Die Neurowissenschaft ist eine der Zukunftsdisziplinen der Biologie und nimmt daher an den meisten deutschen Universitäten einen exponierten Platz im Biologiestudium ein. Unter den Lehrbüchern dieser Disziplin hat sich der „Dudel-Menzel-Schmidt“ seit der Erstausgabe 1996 als Standardwerk etablieren können. Die Herausgeber haben für dieses Geimeinschaftswerk viele wichtige deutsche Neurowissenschaftler zwecks Darstellung ihrer jeweiligen Fachgebiete gewonnen. Herausragendes Merkmal des Buches ist die durchgängig vergleichende Betrachtung. Alle neurobiologisch relevanten Funktionen werden nicht nur bei Wirbeltieren, sondern auch an Modellsystemen aus dem Invertebratenbereich erläutert. Daneben werden auch einige der interessantesten Leistungen des Tierreichs angesprochen, die in den meist biomedizinisch ausgerichteten amerikanischen Lehrbüchern kaum zu finden sind, beispielsweise der elektrische Sinn und die Orientierung in Magnetfeldern. Die molekulare Ebene wird dagegen relativ kurz abgehandelt, und auch klinische Aspekte fehlen mitunter. Die einzelnen Artikel sind didaktisch gut aufbereitet, geben einen umfassenden Überblick über Grundlagen und aktuelle Befunde und – für den darüber hinaus interessierten Leser – Literaturhinweise zur weiteren Vertiefung. Das Layout ist übersichtlich; die Kapitelüberschriften geben Kurzzusammenfassungen; Zusatzinformationen sind durch die Schriftgröße vom Haupttext abgesetzt. Viele Grafiken sind ausgezeichnet und haben bereits den Eingang in Vorlesungen gefunden, wenn auch die großzügige Verwendung von Farben nicht immer nachvollziehbar ist. Ein Problem hat dieses solide Buch jedoch: die Informationsfülle. Der umfassende und vergleichende Ansatz erforderte bereits in der ersten Auflage eine sehr komprimierte Darstellung; Indiz dafür waren die zahlreichen Daten, die in den Bildlegenden untergebracht werden mussten. Für die vorliegende zweite Auflage haben viele Autoren dankenswerter Weise den Erkenntniszuwachs der letzten Jahre in ihre Kapitel integriert. Da der Gesamtumfang des Buches sich dabei nicht verändert hat, hat die Informationsdichte noch weiter zugenommen. Zur Einführung in die Neurobiologie ist dieses Buch daher nur bedingt geeignet, da die Vielzahl der Informationen Verwirrung stiften kann und die Lesbarkeit herabsetzt. Fortgeschrittenen Studenten sowie Lehrenden bietet das Werk dagegen eine aktuelle und kompetente Darstellung der Neurobiologie – und dies zu einem ausgezeichneten Preis. (Rezensent: Dr. Harald Luksch)
/ AUS DEM INHALT: / / /
1 Evolution der Nervensysteme 3.6
und der Sinnesorgane
G. Roth und M. F. Wullimann 137
Evolutionstheorie und Stammesgeschichte 1 4
Entstehung der Nervensysteme 3
Nervensysteme der Eumetazoen 3
Die Evolution der Nervensysteme: eine Synthese 26 4.1
Literatur 29 4.2
2 Molekulare Funktionsträger
der Nervenzelle
H. Zimmermann 33
Die Zellmembrali 33
Vom Gen zum funktioneilen Protein 36
Allgemeine Methoden
der molekularen Neurobiologie 39
Membrantransport 42
Einwirkung chemischer Signale:
Hormone und Transmitter 43
Filamentöse Zellproteine 50
Molekulare Motoren
und axonaler Transport 52
Membranfluß, Exozytose
und Endozytose 56
