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Zu den Neurowissenschaften oder zur Neurobiologie werden die naturwissenschaftlichen Forschungsbereiche bezeichnet in denen Aufbau und Funktionsweise von Nervensystemen untersucht werden Aufgrund der vielfaltigen verwendeten Methoden wird neurowissenschaftliche Forschung von Wissenschaftlern aus vielen verschiedenen Disziplinen wie etwa Physiologie Psychologie Medizin Biologie Informatik oder Mathematik betrieben 1 Oft gibt es daruber hinaus Kooperationen mit angrenzenden Wissenschaftsbereichen wie der Informationstechnik der Informatik oder der Robotik Inhaltsverzeichnis 1 Geschichte der Hirnforschung 2 Forschungsfeld 3 Disziplinen 4 Methoden 5 Literatur 6 Rundfunkberichte 7 Weblinks 8 EinzelnachweiseGeschichte der Hirnforschung Bearbeiten Hauptartikel Geschichte der Hirnforschung Funde aus dem fruhen Agypten belegen dass vor 5000 Jahren operative Eingriffe in das Zentralnervensystem getatigt wurden Etwa 70 Prozent der Schadel bei welchen Hinweise auf derartige Eingriffe vorhanden sind haben sich nach dem Eingriff biologisch verandert was darauf hinweist dass der Patient den Eingriff um Monate oder Jahre uberlebt hat Um 500 v Chr soll Alkmaion von Kroton als Erster die Sehnerven und andere sensorische Nerven entdeckt haben Alkmaion entwickelte die Vorstellung dass Nerven hohl seien und ein Medium kenon umhullten das den Sinneseindruck zum Gehirn leitet Hippokrates von Kos erkannte dass das Gehirn als Sitz der Empfindung und Intelligenz fungiert Um 129 216 n Chr wurden die Funktionen einzelner Nervenbahnen durch Galen deskribiert Dieser Artikel oder nachfolgende Abschnitt ist nicht hinreichend mit Belegen beispielsweise Einzelnachweisen ausgestattet Angaben ohne ausreichenden Beleg konnten demnachst entfernt werden Bitte hilf Wikipedia indem du die Angaben recherchierst und gute Belege einfugst Die Kenntnisse der westeuropaischen Hirnforschung fielen im Mittelalter hinter das Niveau der Antike zuruck Die Forschung im europaischen Raum beschaftigte sich primar mit der klosterlichen Heilkrauterkunde In der Renaissance wurden erste Sektionen durchgefuhrt Der Italiener Giovanni Alfonso Borelli 1608 1679 stellte erstmals die Existenz eines gasformigen spiritus animalis in Frage Er vermutete stattdessen die Existenz einer Flussigkeit des succus nerveus die durch die hohlen Nerven in die Extremitaten gepresst werden und so nach pneumatischen Prinzipien die Handlungen hervorrufen solle Dass elektrische Impulse uber Nerven stromen wurde im 18 Jahrhundert erstmals beschrieben Eine zweite wichtige Erkenntnis des 18 Jahrhunderts war dass die Grosshirnrinde funktionell gegliedert ist Ab dem 19 Jahrhundert schritt auch die Erforschung der Hirnanatomie schnell voran Im noch jungen 21 Jahrhundert entwickelt sich die Neurowissenschaft primar methodologisch weiter Forschungsfeld BearbeitenDas Forschungsfeld der Neurowissenschaften ist die Rolle von Nervensystemen jeder Art beim gesamten Vollzug der Lebens vorgange von biologischen Organismen Im Einzelnen geht es in den Neurowissenschaften um die Analyse von Aufbau und Funktionsweise der zentralen Einheiten aller Nervensysteme den Neuronen und anderen Zelltypen wie insbesondere Gliazellen Untersucht werden die Eigenheiten und die Auswirkungen der Vernetzung dieser Zellen zu neuronalen Netzwerken in komplexen Nervensystemen Beispiele dafur sind das diffuse Nervensystem der Hohltiere das Strickleiternervensystem der Arthropoden und das Zentralnervensystem der Wirbeltiere Forschungsrichtungen der Neurowissenschaften die sich hauptsachlich mit der Untersuchung von Aufbau und Leistungen des Gehirns