Definition
Was ist einEEG?
Die Hirnzellen kommunizieren miteinander mittels elektrischer
Aktivität, zwischen Dendriten und Axonen. Botenstoffe, sogenannte
Neurotransmitter, werden an den synaptischen Verbindungen freigesetzt. Das
Ganze ähnelt einer komplexen Stadt, deren Funktion von ihren Stromleitungen
abhängig ist. Diese Analogie greift aber zu kurz, denn das Gehirn ist weit
komplizierter. Jede der Milliarden Neuronen besitzt tausende von Verbindungen,
obwohl festgestellt wurde, dass jeweils vier Synapsen jeweils zwei Neuronen
miteinander verbinden (Diese Feststellung entstammt einem Interview für ein Lufthansa
Magazin, das Ernst Pöppel, ein deutscher Neurowissenschaftler, im April 2002
gegeben hat. Die Herkunft dieser Quelle zeigt, wie populär die
Neurowissenschaft inzwischen ist.) Vielleicht ist das weltumspannende
Telefonnetz eine geeignetere Analogie als die Stromversorgung einer Stadt, weil
das Telefonnetz über lokale, regionale und weltweite Verbindungen verfügt
(Diese Idee wird in Kapitel 6 und 7 noch einmal aufgegriffen) Für die schnelle
Kommunikation über weite Entfernungen benutzt das Gehirn myelinisierte Fasern
(weiße Substanz) ähnlich den Glasfaserkabeln in Telefonsystemen, die die
Sprachinformationen schneller leiten als normale Kabel. Wir haben bis jetzt
noch kein Äquivalent zur Sattelitenübertragung im Hirnnetzwerk entdecken
können, obwohl es möglich ist, dass ein solches noch entdeckt wird, um
Telepathie zu erklären - einem Phänomen, das Hans Berger zur Erforschung der
Hirnaktivität anregte.
Das Elektroenzephalogramm ist ein Hilfsmittel, um die
elektrische Aktivität im Gehirn zu entdecken und zu verstärken. Das EEG misst
die Potentialdifferenz zwischen zwei Messelektroden, die auf der Kopfoberfläche
unter Zuhilfenahme einer hochleitungsfähigen Paste befestigt werden. Es werden
10-20 Pasten wie Elefix (oder One Step) benutzt, manchmal aber auch Kochsalzlösungen.
Die Elektroden messen die elektrische Aktivität, die von speziellen Neuronen
(Nervenzellen) produziert werden, den so genannten Pyramidenzellen. Die
Messergebisse werden Elektroenzephalogramm (EEG) genannt., elektro, weil
wir elektrische Aktivität messen (die Potentialdifferenz zwischen der Aktivität
beider Elektroden), enzephalo ist ein Begriff, der das Gehirn meint und gramm
bedeutet einfach. schreiben. Viele klinische EEG Geräte benutzen weiterhin
Stifte, die die Hirnwellen auf eine schnell laufende Papierrolle schreiben. Die
für das Neurofeedback benutzten Geräte zeigen das Messergebnis auf einem
Computermonitor. Es gibt auch die Möglichkeit eine wellenförmige Aufzeichnung
der Amplitudenhöhe darzustellen. Verschiedene Hirnfrequenzen werden auf dem
Papier oder dem Monitor dargestellt. Die Maßeinheit für Frequenz ist Schwingung
pro Sekunde oder Hertz (Hz), benannt nach Heinrich Hertz, einem deutschen
Physiker, der 1894 starb. Die amlitude wird normalerweise in Mikrovolt
gemessen, oder einem ein Millionenstel Volt. Die verschiedenen Frequenzbänder
korrespondieren mit unterschiedlichen mentalen Zuständen, zum Beispiel, Alpha
(8-12 Hz) zeigt einen Zustand innerer Ruhe an.
Warum soll man sich mit dem EEG auseinandersetzen?
