Das Gehirn und Kognition:
Sie haben das Gehirn eines Schimpansen und eines Menschen vor sich. Nennen Sie vier Unterschiede, die Ihnen auffallen könnten! Nun sind die beiden Organismen aber unterschiedlich groß und die Gehirne könnten sich im Prinzip allein deswegen unterscheiden. Wie müsste man (unter Zuhilfenahme von Gehirnen weiterer Säugetiere) vorgehen, um zu entscheiden, ob das menschliche Gehirn wirklich außergewöhnlich ist? (6P)
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Beim Vergleich der Gehirne eines Schimpansen und eines Menschen fallen eine Reihe von Unterschieden auf: nennen sie 4
Nun sind Schimpansen aber kleiner als Menschen: Wie müsste man vorgehen, bzw. welche Daten würde man benötigen, um überzeugend nachzuweisen, dass das menschliche Gehirn in einem dieser Unterschiede ‘überproportional’ das Schimpansengehirn übertrifft?
Formulieren Sie eine Vorhersage für den Ausgang ihrer Analyse, wenn tatsächlich das menschliche Gehirn ausergewöhnlich wäre.
Unterschiede (Mensch hat:)
ein größeres Gehirn
mehr Gehirnfurchungen
mehr Synapsen
mehr Gliazellen
Vorgehen:
Daten von z.B. Gehirngröße gegen Körpergröße von verschiedenen näher verwandten Tieren (bsp. verwandte Affenarten) auftragen
-> doppellogarithmische Auftragung gut geeignet
schauen ob der Mensch aus dem Trend, der durch die anderen Arten vorliegt, herausfällt
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Vorhersage: Mensch liegt mit im Trend der Auftragung
-> nicht überproportional
Wieso ist es bei allen chemischen Synapsen wichtig, dass sich im synaptischen Spalt ein Enzym befindet, das den Transmitter schnell abbaut?
Wie können Sie einem Parkinson-Patienten bzw. einem Schizophrenie-Patienten durch Gabe eines Medikaments helfen, das auf das Dopaminabbauende Enzym im synaptischen Spalt wirkt? (3P)
Parkinson durch Dopamin Defizit —> muss Dopamin langsamer abbauen
Schizophrenie durch Dopamin Überschuss —> muss Dopamin schneller abbauen
(2/3P)
entscheidend, um …
Signalübertragung zu terminieren
Überstimulation & Diffusion zu verhindern
zeitliche Präzision neuronaler Prozesse zu gewährleisten
Die fiktive Firma “Pharmadreams” behauptet ein Medikament entwickelt zu haben, das sowohl gegen Parkinson, als auch gegen Schizophrenie wirkt. Begründen Sie aus biologischer Sicht, ob Sie das für möglich halten, oder nicht! (3P)
Schizophrenie Medikamente blockieren dopaminerge Synapsen, während bei Parkinson dopaminerge Synapsen unterstützt werden
Parkinson hängt mit Degeneration der Dopaminsynapsen zusammen, Schizophrene wohl nicht direkt mit Dopamin
es scheint auf Ebene dopaminerger Synapsen nicht möglich zu sein, ein Medikament zu entwickeln, das gegen beide Krankheiten hilft
Stellen Sie sich vor, Sie hätten einen Neglect-Patienten vor sich. Wie würde man diese Krankheit erkennen können? Wie kann man zeigen, dass er/sie unterbewusst Informationen aus beiden Raumhälften im Gehirn zur Verfügung hat? (3P)
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Sie haben einen Patienten vor sich. Wie können Sie feststellen, dass es sich um einen Neglect-Patient handelt? Wie kann man zeigen, dass er/sie unterbewusst Informationen aus beiden Raumhälften im Gehirn zur Verfügung hat? (3P)
Erkennen:
übersieht Dinge auf kontralateralen Seite
isst nur eine Seite des Tellers leer
rasiert/schminkt sich nur eine Gesichtshälfte
behauptet steif & fest, dass eigene Wahrnehmung vollständig ist
sogar erinnerte Bilder sind betroffen
betrifft meist alle Sinne (ist ‚multimodal‘)
Beweisen / Versuch:
Frage an Patient: Wo wollen Sie wohnen?
