Informationsweitergabe über Zellgrenzen N2 (nur Lk)
Kernfragen:
- Wie erfolgt die Erregungsleitung vom Neuron zur nachgeschalteten Zelle
- und wie kann diese beeinflusst werden?
- Wie kann Lernen auf neuronaler Ebene erklärt werden und wie kann eine Störung im ZNS Gedächtnisleistung beeinflussen? Welche Möglichkeiten der Einflussnahme gibt es (Neuroenhancemnet)?
- Wie wirken neuronales System und Hormonsystem bei der Stressreaktion
- zusammen?
Das Nervensystem steuert Muskelkontraktionen
Grundlage : Biosphäre S. 72 - 74
Muskelkontraktion in einzelnen Schritten:
- Das ankommende AP bewirkt die Öffnung von Kalziumionenkanälen.
- Dadurch wandern die Vesikel zur präsynaptischen Membran.
- Sie verschmelzen mit der präsynaptischen Membran, sodass der Transmitter Acetylcholin ausgeschüttet wird.
- Dieser diffundiert durch den synaptischen Spalt und lagert sich an die Rezeptoren der Natriumionenkanäle in der postsynaptischen Membran an.
- Dies bewirkt die Öffnung von Natriumionenkanälen und den Einstrom von Natriumionen in die Muskelfaser.
- An der Muskelzelle wird ein Muskelaktionspotenzial (EPSP) ausgelöst.
Elektromechanische Kopplung:
- Das Muskelaktionspotenzial wird über die Muskelfasermembran bis ins Innere der Muskelfaser geleitet.
- Dort bewirkt es das Ausschütten von Kalziumionen aus dem Sarkoplasmatischen Retikulum.
- Die Erhöhung der Kalziumionenkonzentration ermöglicht die Kontraktion der Sarkomere, sodass der Muskel kontrahiert.
Verkürzung der Sarkomere (Gleitfilamenttheorie)
- aktivierte Myosinköpfe setzen ADP + P frei und verändern ihre Position um 45 Grad
- Über die Querbrücke verschiebt sich das Aktiinfilament um 10nm
- die Sarkomere verkürzen sich > Muskelkontraktion
- Durch weitere ATP-Spaltung gelangen die Myosonköpfe wieder in die Ausgangsposition und der Muskel entspannt sich wieder
Aufbau eines Skelettmuskels und Kontraktion der Sarkomere (Gleitfilamentmechanismus) (Abb. aus Biosphäre S-.73)
Aufbau eines Skelettmuskels (Abb. aus Biologie heute)
Impuls wirkt auf einen Skelettmuskel (elektromechanische Kopplung)
Überblick: Gliederung des Nervensystems und Aufbau des Gehirns
(vgl. auch Biosphäre S. 81)
Überblick: Leistungen des ZNS
Gedächtnis
(vgl. auch Biosphäre S. 95)
Wir entwickeln eigene Modelle mittels Film und Zusatzinfos
Mögliche Modellvorstellung:
Markowitsch (2003) siehe links
Zelluläre Mechanismen des Lernens
Neuronale Netze (vgl. Biologie heute S. 151 oder Biosphäre S. 96))
- Aktivierung von Nervennetzen
- Aktivität nach nach Reizbeendigung bleibt zunächst vorhanden
- Effektivität wird durch Langzeitpotenzierung vestärkt
- Für Aktivierung des Nervennetzes reicht ein unvollständiger Reiz > Gedächtnisspur
Langzeitpotenzierung (Effektiviere Übertragung an der Synapse) durch wiederholte Gedächtnisspur) S. Abbildung links
neuronale Plastizität
Umbau von Nervennetzen und Nervenzellen je nach Bedarf (s. Abb. links oder Biosphäre S. 95)
Das Lernen besser machen: Lerntipps
Wir finden Lernregeln selbst heraus: Bayrisch für Einsteiger
Molekulare Grundlagen des Lernens
(vgl. Biosphäre S. 98 ff.)
Lernen und Stress
Wie beeinflusst Stress unser Lernen?
Wir recherchieren den Zusammenhang
- Einfluss von Stress auf das Lernen und das menschliche Gedächtnis
-
Hormonelle und
neuronale Grundlagen der Stressreaktion (vgl. auch Biologie heute S. 168/169 oder Biosphäre S.