Ganz allgemein gesprochen ist das EEG ein hilfreiches
Instrument, die Hirnaktivität zu betrachten, weil es keine invasiven Maßnahmen
erfordert und eine hervorragende Beurteilung über einen Zeitabschnitt
ermöglicht. In dieser Hinsicht ist es den bildgebenden Techniken wie PET und
SPECT überlegen, die dafür eine bessere räumliche Erfassung ermöglichen. Durch
das EEG erkennt man die EEG Veränderungen in jedem Moment, das beinhaltet die
Beurteilung ob bestimmte Areale aktiv sind oder im Ruhezustand.
Es gibt interessante Forschungsergebnisse wie Brain Map
Darstellungen der Hirnaktivität mit diagnostischen Kriterien übereinstimmen.
Studien unter Einbeziehung weißer und schwarzer US Amerikaner, Skandinavier
und Chinesen führten alle zu dem gleichen Resultat. E. Roy John gab, beim
jährlichen Treffen der Association für Applied Psychophysiologhie im März 2000, einen Überblick über das Neuometrische Verfahren, das er in seinen Brain
Research Labs, am Departement of Psychiatry an der Universität von New York
entwickelt hatte. Seit dem Jahr 1973 benutzte er EEG Messungen um mithilfe
seiner Kollegen und seiner Frau Leslie Pricheb Brain Maps zu erstellen, indem
er versuchte die Messdaten des EEG mithilfe mathematischer Transformationen mit
diagnostischen Kriterien in Zusammenhang zu bringen. Das ist eine sehr mühsame
Arbeit und sie führte zu 2008 Messwerte auf ihrer Matrix, die die
Elektrodenplatzierung auf Grund von Frequenzen ermöglichen In der Präsentation
der AAPB führten sie aus, dass ihre 82 diagnostischen Einteilungen mit 85-90%
Sicherheit zutreffen und dass der Nutzen darin besteht, die Behandlungserfolge
mit großer Sicherheit vorauszusagen. Bei älteren Menschen gibt es
beispielsweise eine Trefferquote in der Unterscheidung zwischen Depression und
Demenz von 94%.
Diese Information hat eine große Auswirkung auf die
Behandlung, insbesondere auf die Art der Medikation, die der Psychiater seinem
Patienten verschreibt. John und Prichep’s Neurometrische Annäherung ist in der
Lage mit 90% Sicherheit ADD Patienten von der Normalpopulation zu
unterscheiden. Ebenso können diese Forscher Responder und Nonresponder in Bezug
auf die Gabe von Stimulantien wie Methylphenidat unterscheiden, selbst wenn
sich deren Symptome gleichen. John merkte an, dass die zu den Vorteilen des EEG
auch gehört, dass die Ergebnisse der Messungen wiederholbar sind und
unbeeinflusst bleiben vom kulturellen Hintergrund des Probanden.
Unter Benutzung eines ein Kanal Settings mit der Elektrode an
Cz, etablierte sich die Theta zu Beta Power Ratio, die eine noch höhere Aussagekraft
besitzt, wenn man ADHS Patienten von der Normalpoulation unterscheiden will.
(Monastra et al., 1998).
Während John and Prichep’s [L1] [L1]Entdeckungen hauptsächlich von Psychiatern benutzt werden, um
die medikamentöse Behandlung zu lenken,
ist es die Tatsache, dass die Hirnwellen die bei der Auswertung des EEG als
problematisch erkannt werden, durch Neurofeedbacktraining verändert werden
können. Diese Veränderungen können die Symptome verschwinden lassen oder die Leistungsfähigkeit des Probanden verbessern.
Hier noch einmal im Zusammenhang: Sechs gute Gründe das EEG
zu benutzen, sowohl zu diagnostischen Zwecken als auch um das Gehirn zu
beeinflussen und dadurch das Verhalten, durch einen Lernprozess mittels
operanten Konditionierens, der den Namen Neurofeedback trägt.
Mentale Zustände können
anhand des EEG erkannt werden
1 Unterschiedliche
Frequenzbänder korrespondie-ren mit unterschiedlichen mentalen Zuständen.
Diese werden für jedes vordefinierte Frequenzband in Kapitel III beschrieben
(z.B. Theta 4-8Hz) Beispielsweise: Theta - nach innen orientiert, müde, in
Gedanken abtreibend, Erinnerungen wachrufend oder visualisierend., Alpha - nach
innen orientiert, kontemplativ, möglicherweise tagträumend oder in einem
meditativen Zustand . SMR – ruhiger Zustand in dem der
Klient verharrt ehe er handelt. Beta - wach, Probleme lösend, oft nach außen
orientierte Zustände.
