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SoSe 24

Neurobiologie

JL
von Jessica L.

Hauptaufgaben des Gehirns

  1. Kommunikation mit Umwelt

  2. Wahrnehmung von Sinnesreizen

  3. Integration der Reizinformation

  4. Entsprechende Reizantwort

Weitere Aufgaben:

  1. Steuerung von Motorik, Verhalten, Kognition

  2. Koordination von ädaquatem Verhalten

In was unterscheidet man das Nervensystem?

  1. Zentrales Nervensystem (ZNS)

    —>Gehirn, Rückenmark

  2. Peripheres Nervensystem (PNS)

    —>Efferente, motorische & Affarente, sensorische Fasern

  3. Autonomes/Vegetatives Nervensystem

    —>Sympathikus, Parasympathikus

    —>Enterales Netvensystem (Verdauung)

Woraus besteht die Graue bzw Weiße Substanz?

Graue Substanz: enthält die Zellkörper (Soma) der Neurone

Weiße Substanz: enthält Axone

Definition von Afferenz vs. Efferenz

  1. Afferenz: Signalrichtung von sensorischen Empfangsstrukturen zum ZNS, sensorisch Aufsteigende Bahnen

    —> Afferenz-Aufsteigend zum ZNS

  2. Efferenz: Signalrichtung wEg vom ZNS zu sensorischen Empfangsstrukturen, motorische absteigende Bahnen

    —> Efferenz-wEg vom ZNS

Benenne alle Gehirnregionen

  1. Großhirn (bestehend aus 4 Hirnlappen)

    —>Frontal-, Temporal-, Parietal-, Okzipitallappen

  2. Kleinhirn

  3. Zwischenhirn: Thalamus, Hypothalamus, Hypophyse

  4. Stammhirn: Mittelhirn, Brücke, Nachhirn

  5. Mittelhirn

  6. Nachhirn

Zeichnung vom Gehirn mit Beschriftung

Funktionen des Großhirns (gehört zum Vorderhirn)

  1. Bewusstsein

  2. Bewusste Sinneswahrnehmung

  3. Geistige, willentliche Aktivität

  4. Integrationszentrum und Ort von strategischen Planungen

  5. Basalganglien: Bewegungskontrolle

Funktionen des Kleinhirns

  1. KontrollZentrum für Bewegungen

Funktion des Thalamus (gehört zum Vorderhirn)

Schaltzentrale und Filter für eingehende sensorische Informationen

—>TorHüter

Funktionen des Hypothalamus (gehört zum Vorderhirn/Zwischenhirn)

  1. Kontrolle des vegetativen NS

  2. Freisetzung von Hormonen über Hypophyse, Epiphyse (Zirbeldrüse) ins Blut

  3. Homöostase des Körpers (Blutdruck, Osmolarität, Temperatur, Trinken, Essen)

  4. Sexualfunktion

Funktionen des Mittelhirns (gehört zum Stammhirn)

  1. Sensorik (Sehen, Hören)

  2. Bewegungskontrolle

  3. Regulation von Stimmungen, Freude, Schmerz

  4. Schaltstelle für optische, auditorische Informationen

  5. Kontrolle der Augenbewegungen

—>Gegliedert in Haube (Tegmentum), Dach (Tectum) mit Vierhügelplatte (Conculli inferior und superior)

—>Tegmentum enthält für willkürliche Bewegungen relevante Strukturen (Substantia Nigra und Nucleus Ruber)

Funktionen des Nachhirns/Medulla oblongata (gehört zum Stammhirn/Rautenhirn)

  1. Neuronen, die an der Verarbeitung sensorischer Informationen (Tasten, Hören, Schmecken) beteiligt sind

  2. motorische Neuronen

  3. Atemzentrum (Schluck- und Brechzentrum, Husten, Niesen)

  4. Kreuzung der Pyramidenbahnen

Funktion der Brücke (gehört zu Rautenhirn)

Schaltzentrum zwischen Großhirn/Kleinhirn

Funktionen des Kleinhirns (gehört zum Rautenhirn)

  1. Kontrollzentrum für Bewegung

  2. Empfängt Signale aus dem Rückenmark (Info über Lage des Körpers im Raum)

  3. Empfängt Signale von der Brücke (Info über Ziele von geplanten Bewegungen)

  4. Wichtig für die exakte Ausführung von Bewegungen und motorisches Lernen

Beschreibe die Entstehung des Vertebratengehirns

  1. Ausbildung des Neuralrohrs (Absenken der Neuralplatte in den Keim) im Zuge der Embryonalentwicklung

  2. Differenzierung des Neuralrohrs in die 3 Gehirnbläschen

    -Vorderhirn (Prosencephalon)

    —->Großhirn, Zwischenhirn

    -Mittelhirn (Mesencephalon)

    —>Mittelhirn

    -Nachhirn (Rhombencephalon)

    —>Pons, Medulla oblongata

Entstehung des Vertebratengehirns Abbildung

Beschreibe das Beutefangverhalten der Erdkröte

  1. Appetenz (Suchen)

  2. Taxis (Zuwenden)

  3. Endhandlung (Fressen)

—>Beim Beutefang der Erdkröte ist das Tectum opticum des Mittelhirns und der Thalamus beteiligt

