Biologische Psychologie

794 Pages·2003·100.89 MB·German

by  Professor Dr. Niels Birbaumer, Professor Dr. D.Sc. h.c. Robert F. Schmidt (auth.)

SPRINGER LEHRBUCH
F.
NIELS BIRBAUMER • ROBERT SCHMIDT
Biolog-sche
Psyc oog-e
Fünfte,
vollständig überarbeitete
und ergänzte Auflage
Mit 522 meist farbigen
Abbildungen in
829 Einzeldarstellungen
und 48 Tabellen
Springer
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Institut für Medizinische gen und Tabellen, der Funksendung, der
Psychologie und Mikroverfilmung oder der Vervielfaltigung
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Niels Birbaumer ; Robert F. Schmidt. - Softcover reprint of the hardcover 5th edition 2003
5. Aufl. - Berlin ; Heidelberg ; New York ;
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Gedruckt auf chlorfreiem Papier
Dem Andenken meines Vaters
Niels Birbaumer
Meinem Freund Emilio
Robert F. Schmidt
Vorworte
Vorwort zur fBnften Auflage
Nachdem die 4. Auflage aus dem Jahre 1999 verstärkt nachgefragt wurde
und nachdem aus den vergangenen zwei Jahren einige grundlegend neue
Erkenntnisse vor allem aus den kognitiven Neurowissenschaften vorliegen,
haben wir uns entschlossen, eine überarbeitete Fassung bereits zu diesem
frühen Zeitpunkt fertig zu stellen. Die Kapitel 2 (Vererbung, Umwelt und
Verhalten), Kapiteln (Methoden der Biologischen Psychologie), Kapitel 20
(Funktionelle Anatomie des Zentralnervensystems), Kapitel 23 (Zirkadiane
Periodik, Schlaf und Traum), Kapitel 24 (Plastizität, Lernen, Gedächtnis),
Kapitel 25 (Motivation) und besonders Kapitel 27 (Kognitive Prozesse)
wurden gründlich überarbeitet und dem neuesten Wissensstand angepaßt.
Aber auch die übrigen Kapitel wurden - wo notwendig - korrigiert, ge
strafft und durch auflockernde Boxen und neue Befunde ergänzt. Das
Stichwortverzeichnis wurde völlig neu von den Autoren angelegt. Insge
samt haben wir uns in dieser Auflage bemüht, den Text und die Abbildun
gen graphisch ansprechender und leichter verstehbar zu machen.
Die Ziele und Absichten dieses Buches blieben und bleiben seit der
ersten Auflage von 1990 im wesentlichen unverändert. Wir haben diese im
damaligen Vorwort erläutert, und es ist aus diesem Grunde auch diesmal
anschließend wiedergegeben.
Besonders bedanken möchten wir uns bei Frau Prof. Inge Strauch
(Universität Zürich) für die Lektüre, Korrektur und viele Hinweise zu Kapi
tel 23 (Zirkadiane Periodik, Schlaf und Traum), bei Prof. Frank Rösler (Uni
versität Marburg) für die Durchsicht von Kapitel 27 (Kognitive Prozesse)
und bei Prof. Wolfgang Grodd (Universitätsklinik für Neuroradiologie, Tü
bingen) für die Unterstützung bei der Korrektur von Kapitel 21 (Methoden
der Biologischen Psychologie). Wir würden gerne noch mehr wertvolle Hin
weise aus dem Leserkreis erhalten; für die durch Zuschriften erwiesene Auf
merksamkeit unserer Leser möchten wir uns sehr bedanken.
Frau Angela Straub in Tübingen und Frau M. Derrick in Würzburg
haben in bewährter Zusammenarbeit die schwierig zu redigierenden Ma
nuskripte erstellt, dafür den herzlichsten Dank. Im Lektorat des Springer
Verlags haben uns Frau Renate Scheddin, Frau Dr. S. Wahl und Frau Gisela
Zech und in der Herstellungsabteilung Herr J. Sydor in optimaler Weise effi
zient unterstützt, wofür wir ebenfalls unseren herzlichsten Dank sagen.