2 Unterschiedliche
Hirnwellenmmuster (wir sprechen hier über normale Hirnwellen und keine
krankhaften wie etwa die bei den Epilepsien.) geben Hinweise auf das Vorliegen
einer bestimmten Störung oder einem Syndrom. (hohe Theta/Beta Ratio)
kennzeichnet Personen, die an Aufmerksamkeitssyndromen leiden (Monastra et. Al.,
1998).
3 Sowohl Tiere
als auch Menschen können mittels operanten Konditionierens ihre
Hirnwellenaktivität verändern. Die ersten Arbeiten zu diesem Thema erschienen
in den 60 er Jahren des letzten Jahrhunderts, als Barry Sterman demonstrierte,
dass Katzen einen bestimmten Frequenzbereich des Gehirns Anheben oder
Verstärken konnten, den SMR oder sensomotorischen Ryhthmus, der bei 12-15 Hz
liegt, wobei diese Veränderung der Hirnwellenaktivität mit der Reduktion des
vom Kortex verarbeiteten sensorischen Inputs und einer Reduktion der
motorischen Unruhe einherging.
4 Sowohl Tiere als auch Menschen zeigen Verhaltensänderungen,
nachdem sie gelernt haben, durch operantes Konditionieren ihre Hirnwellenaktivität
zu beeinflussen. Wiederstammen diese Entdeckungen von Sterman nun
Professor Emeritus am UCLA, bei Versuchen mit Katzen. Das operante
Konditionieren der Katzen funktionierte so, dass sie mit einem Gemisch aus
Milch und HühnerbrüheT belohnt wurden, wenn sie SMR produzierten. Die Katzen
wurden durch den angehobenen SMR Rhythmus ruhig, waren aber trotzdem aufmerksam
Als man die Bedingungen änderte und das Reduzieren von SMR trainiert wurde,
lernten sie auch das und wurden zu unruhigen Katzen Weitere Arbeiten bewiesen,
dass das SMR Training der Katzen diese unempfindlich für epileptische Anfälle
machte. Nachdem man begonnen hatte, dieses Training der SMR Frequenzen mit
Menschen die an Epilepsie litten durchzuführen, bemerkte man, dass sowohl die Anzahl
als auch die Stärke der Anfälle nachließ., dass aber zusätzlich die Symptome
der Hyperaktivität verschwanden. Das führte dazu, dass das Training auf
hyperaktive Kinder ausgedehnt wurde. Eine Arbeit, die in den letzten 35 Jahren
durchgeführt wurde und die zu dem Ergebnis führte, dass es Kindern möglich ist,
die langsame Hirnwellenaktivität im ThetaRhythmus zu senken und die schnelle
Beta Aktivität zu verstärken, was zu einer bemerkenswerten Verbesserung der
Aufmerksamkeit und einer reduzierten Impulsivität und reduzierten
Hyperaktivität führte. Auch andere Variablen veränderten sich, etwa die der
allgemeinen Leistungsfähigkeit, die Ergebnisse in traditionellen
Intelligenztests, wie dem Wechsler Intelligenztest für Kinder., aber auch in
Continous Performance Tests, die die Daueraufmerksamkeit prüfen und in den
Schulleistungen. Die Arbeit mit Athleten zeigte, dass anhand des EEG zwischen
Hochleistern und Athleten mittleren Niveaus eindeutig differenziert werden
konnte. (Landers, 1991). Vielversprechend scheint die Arbeit an der
Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Hochleistungssportlern zu sein.