Antwort: Feuer im kontralateralen Gesichtsfeld wird ignoriert / nicht aktiv wahrgenommen —> wird bei Wahl aber unbewusst berücksichtigt!
Welcher Eingriff wurde bei Split-Brain Patienten durchgeführt und wozu? Wieso zeigen Split-Brain Patienten keinerlei Auffälligkeiten im normalen Alltag? Mit welchem Trick kann man zeigen, dass der Eingriff doch erhebliche Auswirkungen haben kann? (3P)
Trennung des Balken (Verbindung der 2 Hirnhälften), um extrem schwere Formen der Epilepsie zu mildern
können ihre Augen, ihren Kopf & sich selbst bewegen —> man fixiert im Alltag nie nur einen Punkt —> keine feste Zuordnung von Objekten in ein linkes oder rechtes Sehfeld
Patient fokussiert nur einen Punkt auf Bildschirm —> Bilder von verschiedenen Emotionen auf linken Seite des Blickfelds zeigen —> zuordnen der Emotionen mit linken Hand (nicht sprechen, weil linke Hirnhälfte für Sprechen zuständig ist)
—> wenn Reiz nur in rechte Hemisphäre projiziert wird, kann Patient die Information möglicherw. mit linken Hand anzeigen, aber nicht verbal beschreiben ==> zeigt, dass rechte Hemisphäre zwar Information verarbeitet, aber nicht mit sprachdominantem Zentrum kommunizieren kann
Das Gehirn und Kognition: (6P)
Welcher Eingriff wurde bei Split-Brain Patienten durchgeführt und weshalb?
Wieso zeigen Split-Brain Patienten keinerlei Auffälligkeiten im normalen Alltag?
Welchen Trick muss man bei den Split-Brain Versuchen anwenden, um zu zeigen, dass unsere beiden Hirnhälften nicht symmetrisch bei allen Aufgaben beteiligt sind?
Wie sind linke und rechte Retina mit der linken und rechten Hirnhälfte verbunden und wieso ist das für die Analyse der Split-Brain-Experimente von Bedeutung?
Wieso ist es wichtig zu bedenken, ob die Versuchspersonen verbal oder durch Anzeigen mit der linken oder mit der rechten Hand mitteilen, was sie wahrnimmt?
Patient muss einen Punkt fixieren —> Einteilung des Sehfeldes in eine linke Zone & eine rechte Zone —> so gelangen Informationen nicht in beide Hemisphären
—> Präsentierung von Reizen nur in einer Zone
==> Stimulus in linken Zone wird nur von rechten Hirnhälfte verarbeitet
==> Stimulus in rechten Zone wird nur von linken Hirnhälfte verarbeitet
rechte Hirnhälfte zuständig für rechte Hälften der Retina (also für linkes Blickfeld) & linke Hirnhälfte zuständig für linke Hälften der Retina (also für rechtes Blickfeld)
—> ermöglicht es, gezielt Reize an eine spezifische Hemisphäre zu senden, was essenziell ist, um Hemisphärenspezialisierungen zu untersuchen
Mitteilen:
Verbal: Sprache ist in linken Hemisphäre (Hirnhälfte) lokalisiert
linke Hand: von rechten Hemisphäre gesteuert
rechte Hand: von linken Hemisphäre gesteuert
Das Gehirn und Kognition: (4P)
In einem Artikel wird behauptet, die rechte Hirnhälfte sei für die Wahrnehmung von Emotionen zuständig.
Schildern Sie, wie sie das mit Hilfe eines Split Brain Patienten überprüfen können.