von Primaten d h Menschen und Affen befassen werden oftmals unter der Bezeichnung Hirnforschung oder Gehirnforschung zusammengefasst Neben der experimentellen Grundlagenforschung wird unter medizinischen Gesichtspunkten auch nach Ursachen und Heilungsmoglichkeiten von Nervenkrankheiten wie Parkinson Alzheimer oder Demenz geforscht Weiterhin untersucht man in den Neurowissenschaften die kognitive Informationsverarbeitung neuronale Ablaufe bei der Wahrnehmung fruher traditionell als geistige Phanomene bezeichnet sowie Entstehung und Ablauf emotionaler Reaktionen oder weit gefasste Phanomene wie Bewusstsein und Gedachtnis In den letzten Jahrzehnten haben sich deswegen zahlreiche teilweise institutionell verankerte Kooperationen zwischen Neurowissenschaftlern und Forschern aus anderen Fachbereichen ergeben wobei die engsten Beziehungen zu Vertretern der Kognitionswissenschaft Psychologie und Philosophie des Geistes bestehen Disziplinen Bearbeiten Neuromarketing Eine Werbebotschaft stimuliert den HypothalamusDie Neurowissenschaften entziehen sich dem Versuch sie nach verschiedenen Kriterien scharf in Teilbereiche zu untergliedern Zwar konnte man die Disziplinen zunachst einmal nach den jeweils betrachteten mikro und makroskopischen Hierarchie Ebenen Molekule Zellen Zellverband Netzwerk Verhalten ordnen jedoch tendieren die Neurowissenschaften zu einer eher funktionellen Sichtweise Das heisst meistens wird die funktionelle Rolle eines mikroskopischen Elements fur ein makroskopisches System eine oder mehrere Ebenen daruber untersucht Im Folgenden ist eine mogliche grobe Einteilung der Neurowissenschaften in verschiedene Disziplinen angegeben Neurophysiologie NeuropsychologieKognitive Neurowissenschaft NeuropsychoanalyseKlinisch medizinische FacherAn zentraler Stelle der Neurowissenschaften steht die Neurophysiologie Obwohl die Physiologie normalerweise eine Unterdisziplin der Biologie ist nimmt sie in den Neurowissenschaften insofern eine besondere Rolle ein als neuronale Aktivitat und somit die Sprache der Nerven in den Bereich der Neurophysiologie fallt Die Neurophysiologie lasst sich untergliedern in die Elektrophysiologie und die Sinnesphysiologie ist aber auch eng verwandt mit der Neuropharmakologie Neuroendokrinologie und Toxikologie Einen zentralen Platz auf einer hoheren Ebene nimmt die Kognitive Neurowissenschaft ein Sie befasst sich mit den neuronalen Mechanismen die kognitiven und psychischen Funktionen zugrunde liegen Sie interessiert sich also vor allem fur hohere Leistungen des Gehirns wie auch fur dessen Defizite Im Jahr 2000 gaben namhafte Neurowissenschaftler einer internationalen Zusammenarbeit mit der Psychoanalyse durch die Grundung einer gesonderten Fachgesellschaft eine Plattform die sie The Neuropsychoanalysis Association nannten 2 Die klinisch medizinischen Facher beschaftigen sich mit Pathogenese Diagnose und Therapie der Erkrankungen des Gehirns und umfassen die Neurologie Neuropathologie Neuroradiologie und Neurochirurgie sowie die Biologische Psychiatrie und Klinische Neuropsychologie Methoden BearbeitenDie Methoden der Neurowissenschaften unterscheiden sich zunachst in ihrer Anwendbarkeit beim Menschen Zum Studium des menschlichen Nervensystems werden vorwiegend nichtinvasive Verfahren eingesetzt also Verfahren die das System nicht schadigen In Ausnahmefallen und in Tierversuchen werden auch invasive Verfahren verwendet Einen Ausnahmefall stellen beispielsweise Lasionsstudien dar welche durch systematischen Vergleich von geschadigten Gehirnen Aufschluss auf die Lokalisation von Funktionen bieten Allerdings wird die Schadigung nicht gezielt vorgenommen