ genannt werden. Wie Noradrenalin, Serotinin, Dopamin, Acetylcholin. (vgl. Roth, Seite 20)

MERKSATZ: Synapsen, die Impulse mit Neurotranmitterstoffen übertragen, sind chemische Synapsen. Es ist eine aufeinanderfolge von elektrischer, dann chemischer (Transmitter,) und dann wieder elektrischer Ladung.

Die Vorgänge an den exzitatorischen Synapsen im Zentralnervensystem sind dem im neuromuskulären Bereich ähnlich. Natrium – und Kalziumschleusen ööffnen sich bei einem kritischen Depolarisationsspriegel, zusätzlich werden dort auch Ca-Schleusen geöffnet, amit Calciumionen eintreten können und an dem Prozess teilhaben.

„Der einzige Unterschied bei zentralen inhibitorischen Synapsen ist, daß die Aminosäuren Glycin oer Gammaaminobuttersäure (GABA) sind und daß diese Transmitter die Kanäle über die subsynaptische Membran für Chlorid oder für Chlorid und Kalium und grundsätzlich nicht für Natrium öffnen.“ Sonst bleibt fast alles gleich wie in den neuromuskulären Vorgängen.

Wenn wir an Gedächtnisschwund leiden, und uns komplizierte chemische Vorgänge nicht im Kopf hängen bleiben, oder uns die Beschreibung chemischer Prozesse auf die Nerbven gehen, weil sie so kompliziert sind, stellen wir uns die Übertragung chemischer Synapsen anhand einer Analogie vor, wie sie uns Hans Günter Gassen in seinem Buch „Das Gehirn“ erzählt:

„Zwei Städte – die präsynaptische un die postsynaptische Membran – werden durch einen Strom – den synaptischen Spalt – voneinander getrennt. Waren aus dem Hinterland – etwa im Zellkörper produzierte Aminosäuren – werden durch das Axon bis zur Membran – eben den Hafen der Stadt – transportiert. Dort müssen sie auf die Schiffe verladen werden – die Neurotransmitter - , um den Strom zu überqueren. Am anderen Ufer müssen die Schiffe ihren Landeplatz – den Rezeptor finden. Nach dem Umladen – das chemische Signal wird wieder in ein elektrisches verwandelt – werden die Waren weiter auf dem Landweg transportiert.“ Seite 53 / 54).

Liebe Grüße
mArtinus

Und weiter geht es mit

Kapitel IV
Die Kontrolle von Bewegungen durch das Gehirn

A. Die motorische Kontrolle durch die Großhirnrinde

Die motorische Rinde (Motorcortex) liegt quer über die Großhirnhemisphäre (Großhirn = Cerebrum). Auf unserer Abbildung können wir sehr schön sehen, wo die Pyramidenzellen liegen, die für bestimmte Muskeln zuständig sind. Die Axone der Pyramidenzellen laufen die Pyramidenbahnen hinunter bis zu den Motoneuronen und dadurch können sie Muskelkontraktionen bewirken können. Dazu kann man auch einen sehr schönen Versuch machen. Wenn man Elektroden auf der Oberfläche der motorischen Rinde anbringt und kurze stimulierende Ströme verabreicht werden, so kommt es an lokalisierten Muskelgruppen zu Kontraktionen. Es sind immer Kolonien von Pyramidenzellen, die bei einer Bewegung abwechselnd feuern und pausieren.

Abbildungen
Motorcortex (also, dass helle Grau in der Abbildung ist unser wunderbares Cerebrum).
Pyramidenbahn
Zur Frage, wie der Wille zu einer Muskelbewegung neurale Abläufe in Gang setzt, wird im sechsten Kapitel philosophisch betrachtet. Wir müssen uns also gedulden. In diesem Kapitel wird noch beantwortet, welchen Einfluss das Kleinhirn (Cerebellum) auf die Feinheit und geschicklichkeit der Bewegung hat.
Was die erste Frage betrifft ist physiologisch untersucht worden, in dem man vor der Entladung über der Pyramidenbahn nach neuronaler Aktivität im Cerebrum suchte. Es wir angenommen, dass „während des Bereitschaftspotenzials eine Spezifität der Impulsentladungsmuster in den Neuronen ausbildet, so daß am Ende die richtigen Pyramidenzellen aktiviert werden, um die verlangte Bewegung zu liefern.“ Das ist nicht zu begreifen, zumal heutige Neurobiologen postulieren, der Mensch habe keinen freien Willen, womit Sir John C. Eccles nicht einverstanden gewesen wäre.