Tübingen und Würzburg
im August 2002 NIELS BIRBAUMER und ROBERT F. SCHMIDT
I
Vorworte VII
Vorwort und Danksagung zur ersten Auflage
Das vorliegende Werk ist in mehrjähriger enger Zusammenarbeit eines Bio
logischen Psychologen (NB) mit einem Physiologen (RFS) entstanden. Wir
hatten uns zum Ziel gesetzt, die biologischen Grundlagen des Verhaltens un
ter einem"Umschlagdach" darzustellen, und zwar sowohl die neuronalen
als auch die allgemein-physiologischen. Diese Aufgabe erwies sich wesent
lich schwieriger und vor allem zeitintensiver als zunächst gedacht. Inwieweit
sie überhaupt geglückt ist, sei dem Urteil des Lesers anheimgestellt.
Lehrbücher der Biologischen und Physiologischen Psychologie ha
ben bisher fast ausschließlich ihre Aufmerksamkeit auf die Zusammenhän
ge zwischen Gehirn und Verhalten konzentriert. Dabei geriet das Zusam
menwirken aller Körpersysteme an den Leistungen des Zentralnervensy
stems (ZNS) aus dem Blickfeld. Umgekehrt blieb wenig beachtet, daß die
meisten der peripheren Organe und Organsysteme zentralnervös beein
flußt werden und damit ebenfalls den Gesetzmäßigkeiten der Verhaltens
biologie unterworfen sind. Damit wurde vernachlässigt, daß trotz der un
umgänglichen Konzentration der wissenschaftlichen Forschung auf einzel
ne Systeme jeder dieser isolierten Mechanismen nur vor dem Hintergrund
eines gewissen Verständnisses des Gesamtorganismus zu korrekten Schlüs
sen in Forschung und klinischer Praxis führen kann. Deswegen haben wir
uns auch entschlossen, den ursprünglich vorgesehenen Titel "Physiologi
sche Psychologie" in "Biologische Psychologie" zu ändern.
Physiologische Psychologie bedeutet traditionell das Studium der
Rolle des ZNS für Verhalten. Diese Tradition wurde hier verlassen; wir haben
versucht, das ZNS, Verhalten und die peripher-physiologischen Vorgänge als
von gemeinsamen biologischen Grundprinzipien abhängige Prozesse dar
zustellen. Der umfassendere Begriff der "Biologischen Psychologie" erschien
uns dafür geeigneter (s. dazu auch unsere Ausführungen im Kapitell). Be
sonders deutlich wird die Unauflösbarkeit peripherer und zentral-neurona
ler Mechanismen bei pathologischen Erscheinungen, sowohl bei Organ-wie
bei Verhaltens störungen. Diese Tatsache versuchten wir durch zahlreiche
Beispiele aus Pathophysiologie und Psychopathologie zu illustrieren.
Das Buch ist als einführender Text konzipiert. Es setzt daher
kaum naturwissenschaftliche (mathematische, physikalische, chemische)
sowie keine anatomischen oder physiologischen Vorkenntnisse voraus. Je
der neu eingeführte Begriff wird zunächst definiert und, soweit notwendig,
erläutert. Alle Leserinnen und Leser, die das Abitur oder diesem vergleich
bare Kenntnisse besitzen, sollten daher in der Lage sein, sich den Inhalt des
Buches ohne Verständnisschwierigkeiten anzueignen.
Die wesentlichen Lerninhalte sind durch ihre Anordnung, durch
Abbildungen und durch Hervorhebungen im Text gekennzeichnet,
während umgekehrt Detailaspekte, methodische und historische Gesichts
punkte, sowie pathologische, klinische oder therapeutische Erörterungen
meist im Kleindruck wiedergegeben sind. Für jedes Kapitel wurde ein eige
nes Literaturverzeichnis erstellt, in dem grundlegende und weiterführende
Lehr-und Handbücher ebenso wie Einzel-und Übersichtsarbeiten den
Weg zu den Quellen und zu einem vertiefenden Studium öffnen.
Die durchweg zweifarbigen Abbildungen, die Dank dem Entge
genkommen des Verlages großformatig angelegt werden konnten, bilden
I
Vorworte IX
einen zentralen Bestandteil dieses Buches. Sie sollten den Lernzielen opti
mal angepaßt, formal einheitlich, möglichst leicht verständlich und dabei
sachlich korrekt sein und darüber hinaus auch noch die Aufmerksamkeit
des Betrachters fesseln. Herr J. Kühn, Heidelberg, hat mit den Mitarbeitern
seines graphischen Ateliers daher fast alle Abbildungen neu entworfen und
gezeichnet. Es ist ihnen ein hervorragendes Stück Arbeit gelungen, künstle
risch wie wissenschaftlich, für das wir sehr herzlich danken.