sondern Patienten mit Hirnverletzungen oder Schlaganfallen stellen die Basis fur die Studie dar Im Folgenden sind die wichtigsten neurowissenschaftlichen Methoden aufgelistet Die Psychophysik ist ausschliesslich mit der Messung der Fahigkeiten des Gehirns als Gesamtkomplex innerhalb des Lebewesens beschaftigt Sie liefert Hinweise auf den Bereich der Moglichkeiten den ein Lebewesen hat Die Psychophysik wird oft zusammengebracht mit der Anatomie wenn Lasions studien durchgefuhrt werden Patienten mit Hirnlasionen z B nach einem Schlaganfall werden mit gesunden Menschen verglichen Der Vergleich der psychophysischen Moglichkeiten zweier neuronaler Systeme mit intaktem bzw geschadigtem Gehirn erlaubt die Rolle des geschadigten Hirnbereiches fur die Fahigkeiten und Vermogen einzuschatzen Die Lasionsstudien haben allerdings den Nachteil dass der Ort der Schadigung erst nach dem Tode des Patienten festgestellt werden konnte Sie waren daher sehr langwierig stellten aber uber lange Zeit die Basis aller neurowissenschaftlichen Studien dar und begrenzten die Geschwindigkeit des neurowissenschaftlichen Erkenntnisgewinns In ihrer Methodik spielt die Aktivitat von Nervenzellen insofern keine unmittelbare Rolle als nicht die Nervenzelle sondern das Gesamtsystem des Lebewesens der Schwerpunkt der Studie ist Mit der Entwicklung von Geraten die direkt oder indirekt Ruckschlusse auf die Aktivitat des Gehirns zulassen anderte sich auch die Art der Studien Die Entwicklung der Elektroenzephalographie EEG erlaubt es dem Gehirn beim Arbeiten indirekt zuzuschauen Die Aktivitat von Nervenzellen erzeugt ein elektrisches Feld das ausserhalb des Schadels gemessen werden kann Da sich orthogonal zu jedem elektrischen Feld auch ein Magnetfeld ausbreitet kann auch dieses gemessen werden diese Methode bezeichnet man als Magnetoenzephalographie MEG Beiden Methoden ist gemeinsam dass sie es ermoglichen die Aktivitat von grossen Zellverbanden in hoher zeitlicher Auflosung zu messen und damit Aufschluss uber die Reihenfolge von Verarbeitungsschritten zu erhalten Die raumliche Auflosung ist massig dennoch erlaubt es Forschern Erkenntnisse uber Ort und Zeitpunkt von neuronalen Prozessschritten am lebenden Menschen zu gewinnen Mittels der Computertomographie CT ist es moglich geworden Ort und Ausdehnung einer Lasion auch beim lebenden Patienten zu bestimmen Lasionsstudien wurden damit schneller und auch genauer da das Gehirn bereits unmittelbar nach einer Schadigung gescannt werden kann und die Anatomie der Schadigung bereits Hinweise auf mogliche kognitive Ausfalle geben kann die dann gezielt studiert werden konnen Ein weiterer Nebeneffekt ist die Tatsache dass das Gehirn sich von einer Schadigung bis zum Tode des Patienten verformt was die genaue anatomische Bestimmung der Schadigung erschwert Diese Verformung spielt beim CT insofern keine Rolle als die Zeitspanne zwischen Schadigung und Tomographie fur gewohnlich kurz ist Dies gilt im gleichen Masse fur die Magnetresonanztomographie MRT MRI auch Kernspintomographie genannt Beide Methoden haben eine gute bis sehr gute raumliche Auflosung erlauben aber keinerlei Ruckschlusse auf die Aktivitat von Nervenzellen Sie stellen die Fortsetzung der Lasionsstudien dar Funktionelle Studien also Studien die die Funktion bestimmter Hirnareale untersuchen wurden erst moglich als bildgebende Verfahren entwickelt wurden deren gemessene Signalstarke sich in Abhangigkeit von der Aktivitat von Hirnarealen verandert Zu diesen Methoden zahlt die Positronen Emissions Tomographie PET die Single Photon Emission Computed Tomography SPECT sowie die funktionelle Magnetresonanztomographie fMRI