5 Brain Maps, die
Ableitungen an 19 Positionen ermöglichen können dabei helfen, psychiatrische
Symptome zu erkennen und einzugrenzen. Brain Maps. E. Roy John
von der New York University hat dazu viele Studien verfasst. Brain Maps helfen
dabei, die Wirkung einer Medikation vorauszusagen. Beispielsweise ist es so,
dass bei Menschen, die einen Exzess von Alpha Aktivität zentral aufweisen (über
dem Cingulate Gyrus) zu 80 Prozent an einer Zwangsstörung leiden, die mittels
SSRIs behandelt werden kann. Bei Patienten mit einer Zwangsstörung, die zentral
erhöhte Theta Werte aufweisen, reagieren nur 20% auf die Medikamentengabe mit
einer Verbesserung der Symptome. Richard Davidson (1998) entdeckte, dass
depressive Menschen eine veringerte Hirnaktivität im linken Frontallappen
aufwiesen (erhöhte Alphawerte) Elsa Baehr und Mitzarbeiter zeigten, dass
depressive Patienten von einem EEG Training mittels operanten Konditionierens deutlich
profitieren können. (Baehr, Rosenfeld, Baehr & Earnst, 1999).
6 Brain Maps an 19 Ableitungspunkten können Kommunikationverbindungen zwischen
verschiedenen Hirnarealen darstellen. Die Ausdrücke, die für diese Art
der EEG Messung gebräuchlich sind, sind Kohärenz und Komodulation. Wie
bereits erwähnt, können die Messdaten einer 19 Kanal Aufzeichnung mit den
Werten einer normativen Datenbank verglichen werden. Datenbanken wurden von E.
Roy John, Frank Duffy, Robert Thatcher, William Hudspeth, M. Barry Sterman,
Yuri Kropotov, James Thompson and David Hagedorn entwickelt. Statistische
Vergleiche können eine zu geringe oder zu große Kommunikation zwischen
verschiedenen Hirnarealen nachweisen. Diese Information kann dann dazu genutzt
werden, ein Training auszuarbeiten, das dem Klienten hilft, die Symptome der
unterschiedlichsten Störungen zu überwinden. Kohärenz Training sollte als
wirksames Mittel bei leichten Hirntraumata in die engere Wahl rücken. Das Ziel
ist es immer, ein Training auszuarbeiten, das das EEG normalisiert. Mentale
Zustände können durch Neurofeedbacktraining geändert werden. Diese Veränderung
kann das Ziel haben, das EEG zu normaliseren oder den Klienten zur Erbringung
von Höchstleistungen zu pushen.
Ziel: Normalisierung des EEG
Operantes Konditionieren kann das EEG
eines Klienten normalisieren, wenn das EEG Training einen mentalen Zustand der
relaxt, ruhig, reflektiert, wach und fokussiert ist, anstrebt, und zwar durch
eine angemessene Abstufung von Annäherungen. Diese Veränderungen sollten die
Symptome der ADHS verschwinden lassen und die Symptome einer Epilepsie mildern.
Tatsächlich gehört Neurofeedback zu den bevorzugten Behandlungsmethoden dieser
zwei Auffälligkeiten. wie man im Abschnitt über Biofeedback auf der
Gesundheitswebseite des Nationalen Institutes für alternative und komplementäre
Medizin nachlesen kann. Neurofeedback kann ebenfalls Symptome von Angst,
Depression, Sucht, Bewegungsstörungen wie Parkinson und Hirntraumata mildern.
Es könnte Schwierigkeiten im Sozialverhalten, wie sie bei Aspergerstörungen
oder beim High Function Autismus vorkommen, mildern, obwohl es in dieser
Hinsicht noch wenig publizierte Literatur gibt.
Ziel: Optimale Leistung
Operantes Konditionieren des EEG
(Neurofeedback) kann einen Sportler und Geschäftsmann zu seinem optimalen
Leistungsvermögen führen, sowohl bei geistigen als auch bei körperlichen
Herausforderungen. Aber auch hier gilt, es bedarf noch weiterer Publikationen.
Es gibt ermutigende Resultate aus Studien wie der von John Gruzelier’s zur
Verbesserung der Leistungen von Musikern insbesondere was den
interpretierenden, emotionalen Aspekt der Leistung betraf.
states can be changed through Mental
neurofeedback. The change[M2] can be targeted toward normalization or towards
optimal performance.
Wie ist es möglich, dass die sehr
schwachen elektrischen Entladungen von Nervenzellen gemessen werden können?