Wir sind beim Verfassen des Manuskripts so vorgegangen, daß je
der der beiden Autoren zunächst eine Erstfassung eines Kapitels schrieb:
die Kapitel 2 bis 13 und 15 bis 23 wurden von RFS, die Kapitel 14 und 24 bis
30 von NB verfaßt. Kapitell schrieben wir gemeinsam. Danach überarbei
tete jeder die Kapitel des anderen und erstellte eine vorläufige Endfassung,
die dann nochmals vom anderen gelesen und - wenn notwendig - modifi
ziert wurde. Manches Wochenende der letzten Jahre war dem für uns beide
immer außerordentlich anregenden Dialog über diese Entwürfe gewidmet.
Die Kapitel 14 und 24 bis 30 hat liebenswürdigerweise noch Prof.
Uwe Heinemann (Physiologisches Institut der Universität Köln), Kapitel 30
Dr. Tony Canavan (Tübingen) bearbeitet und wertvolle Anregungen gege
ben. Wir sind beiden Kollegen für ihre bereitwillige Hilfe zu großem Dank
verpflichtet.
Eine Aufgabe wie dieses Buch kann bei der gegenwärtigen Wis
sensexplosion in der Physiologie, der Psychologie und vor allem in den
Neurowissenschaften nicht mehr von einer Person allein gelöst werden.
Aber auch für zwei Autoren bleibt die Aufgabe ohne externe Hilfe und Un
terstützung kaum zu bewältigen. Unser Dank gilt daher unseren Mitarbei
tern und Freunden am Physiologischen Institut der Universität Würzburg
und an der Abteilung für Klinische und Physiologische Psychologie der
Universität Tübingen, mit denen wir unsere Forschungsarbeiten durch
führen. Sie hatten in den letzten Jahren manche zusätzliche Arbeit zu lei
sten. Aber ohne eigene Erfahrung in physiologischer und neurobiologi
scher Forschung könnte ein solches Buch nur schwer überzeugen. Darüber
hinaus sind wir vielen Kollegen zu Dank verpflichtet, deren Forschungser
gebnisse in dieses Buch einflossen und deren Abbildungen wir überneh
men oder zur Grundlage unserer Darstellungen machen konnten.
Zu danken haben wir auch den Mitarbeiterinnen in den beiden
Sekretariaten, Frau M. D. Derrick und Frau 1. Laing in Würzburg und Frau
L. Hemberger und Frau A. Maier in Tübingen. Frau cand. med. et psychol.
H. Schmittner, Würzburg, besorgte mit großer Umsicht das umfangreiche
Sachverzeichnis. Dafür sei ihr besonders gedankt.
Der Springer Verlag mit Frau A. C. Repnow im Lektorat, Frau
D. Großhans, Frau S. Vandrey, Herrn R. Fischer und Herrn J. Sydor in der
Herstellung haben wie immer an dem schwierigen Unternehmen wesentli
chen Anteil. Ihnen allen gilt unser besonderer Dank.
Unsere Frauen Veronika B. und Lotte S. haben trotz ihrer eigenen
Arbeitsbelastung abends und an Wochenenden beim Lektorat der Fahnen
mitgearbeitet. Ihre Sachkenntnis und Kritik war von großem Wert. Ihnen
sei herzlich gedankt.