fMRT Sie alle erzeugen ein Signal von massiger bis guter raumlicher Auflosung haben aber den Nachteil praktisch blind fur die zeitliche Abfolge von neuronalen Prozessen im Millisekundenbereich zu sein Eine relativ neue Methode ist die nichtinvasive Nahinfrarotspektroskopie die zwar eine gute zeitliche Auflosung besitzt allerdings nur kleine Bereiche des Gehirns abbilden kann Im Gegensatz zu anderen funktionellen Methoden kann sie aber wie ein EEG mobil und in naturlichen Umgebungen eingesetzt werden In tierischen Modellsystemen oder in klinischen Studien kommen auch invasive Verfahren zum Einsatz die gezielt die Eigenschaften des Nervensystems verandern oder aber durch die Messung Schaden oder Verletzungen anrichten Auf globaler Ebene verandern vor allem pharmakologische Agenten die Eigenschaften von Neuronen oder anderen fur die neuronale Aktivitat Plastizitat oder Entwicklung relevanten Mechanismen Bei der pharmakologischen Intervention kann dadurch je nach Substanz ein Hirnareal beeinflusst oder ganz zerstort oder aber im gesamten Gehirn lediglich ein ganz bestimmter Kanal oder Rezeptortyp der neuronalen Zellmembran beeinflusst werden Die pharmakologische Intervention ist damit also gleichermassen eine globale wie eine spezifische funktionelle Methode Um die Effekte der Intervention zu messen greift man fur gewohnlich auf die Psychophysik die Elektrophysiologie oder post mortem die Histologie zuruck Die Transkranielle Magnetstimulation TMS erlaubt es kurzfristig Hirnareale auszuschalten Sie wird obwohl invasiv auch beim Menschen angewendet da man nicht von bleibenden Schaden ausgeht Mittels eines starken Magnetfeldes wird Strom schmerzfrei in ganze Hirnareale induziert deren Aktivitat dadurch nichts mehr mit der normalen Aufgabe der Areale zu tun hat Man spricht daher manchmal auch von einer temporaren Lasion Die Dauer der Lasion ist fur gewohnlich im Millisekundenbereich und erlaubt daher Einblick in die Abfolge neuronaler Prozesse Bei der repetitiven transkraniellen Magnetstimulation rTMS dagegen werden Hirnareale durch wiederholte Stimulation fur Minuten ausgeschaltet indem man sich einen Schutzmechanismus des Gehirns zunutze macht Die wiederholte gleichzeitige Stimulation ganzer Hirnareale gaukelt dem Hirn einen drohenden epileptischen Anfall vor Als Gegenreaktion wird die Aktivitat des stimulierten Hirnareals unterdruckt um eine Ausbreitung der Erregung zu verhindern Die so erzeugte temporare Lasion bleibt nun fur einige Minuten bestehen Die raumliche Auflosung ist massig die zeitliche Auflosung sehr gut fur TMS und schlecht fur rTMS Mittels Elektrostimulation kortikaler Areale kann man ebenso wie bei der TMS kurzfristig die Verarbeitung von Nervenimpulsen in bestimmten Hirnarealen beeinflussen oder ganz ausschalten Im Gegensatz zur TMS wird dazu allerdings der Schadel geoffnet da von ausserhalb des Schadels wesentlich starkere schmerzhafte Strome appliziert werden mussen und eine Elektrode in ein Hirnareal von Interesse implantiert Das erlaubt eine wesentlich exaktere raumliche Bestimmung der betroffenen Areale Die Elektrostimulation wird vor allem in der Neurochirurgie zur Bestimmung der Sprachzentren angewandt die bei Operationen nicht beschadigt werden durfen aber auch in Tiermodellen um kurzfristig die neuronale Aktivitat beeinflussen zu konnen Dem entgegengesetzt arbeitet die Elektrophysiologie die statt Strome ins Gehirn zu induzieren elektrische Signale von einzelnen Zellen oder Zellverbanden misst Hier wird zwischen In vivo und In vitro Experimenten unterschieden Bei In vivo Experimenten werden Elektroden in das Gehirn eines lebendigen Tieres gebracht und zwar