Literatur 60
3 Ontogenie des Nervensystems
und der Sinnesorgane
J. A. Campos-Ortega 63
Die Entstehung der neuralen Anlagen . 63
Zelldetermination und Zellstammbäume;
Neurone und Gliazellen 67
Zellwanderung im Nervensystem 73
Morphogenese 76
Die Entwicklung spezifischer
Nervenverbindungen 77
Zelltod: Morphogenetische Auswirkungen 85
Literatur 86
4 Erregungsbildung und -leitung
im Nervensystem
J. Dudel 87
Ruhepotential 87
Erregung, Aktionspotential 92
An der Erregung beteiligte, spannungsabhängige Na+- und Ca2+-Kanäle 97
Spannungsabhängige und stoffwechselabhängige K+- und Cr-Kanäle 101
Elektronische Ausbreitung von
Potentialänderungen 107
Fortleitung des Aktionspotentials 109
Literatur 114
5 Synaptische Erregung
und Hemmung
J. Dudel 115
Die neuromuskuläre Endplatte
als Prototyp einer schnellen chemischen
Synapse 115
Andere schnelle chemische Synapsen,
synaptische Hemmung 119
Direkt ligandengesteuerte
Membrankanäle 122
Langsame Synapsen, G-Protein vermittelt gesteuerte Kanäle
und Modulationen 129
Informationsverarbeitung
an chemischen Synapsen 135
Elektrische Synapsen 142
Literatur 143
6 Muskeln und Motilität
R. Rudel und B. Brenner 145
6.1 Steuerung der Muskelfunktion
im Körper 145
6.2 Strukturelle Grundlagen und stoffliche
Zusammensetzung der Vertebratenskelettmuskeln 146
6.3 Die elektromechanische Kopplung 149
6.4 Die Muskelkontraktion 150
6.5 Energieumsatz und Ermüdung 153
6.6 Molekulare Mechanismen von
Kontraktion und Regulation 154
6.7 Die Herzmuskulatur 159
6.8 Die glatte Muskulatur der Wirbeltiere 160
6.9 Die glatte Muskulatur der Mollusken 162
6.10 Andere Myozine 162
6.11 Mechanismen intrazellulären
Stofftransports 163
6.12 Literatur 165
7 Motorische Steuerung
bei Invertebraten
W. Rathmayer 167
7.1 Die neuromuskulären Grundlagen 167
7.2 Die Entstehung motorischer Muster 172
7.3 Die Rolle sensorischer Signale
(Afferenzen) für die motorische Steuerung 177
7.4 Modulationjnotorischer Steuerung 180
7.5 Die Rolle von Riesenfasern
für schnelle Bewegungsabläufe 183
7.6 Die motorische Steuerung
des Fliegens bei Insekten 184
7.7 Die genetische Kontrolle motorischen
Verhaltens 188
7.8 Literatur 189
8 Motorische Systeme
bei Vertebraten
R. Blickhan 191
8.1 Von der Muskelerregung
zur Bewegung 192
8.2 Schaltkreise des Rückenmarkes 195
8.3 Motorische Funktionen
des Hirnstammes 200
8.4 Der motorische Kortex 204
8.5 Das Zerebellum 208
8.6 Die Basalganglien 210
8.7 Literatur 212
9 Vegetatives Nervensystem bei
Vertebraten und Invertebraten
W. Jänig und P. Bräunig 215
9.1 Organisation und allgemeine Funktionen
des vegetativen Nervensystems
bei Vertebraten 215
9.2 Überträgerstoffe im peripheren
Sympathikus und Parasympathikus 219
9.3 Neuroeffektorische Übertragung im
peripheren vegetativen Nervensystem 224
9.4 Impulsübertragung und Integration
in vegetativen Ganglien 226
9.5 Darmnervensystem 227
9.6 Zentrale Organisation des vegetativen
Nervensystems in Rückenmark,
Hirnstamm und Hypothalamus 230
9.7 Das viszerale Nervensystem
von Invertebraten 235
9.8 Integration von viszeralen Funktionen
und Verhalten bei Wirbellosen 238
9.9 Literatur 241
10 Neurohormonale Systeme
bei Invertebraten
R. Keller 243
10.1 Bau und Funktion