Die motorische Kontrolle durch das Kleinhirn

Das Cerebellum (Kleinhirn) ist das wichtigste Organ für die Kontrolle der Bewegung, auch für die Kontrolle feiner Bewegungen, wie man sie zum spielen eines Musikinstrumentes benötigt. In der folgenden Abblidung haben wir einen schönen Einblick in die Hauptbestanteile unseres Gehirns. Das Cerebellum ist lilafarben gekennzeichnet. Sehr schön ist die Lage des Cerebrum zu sehen, welches hier Cerebral cortex genannt wird. Das Cerebellum liegt occipital (hinten) unter dem Großhirn. Verletzungen am Kleinhirn haben Störungen in der Bewegung zur Folge. Wenn die rechte Seite des Kleinirns beschädigt ist, ist die Bewegung des rechten Armes beeinträchtigt. So kann es vorkommen, dass man Bewegungen, die mehrere Gelenke dieses Armes benötigen, gar nicht ausführen kann, sondern nur ein Gelenk nach dem anderen betätigen kann. Die Unfähigkeit Gelenke komplex zu benutzen nennt man Dekomposition der Gelenke.

Das Kleinhirn hat verschiedene Arten von Neuronen:

Die Purkinjezellen sind Outputneurone, deren Axone in den Kleinhirnkernen enden, d,h, sie leiten Impulse von der Kleinhirnrinde weiter. Über zwei Typen afferenter Fasern kommt Information in die Kleinhirnrinde:

Zitat

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die Kletterfasern, die sich um die Dendriten der Purkinjezellen winden, und die Moosfasern, die sich vielfach aufzweigen und Synapsen auf kleine Körnerzellen (Granulazellen) in der Körnerschicht bilden, deren Axone zur Molekularschicht huinauflaufen, um sich T – förmig aufzuzweigen und als Parallelfasern etwa 3mm entlang der Windung zu verlaufen.

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(Seite 161/162)

Die Purkinjezellen solltet ihr euch schon merken. Das wäre eine schöne Prüfungsfrage: Wo befinden sich die Purkinjezellen, und was haben sie für eine Aufgabe

Abbildung
Kleinhirnridne mit Zellen und Fasern

Außer der Körnerzelle sind alle Neuronen in der Kleinhirnrinde inhibitorisch. Nirgendwo sonst im Gehirn gibt es solch ein Überwiegen von hemmenden Neuronen. Alle Inputs werden in inhibitorische Aktion umgewandelt, darum es nicht zu einer Kettenreaktion exzitatorischer Neurone kommen kann. Darum wird die Kleinhirnrinde innerhalb von 0,1 sec nach einer Aktion wieder in den Ausgangspunkt wie er vor der Aktion war, versetzt,bevor die nächsten Impulse in das Kleinhirn kommen. Eccles meint, dass sei der Grund, dass das Cerebellum schnelle Muskelbewegungen steuern kann.

Liebe Grüße
mArtinus

"Philosophie ohne Naturwissenschaft ist leer. Naturwissenschaft ohne Philosophie ist blind."
Richard David Precht; Liebe – ein unordentliches Gefühl

Hallo Jatman1,

im Kapitel VI geht es dann auch um philosophische Überlegungen. Zwischen Neurobiologie, Philosophie und Theologie, Buddhologie gibt es regen interdiziplinären Austausch, auch Auseinandersetzungen. Bloß bevor wir da mitreden können, müssen wir wenigstens die Grundlagen neuronaler Kommunikation verstehen, und dazu reicht alleine dieses Buch von Eccles nicht aus.

Liebe Grüße
mArtinus

Bevor ich da mitreden kann, muss ich neu geboren werden
Über den Einwurf bin ich vorige Woche gestolpert und er worde durch diesen Thread reanimiert.

Einige wenige Teile aus diesen Buch bespreche ich nicht, wenn sie zu sehr ins Detail gehen, solche Buchteile warscheinlich auch mehr verwirren würden als aufklären. So nehme ich mir die Freiheit auf das Kapitel V überhaupt nicht einzugehen, in dem es um Neurogenese geht. Dieses Kapitel kann gerne inhaliert werden, wenn man schon einige Semester hinter sich hat. Ich denke es würde nichts bringen, wenn ich hier über Neurogenese der Keimschicht des Cerebellums rede, oder über die Reifung der Kleinhirnrinde, über Molekularwelten von Keimzellen usw. Ich dieses Kapitel auch deswegen nicht vorstellen kann, weil es für mich selbst undurchschaubar aufbereitet ist. Die Passagen über das Lernen und Gedächtnis mögen interesssant sein, wenn man sie in einem anderen Buch liest, bloß nicht hier.