Machen Sie dabei klar, wie Sie die Information präsentieren und wie der Patient Ihnen seine Wahrnehmung mitteilt.
rechte Hirnhälfte
steuert linke Hand
zuständig für rechte Hälften der Retina (also für linkes Blickfeld)
Bilder von verschiedenen Emotionen auf der linken Seite des Blickfelds zeigen
-> Proband soll die Emotionen mit der linken Hand zuordnen (nicht sprechen, weil linke Hirnhälfte für Sprechen zuständig ist)
Versuch ist bei Split-Brain-Patienten möglich, da die Verbindung zwischen den Hirnhälften getrennt wurde
Schildern Sie ganz knapp einen Versuch, aus dem man die Schlussfolgerung gezogen hatte, der Mensch habe keinen freien Willen. (2P)
bei einem Menschen wurde durch den O2- Verbrauch die Hirnaktivität aufgezeichnet
Er sollte sich entscheiden wann & mit welcher Hand er einen Knopf drückt
noch bevor er vorgab sich entschieden zu haben, konnte mit bis zu 60%iger Wahrscheinlichkeit genau bestimmt werden mit welcher Hand & wann er den Knopf drückt
(1.5/2 P)
Sinne des Menschen:
Was versteht man unter der Farbkonstanz des menschlichen Sehens? Was könnte der ökologische Nutzen einer solchen Farbkonstanz sein? (3P)
Farbkonstanz = Fähigkeit, die Farbe eines Objekts als konstant wahrzunehmen, selbst wenn sich die Beleuchtungsbedingungen ändern
Ökolog. Nutzen:
Erkennung & Identifikation von Objekten
Nahrungssuche
Kommunikation
Navigation & Orientierung
Nennen Sie zwei Konstanzleistungen der menschlichen Wahrnehmung (z.B. welche die wir beim Thema ‘Sehen’ besprochen haben)! Welche Illusionen konnten wir auf diese Konstanzleistungen zurückführen und worin liegt jeweils der ökologische Nutzen der Konstanzleistung? (4P)
Helligkeitskonstanz
Bsp: Schachbrett Felder; gleich helle Fläche wirkt im Schatten heller als im Licht
Farbkonstanz
Bsp: Banane die mit rotem Licht bestrahlt wird wirkt trotzdem gelb
Erklären Sie jeweils, was man unter folgenden Konstanzleistungen des menschlichen Sehsinnes versteht: (3P)
Größenkonstanz
Größenkonstanz:
= Fähigkeit, tatsächliche Größe eines Objekts als konstant wahrzunehmen, selbst wenn sich dessen Bildgröße auf der Netzhaut (Entfernung) verändert —> Objekt weiter weg nicht größer
Helligkeitskonstanz:
= Fähigkeit, Helligkeit eines Objekts als konstant wahrzunehmen, selbst wenn sich die Lichtverhältnisse ändern
“Schatten wird rausgerechnet”
gleich helle Fläche wirkt im Schatten heller als im Licht
Farbkonstanz:
= Fähigkeit, Farbe eines Objekts als konstant wahrzunehmen, selbst wenn sich die Beleuchtungsbedingungen ändern
“Farbe rausgerechnet”
Beispiel: Banane die mit rotem Licht bestrahlt wird wirkt trotzdem gelb
Was versteht man im Zusammenhang mit dem menschlichen Sehen unter Größenkonstanz? Was muss dazu verrechnet werden und wozu ist Größesnkonstanz nützlich? (3P)
Verrechnung von:
Retinale Abbildungsgröße (Netzhautbild)
Tiefeninformationen (Entfernung des Objekts)
Erfahrungswissen
wichtig für stabile Wahrnehmung der Umwelt & effektive Interaktion mit dieser
a) Wofür “interessieren” sich die meisten Zellen im primären Sehcortex? Anders gefragt: welche Art von visuellen Reizen muss man zeigen, damit sie Aktionspotentiale feuern? Was meint man damit, dass sich die Reize zusätzlich auch noch im sogenannten “rezeptiven Feld” des Neurons befinden müssen?