Die elektrische Aktivität, die wir
beim Neurofeedback messen, stammt vom Kortex. Genauer gesagt arbeitet jede
einzelne Pyramidenzelle wie eine kleine Batterie, die einen Dipol produziert.
Dipole sind wichtig, weil wir, um elektrische Ströme zu messen, eine
Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten
haben müssen. Die kortikale Seite, sagen wir, gemessen an an Cz, wird eine
elektrische Aktivität unterhalb des Sensors anzeigen, die von dem Dipol stammt, den die aktivierte
Pyramidenzelle erzeugt. Die Seite, die als Referenz genutzt wird, wie die Nase,
das Kinn oder das Ohrläppchen weist eine erheblich geringere, gegen Null
gehende, elek trische Aktivität auf.
Die elektrische Aktivität stammt
von der speziellen Charakteristik der Pyramidenzellen. Keine andere Zelle des
Kortes verfügt über die Fähigkeit zum elektrischen Dipol zu werden, obwohl
andere kortikale Zellen die Arbeitsweise der Pyramidenzellen beeinflussen. Roberto Pascual-Marqui, ein Schweizer
Neurowissenschaftler (Proceedings,
Society for Neuronal Regulation annual meeting, 2000), der Hirnforschung in
Zürich betreibt und der LORETA entwickelte, gab eine eloquente Erklärung für
diesen Zusammenhang, die weiter unten wiedergegeben wird.
Die physiologische Basis des
EEG
Das EEG wird definiert als die Spannungsdifferenz zwischen zwei
Ableitungs- oder Messpositionen gemessen
im zeitlichen Verlauf (Fisch, 1999). Das EEG zeigt die synchrone Aktivität
von postsynaptischen inhibitorischen und exzitatorischen Potentialen, die von
großen Gruppen kortikaler Pyramidenzellen generiert werden. Diese von den
Pyramidenzellen generierten postsynaptischen Potentiale bilden eine
extrazelluläre Schicht elektrischer Dipole. “Diese dipoläre Schicht
unterhalb der kortikalen Oberfläche projeziert wechselnde elektrische
Polaritäten die von den innersten Lagen der Zellschichten des Kortex stammen
zur Oberfläche. (Fisch, 1999). Die
postsynaptischen Potentiale haben eine relativ lange Dauer (15-200
Millisekunden). Diese Potentialschwankungen summieren sich und das EEG zeichnet
diese Summenpotentiale über die Elektrode auf der Kopfoberfläche auf.
Die Ladung wechselt abhängig davon,
ob ein exzitatorisches postsynaptoisches Potential (EPSP) oder ein
inhibitorisches postsynaptisches Potential (IPSP) in den Arealen des Kortex,
die unterhalb der Elektrode liegen, generiert wird. Die beim Neurofeedback
normalerweise genutzte Elektrode ist eine Makroelektrode, die in der Lage ist,
die Aktivität sehr großer Neuronenpopulationen unter der Kopfoberfläche zu registrieren.
(Mikroelektroden sind erheblich kleiner, weniger als zwei Mikrometer groß, und
werden zur Messung der elektrischen Aktivität inmitten des Gehirns benutzt,
beispielsweise in der Forschung mit Versuchstieren, bei denen die Elektrode ins
Gehirn implantiert wird.) Jede Elektrode kann einen Bereich von 6
Quadratzentimetern erfassen. Aktionspotentiale, die die Axone oder Dendriten
dieser kortikalen Zellen hinunterwandern haben eine sehr kurze Dauer von 1
Millisekunde und deren elektrische Aktivität hat keinen signifikanten Einfluss
auf das EEG
Wenn Ihnen jetzt bereits klar ist,
wie das alles funktioniert, können sie den Rest des nächsten Kapitels
überspringen. Wenn Sie eine Auffrischung des Wissens wünschen, wird Ihnen das
nächste Kapitel noch einmal erklären, was Aktionspotentiale und postsynaptische
Potentiale sind und wie das aktuelle Wissen über die Mechanismen, die zur
Entstehung des EEG führen, dessen Entstehung erklärt.
