Neurobiologie Lernzielzusammenfassung

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1 Neurit KST - Appenzell Ausserrhoden Neurobiologie Lernzielzusammenfassung Du kennst die Unterteilung des Nervensystems. (animalisches) Du kannst folgende Begriff erklären: Zentrales Nervensystem (ZNS) =Verarbeitung von Informationen, umfasst Gehirn und Rückenmark Peripheres Nervensystem (PNS) =Weiterleitung von Informationen, umfasst die Nerven die vom und zum Hirn führen Sensorische Nerven =leiten Informationen der Sinnesorgane weiter Motorische Nerven =kontrollieren Muskeln Afferente Nerven =führen zum ZNS hin Efferente Nerven =führen vom ZNS weg Animalische Nerven =bewusst steuerbare Nerven (z.b. Skelettmuskeln) Vegetative Nerven =unbewusst gesteuerte Vorgänge (z.b. Herzschlag) Dermatom =Hautbereich, der von den Fasern einer Spinalnervenwurzel autonom (unabhängig) versorgt wird Liquor =Flüssigkeit die das Hirn umgibt und durch die Ventrikel fliesst Hirnhäute =umgeben Hirn und Rückenmark, halten Liquor an Ort und Stelle, bilden Blut-Hirn-Schranke Blut-Hirn-Schranke =die Hirnhäute übernehmen diese Aufgabe, verhindert dass z.b. Medikamente oder Bakterien nicht vom Blut ins ZNS kommen Du kennst den Aufbau einer Nervenzelle und kannst diese auf einem Schema beschriften. a. Synapsen -> Schaltstelle von Nervenzellen b. Dendriten -> leiten Info zum Zellkörper c. Zellkern d. Zellkörper e. Axonhügel -> entscheidet um die Weiterleitung von Infos f. Hüllzelle -> isoliert Axon -> erhöht Geschw. g. Axon -> schickt Information weiter h. Schnürringe/Schwannzelle i. motorische Endplatte = Synapse zum Muskel a. Axon b. Hüllzellen c. Blutgefässe d. Nervenfaserbündel e. Bindengewebe Page 1 of 7

2 Dir ist bewusst wie ein Regelkreis funktioniert und du kannst einen anhand eines konkreten Beispiels aufzeichnen: Netzhaut bildet Vorgänge auf Spielfeld ab => sensorische Nerven => ZNS Berechnung der Flugbahn => Aktivität der Muskulatur => Bewegung zum Ball => Wiederholung Dieser ganze Vorgang dauert nur ungefähr 20ms. Meist wird so ein Regelkreis durch einen Reiz ausgelöst. Dies ist ein Signal aus der Umwelt, welches in unserem Sinnesorganen ein Nervensignal produziert (z.b. Licht, Schall, Geruch). Du bist dir der Wichtigkeit des Ruhepotentials zum Funktionieren des Nervensystems bewusst und kannst die zentralen Faktoren zur Erhaltung des Ruhepotentials beschreiben. Das Ruhepotential ist eine Spannenungsdifferenz, die durch eine ungleiche Verteilung von Kalium und Natrium Ionen zwischene Intra- und Extrazellulärraum (innerhalb und ausserhalb der Zelle) entsteht. - Die Na+/K+ Pumpe transportiert unter ATP-Verbrauch Kaliumionen in die Zelle und im Gegenzug Natriumionen aus der Zelle heraus. - Die Natriumkanäle sind normalerweise geschlossen, während die Kalkiumkanäle offen stehen. Dies ermöglicht die Diffusion von Kaliumionen. Die Aufrechterhaltung des Ruhepotentials gewährleistet die Erregungsübertragung beim Aktionspotential. Du kannst die Aufgaben der Natrium-Kalium-Pumpe und der verschiedenen Ionenkanäle erklären. Diese Ionenpumpe befindet sich innerhalb der Nervenzellmembran und sorgt aktiv für die Aufrechterhaltung des Ruhepotentials. Durch sogenannte Leckströme wird die ganze Zeit Natrium ins innere Zelle diffundiert. Auf Dauer gäbe es einen Ladungs- und Spannungsausgleich zwischen Intraund Extrazellulärraum. Dies wäre dann aber kein Ruhepotential mehr. Unter ATP-Verbrauch werden drei positiv geladene Natriumionen aus dem Zellinnenraum herausbefördert und im Gegenzug zwei positiv geladene Kaliumionen in die Zelle gebracht. Dabei wird die Spannung in der Zelle negativ, ungefähr -70mV. Durch die Ionenkanäle kann die Spannung auch geändert werden. Wie schon gesagt hat Natrium die starke Tendenz in die Zelle durch Diffusion und Spannung einzuströmen. Kalium würde zwar aufgrund der Diffusion eher auströmen, wird jedoch durch die Spannung zurückgehalten. Viele Ionenkanäle öffnen erst bei einem Reiz oder einer gewissen Spannung. Um ein Aktionspotential auszuführen werden diese geöffnet um die Spannung zu ändern. Du kannst beschreiben wie ein Aktionspotential gebildet und weitergeleitet wird. Bei einem Aktionspotential wird die Ladung umgekehrt. Es werden dabei zuerst ein paar dann alle Natriumionenkanäle geöffnet und die Ladung innen wird Positiv und ausserhalb haben wir einen negativen Ladungsüberschuss. Dabei wandert das AP durch das Axon und die Stelle an der es gerade war, befindet sich in der Refraktärzeit, d.h. dass dort vorerst keine weiteren AP s ausgelöst werden können da die Ladung noch umgekehrt ist. Erst ca. 2 ms später ist das Ruhepotential wieder hergestellt. Page 2 of 7

3 Du kannst erklären, wie sich die saltatorische Erregungsleitung von der herkömmlichen unterscheidet. Durch die saltatorische Erregungsleitung kann das AP, nicht so wie bei der herkömmlichen, von einem Schnürring zum nächsten hüpfen und muss zwischendurch keine anderen AP s auslösen. Diese Methode ist rund 10X schneller da auch nicht so viele AP s ausgelöst werden müssen. Dabei können AP s nur an den Schnürringen stattfinden. Die Hüllzellen/Myelinscheiben dazwischen verhindern, dass Ionen ausgetauscht werden. Jedoch müssen genügend Natriumionen zwischen die Schnürringe diffundieren um die Zelle bis zum Schwellenwert (ca. -50mV) anzuregen Du weisst welche Ionen bei einem AP zu welchem Zeitpunkt in und aus der Zelle strömen. Du kennst die Funktionsweise einer Synapse und kannst erklären wie ein Nervensignal von einem Neuron auf eine andere Zelle übertragen wird. Eine Synapse ist eine Kontaktstruktur zur Reizübertragung von einer Nervenzelle auf eine andere Nervenzelle oder anderen Zelltyp. Sie besteht aus 3 Elementen: Die Präsynapse löst die Erregung aus, und die Postsynapse empfängt die Erregung. Der Raum dazwischen nennt man synaptischer Spalt. 1. AP trifft an der Synapse an 2. Die positive Spannung lässt die Vesikel mit der prä-synaptischen Membran verschmelzen. Dadurch werden die Neurotransmitter in den synaptischen Spalt geschüttet. Page 3 of 7

4 3. Neurotransmitter docken an den Natriumkanälen der post-synaptischen Membran an und öffnen diese (analog zu einem Peptid Hormon). 4. Somit kann Natrium in die 2.Zelle einströmen 5. Wird der Schwellenwert erreicht, gibt es in der 2.Zelle ein AP. 6. Durch Enzyme werden die Transmitter im synaptischen Spalt abgebaut und in neue Vesikel der 1.Zelle recycliert. Dadurch schliessen sich die Natriumkanäle wieder. Der Unterschied zwischen einer erregenden und einer hemmenden Synapse ist dir bewusst. Du kannst erklären wie diese zusammenspielen um (die richtigen) Signal zu versenden. Bei einer erregenden Synapse ist es das Ziel ein Signal weiterzuleiten, und bei einer hemmenden Synapse, dies zu verhindern. Eine erregende Synapse mit einem AP allein richtet nichts aus, da der Schwellenwert nicht erreicht wird. Wenn man jedoch zwei AP s kurz nacheinander versendet, so kann der Schwellenwert überstiegen und die Information weitergeleitet werden. Bei einer hemmenden Synaps wird durch das Einströmen vom negativen Cl die Spannung noch tiefer und die Chance auf ein AP sinkt noch weiter. Eine dritte Möglichkeit wäre, dass mehrere Synapse zu einer Nervenzelle hin führen, sodass mehrere Signal auf einmal gesendet werden können. Dabei könnte man entweder zuerst ein AP senden, dann Cl- ausschütten und dann wieder ein AP senden. Dies löst sich jedoch gegenseitig auf und erreicht nichts. Wenn man jedoch 2 AP s hintereinander sendet und das Cl- am Schluss ausgeschüttet wird, so kann eine Weiterleitung garantiert werden und die hemmende Synapse wird dort irrelevant. Du kannst die Funktionsweise von Neurotransmittern erklären und kennst die wichtigsten Neurotransmitter unseres Körpers sowie deren Auswirkungen. Neurotransmitter sind Stoffe, welche Reiz von einer Nervenzelle zu einer anderen Nervenzelle oder Zelle weitergeben, verstärken oder modulieren. Sie werden in Vesikeln transportiert und in den synaptischen Spalt geschüttet. Dort entscheiden sie ob die Ionenkanäle geöffnet werden sollen. Acetylcholin: Noradrenalin: GABA: Glutamat: Serotonin: Dopamin: Transmitter aller Monotoneurone im animalischen System, sowie in Teilen des vegetativen Systems (Herz, Lunge, Blutdruck...) übernimmt Funktion des Acetylcholin im erregenden Teil des vegetativen Nervensystems (Symphaticus) wichtigster hemmender Transmitter im Hirn. Öffnet Cl- Kanäle, beruhigt Nerven > z.b. beim Einschlafen nötig. Geschmacksverstärker! Häufigster erregender Transmitter im Hirn lässt sensorische Informationen stärker erscheinen. Glückshormon > hebt die Stimmung, führt zu Gelassenheit, Ruhe, Zufriedenheit > z.b. in Schockolade enthalten! > Je höher der Serotoninspiegel desto besser werden neue Synapsen geknüpft > man lernt also Dinge schneller und besser, wenn sie einem Spass machen. Belohnungssystem des Hirns. Wird bei allen Aktivitäten ausgeschüttet, die evolutiv sinnvoll sind. z.b. Essen, Bewegung, Sex etc. > viel Dopamin fühlt sich euphorisch an -> man möchte diese Aktion wiederholen > jede Aktivität die zur Dopaminausschüttung führt kann also auch süchtig machen! Dopamin ist umgekehrt auch nötig um gewisse Hirnfunktionen hervorzurufen. z.b. Motivation, Erregung, Appetit, Lust. Zu Viel Dopamin: impulsives Verhalten, Hyperaktivität, Suchtgefahr, ADHS... Zu Wenig Dopamin: Motivationsstörung, Depressionen Page 4 of 7

5 Dir ist bewusst, weshalb Synapsen einerseits die grösste Stärke aber andererseits auch eine grossen Schwachstelle des Nervensystems sind. Die Synapse ermöglicht es uns Informationen schnell von Zelle zu Zelle zu leiten. Jedoch werden an den Synapse jeweils Neurotransmitter ausgeschüttet um den Vorgang zu gewährleisten. Genau dieser Punkt ist unsere Schwachstelle. Denn mit den Neurotransmittern kann man nicht nur gutes machen, sondern eben auch schlechtes wie z.b. Dinge lahmlegen. Diese Neurotransmitter werden dann Nervengift genannt. Du kennst die Funktionsweise und Gefahren der gängigsten Nervengifte. > Botox: tödlich ab 0.01mg, sämtliche Muskeln werden gelähmt -> Tod durch Atemstillstand > Nikotin: wirkt in ZNS und PNS und ebenfalls bei erregenden und hemmenden Synapsen -> komplexe Wirkungen, hauptsächlich beruhigend aber auch stimulierend (Muskelzittern) Lässt unter hohen Dosen (1mg/kg Körpergewicht) die Rezeptoren permanent offen -> Muskeln verkrampfen -> Tod durch Atemlähmung > THC: spricht hauptsächlich den beruhigenden Teil des vegetativen Nervensystems an (Parasymphatikus) -> entspannend, regt Verdauung an -> Hunger > THC/LSD/Pilzengifte: etc. immitieren Neurotransmitter im ZNS, was unkontrolliert Bilder und Emotionen aktiviert, die meist im Hirn schon vorhanden sind. Diese Informationen werden nun aber chaotischerweise miteinander verknüpft In Zukunft können wir sie dann nicht mehr auseinanderhalten und meist auch nicht mehr entknüpfen bzw. löschen ->Psychose, Halluzination > Curare: Gift der Pfeilgiftfrösche lähmt alle animalischen Motoneuronen -> ganzer Körper erschlafft. Mit einem Gegengift kann man die Lähmung Rückgängig machen -> wird bei Narkose eingesetzt, weil das Herz nicht betroffen ist. > Atropin/Kokain: wirken nur auf vegetative nicht aufs animalische System -> Rezeptoren des beruhigenden Parasymphatikus werden blockiert -> Puls, Atmung dadurch extrem hoch, Pupillen stark geöffnet -> Gefahr Herzstillstand > Kampfgase wie Sarin (Senfgas): hemmen das Enzym welches ACH abbaut -> alle Muskeln des Körpers verkrampfen -> Tod durch Atemlähmung > Tetanusgift: verhindert, dass Transmitter zurück in Vesikel resorbiert werden -> alle Muskel verkrampfen -> Tod durch Atemlähmung Du kannst die neurobiologische Ursache bei Suchtverhalten nach psychoaktiven Stoffen oder bestimmten Verhalten (grob) erklären. Interpretatiere selbst aus den letzten zwei Lernzielen. Du kannst erklären, was man unter einem Reflex versteht und wie er sich von einer herkömmlichen Muskelbewegung unterscheidet. Reflexe sind mit den Grosshirn unkontrollierbare Muskelbewegungen die dirkekt im Rückenmark (evtl. Nachhirn) verschaltet werden. Sie sind dazu da um uns im Leben zu unterstützen, da eine Muskelbewegung die mit dem Gehirn gesteuert ist, viel zu lange dauern würde um z.b. stürzen mit stolpern zu verhindern. Der Vorteil dabei ist, dass es viel schneller ist, jedoch aber leider nicht kontrollierbar oder unterdrückbar ist. Anders so bei herkömmlichen Muskelbewegung, da dort dass Signal/ der Reiz zuerst ins Hirn geht und erst dann in die Muskeln, dadurch können wir die Bewegung dafür kontrollieren. Page 5 of 7

6 Der grobe Aufbau des Hirns ist dir bewusst, du weisst wo sich die graue und weisse Substanz befinden und wie sie sich in ihrer Funktion unterscheiden. Die graue bzw. weisse Substanz befindet sich im Rückenmark. Dabei umgibt die weisse, die graue Substanz. Die weisse Substanz besteht aus Verbindungen zu anderen Hirnzellen und die graue Substanz besteht aus Zellkörpern und Synapsen. Du kennst die verschiedenen Teilbereiche des Hirns und kannst deren Funktionen grob beschreiben. Rückenmark: motorische Reflexe Nachhirn: vegetative Reflexe (Husten, Niesen, Gähnen, Erbrechen, Schlucken/-auf, Orgasmus) Eine der evolutiv ältesten Hirnregionen > sind ansteckend! Können nicht gestoppt werden! > Niesen, Gähnen, Orgasmus benötigen die gleichen Muskeln und Nerven nur unterschiedliche Geschwindigkeit > komplexe Verhaltensprogramme, die nur aktiviert werden können. Bei den meisten Tieren gleich. > Alle motorischen Bahnen kreuzen sich hier -> reche Grosshirnhälfte kontrolliert linke Körperseite Brücke/Pons: Verbindung zwischen Grosshirn/Kleinhiern und Hirnstamm. Die meisten Befehle des Gehirns gehen hier durch zu einer anderen Hirnregion. Mittelhirn: Schaltstation für Seh- und Hörbahn, visuelle/auditive Reflexe > Im Laufe der Evolution wurden viele Funktionen vom Mittelhirn ans Grosshirn abgegeben, da dies schneller ist und komplexere Informationen verarbeiten kann Bei Hai und Schlange hingegen ist das zubeissen meist ein visueller Reflex und keine bewusste Handlung. Zwischenhirn: Ist unterteilt in Thalamus... > verarbeitet sämtliche Informationen der sensorischen Organe und entscheidet, was ans Grosshirn weitergeleitet werden soll und somit bewusst wird: > nur 1 AP von wird durchgelassen > sensorische Organe können nie ausgeschaltet werden, der Thalamus kann sie nur ignorieren. und in Hypothalamus... > =unter dem Thalamus > Schaltstelle für das vegetative Nervensystem und Hormonsystem - Symphatikus/Parasymphatikus werden bei Bedarf aktiviert - Hypophyse kann angeregt werden um gewisse Hormonachsen zu aktivieren Page 6 of 7

7 > Hypothalamus sorgt für Homöostase. Er sorgt also dafür, dass alle Funktionen wie Temperatur, Salzgehalt, Blutzucker, Wassergehalt etc. im grünen Bereich bleiben. Der Hirnstamm kontrolliert alle überlebenswichtige Funktionen. Ist er im Konflikt mit Grosshirn/Kleinhirn so werden die Befehle des Hirnstamm priorisiert. Klein-/Grosshirn: Sind im Vergleich zum Hirnstamm lernfähig und nicht schon von Geburt weg vorprogrammiert. Kleinhirn: Grosshirn: lernt motorische Funktionen, koordiniert ganze Muskelgruppen (z.b. Gehen) Feinjustierung von Befehlen des Grosshirns: > Informationen zum Status von jedem Muskel und Position von jedem Gelenk sind im Kleinhirn erfasst. Befehle des Grosshirns können somit korrigiert werden. > Kann ganze Bewegungsprogramme abspeichern und wieder hervorrufen rund 80% der Hirnmasse, pro cm 2 ca. 40 Mio. Nervenzellen. 40 Mio. Synapsen: > sind 2 Zellen gleichzeitig aktiv, so werden sie mit Synapsen verknüpft -> mittels Synapsen speichern wir Informationen > hat evolutiv viele Aufgaben von anderen Hirnregionen übernommen, Speicherkapazität nahezu unbeschränkt, Aufnahmekapazität schon Du kannst die Aufgaben des Liquors beschreiben. Der Liquor hat zwei hauptsächliche Aufgaben: - puffert das Hirn gegen Schläge - übernimmt Aufgaben des Blutes (verteilt Nährstoffe, Neurotransmitter, Abfallstoffe) Du kennst die beiden Teile des vegetativen Nervensystems (=unbewusst). In diesem Nervensystem gibt es zwei Gegenspieler der Symphatikus 1 und Parasymphatikus 2 - Dabei werden fast alle Organe durch beide innerviert, nur die Leber und das Nebennierenmark wird nur vom Symphatikus innerviert. - Koordiniert vom Hypothalamus (wie Hormonsystem) - Nerven gehen nicht durchs Rückenmark sondern parallel vie Grenzstrang (Symphatikus) oder via Hirnnerven direkt in Brust-/Bachhöhle (Parasymphatikus) - Evolutiv sehr altes System, wird meist bei Grundbedürfnissen hervorgerufen. - Wir können diese Reaktion nur schlecht unterdrücken 1. Bringt den Körper zu höheren Leistungen = Stressreaktion 2. entspannend, erledigt Hintergrundfunktionen Beide sind für die sogenannten 4 F s zuständig: - Fight - Flight - Feed - F**k (Sexual Reproduction) Was versteht man unter Hirnplastizität. Besonders in jungen Jahren ist unser Grosshirn extrem flexibel und Hirnregionen können sich je nach Input anpassen; Sprachen, Sport, Instrumente lernt man also viel einfacher. Wird hingegen ein bestehendes Hirnfeld gestört (z.b. Hirnblutung) so ist diese Information für immer weg. Page 7 of 7