der neurosekretorischen Zellen 243
10.2 Neurohormonale Systeme
bei Invertebraten in Beispielen 246
10.3 Cnidaria (Coelenteraten) 246
10.4 Insekten 247
10.5 Crustaceen 251
10.6 Mollusken 255
10.7 Literatur 259
11 Neurohormonelle Systeme
der Vertebraten
W. Hanke 261
11.1 Übersicht und Einteilung
der neurohormonellen Systeme 261
11.2 Die Neuropeptide von Hypothalamus
und Neurohypophyse 264
11.3 Die Peptide der Adenohypophyse 266
11.4 Die Zerebro-Intestinalen Peptide, Tensine und Kinine 268
11.5 Zentren der Lokalisation von Neuropeptiden im Dienzephalon 270
11.6 Regulationsprinzipien und Wirkungsmechanismen der neurohormonellen
Systeme 272
11.7 Literatur 278
12 Allgemeine Sinnesphysiologie
R. Mausfeld 279
12.1 Die biologische Funktion sensorischer
Systeme 279
12.2 Grundbegriffe und Fragestellungen
der allgemeinen Sinnesphysiologie 280
12.3 Neurobiophysik und Neurobiologie
sensorischer Systeme 281
12.4 Verhaltensbiologie sensorischer Systeme:
Neuroethologie und vergleichende
Sinnesphysiologie 287
12.5 Psychophysik und Wahrnehmungspsychologie 288
12.6 Literatur 292
13 Chemosensibilität, Geruch
und Geschmack
H. Hatt 295
13.1 Morphologie des Riechsystems
von Wirbeltieren 295
13.2 Morphologie des Riechorgans
bei Invertebraten 298
13.3 Geruchsdiskriminierung; Beteiligung
des Nervus trigeminus 300
13.4 Geruchsqualitäten bei Invertebraten 302
13.5 Wirkung von Duftstoffen auf molekularer Ebene 303
13.6 Bau der Geschmacksorgane
und ihre Verschaltung bei Vertebraten 306
13.7 Geschmacksqualitäten bei Vertebraten . 308
13.8 Molekulare Mechanismen
der Geschmackserkennung 309
13.9 Chemorezeption bei Invertebraten 311
13.10 Biologische Bedeutung des Geruchs-
und des Geschmackssinns 313
13.11 Literatur 314
14 Thermosensibilität
Fr.-K. Pierau 315
14.1 Temperatursensoren 316
14.2 Reiztransduktion in Temperatursensoren 322
14.3 Zentrale Verarbeitung von Temperatursignalen 326
14.4 Adaption an extreme Temperaturbedingungen 329
14.5 Literatur 331
15 Mechanosensorik
U. Thurm 333
15.1 Grundzüge mechanischer Reize und
mechanosensorischer Rezeptorsysteme 333
15.2 Bau und Reiztransduktion
epithelialer Mechanorezeptorzellen 333
15.3 Bau und Reiztransduktion
ganglionärer Mechanorezeptorzellen 341
15.4 Efferente Steuerungen mechanorezeptorischer
Signalaufnahme und sensorische
Kontrolle der Stellung, Bewegung und
Belastung von Körperteilen 343
15.5 Rezeption von Berührung,
Druck und Vibration 344
15.6 Rezeption von Aero- und Hydrodynamik durch Strömungsrezeptoren 346
15.7 Rezeption von Linear- und Winkelbeschleunigungen
(Schwere- und Drehsinn) 348
15.8 Literatur 352
16 Auditorische Systeme
G. Ehret 355
16.1 Schallcharakterisierung 355
16.2 Aufbau und Funktionsprinzipien
von Hörorganen bei Invertebraten 356
16.3 Aufbau und Funktionsprinzipien
von Hörorganen bei Vertebraten 360
16.4 Kodierung der Schallsignale im Hörnerven 369
16.5 Zentralnervöse Verarbeitung
bei Invertebraten 371
16.6 Zentralnervöse Verarbeitung
bei Vertebraten 373
16.7 Akustische Mustererkennung
und Verhaltenskontrolle 380
16.8 Literatur 381
17 Photorezeption
(periphere Sehorgane)
K. Kirschfeld 385
17.1 Licht und Sehen 385
17.2 Augentypen 387
17.3 Phototransduktion 391