b) Woher bekommen sie ihre Eingänge (d.h. wo sitzen die Somata der Nervenzellen, die ihre Axone zum Sehrcortex schicken?) Wie liegen die Eingänge aus dem linken und rechten Auge zueinander?
c) Wo liegen alle Nervenzellen, die sich für dieselbe Kantenortientierung interessieren?
d) Ist die Anordnung im primären Sehcortex fest angeboren, in den ersten Lebenswochen plastisch oder das ganze Leben über immer plastisch? Wie würde es sich auswirken, wenn bei einem neugeborenen Kätzchen das linke Auge für 2 Monate abgedeckt wäre, es danach im ganzen restlichen Leben der Katze aber immer benutzbar und nachweislich völlig funktionsfähig wäre?
(7P)
a) für Balken mit unterschiedlicher Orientierung
rezeptives Feld = alle Rezeporen, die Informationen an die gleiche Synapse weiterleiten —> d.h. Synapsen/ Zellen des Sehcortex werden nur aktiv, wenn Rezeptoren auch den Reiz wahrnehmen
b) im Kniehöcker -> Eingänge rechtes & linkes Auge sind alternierend
c) in Orientierungssäulen in der 4. Schicht des Sehcortex übereinander
d) Anordnung in ersten Lebenswochen noch plastisch —> wird dann aber durch Sehereignisse festgelegt
wenn das linke Auge einer Katze 2 Monate bedeckt wäre, würde sich die Anordnung verschieben & im rechten Auge stärker ausprägen = Okulardominanz —> Eingänge linkes Auge gehen zurück
—> auch durch Öffnen des Auges ist der Zustand nicht mehr zu verändern, da nach 6 Wochen die Anordnung im Sehcortex festgelegt wird & stabil ist
(5.5/7 P)
Was versteht man unter dem ‘rezteptiven Feld’ einer Ganglienzelle und wie kann man es experimentell bestimmen? Bitte erläutern Sie das Vorgehen anhand einer Skizze. (3P)
rezeptives Feld = alle Rezeptorzellen, die ihre Informationen an die Ganglienzellen weitergeben -> also mit ihr verschaltet sind
experimentell: verschiedene Punkte auf Netzhaut beleuchten & Feuerrate der Ganglienzelle beobachten
-> veränderte Feuerrate heißt die Rezeptorzelle liegt im rezeptiven Feld
Skizze: [Bild??]
Virologie: (2P)
Welche der folgenden Aussagen treffen zu? (Mit richtig oder falsch markieren!)
(Falsche Antworten führen zu Punktabzug, negative Punktzahlen sind nicht möglich.)
Manche akute virale Erkrankungen lassen sich erfolgreich mit Antibiotika behandeln.
Viren mit Membranhülle benötigen die Membran ausschließlich, um mit der Membran einer Zielzelle verschmelzen zu können; die spezifische Erkennung der Zielzelle geschieht über Proteine, die im Proteinkapsid der Virionen verankert sind.
Viren benutzen für die Expression ihrer Gene die Translationsmaschinerie der Wirtszellen.
Virale Genome können als Nukleinsäure doppelsträngige oder auch einzelsträngige DNA oder auch RNA enthalten.
Das einzelsträngige RNA-Genom von Retroviren wird durch eine reverse Transkriptase in DNA umgeschrieben, wobei das Enzym aus dem Virion eines Retrovirus bei der Infektion mit in die Zielzelle übertragen wird.
Rezeptor-vermittelte Endozytose ist ein Mechanismus, über den Viren in ihre Zielzellen gelangen.