Pyramidenzellen
Terminologie
Sink – Wo
positiv geladene Kationen in die Zelle einströmen, hinterlassen sie eine
negative Ladung im extrazellulärem Raum. Der Ladungsabfall kann an der Basis,
in der Mitte oder an den Ausläufern der Dendriten der Pyramidenzelle erfolgen.
Source – Der Ort
an dem die elektrische Ladung die Zelle verlässt
Dipole –
Eletrisches Feld zwischen Source und Sink, also zwischen Ladung und Entladung.
Macrocolumn – Die
Neuronen des Koirtes sind in Gruppem angeordnet, die man im Englischen
macrocolumns nennt. Jede Reihe besteht aus Zellgruppen von mehreren Millimetern
Durchmesser die in sechs Lagen übereinander angeordnet sind. Diese Gruppen
beinhalten Pyramidenzellen, Sternzellen (Stellate Cells) - exziatorisch und
Korbzellen 7basket cells).- inhibitorisch. Diese Gruppen enthalten zusätzlich
Glia Zellen. Die Anzahl der Glia Zellen übertrifft die Anzahl der
Pyramidenzellen. Sie haben die Aufgabe, die Pyramiden zellen beim Abtransport von Stoffwechselabfällen und
beim Erhalt der Struktur zu unterstützen.
Die Messung der
postsynaptischen Potentiale
In den folgenden Diagrammen ist das
Axon das mit der Pyramidenzelle kommuniziert, exizatatorisch. Wenn es
inhibitorisch wäre, wäre die im Diagramm vermerkte elektrische Ladung im
extrazellulären Raum gegensätzlich zu der Gezeigten. Die postive Ladung (+ve) würde
negativ sein (‑ve).
Beispiel #1, ein exzitatorisches
postsynaptisches Potential (EPSP) am distalen Ende eines Dendriten der
Pyramidenzelle.
Der Einfluss von Natrium erzeugt
etwas, das wir eine aktive Entladung (sink) nennen, an der Grenze des
synaptischen Inputs vom Axon einer benachbarten Zelle. Eine aktive Ladung,
die positiv ist, wird außerhalb des Zellkörpers der Pyramidenzelle am anderen
Ende des Dendriten erzeugt. Die negative Ladung (sink) entsteht außerhalb der
Zelle, in dem Augenblick, in dem Natrium, das eine positive Ladung besitzt,
in den Dendriten eindringt, ausgelöst durch eine chemische Veränderung, die
die Permiabilität der Zelloberfläche gegenüber dem Natrium erhöht. Das
Eindringen der positiven Ionen in das distale Ende des Dendriten, wie im
Diagramm gezeigt, hinterlässt eine negative Ladung außerhalb des Dendriten,
unmittelbar in der Nähe zur Kopfoberfläche unterhalb unserer Elektrode. Innerhalb
des Dendriten richtet sich die positive Ladung gegen die Kortexoberfläche
während das negative Ende des zellulären Dipols sich in Richtung des
Zellkörpers der Pyramidenzelle richtet.
|
Oberfläche des Kortex EPSP
     SINK ‑ve Na
+ 
 K+ 
+ve
SOURCE
Pyramidal
Cell Body
CURRENT DIPOLE
|
||||||||||||||||||||
Source – Welche
Ladung verlässt die Zelle
Dipole – Elektrisches
Feld zwischen source and sink
Die Spannungsmessung der
Elektrode auf der Kopfoberfläche oberhalb des Dendriten der Pyramidenzellen (und
in Referenz zu einem räumlich entfernten Punkt) würde negativ sein. Es würde
ein EPSP (excitatory postsynaptic potential).gemessen. Ein IPSP
(inhibitory postsynaptic potential) ist im Diagramm nicht zu sehen. Inhibitorische
Neurotransmitter machen die Oberflächenmembrane weniger durchlässig für Natrium,
obowohl Kalium (ebenfalls mit einer positiven Ladung) weiterhin durchgelassen
wird, so dass die Ladung außerhalb der Membrane des Dendriten positiv wäre. Die
elektrische Ladung die von der Elektrode an der Kopfoberfläche gemessen würde,
wäre in diesem Falle postiv. Das bedeutet, sie wäre das Gegenteil der bei einem
EPSP gemessenen Ladung vom distalen Ende des Dendriten einer Pyramidenzelle.