17.4 Voraussetzungen zum Farbensehen 399
17.5 Die Netzhaut (Retina) 401
17.6 Literatur 404
18 Zentrale Sehsysteme
K.-P. Hoffmann und C. Wehrhahn 407
18.1 Sehen als aktiver Prozeß 407
18.2 Parallele Informationsverarbeitung
in zentralen Sehsystemen 409
18.3 Helligkeitssehen 411
18.4 Funktionelle Anatomie des visuellen
retinothalamokortikalen Systems 411
18.5 Bewegungssehen 415
18.6 Verarbeitung von Rauminformation
im Sehsystem 419
18.7 Formwahrnehmung 424
18.8 Farbensehen 426
18.9 Literatur 428
19 Der elektrische Sinn und seine Rolle
bei der Orientierung und Kommunikation
G. von der Emde und
W. Heiligenberg 429
Die stammesgeschichtliche Herkunft
der Elektrorezeption 429
Struktur und Funktion
der Elektrorezeptoren 431
Biophysikalische Eigenschaften
der Elektrorezeptoren 435
Die zentralnervöse Verarbeitung elektrorezeptiver Information im Rahmen der
Orientierung und Kommunikation 436
Literatur 438
20 Magnetische Orientierung
W. Wiltschko 439
Das Magnetfeld der Erde 439
Der Magnetkompaß der Vögel 439
Richtungsorientierung nach dem
Magnetfeld bei anderen Tiergruppen 443
Verhaltensweisen, die nicht auf
der Vektoreigenschaft des Magnetfelds beruhen 445
Die physiologischen Grundlagen
der Magnetfeldperzeption 447
Literatur 449
21 Nozizeption und Schmerz
H.-G. Schaible und R. F. Schmidt 451
Schmerzen bei Mensch und Tier 451
Rezeption noxischer Reize durch primär
afferente nozizeptive Neurone 455
Nozizeptive Neurone im Zentralnervensystem 458
Nozizeption und chemische Erregungsübertragung im Nervensystem 462
Literatur 464
22 Neurale Grundlagen von
Motivation und Emotion
M. Gahr 465
Theoretische Forderungen
an neurale Motivationssysteme 465
Neurale Mechanismen des Freßverhaltens von Aplysia 468
22.3 Neurale Grundlagen von Trinkverhalten 470
22.4 Neurale Korrelate der motivationellen
Komponenten von männlichem Sexualverhalten 471
22.5 Zelluläre Mechanismen
des weiblichen Kopulationsverhaltens 476
22.6 Neurale Grundlagen von Emotionen 478
22.7 Literatur 485
23 Neuronale Plastizität, Lernen
und Gedächtnis
R. Menzel 487
23.1 Neuronale Plastizität 487
23.2 Aktivitätsabhängige Plastizität 491
23.3 Strukturelle Plastizität und Anpassung
während der Entwicklung
des Nervensystems 495
23.4 Assoziatives Lernen: eine Übersicht 504
23.5 Assoziatives Lernen
durch klassische Konditionierung 506
23.6 Assoziatives Lernen
durch operante Konditionierung 513
23.7 Gedächtnis: Spuren neuronaler
Plastizität im Nervensystem 515
23.8 Literatur 525
24 Rhythmizität, zirkadiane Rhythmik und Schlaf
G. Fleissner 527
24.1 Rhythmizität 527
24.2 Zirkadiane Rhythmik 530
24.3 Schlaf der Wirbeltiere 535
24.4 Schlaf bei wirbellosen Tieren 540
24.5 Literatur 540
25 Neuronale Grundlagen
kognitiver Leistungen
G. Roth und R. Menzel 543
25.1 Kognitive Leistungen
und ihre Lokalisation im Gehirn 543
25.2 Die Einheit der Wahrnehmung 546
25.3 Kognitive Aspekte des Lernens:
Kontextabhängiges Lernen, Regellernen
und Raumorientierung 549
25.4 Sprachliche Kommunikation 555
25.5 Komplexe kognitive Leistungen
des menschlichen Gehirns
und ihre Störungen 557
25.6 Gehirn und Bewußtsein 559
25.7 Gehirn und Geist 560
25.8 Literatur 562
Sachverzeichnis 565