indem man sie entweder permanent implantiert chronisches Implantat oder nur temporar in Hirnareale von Interesse steckt akutes Experiment Chronische Implantate erlauben es die Aktivitat des Gehirns bei einem Tier zu studieren das sich normal verhalt In vitro Experimente studieren die elektrische Aktivitat von Zellen und werden nicht an lebendigen Tieren vorgenommen sondern nur am Hirngewebe Die Aktivitat des Gewebes entspricht hier nicht dem normalen Verhalten des Tieres aber Techniken wie die Patch Clamp Technik erlauben sehr viel genauere Ruckschlusse auf die Eigenschaften der Neuronen in einem Hirnareal da diese systematisch studiert werden konnen Fur das Studium der morphologischen Struktur von Hirngewebe war schon immer die Mikroskopie wichtig Neuere Techniken vor allem Multiphotonenmikroskopie und konfokale Mikroskopie erlauben eine bislang ungeahnte raumliche Auflosung Einzelne Neuronen konnen in 3D vermessen und morphologische Veranderungen genau studiert werden Bei Benutzung ionensensitiver oder spannungssensitiver Farbstoffe konnen auch funktionelle Studien durchgefuhrt werden Die Theoretische Neurowissenschaft versucht die Prinzipien und Mechanismen welche der Entwicklung Organisation Informationsverarbeitung und den geistigen Fahigkeiten des Nervensystems zugrunde liegen mit mathematischen Modellen zu verstehen Dabei kommen mit der Theorie dynamischer Systeme vor allem Ansatze aus Physik und Mathematik zum Einsatz Viele Probleme sind analytisch nicht losbar und mussen deshalb numerisch simuliert werden Das Feld der Computational Neuroscience kann als Forschungszweig innerhalb der Theoretischen Neurowissenschaft aufgefasst werden in welchem Computer zur Simulation von Modellen verwendet werden Da dies meistens der Fall ist werden die Begriffe Theoretische Neurowissenschaft und Computational Neuroscience haufig synonym verwendet 1 Weitere Felder der Neurowissenschaften auf zellularer Ebene bieten die Techniken der Genetik Mit ihrer Hilfe konnen bei Versuchstieren ganz spezifische Gene geloscht z B Knockout Maus modifiziert oder implementiert werden s z B Gal4 UAS System um deren Bedeutung fur das Nervensystem zu beobachten Praktisch alle oben angefuhrten Methoden sind auf solchen Mutanten bzw Transformanten anwendbar Eine Besonderheit stellt die Optogenetik dar bei der genetisch modifizierte Zellen durch Bestrahlung mit Licht aktiviert oder inhibiert werden konnen Zudem ermoglicht sie die Beobachtung der Aktivitat von ganzen Populationen bestimmter Zelltypen unter dem Lichtmikroskop 3 Literatur BearbeitenOlaf Breidbach Die Materialisierung des Ichs Zur Geschichte der Hirnforschung im 19 und 20 Jahrhundert Wissenschaft Band 1276 Suhrkamp Frankfurt 1997 ISBN 3 518 28876 8 Thomas Budde Sven Meuth Fragen und Antworten zu den Neurowissenschaften Huber Bern 2003 ISBN 3 456 83929 4 Hans Burkert Die Neuro Bilddiktatur der Hirnforschung Vernissage Heidelberg 2009 ISBN 978 3 941812 01 7 Suitbert Cechura Kognitive Hirnforschung Mythos einer naturwissenschaftlichen Theorie menschlichen Verhaltens VSA Hamburg 2008 ISBN 978 3 89965 305 2 vsa verlag de PDF 124 kB David Chalmers Mind papers Bibliographie 18 000 Eintrage consc net Brigitte Falkenburg Mythos Determinismus Wieviel erklart uns die Hirnforschung Springer 2012 ISBN 978 3 642 25097 2 Michael Hagner Homo cerebralis Der Wandel vom Seelenorgan zum Gehirn Insel Frankfurt 2000 ISBN 3 458 34364 4 dsb Geniale Gehirne Zur Geschichte der Elitegehirnforschung 2 Auflage Munchen 2007 dsb Der Geist bei der Arbeit Historische Untersuchungen zur Hirnforschung Wallstein Gottingen 2006 ISBN 3 8353 0064 4 Felix Hasler Neuromythologie Eine Streitschrift gegen die Deutungsmacht der Hirnforschung Transcript Bielefeld 2012 ISBN 978 3 8376 1580 7 Torsten Heinemann Populare Wissenschaft Hirnforschung zwischen Labor und Talkshow Wallstein Gottingen 2012 ISBN 978 3 8353 1073 5 Leonhard Hennen Reinhard Grunwald Christoph Revermann Arnold Sauter Einsichten und Eingriffe in das Gehirn Die Herausforderung der Gesellschaft durch die Neurowissenschaften Edition Sigma Berlin 2008 ISBN 978 3 8360 8124 5 Ulrich Herrmann Neurodidaktik Grundlagen und Vorschlage fur gehirngerechtes Lehren und Lernen 2 Auflage Beltz Weinheim 2009 ISBN 978 3 407 25511 2 Peter Janich Kein neues Menschenbild Zur Sprache der Hirnforschung Suhrkamp Frankfurt 2009 ISBN 978 3 518 26021 0 Eric Richard Kandel James H Schwartz Thomas M Jessel Hrsg Neurowissenschaften Eine Einfuhrung Spektrum Heidelberg Berlin Oxford 1995 ISBN 3 86025 391 3 Aus dem Englischen und erweitert nach Essentials of neural science and behavior Appleton amp Lange Norwalk 1995 Principals of Neural Science 4 Auflage McGraw Hill New York 2000 ISBN 0 8385 7701 6 Gerhard Niemann Neurowissenschaften fur Therapie und Neurorehabilitation Erkenntnisse fur die Praxis Kohlhammer Stuttgart 2018 ISBN 978 3 17 030651 6 Jurgen Peiffer Hirnforschung in Deutschland 1849 bis 1974 Springer Berlin 2004 ISBN 3 540 40690 5 Guido Rappe Neuro Religion Neuro Religion I Der Homunkulus und die Gefuhle Projektverlag Bochum 2016 ISBN 978 3 89733 401 4 Neuro Religion II Was die Neuro Wissenschaft immer noch nicht erklaren kann Projektverlag Bochum 2016 ISBN 978 3 89733 405 2 Ewald Richter Wohin fuhrt uns die moderne Hirnforschung Duncker amp Humblot Berlin 2005 ISBN 3 428 11786 7 Christine Zunke Kritik der Hirnforschung Neurophysiologie und Willensfreiheit Akademie Berlin 2008 ISBN 978 3 05 004501 6 Antonio Damasio Selbst ist der Mensch Korper Geist und die Entstehung des menschlichen Bewusstseins Pantheon Verlag 2013 ISBN 978 3 570 55179 0 Rundfunkberichte BearbeitenMartin Hubert Hirnforschung Das Hypothesengenie Das Gehirn als Vorhersagemaschine Manuskript Deutschlandradio Wissenschaft im Brennpunkt vom 19 Januar 2014Weblinks Bearbeiten Wiktionary Neurowissenschaft Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme Ubersetzungen Neurowissenschaftliche Gesellschaft IBRO International Brain Research Organization Federation of European Neuroscience Societies Society for Neuroscience Neurosciences on the Internet Schweizer Gesellschaft fur Neurowissenschaft Neuroscience Network Basel Interdisziplinares Zentrum fur Neurowissenschaften an der JWG Universitat Frankfurt Eugene M Izhikevich Hrsg Encyclopedia of Computational Neuroscience In Scholarpedia englisch inkl Literaturangaben Hirnforschung PDF 131 kB Historisch kritisches Worterbuch des Marxismus Band 6 I Hirnforschung und Krankenmord PDF 243 kB Das Kaiser Wilhelm Institut fur Hirnforschung 1937 1945 Von Hans Walter Schmuhl Stand 2000 Forschungsprogramm Geschichte der Kaiser Wilhelm Gesellschaft im Nationalsozialismus 1 Einzelnachweise Bearbeiten a b Trappenberg Thomas P Fundamentals of Computational Neuroscience 2 Auflage Oxford University Press Oxford 2010 ISBN 978 0 19 956841 3 Neuropsychoanalysis Abgerufen am 22 Mai 2018 englisch The Neuropsychoanalysis Association is an international network of non profit organizations that support a dialogue between the neurosciences and psychoanalysis Deisseroth Karl 10 years of microbial opsins in neuroscience In Nature Neuroscience Band 18 Nr 9 2015 S 1213 1225 doi 10 1038 nn 4091 Normdaten Sachbegriff GND 7555119 6 lobid OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Neurowissenschaften amp oldid 236489300