Beispiel #2, ein exzitatorisches Potential
(EPSP) am proximalen Ende einen Dendriten der Pyramidenzelle
IWenn die synaptische Verbidnung
in der Nähe des Zellkörpers der Pyramidenzelle liegt, dann ist der active
sink (‑ve) näher beim Zellkörper und die source(+ve) läge am distalen Ende des
Dendriten, näher gelegen zum Kortex..
Die
Spannung die von der Obedrfächenelektrode oberhalb des Dendriten der
Pyramidenzelle und mit Referenz zu einem räumlich entfernten Punkt, würde positiv
sein. Der Ladungsdipol hat die umgekehrte Richtung zu der des ersten
Beispiels..
|
     SOURCE
+ ve
  EPSP
axon
SINK ‑ve
Na+
    
K+
pyramidales Axon
|
Bedingungen für die Entdeckung der
Spannung
Wenn wir die die Diagramme der
Pyramidenzellenaktivität betrachten, müssen wir uns unweigerlich fragen, wie es
möglich ist, solch kleine elektrische Ladungen überhaupt zu entdecken. Die
einfachste Möglichkeit, das zu verstehen wurde von Pascual-Marqui entwickelt. Er erklärt, dass
vier Bedingungen erfüllt sein müssen, bevor eine elektrische Aktivität
entsteht, die an der Kopfoberfläche gemessen werden kann.
Richtung
Was würde geschehen, wenn die
Pyramidenzellen willkürlich angeordnet wären?
 |
|||
 |
Die Summe der messbaren Aktivität
dieser Pyramidenzellen würde gegen null gehen und kein EEG könnte entdeckt
werden.
Wie auch immer, die Pyramidenzellen
des Kortex sind parallel zur Oberfläche angeordnet, wenngleich nicht so perfekt
wie in der Darstellung, hauptsächlich wegen der Bewegungen des Kortex.
 |
 |
 |
|
Synchronizität
Zellen müssen in einer
synchronisierten Aktion "feuern" um eine messbare elektrische
Aktivität zu erzeugen. Wenn diese Zellen nicht gemeinsam sondern ungeordnet
feuern würden, wäre ihr Summenpotential zu jedem gegebenen Zeitpunkt gegen
Null.
Dieses simultane "Feuern"
ist gegeben. Eine der bekanntesten Mechanismen betrifft subkortikale
Strukturen, die den Rhythmus des Feuerns dieser Zellen kontrollieren. der
bekannteste Auslöser ist der Thalamus Wir haben bereits erwähnt, wie er Theta,
Alpha und SMR Wellen kontrolliert.
Gleichbleibende Position (Proximal oder Distal)
Die gleiche Aktion muss exakt zur
gleichen Zeit von der Mehrzahl der Zellen inklusive der Kluster oder Makrokolumns der Neuronen erfolgen. Wir
benötigen die simultane Entladung an den Synapsen der Axone, die mit den Dendriten
der Pyramidenzellen verbunden sind mit derselben Position auf dem Dendriten. Das
postsynaptische Potential (PSPs) wird nur dann die gleiche Ladung besitzen; beispielsweise werden alle
einen "sink" in der Nähe der Spitze des Dendriten haben, was eine
negative Ladung in der Nähe der Kopfoberfläche erzeugt.
Wertigkeit (Valenz)
Die Wertigkeit (+ve or –ve) muss in
der räumlichen Anordnung der Kluster von Pyramidenzellen die gleiche sein, um
zu verhindern, dass eine Ladung die der anderen aufhebt. Also muss die
gleiche Art des Inputs (exzitatorisch oder inhibitorisch) bei allen
Pyramidenzellen innerhalb des Klusters vorhanden sein.
Alle vier Bedingungen sind gut
erforscht und anerkannt. Sie gelten als die Basis zur Erzeugung elektrischer
Ladungen (+ve or –ve) an der Kopfoberfläche, die mit einem EEG gemessen werden
können.