Es bringt auch nichts, mich oder evtl. sogar Forumleser zu überfordern. Lernen soll Spaß machen. Neuroanatonie- und Physiologie ist ein hochinteressantes Fach, und es hat keinen Sinn, sich die Lernfreude durch ein ungünstiges Buch vermiesen zu lassen. Lesen und lernen soll begeistern. Ich bin schon zufrieden, dass ich in diesem Buch noch einmal die Funktion der Nervenzelle u.ä. wiederholen konnte. Hoffentlich konnte ich euch diese Vorgänge einigermaßen verständlich darbieten. Sonst bitte rückfragen. Denn diese zelluläre Physiologie ist enorm wichtig.

Aus den genannten Gründen schreite ich zu Kapitel VI, welches für euch auch interessanter sein kann. Den Forumlern, die Karl R. Popper gelesen haben, wird einiges bekannt vor kommen. Wir begeben uns in dem Bereich Neurobiologie und Phiosophie, dazu bemerkt werden muss, dass diese Theorie, die Eccles hier vorstellt, von heutigen Neurobiologen abgelehnt wir. Doch sollten wir uns trotzdem mit der Drei- Welten - Theorie von Popper befassen und die Konsequenzen, die John C. Eccles für das Gehirn daraus gezogen hat, denn es ist ein Teil unserer Kultur- und Geistesgeschichte.

Drei – Welten – Theorie

In seinen Überlegungen übernimmt Eccles die Drei-Welten – Theorie von Karl Popper:

Welt 1 ist die Welt des ganzen Kosmos: Materie und Energie, die Welt der Biologie, der hergestellten Gegenstände, die Welt der Physik. Das ist die Welt der Materialisten.

Welt 2 ist die Welt der Bewusstseinszustände, der subjektiven Kenntnisse, der Wahrnehmung. Eccles unterteilt die Welt 2 in die äußeren Sinne, die gewöhnliche Sinneswahrnehmung, Licht, Farbe, Klang, Musik. Eine andere Ebene der Welt 2 sind die sog. Inneren Sinne, die Welt er subjektiven Wahrnehmung. Im Kern dieser Welt ist das „Selbst oder das reine Ego“.

Welt 3 ist die Welt der Kultur

Die Wechselwirkungen der Welten 1, 2 und 3

Eccles erzählt, er habe in Anlehnung an Sherringtons Buch „ Man on his Nature“ in seinem, also Eclcles' Buch „The Neurophysiological Basis of Mind“ postuliert, es gebe im Gehirn ein Teil, welches er Liaison-Gehirn nennt, „in dem spezielle Arten von Aktivität bewusste Erfahrung vermittelt.“ Die darin enhaltenden Raum-Zeit-Muster sollen nach Eccles Vorraussetzungen für die Wahrnehmungen in Welt 2 sein. Dass Welt 3 und 1 verbunden sind sihtman schon daran, um ein Buch (Kulturgut) zu drucken, brauchen wir Druckerschwärze und Papier (Materie). Zwischen den Welten ist ein ständiger Fluss. Sinnliche Wahrnehmung (Welt2), entsprechende Gehirnaktivität (Welt 1) usw. Im Mittelpunkt er Gehirn – Geist – Liaison soll nach Eccles sich das „Selbst“ befinden, dieses dem Mensch seine Einheit als Person verleiht und im religiösem Sinne mit Seele bezeichnet wird.

Wie gesagt, das ist nur eine Theorie. Mehr nicht.

Experimente mit Split - Brain - Patienten

Der amerikanische Neurobiologe Roger Wolcott Sperry (Nobelpreis 1981) machte Versuche mit Split-Brain – Patienten. Split-Brain -Patienten hat man das Corpus-Collosum entfernt, den Balken, der beide Hemisphären des Cerebrums trennt. Heutzutage ist diese Operation bei Epileptikern das letzte Mittel zur Wahl. Dieser Eingriff verhindert, dass Anfälle, die in einer Großhirnhemisphäre enstanden sind, nicht in die andere Hemisphäre übergreift.