—>Großhirnrinde spielt dabei keine Rolle

—>längliche Objekte in “Wurm”-Konfiguration aktivieren die Neuronen im Tectum

—> längliche Objekte in “Antiwurm”-Konfiguration aktivieren die Neuronen im Thalamus und hemmen dabei T-Neuronen

Benenne die Hirnstrukturen für die Motorik beim Menschen für willkürliche Bewegungen

  1. Großhirn

  2. Basalganglien

  3. Kleinhirn

  4. Laterale Bahnen

Benenne die Hirnstrukturen für die Motorik beim Menschen für Körperhaltung

  1. Tectum opticum (Mittelhirn)

  2. Hirnstamm

  3. Nachhirn

  4. Brücke

  5. Ventromediale Bahnen

Beschreibe den Ablauf der Koordination einer willentlichen Bewegung mit beteiligten neuronalen Strukturen

  1. Planung:

    -Assoziationsbereiche des Neocortex

    -Basalganglien

  2. Taktik:

    -Kleinhirn

    -Motorcortex

  3. Ausführung:

    -Hirnstamm

    -Rückenmark

Nennen Sie eine für willkürliche Bewegung essenzielle Nervenbahn

  1. Pyramidenbahn bzw. Tractus cortica-spinalis

  2. Verläuft vom Motorcortex zum Rückenmark

Nennen Sie 2 für willkürliche Bewegungen essenzielle Hirnschleifen

  1. Funktionsschleife 1 verläuft vom präfrontalen Cortex über die Basalganglien und den Thalamus in die Area 6 des Motorcortex

  2. Funktionsschleife 2 verläuft vom sensorischen Cortex über die Brücke und das Kleinhirn zum Thalamus in die Area 6 des Motorcortex

Nennen und beschreiben Sie das Prinzip wie bei einer Muskelbewegung die Gegenspieler nicht gleichzeitig angespannt werden

Neuronale Schaltkreise mit reziproker Hemmung durch Erzeugen von rhythmischen Aktivitätsmustern durch negatives Feedback

z.B. beim Armbeugereflex: Muskelspindel wird gereizt —>Rückmeldung an Interneuron, Motoneuron —>Bizeps wird gebeugt

Gleichzeitig Hemmung des inhibitorischen Interneurons, anderen Motoneurons —>Trizeps wird gestreckt

Definition von Lernen

Fähigkeit aufgrund von Erfahrungen Verhalten an gegebene Situation anzupassen

Nenne verschiedene Lernformen

  1. Nicht-Assoziativ (Lernen der Eigenschaften eines Reizes)

    —>Habituation, Sensitisierung

  2. Assoziativ (Beziehung zwischen Reizen oder Handlungen)

    —>Klassische/Operante Konditionierung

  3. Motorisches Lernen —>Erlernen der Ausführung einer bestimmten Bewegung

  4. Deklaratives Lernen

    —>Räumliche Orientierung, Ereignisse, Fakten

Benenne die Gedächtnistypen & definieren Sie den Unterschied

  1. Explizit (Deklarativ):

    -Lernen über Bewusstsein

    -z.B. Ereignisse, Fakten, Episoden, “Bewusste Erinnerung”

    —>kann bewusst abgerufen werden

  2. Implizit (Nicht-Deklarativ):

    -Lernen wie etwas zu tun ist, ohne sich dessen bewusst zu sein

    -z.B. Gewohnheiten, Bewegungsabläufe, Emotionales Lernen, Konditionierungen

    —>kann nicht bewusst abgerufen werden

Nenne 2 Beispiele für die klassische Konditionierung

  1. Pawlowscher Hund

  2. Aplysia california

Erklären Sie das Hebb’sche Prinzip

aktive Synapsen werden verstärkt und inaktive geschwächt

—> Neurons that wire together fire together

Verstärkung und Schwächung neuronaler Verknüpfungen bildet die Grundlage aller Lernprozesse

Beschreibe die Operante Konditionierung am Beispiel vom Tier

Tier lernt eigene Handlung mit Belohnung oder Bestrafung zu assoziieren

Welcher Stimulus löst alleine keine Realtion aus?

Der unkonditionierte Stimulus löst alleine keine Reaktion aus

Gehört die klassische und Operante Konditionierung zum Assoziativen oder zum Nicht-Assoziativen Lernen?

Sie gehört zum Assoziativen Lernen

Gehören Habituation und Sensitisierung zum Assoziativen oder zum Nicht-Assoziativen Lernen?

Zum Nicht-Assoziativen Lernen

Nenne ein Beispiel für Habituation beim Tier

Tier lernt, dass Reiz harmlos ist

Handelt es sich bei Glocke/Duft um Konditionierte oder Unkonditionierte Stimuli?

Um Konditionierte Stimuli

Nenne ein Beispiel für die Klassische Konditionierung beim Tier

Tier lernt Reiz mit Belohnung oder Bestrafung zu assoziieren

Beschreibe die Sensitisierung

Alarmbereitschaft nach unangenehmen Reiz oder Abschrecken

Welcher ist der wichtigste Neurotransmitter im Gehirn?