Manche akute virale Erkrankungen lassen sich erfolgreich mit Antibiotika behandeln. —> falsch
Viren mit Membranhülle benötigen die Membran ausschließlich, um mit der Membran einer Zielzelle verschmelzen zu können; die spezifische Erkennung der Zielzelle geschieht über Proteine, die im Proteinkapsid der Virionen verankert sind. —> falsch
Viren benutzen für die Expression ihrer Gene die Translationsmaschinerie der Wirtszellen. —> richtig
Virale Genome können als Nukleinsäure doppelsträngige oder auch einzelsträngige DNA oder auch RNA enthalten. —> richtig
Das einzelsträngige RNA-Genom von Retroviren wird durch eine reverse Transkriptase in DNA umgeschrieben, wobei das Enzym aus dem Virion eines Retrovirus bei der Infektion mit in die Zielzelle übertragen wird. —> richtig
Rezeptor-vermittelte Endozytose ist ein Mechanismus, über den Viren in ihre Zielzellen gelangen. —> richtig
Skizzieren Sie ein Virion von SARS-CoV-2 mit der Lage der vierten Klassen von Strukturproteinen! Welches dieser Proteine ist für die Erkennung des zellulären Rezeptors auf humanen Zellen verantwortlich und wie heißt dieser Rezeptor? (2P)
Spike-Protein dient als Rezeptor für Wirtszellen
ACE2-Rezeptor
Um die Gefahr einer Coronavirus- oder Influenza-Infektion zu verringern, wird der Bevölkerung zu Recht geraten sich regelmäßig und gründlich die Hände mit Seife zu waschen. Dadurch werden diese Erreger effektiver inaktiviert.
Auch wenn generell bei allen Infektionskrankheiten das Waschen der Hände eine Infektionsgefahr verringert, so ist diese Prozedur bei manchen Viren, die auf dem gleichen Wege übertragen werdern wie die Grippeviren oder Coronaviren, weniger effektiv als z.B. bei Influenza. Worin könnte das begründet sein?
Beim Coronavirus handelt es sich um einen behüllten Virus
Hülle dient als Schutz für Virus
Hülle wird zur Andockung an Zellen verwendet
-> Rezeptoren an Hülle leiten Penetration ein
-> Virus in Wirtszelle
Detergenzien (bsp. Seife) zerstören Hülle (da: lipophil)
-> Virus wird inaktiviert
-> kann nicht mehr in Wirtszelle eindringen
Nennen Sie sechs charakteristische Eigenschaften von Viren! (3P)
replizieren nur innerhalb lebender Zellen
stellen ein infektiöses Agens dar
sind meist sehr klein (30-300 nm Durchmesser) —> im Lichtmikroskop nicht sichtbar
werden durch Synthese & Zusammenbau vermehrt, nicht durch Teilung
können sich rasch wechselnden Umweltbedingungen anpassen (hohe Mutationsrate)
übertragen ihr Genom während der Infektion
Virologie:
HIV-Invektionen können mit Medikamenten gut in Schach gehalten werden. Dabei wird häufig ein Wirkstoffcocktail eingesetzt, der verschiedene Phasen des retroviralen Lebenszyklus hemmt. Ein wichtiger Bestandteil sind Hemmstoffe der reversen Transkriptase, einem Enzym, das für das Umschreiben des viralen RNA-Genoms in CDNA essentiell ist. SARS-CoV-2 hat ebenfalls RNA als Genom. Treffen Sie eine Aussage, ob Hemmstoffe der reversen Transkriptase auch bei einer Coronavirus-Infektion helfen können und begründen Sie Ihre Antwort. (3P)
Hemmstoffe der reversen Transkriptase sind bei einer Coronavirus-Infektion nicht wirksam, da die beiden Viren (HIV & SARS-CoV-2) unterschiedl. Mechanismen für Replikation ihres RNA-Genoms verwenden
HIV ist ein Retrovirus —> Enzym (RT) essentiell, da es virales RNA-Genom in cDNA umschreibt
SARS-CoV-2 ein positives Einzelstrang-RNA-Virus (+ssRNA) ist —> nutzt keine reverse Transkriptase (RT)
—> verwendet für Replikation seines Genoms die virale RNA-abhängige RNA-Polymerase (RdRp) —> synthetisiert eine cRNA-Kopie des viralen Genoms
==> Behandlung erfordert spezifische Inhibitoren der RNA-abhängigen RNA-Polymerase oder anderer virus-spezifischer Enzyme
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