Split - Brain – Patienten wurden in einen Raum gesetzt, vor einer Leinwand. Auf er linken Seite der Leinwand blitzte das Wort „Schraubenmutter“ auf. Daraufhin konnte der Patient mit der linken hand nach einer Schraube greifen, die dort irgendwo links handgreifbar in der Nähe lag. Das besondere an diesem Versuch ist, der Patient konnte das Signal auf dem linken Gesichtsfeld nicht sehen, und war sich nicht bewusst, was seine linke Hand tat, als diese Hand nach der Schraubenmutter griff. Die Schlussfolgerung daraus erklärt Eccles folgendermaßen:

Zitat von Eccles

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Man muss wissen, dass zusätzlich zur Kreuzung der Pyramidenbahn auch eine Kreuzung von sensorischen Bahnen aus einer Extremität vorhanden ist, so dass der sensorische Input von der linken Hand zum Beispiel nach der Kreuzung auch von der rechten Hemisphäre empfangen wird. So erhält die linke Hemisphäre keine Information darüber, was die linke Hand tut oder fühlt.

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(Seite 267).

Es gibt noch einen anderen Versuch, der die Spaltung der Hemisphären verdeutlicht. Es erfolgt ein Lichtblitz Hut, welcher zur rechten Gesichtshälfte geht und „Band“, welcher zur linken Hemisphäre geht. Fragt man hinterher den Probanden, was er gesehen hat, sagt er nur „Band“. Warum? Die linke Hemisphäre ist die dominante, in der sich auch die Sprachzentren befinden. Das „Selbst“, so Eccles, stehe auch mit dieser Hemisphäre in Verbindung.

Die rechte Hemisphäre ist hochentwickelt, kann sich sprachlich aber nicht ausdrücken. Die linke Hemisphäre verfügt über normale Sprachleistung, auch das „Selbst“ ist dort erkennbar, weil die Erinnerungen an die Vergangenheit, die vor der Split – Brain – Operation da waren, nach der Op immer noch da sind. Die linke Hemisphäre vergisst sich nicht. John C. Eccles spaltet das Selbst in ein sprechendes und nichtsprechendes.

Zitat von Eccles

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Im Augenblick können wir festhalten, dass wir nicht wissen, ob in der isolierten rechten Hemisphäre irgendein unausdrückbares Bewusstsein vorhanden ist, ebenso wir nicht von einem eventuellen Bewusstsein der Tiere wissen.

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(Seite 273)

Eine Bemerkung zu den Tieren: Ein Hund weiß doch, wo er hinzulaufen hat. Er müsste doch ein Bewusstsein haben. Ein Schimpanse auch. Aber, das überlasse ich mal den Zoologen.

Liebe Grüße
mArtinus

Die Hirn-Geist- Liaison

Eccles vertritt die Ansicht, dass sich philosophische Probleme von Gehirn und Verstand durch Untersuchungen der getrennten dominanten und untergeordneten Hemisphäre bei den Split – Brain – Patienten gewandelt haben. Die untergeordnete Hemisphäre ist unbewusst, gelangt nur über das Corpus collosum mit der dominanten Hemisphäre in Kontakt. Die dominante Hemisphäre in der sich auch das „Sellbst“ spiegelt (Welt 2) ist links, wenn das Corpus Collosum durchtrennt ist, gibt es keine neuronale Verbindung zur rechten untergeordneten Hemisphäre, die unbewusst bleibt. Zwischen Welt 2 und dem dominanten Liaison-Hirn besteht ein unablässiges Wechselspiel in der Wechselwirkung.

Mit dieser Wechselwirkung zwischen Welt 2 und dem Liaison- Hirn postuliert Eccles einen Dualismus zwischen neuronaler Aktivität und Welt 2, auf diese Weise er einen Schlenker in den cartesianischen Dualismus hingelegt hat, der allerdings von der heutigen Neurobiologie gänzlich verworfen wird. Ich schätze, Eccles würde unter Fachleuten heute mit seiner Theorie ziemlich alleine dastehen. Heutzutage sprechen wir eher von einer psychoneuralen Identität. Körper, Geist /Seele sind eins. Für Eccles bleibt der Dualismus bestehen, weil „nach Kommissurotomie keines der neuronalen Ereignisse in der untergeordneten Hemisphäre von der bewussten Person wahrgenommen wird.

Zitat von Eccles

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Jedes menschliche Wesen ist eine Person mit diesem geheimnisvollen bewussten Selbst, das mit seinem Gehirn assoziiert ist.

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(Seite 286).

FINE

Liebe Grüße
mArtinus

PS: Im nächsten Jahr bespreche ich von John C. Eccles: " Wie das Selbst sein gehirn steuert", hierin das Gehirn-Geist-problem noch intensiviert wird.