Anmerkung: Die Pyramidenzelle ist
das einzige Neuron, dessen Dendriten ein Aktionspotential erzeugen können. (Normalerweise
produzieren Dendriten exzitatorische und inhibitorische langsame Potentziale
die sich am Axonhügel summieren um ein Aktionspotential zu generieren.
Wie Neuronen kommunizieren
Der Job der Neuronen ist es, mit anderen Neuronen zu kommunizieren. Sie tun das mittels eines ausgeklügelten Systems, das elektrische und chemische Informationswege beinhaltet.
Das Ruhepotential der Nervenzellen
Betrachten wir die Zelle als eine
Burg. Diese befindet sich im Frieden und verharrt in einem Ruhezustand. Der
Feind außerhalb der Burgmauern wird die Burg erobern, wenn es ihm gelingt, die
Wälle zu durchbrechen. Um eine Reaktion
auszulösen, muss eine Lücke in die Mauern geschlagen werden. Die Verteidiger
werden alles tun, die Mauern immer wieder zu reparieren, um die Feinde
außerhalb zu halten, und damit wieder in den Ruhezustand zu gelangen. Im Falle
der Nervenzelle kann die Abwehr"Mauer" mittels zweier Wege durchbrochen
werden, chemisch oder elektrisch.
Im Ruhezustand besitzen die Neurone
ein so genanntes Ruhepotential. Das Ruhepotential ist die Potentialdifferenz
zwischen dem Zellinneren und dem Äußeren. Die Messung beträgt –50 bis –100 mV. Die
Ladung des Inneren der Zelle ist negativ im Vergleich zum Äußeren während das
Potential in Ruhe minus siebzig Millivolt beträgt (‑70 Mv). Denken wir uns die
Membrane noch einmal als eine Burgmauer. Im Innern der Zelle oder der
"Burg" befinden sich hohe Konzentrationen von negativ geladenen großen
Protein- und Aminosäurenanionen (A-), einem
positiven Kation, dem Kalium (K+), und eine geringe Konzentration
von Chloriden (Cl-) , die ebenfalls negativ sind. Außerhalb der Zelle
finden wir die gegenteilige Anordnung: hohe Konzentrationen von Natrium (Na+) und
Chloriden und geringe Konzentrationen von Kalium. Zusätzlich finden wir noch
ein bedeutsames positives Ion außerhalb der Zellwand, das Calcium Ca2+.
Es wird später in unserer Erörterung eine Rolle spielen, wenn wir über präsynaptische
Übertragung von Neurotransmittern sprechen. Hauptsächlich sollte man sich merken, dass
unter speziellen Umständen Natrium, Kalium und Chloride die Zellmembrane
passieren können; aber man sollte im Auge behalten, dass die großen negativ
geladenen Proteinanionen die Zellwand nicht durchdringen können..
Die allgemeine Ruheladung –ve im
Zellinneren (mit dem Natrium außerhalb und dem Kalium innerhalb der
"Mauern) wird durch einen aktiven Prozess verursacht, der Energie
verbraucht Dieser Prozess, den man Natrium-Kalium Pumpe nennt, transportiert
Ionen gegen den Diffusions- und den elektrischen Widerstand. Durch diesen
Prozess wird Natrium (+ve) aus der Zelle transportiert, während Kalium
eindringt (+ve). Die Natriumkonzentration außerhalb der Zelle ist zehnmal so hoch
wie im Zellinneren. Natrium muss sowohl gegen den +ve Ladung außerhalb und
gegen seine höhere Konzentration im äußeren Milieu aus der Zelle entfernt
werden. Kalium muss andererseits gegen einen Konzentrationswiderstand ins Zellinneren
transportziert werden.
[L3]I’ve suggested using a text box instead of spaces to make “dendrite”
appear along the length of the figure. The text can be turned back to vertical,
with each letter under the one before, if that’s preferred. The text box makes
sure they all appear in a straight line. If that doesn’t work, I suggest using
tabs instead to keep it straight. (Control-Tab when you’re inside a table).
ALL OK THANK YOU
Also – I understand the left-facing,
large arrow represents an inrush of sodium. I see later in the text that the
strong line with the circle on the end is meant to represent an axon from another
cell. I suggest labelling that. I’m also not quite getting the smaller,
right-facing arrow’s meaning
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