82/83)
Die 2 Stressachsen
(vgl. auch Biosphäre S. 82/83)
Cortisol als Stressbremse:
Cortisol wirkt auch im Gehirn, und da insbesondere auf Membranrezeptoren des Hypothalamus und der Hypophyse. Diese geben, wenn viel Cortisol im Blut ist, weniger CRH und ACTH ab, wodurch die Stimulierung der Nebennierenrinde, weiteres Cortisol auszuschütten, unterbleibt oder geringer wird. Hier wirkt eine negative Feedbackschleife oder negative Rückkopplung. Es handelt sich daher um einen Regelkreis.
Neuroenhancement bei degenerativen Erkrankungen
Bildgebene Verfahren zur Diagnostik:
1. Methode: PET:
Positronen-Emissions-Tomografie mittels radioaktiver Substanzen, die der Glucose ähneln. Der radioaktive Zerfallsprozess der im Gehirn aufgenomemnen Substanz wird sichtbar gemacht
Einsatz:
- verschiedene Demenzerkrankungen (wegen der schwächeren Stoffwechselaktivität betroffener Zellen/Hirnbereiche
- Krebsdiagnose (wegen stärkerer Stoffwechselaktivität von Tumorzellen)
2. Methode: MRT, fMFT: (funktionelle) Magnetresonanztomografie
Die Gewebe des menschlichen Körpers bestehen aus Atomen, die wiederum aus Protonen, Elektronen und Neutronen bestehen. Die Protonen drehen sich dabei ständig um die eigene Achse, wie ein Kreisel: Durch diesen Kernspin sind sie magnetisch geladen. Wenn die Protonen im Magnetfeld ausgerichtet sind, wird kurzeitig ein Störsignal in Form von Radiowellen einer bestimmten Frequenz und Stärke gesendet. Die Protonen werden so durcheinander gewürfelt und nehmen Energie aus den Radiowellen auf. Anschließend werden die Störimpulse wieder abgestellt, die Protonen richten sich wieder in Magnetfeldrichtung aus und geben die aufgenommene Energie in Form von Radiowellen wieder ab. Diese Abgabe kann man messen und die Daten werden an einen Computer übermittelt.
Im Gehirn benötigen aktive Zellen mehr Sauerstoff als andere. Es fließt also mehr Blut hinein. Diese unterschiedliche Aktivität der magnetischen Hämoglobinteilchen (Oxyhämoglobin Vs Desoxyhämoglobin) kann in Farbabstufungen sichtbar gemacht werden.
Welche Möglichkeiten und Grenzen bestehen bei bildgebenden Verfahren?
Beispiel 1: Morbus Parkinson
Synapsen mit dem Transmitter Dopamin. Die Pfeile zeigen die Angriffspunkte versch. Parkinsonmedikamente
Beispiel 2: Morbus Alzheimer
Zusatzthema: ALS (Amyotrophe Lateralsklerose): Vgl. Biologie heute S. 150
Beispiel 3: ALS
Das Wichtigste auf einen Blick:
Hauptsymptome – Lähmungen (Paresen), Muskelschwund (Myatrophie) und eine gesteigerte Muskelspannung (Spastizität) in der Muskulatur der Zunge, des Schlundes, des Rumpfes und der Extremitäten führen zu einer fortschreitenden Beeinträchtigung des Sprechens (Dysarthrie), des Schluckens (Dysphagie), der Bewegungsfähigkeit (Immobilisierung) sowie zu einer Verminderung der Atemfunktion (respiratorische Insuffizienz).
Diagnostik – Die ALS wird durch die körperliche Untersuchung eines Neurologen diagnostiziert. Ergänzend erfolgen Untersuchungen der Muskulatur (Elektromyographie), der Nerven (Elektroneurographie), des Gehirns (fMRT-Diagnostik) und laborchemische Untersuchungen des Nervenwassers und Blutes.
Behandlung – Mit Medikamenten können belastende Symptome der ALS gelindert und das Fortschreiten der Erkrankung abgeschwächt werden. Im Vordergrund stehen die Versorgung mit Mobilitäts- und Kommunikationshilfen sowie eine Ernährungs- und Beatmungstherapie.
Geächtnisleistung steigern:
