Kognitive Dimensionen der Verhaltensanpassung und neuronale Korrelate. Randolf Menzel FU Berlin Neurobiologie

Ähnliche Dokumente
Einteilung des Gedächtnisses. Einteilung von Lernvorgängen. nach der Zeit: Kurzzeitgedächtnis Mittelzeitgedächtnis Langzeitgedächtnis

Wie Gehirne entdecken, lernen und erinnern. Prof. Dr. Randolf Menzel, FU Berlin, Akademie der Wissenschaften

Kognitive Leistungen des menschlichen Gehirns: Kann sich das Gehirn selbst erkennen? Wahrnehmen, Handeln Lernen, Gedächtnis bilden Planen, Erwarten

Neurobiologische Grundlagen einfacher Formen des Lernens

Neurobiologische Grundlagen einfacher Formen des Lernens

Neurobiologie des Lernens. Hebb Postulat Die synaptische Verbindung von zwei gleichzeitig erregten Zellen wird verstärkt

Zelluläre Mechanismen des Lernens

Biologische Psychologie II

Biologische Psychologie II

Workshop C Gedächtnis und Plastizität des Gehirns

Lernen und Gedächtniss

Neurale Grundlagen kognitiver Leistungen II

Neurobiologische Grundlagen einfacher Formen des Lernens

Organisatorisches. Klausur: grosser Hörsaal der Zoologie 12:50 Uhr

Exzitatorische (erregende) Synapsen

Das synaptische Interaktionsgeflecht

neurologische Grundlagen Version 1.3

neurologische Grundlagen Version 1.3

Neurobiologie. Prof. Dr. Bernd Grünewald, Institut für Bienenkunde, FB Biowissenschaften

Zentrales Nervensystem

Zelluläre Mechanismen des Lernens

Nachhaltigkeit des Lernens aus neurobiologischer Sicht

Übertragung zwischen einzelnen Nervenzellen: Synapsen

Gedächtnis. Istvan Tiringer Institut für Verhaltenswissenschaften

Aktivierung ist nur die eine Seite der Medaille

Biopsychologie als Neurowissenschaft Evolutionäre Grundlagen Genetische Grundlagen Mikroanatomie des NS

Einstieg: Drogen und Glück

Die Entwicklung der Gefühle: Aspekte aus der Hirnforschung. Andreas Lüthi, Friedrich Miescher Institut, Basel

M 3. Informationsübermittlung im Körper. D i e N e r v e n z e l l e a l s B a s i s e i n h e i t. im Überblick

1 Bau von Nervenzellen

Tutorium Medizinische Psychologie SS 05 Grundlagen von Lernen und Gedächtnis

Was ist Angst? Was ist Angst? Neuronale Grundlagen der Angst. 1. Körper 2. Angstgefühl 3. Verhalten. Was ist Angst? Wie lernen wir Angst zu haben?

Wissen. Demenz Was ist das?

1 Einführung In die Weil des Neuromarkellng... 1

Biologische Psychologie II

Übung 6 Vorlesung Bio-Engineering Sommersemester Nervenzellen: Kapitel 4. 1

Biologische Psychologie II

Lernen und Gedächnis. Was ist Gedächtnis? Explizites vs implizites Gedächtnis Anatomisches Substrat Neuronale Mechanismen Plastizität

Entdeckungen unter der Schädeldecke. Jean-Marc Fritschy Institut für Pharmakologie und Toxikologie

Biologische Psychologie II

Von der Synapse zum Lerneffekt

Passive und aktive elektrische Membraneigenschaften

Vorlesung Medizinische Psychologie SS Psychologische Lerntheorien. Klassische Konditionierung. Vorlesungsskripte unter:

Gedächtniskonsolidierung im Schlaf - Modell

Vorlesung Einführung in die Biopsychologie. Kapitel 4: Nervenleitung und synaptische Übertragung

Lernen und Gedächtnis: Inhaltsverzeichnis

abiweb NEUROBIOLOGIE 17. März 2015 Webinar zur Abiturvorbereitung

Neurobiologische Erkenntnisse und ihre Bedeutung für die pflegerisch-pädagogische Arbeit im Rahmen der Soziomilieugestaltung

Gerhard Raab, Oliver Gernsheimer, Maik Schindler. Neuromarketing. Grundlagen - Erkenntnisse Anwendungen GABLER EDITION WISSENSCHAFT

Anatomie des Lernens. Prof. Dr. Kristian Folta FS Neurobiologische Grundlagen des Lernens Universität Hildesheim. 10. SOPHIA Fachtagung Lüneburg

BK07_Vorlesung Physiologie. 05. November 2012

Aufmerksamkeit und Bewusstsein

Wie lernt unser Gehirn?

Die Nervenzelle Funktioneller Aufbau

Das Nervensystem des Menschen Lernen und Gedächtnis

Psychophysiologie der Kognition

Neuronale Grundlagen bei ADHD. (Attention Deficit/Hyperactivity Disorder) Mechanismen der Ritalinwirkung. Dr. Lutz Erik Koch

1. Kommunikation Informationsweiterleitung und -verarbeitung

Psychophysiologische Konzepte Messmethodische Grundlagen

Gliederung Sind Veränderungen machbar?

OLYMPIAZENTRUM SÜDSTADT. IMSB-Austria 1

Junge Zellen lernen leichter: Adulte Neurogenese im Hippocampus

Motorik und Vorstellung

Nervensystem Gliederung des Nervensystems der Wirbeltiere

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Plastizität und Lernen

Unterrichtsraster der Unterrichtsvorhaben Qualifikationsphase Q2 Biologie

Das autobiographische Gedächtnis

postsynaptische Potentiale graduierte Potentiale

Neuro- und Sinnesphysiologie

Psychophysiologische Konzepte Messmethodische Grundlagen

GERHARD ROTH INSTITUT FÜR HIRNFORSCHUNG UNIVERSITÄT BREMEN WIE BRINGT MAN DAS GEHIRN DER SCHÜLER ZUM LERNEN?

Aufmerksamkeit und Bewusstsein

Einführung in die Lernpsychologie

KURS 3: NEUROBIOLOGIE

10 Gebote für gehirngerechtes Lehren und Lernen. Werner Groh, Bildungsberater

Visuelle Wahrnehmung

Gedächtnis. Dr. phil. Esther Studer-Eichenberger. Lernziele

VL. 3 Prüfungsfragen:

LERNEN UND VERGESSEN. Woche des Gehirns Ao.Univ.Prof.Dr.Mag. Margarete Delazer

Die Hauptstrukturen des Gehirns

Inhaltsfeld: IF 4: Neurobiologie

SYNAPSENWERKSTATT. Bewegung und Kognition

Vorschläge für Weihnachtswünsche/Geschenke:

Beeinflusst Epilepsie das Gedächtnis?

Gerhard Roth Bildung braucht Persönlichkeit

Neuronale Kodierung sensorischer Reize. Computational Neuroscience Jutta Kretzberg

Vorlesung: Kognitive Neuropsychologie

Vorlesung Neurobiologie SS10

Neurobiologie. Prof. Dr. Bernd Grünewald, Institut für Bienenkunde, FB Biowissenschaften

Denken, Lernen, Vergessen? Was Pädagogik von Hirnforschung lernen kann

Aufrechterhaltung der Retinotopie. Bear 10.14; Kandel 27-9

Allgemeine Psychologie: Lernen. Sommersemester Thomas Schmidt

Aufbau und Funktionweise der Nervenzelle - Wiederholung Vorlesung -

Kapitel 4: Zweitausend Jahre Regeln des Wissenserwerbs im Licht der Neurowissenschaft

Medienbegleitheft zur DVD DAS GEHIRN DAS GEDÄCHTNIS

Transkript:

Kognitive Dimensionen der Verhaltensanpassung und neuronale Korrelate Randolf Menzel FU Berlin Neurobiologie www.neurobiologie.fu-berlin.de MNU Berlin 19.9.08

Super Gedächtnisleistungen Lerntest Vergleichstest was kam zuerst? alles gleich? Ja/Nein Testmuster links/rechts Maguire, Valentine, Wilding, Kapur, 2003

Tests zum Prüfen des Gedächtnisses bei Alzheimer Kranken Ein Gedächtnistest für Alzheimer Kranke

Guy Pearce in Memento, der sein Gedächtnis verloren hat andere Filme der letzten Zeit zum Thema Gedächtnis (Auslöschen von Gedächtnis ): 50 erste Dates (Adam Sandler) Vergiss mein nicht (Jim Carrey) Die Bourne Identität (Matt Damon) Eternal Sunshine of the Spotted Mind

Gyrus cingularis Die Geschichte des Patienten HM und die Rolle des Hippokampus Thalamus Olfaktorischer Bulbus Mammilar körper Amygdala Hippokampus

Im Gehirn haben viele Fähigkeiten ihren Ort Wo im Gehirn ist das Gedächtnis gespeichert? Verschiedene Arten von Gedächtnis Orte des Gedächtnis im Netzwerk der Neurone Die molekularen Bausteine des Gedächtnisses Regeln der Neurodidaktik

Im Gehirn haben viele Fähigkeiten ihren Ort Spektrum der Wissenschaft

Mit dem Üben von Bewegungen werden die zuständigen Gehirnstrukturen grösser Körperoberfläche Bewegung Hören Sehen

Karten im Gehirn: für Bewegungen und für Körpergefühl Karte der Bewegungen Karte der Körperoberfläche

vorn PET Messungen hinten Hören von Wörtern Sehen von Wörtern Sprechen von Wörtern Denken von Wörtern

Wie kann man die Gehirnarbeit messen? Nicht invasive Methoden der Messung der Gehirnaktivität (über Sauerstoffzufuhr): PET (Positronen Emissions Tomographie) und funktionelle Kernspintomographie Positronen Emissions Tomographie funktionelle Kernspintomographie

PET Methode Mit diesen Methoden wird die lokale Durchblutung gemessen. Zeit (sec) Es müssen immer zwei Messungen gemacht werden: Testsituation/Kontrolle. Die Bilder werden dann von einander abgezogen. Da die Signale sehr klein sind, muss dies viele Male wiederholt werden (Mittelwert).

Aktivitätsverteilung bei realer und vorgestellter Bewegung (funktionelle Kernspin Tomographie) rot: wahrgenommene Bewegung grün: vorgestellte Bewegung gelb: überlappende Bereiche Beim Vorstellen (Denken) von Ereignissen wird auch der vordere Gehirnberich aktiviert

Im Gehirn haben viele Fähigkeiten ihren Ort Hat das Gedächtnis einen Ort? Zuerst wollen wir die Frage an das gesamten Gehirn stellen, dann an die Neurone

Gyrus cingularis Die Geschichte des Patienten HM und die Rolle des Hippokampus Thalamus Olfaktorischer Bulbus Mammilar körper Amygdala Hippokampus

Motorisches Lernen des Patienten HM Normales motorisches Lernverhalten des Patienten HM Ort des motorischen Lernens: Cerebellum

Unser Gehirn hat einen Gedächtnisorganisator für bewusst werdende Inhalte den Hippokampus. Das Organisationsprinzip ist der Raum und die Zeit wie in einem geordneten Bücherschrank. Die Gedächtnisinhalte sind an vielen anderen Stellen im Gehirn verteilt niedergelegt. Der Hippokampus sorgt dafür, dass sie an den richtigen Stellen abgelegt werden und wieder aufgerufen werden

Einteilung der Gedächtnisse nach der Art des Wissens Lernen Gedächtnis Nicht deklaratives Deklaratives G. Priming Nicht assoziatives L. Fakten Ereignisse Prakt. Fähigkeiten Einfaches assoziat. Lernen Handeln und Vorstellen mit Bewusstsein (episodisch) Handeln nach Wissen ohne dass die Inhalte bewusst werden müssen Squire, Kandel

Super Gedächtnisleistungen Lerntest Vergleichstest was kam zuerst? gleich/verschieden? Ja/Nein Testmuster links/rechts Maguire, Valentine, Wilding, Kapur, 2003

Bereiche des Gehirns, die bei Menschen mit Super Gedächtnis besonders stärker aktiv sind rechtes Kleinhirn Begreifen linker medialer parietaler Gyrus bildhaftes Vorstellen rechter hinterer Hippokampus raum-zeitliches Organisieren

Activity during memory Das Gedächtnis entsteht nicht gleich an dem Ort, wo es langfristig gespeichert wird Das Gedächtnis entsteht aus dem Lernen durch mehrere schrittweise Prozesse. Dies nennt man die Gedächtniskonsolidierung. Dabei organisiert das Gehirn die optimale Einspeicherung und Verknüpfung mit Aktivität bereits vorhandenen während der Gedächtnisinhalten. Gedächtnisbildung Während des Gedächtnisabrufs

Nur wenn Aufmerksamkeit auf ein Objekt gerichtet wird dann wird es gelerntaufmerksamkeit Anteriores cinguläres Aufmerksamkeitszentrum Arbeitsgedächtnis für Raum Objekte Visuelle Orientierung Wortbedeutung Gazzaniga, Ivry, Mangun: Cognitive Neuroscience Visuelle Objekteigenschaften

Beim Lernen muss dem Gehirn mitgeteilt werden, was gelernt werden soll. Dafür sind die Belohnungssysteme im Gehirn zuständig Modulatorische Systeme im Säugergehirn Belohnungssystem Noradrenalin Dopamin Acetylcholin Serotonin

Die Orte des Gedächtnisses im Gehirn: -Das Gedächtnis ist nicht an einem Ort lokalisiert, sondern verteilt auf viele Ort. Das hängt von den beteiligten Sinnen, der Motorik und der Art der Gedächtnisinhalte ab. Eine wichtige Rolle spielt der Hippokampus für die Überschreibung des kurzzeitigen in das langzeitige Gedächtnis von solchen Inhalten, die uns bewusst werden (deklaratives Gedächtnis). Eine besondere Rolle spielt der präfrontale Kortex für die Speicherung von kognitiven Formen des Gedächtnis in dem viele verschiedene sensorische Eingänge und andere Gedächtnisinhalten miteinander verknüpft werden. Während der Konsolidierung des Gedächtnis kann sich sein Ort verlagern, also andere Orte im Gehirn zur Speicherung heranziehen. Darin äußert sich die Selbstorganisation des Gehirns.

Orte des Gedächtnis im Netzwerk der Neurone Neuronennetz Synapsen

Neuronennetz Synapsen mv

Die Sprache der Neurone sind die Aktionspotentiale und die synaptischen Potentiale Die Sprache des Nervensystems: Aktionspotenziale

Spannungsabhängige Ionenkanäle Na + Ionen K+ Ionen geschlossen offen geschlossen offen mv Anstieg des Aktionspotentials Abfall des Aktionspotentials Aktionspotentiale können verbreitert werden, wenn weniger K-Kanäle öffnen

Wie Neuronen kommunizieren Synapse Synapse Präsynaptische Endigung Zellkörper

Plastizität der Synapse: präsynaptisch: je mehr Ca 2+ einströmt umso mehr Transmitter werden frei gesetzt postsynaptisch: die von den Rezeptormolekülen ausgelöste Ströme können größer oder geringer sein; es können mehr oder weniger Rezeptormoleküle zur Verfügung stehen Axon Zellkörper des Neurons Es können im Kern Gene an und abgeschaltet werden. Das führt zu Strukturveränderungen (mehr oder weniger Synapsen) Postsynapse Präsynapse Vesikel mit Transmitter Rezeptormoleküle

Welche Bedingungen müssen herrschen, damit die Neurone im Nervensystem wissen, ob sie lernen sollen? Pavlos s klassische kondionierung Vor der Konditionierung Während der Konditionierung Nach der Konditionierung

Das elementare Modul des assoziativen Lernens neutraler, zu lernender Stimulus bedeutungsvoller, bewertender Stimulus auslesender, Verhalten steuernder neuronaler Weg modulierender, Bereitschaft indizierneder Stimulus

Was spielt sich in den Neuronen ab, wenn das Nervensystem lernt? Drei Modellorganismen zum Studium der zellulären Vorgängen beim Lernen und der Gedächtnisbildung Die Meeresschnecke Aplysia Die Fruchtfliege Drosophila Die Honigbiene

Ganglion der Meeresschnecke Aplysia mit etwa 2000 Neuronen Eric Kandel und Mitarbeiter Columbia University, New York

Was lehrt uns Aplysia? verstärkendes Neuron (Serotonin) Kieme Der Schutzreflex Kieme zurückziehen Die Erregung des verstärkenden Interneurons wird verstärkt durch Sensitivierung. führt zur Erhöhung der Transmitterausschüttung Dies ist eine einfache Form des Lernens. im sensorischen Neuron. Worauf beruht das? Lernen beruht auf der Veränderung der Erregungsübertragung in den Synapsen (Plastizität der Synapsen)

Die molekularen Mechanismen der Kurz- und der Langzeit Bahnung im Nervensystem der Schnecke Aplysia (nach Eric Kandel) Kurzzeitbahnung: Ein einzelner Reiz verstärkt die Synapse Motoneuron Langzeitbahnung: Wiederholte Reize veranlaßt Kinasen in den Zellkern zu wandern was zur Genexpression Und zur Bildung neuer Synapsen führt (Nach E. Kandel, Auf den Spuren des Gedächtnisses, 2006, S. 289)

Kurzzeit Gedächtnis Mittelzeit Gedächtnis Langzeit Gedächtnis künstliche Erzeugung von Langzeit Gedächtnis: camp

Plastizität der Synapse: im Säugetiergehirn (auch in dem des Menschen) sind die zellulären Vorgänge der synaptischen Plastizität sehr ähnlich Verstärkung der Synapse

Zelluläre Mechanismen der Plastizität Präsynaptische Neuromodulation Postsynaptische Koinzidenzdetektion und assoziative Plastizität K + retrograder Transmitter neutraler Stimulus Kern auslesendes Neuron Ca 2+ modulatorisches Neuron molekularer Koinzidenzdetektor (ein doppelt geregelter Kanal, ein doppelt geregeltes Enzym)

Tests zum Prüfen des Gedächtnisses bei Alzheimer Kranken Haben diese Erkenntnisse irgend eine Bedeutung für Gedächtnis-Pathologien? Ein Gedächtnistest für Alzheimer Kranke

Drogen, die die kognitiven Fähigkeiten verstärken (Cognitive Enhancer Drugs): Ritalin: Aufmerksamkeit Defizit Syndrom (ADS) Modafinil: wirkt wie Koffein, macht hell wach, Behandlung von z.b. Schlaf-Apnoe Rolipam: Verbessert das Gedächtnis Hemmer der Phosphodiesterase, Anstieg von camp und damit von CREB Aktivität; bewirkt auch eine Verzögerung der Bildung von A-beta Peptid, das an der Bildung der beta-amyloid-plaques der Alzheimer Kranken beteiligt ist (Memory Pharmaceuticals, Eric Kandel) Ethische Fragen des Hirndopings

Und der Alltag? Kann man etwas aus den Erkenntnissen der Neurowissenschaft zur Gedächtnisbildung für das Lernen anwenden? Altehrwürdige Lernregeln Neurodidaktik?? - Aufmerksamkeit, Neugier anregen - An Bekanntes anknüpfen - Möglichst viele Sinneserfahrungen einbeziehen - Möglichst viel selbst tun ( begreifen ) - Bildhafte Vorstellungen stärken ( anschaulich ) - Die Wiederholung ist die Mutter der Weisheit - Nicht zu viel auf einmal (verteilt üben) - Das Gehirn schonen nach dem Lernen - Die Umgebung des Lernens der beim Abrufen so ähnlich wie möglich machen - Die modulatorischen Systeme werden angeschaltet - Assoziationsketten werden herstellen - Die Zahl der Assoziationen werden vergrößert - Instrumentelles Lernen fördert Lernen - Die schiere Unerschöpflichkeit des bildhaften Gedächnisses nutzen -Die Assoziationen werden nur Wiederholung gestärkt -Die Konsolidierung vom Kurz- zum Langzeit- Gedächtnis wird gefördert -Eine Interferenz mit der Konsolidierung wird verhindert -Die Kontextstimuli fördern das Abrufen aus dem Gedächtnis

Ich wünsche Ihrem Gehirn und dem Ihrer Schüler weiterhin viel Spass beim Lernen. Lassen Sie ihm den Spass! Dieses Buch empfehle ich Ihnen, weil es spannend geschrieben ist, in die neuesten Entdeckungen der Neurowissenschaft verständlich einführt und von dem wohl bedeutsamsten lebenden Neurowissenschaftler geschrieben wurde. 2006 Vielen Dank!

Wer lernen will, muss vor allem reden und begreifen Der Mensch behält von dem was er liest etwa 10 % was er hört etwa 20% was er sieht etwa 30 % was er sieht und hört etwa 50 % worüber wir sprechen etwa 70 % was er selbst tut etwa 90 % Ich wünsche Ihrem Gehirn weiterhin viel Spass beim Lernen. Lassen Sie ihm den Spass! Vielen Dank!

Wird das Langzeitgedächtnis durch ein Prionen-artiges Protein vermittelt? Der Kern schickt mrna (ruhend) in alle Axonverzweigungen. (1) Die Axonverzweigung, die eine mehrmalige Paarung mit dem modulierenden Transmitter Serotonin erfahren hat, wandelt das (2) prionenartige Protein CPEB, das in allen Synapsen vorhanden ist, in seine dominante, selbstvervielfältigende Form um. (3) Dominantes CPEB kann rezessives CEPB in die dominante Form umwandeln. (4) Dominantes CEPB aktiviert ruhende mrna. Die aktivierte mrna reguliert die Proteinsynthese an der neuen synaptischen Endigung, stabilisiert die Synapse und verleiht so dem Gedächtnis Dauer. (Nach E. Kandel, Auf den Spuren des Gedächtnisses, 2006, S. 299)

Wie Gehirne lernen Sie finden das Bildmaterial der Vorlesung unter: www.neurobiologie.fu-berlin/ linke Seite unter: Vorlesung WieGehirneLernen.pdf Randolf Menzel, FU Berlin