Tübingen und Würzburg
im August 1989 NIELS BIRBAUMER und ROBERT F. SCHMIDT
x I
Vorworte
Inhaltsverzeichnis
Physiologische Regelung von Körpersystemen
1 Was ist Biologische Psychologie? 3
1.1 Begriffsbestimmungen 3
1.2 Entwicklung und Geschichte 4
1.3 Verhalten und Gehirn 7
Zusammenfassung 10
Literatur 10
2 Vererbung, Umwelt und Verhalten 11
2.1 Klassische Genetik 1 2
2.2 Makromoleküle (Biopolymere) und die Weitergabe
biologischer Information 14
2.3 Störungen der Vererbung 24
2.4 Polygene Vererbung und Verhaltensgenetik 25
Zusammenfassung 28
Literatur 29
3 Zellen und Zellverbände 30
3.1 Biochemische Grundlagen der Zellphysiologie 30
3.2 Die Plasmamembran der Zelle und ihre Aufgaben 34
3.3 Stoff-und Informationsaustausch innerhalb
der Zelle 38
3-4 Von der Zelle zum multizellulären Organismus 39
Zusammenfassung 43
Literatur 44
4 Psychoneuroimmunologie 45
4.1 Aufbau und Arbeitsweise des Immunsystems 45
4.2 Physiologische Verbindungen zwischen
Zentralnervensystem und Immunsystem 51
4.3 Autonomes Nervensystem und Immunreaktion 53
4-4 Streß und Immunsystem 56
4.5 Lernen und Immunsystem 57
4.6 Psychologische Einflüsse auf das Immunsystem
des Menschen 60
Zusammenfassung 62
Literatur 63
I
Inhaltsverzeichnis XI
5 Endokrine Systeme (Hormone)
64
5.1 Allgemeine Endokrinologie
64
5.2 Grundbegriffe der Regelungslehre 68
5.3 Hormone als Teile von Regelkreisen:
Beispiel Blutzuckerregulation (Pankreashormone )
70
5.4 Hormone des Hypothalamus und der Hypophyse
72
5.5 Das Schilddrüsensystem
76
5.6 Regulation des Kalzium- und Phosphathaushaltes
78
5.7 Die Hormone der Nebennieren
80
Zusammenfassung
82
Literatur
84
6 Psychoneuroendokrinologie 85
6.1 Umwelt, Körperrhythmen und Hormone 85
6.2 Emotionen und Hormone 91
6·3 Streß und Hilflosigkeit 94
6.4 Psychoneuroendokrinologie von Verhaltens störungen
und psychosomatischen Erkrankungen 97
Zusammenfassung 99
Literatur 100
7 Erregungsbildung und Erregungsleitung
101
7·1 Bausteine des Nervensystems 101
7·2 Peripheres Nervensystem 103
7·3 Das Ruhepotential 106
7·4 Das Aktionspotential 111
7·5 Fortleitung des Aktionspotentials 116
Zusammenfassung 119
Literatur 120
8 Synaptische Erregung und Hemmung 121
8.1 Die neuromuskuläre Endplatte: Beispiel einer
chemischen Synapse 121
8.2 Zentrale erregende chemische Synapsen 127
8.3 Postsynaptische hemmende chemische Synapsen 131
8.4 Präsynaptische hemmende chemische Synapsen 133
8.5 Überträgerstoffe chemischer Synapsen 134
8.6 Synaptische Interaktion und Plastizität 138
8.7 Elektrische Synapsen 141
Zusammenfassung 142
Literatur 143
XII I Inhaltsverzeichnis
11 Periphere Körpersysteme und ihre Bedeutung
für Verhalten
9 Autonomes Nervensystem 147
9.1 Aufbau und Wirkweise des peripheren autonomen
Nervensystems 147
9.2 Neurotransmission im peripheren autonomen
Nervensystem 154
9.3 Arbeitsweise des peripheren und spinalen
autonomen Nervensystems 156
9.4 Kontrolle des spinalen autonomen Nervensystems
durch Hirnstamm und Hypothalamus 1 59
Zusammenfassung 161
Literatur 162
10 Blut, Herz und Kreislauf 163
10.1 Blut als Transportmedium 163
10.2 Blutstillung, Blutgerinnung und Fibrinolyse 166
10·3 Bau des Herzens, Mechanik der Herzaktion 167
10·4 Spontanerregung, Erregungsausbreitung,
elektromechanische Kopplung 170
10·5 Das Elektrokardiogramm, EKG 172
10.6 Die Anpassung der Herzleistung an den Bedarf 176
10·7 Arterieller und venöser Kreislauf im Überblick 180
10.8 Akute Anpassung des Kreislaufs an den Bedarf 185
10·9 Mittel-und langfristige Regulation des Gesamtkreislaufs 189
Zusammenfassung 192
Literatur 194
11 Atmung, Energie-und Wärmehaushalt 195
11.1 Be-und Entlüftung der Lunge 195
11.2 Gasaustausch zwischen Lungenalveolen und Blut 199
11.3 Transport von 0, und CO, im Blut 200
11.4 Gasaustausch im Gewebe 202
11.5 Atemregulation und Atemantriebe 204
11.6 Energieumsatz des Menschen 205
11.7 Wärmebildung und Wärmeabgabe 208
11.8 Regelung der Körpertemperatur 210
11.9 Langfristige und pathophysiologische Aspekte
der Thermoregulation 213
Zusammenfassung 214
Literatur 216
I
Inhaltsverzeichnis XIII