Glutamat

Nenne Rezeptoren für Glutamat

  1. NMDA

    —>bei schwacher Erregung inaktiv

    —>bei Depolarisierung durch stärkere Erregung wird Mg2+ Blockade aufgehoben

    —>Kanal öffnet sich

    —>Ca2+ strömt ein

  2. AMPA

    —>immer aktiv

    —>bleibt mit Phosphorylierung länger offen

-Mehr Glutamat: Einbau von mehr Glutamat-Rezeptoren

-Weniger Glutamat: Ausbau von Glutamat-Rezeptoren

Beschreiben Sie wie eine Neuronale Verknüpfung verstärkt werden kann

  1. cAMP aktiviert Phosphokinase A

  2. Proteinkinase A wird phosphoryliert, schließt bei längerer Aktivierung K+ Kanäle

  3. Untereinheit von PKA wandert in Zellkern und phosporyliert dort CREB

  4. CREB wirkt dann als Transkriptionsfaktor und bindet an CRE-Sequenz

  5. Setzt Proteinbiosynthese und Synapsenbildung in Gang

  6. Verstärkte Neuronale Verknüpfung

Definieren Sie molekular gesehen den Unterschied zwischen Kurzzeit- und Langzeitgedächtnis

  1. Kurzzeitgedächtnis: beruht auf Veränderung synaptischer Effizienz

  2. Langzeitgedächtnis: beruht auf Veränderung neuronaler Verknüpfung mittels Proteinbiosynthese

Was sind Gedächtnisengramme und wo liegen Sie?

Durch Reize veränderte strukturelle Veränderung im Gehirn “Eine Gedächtnisspur”

Sie liegen im Hippocampus, Fornix, Mammilar-Körper, Thalamus, Cortex, Striatum

In welchem Gehirnbereich erfolgt motorisches Lernen bzw. das motorische System?

Im Kleinhirn

In welchem Gehirnbereich sitzt das prozedurale Gedächtnis und die klassische Konditionierung?

Im Striatum

In welchem Gehirnbereich erfolgen emotionale Reaktionen?

In der Amygdala (v.a. Furchtlernen)

In welchem Gehirnbereich sitzt das Arbeitsgedächtnis?

Im Frontallappen (Vorderhirn)

In welchem Gehirnbereich sitzt das Deklarative Gedächtnis?

Im Hippocampus (Zwischenhirn)

In welchem Gehirnbereich werden sensorische Eingänge von Organen & Umwelt gefiltert?

Stammhirn (v.a. Thalamus)

—> Stammhirn besteht aus Hirnstamm & Zwischenhirn

Welchen Teil kann man als “Torhüter” bezeichnen?

Thalamus

Welche sensorische Wahrnehmungen werden zunächst nicht gefiltert, sondern können im limbischen System emotionale Reaktionen auslösen?

Gerüche, also olfaktorische Wahrnehmungen

Welche 5 sensorischen Cortexregionen gibt es?

  1. Visueller Cortex

  2. Auditorischer Cortex

  3. Gustatorischer Cortex

  4. Somatosensorischer Cortex

  5. Bulbus olfactorius (olfaktorischer Cortex)

Beschrifte die Abbildung:

Nenne 3 Aufgaben des Großhirns!

  1. willentliche Aktivität

  2. Sinneswahrnehmung

  3. Bewusstsein

Welche von den folgenden Gehirnteilen sind zum unmittelbaren Überleben essentiell?

  1. Großhirnrinde

  2. Hypothalamus

  3. Kleinhirn

  4. Nachhirn (Medulla oblogata)

  5. Riechkolben

  1. Großhirnrinde

  2. Hypothalamus

  3. Nachhirn (Medulla oblogata)

Vervollständige den Lückentext!

Über welche direkt ins Rückemark ziehende lange Bahn steuert die Großhirnrinde bewusst willkürliche Bewegungen?

Über die Pyramidenbahn

Eine weitere bewusste Steuerung von Bewegungen geht vom Frontalcortex des Großhirns zu welchem farbigen Kern in welchem Gehirnbereich?

Nucleus ruber im Mittelhirn

Neben den lateralen absteigenden Rückenmarksbahnen gibt es noch die ventromedialen absteigenden Bahnen des Rückenmarks, die für die unbewusste Kontrolle von motorischen Reaktionen (u.a. Körperhaltung) verantwortlich sind.

Von welchen 3 Gehirnregionen entspringen diese?

  1. Mittelhirn

  2. Nachhirn

  3. Brücke

Welcher Teil des Gehirns ist nicht an der Bewegungssteuerung beteiligt?

Hippocampus

Es gibt 2 motorische Funktionsschleifen, die den Motorcortex bei der Ausführung von willkürlichen Bewegungen unterstützen. Über welche Gehirnstrukturen gehen diese jeweils?

Funktionsschleife 1: vom präfrontalen Cortex über Basalganglien zum Motorcortex

Funktionsschleife 2: vom sensorischen Cortex über Brücke & Kleinhirn zum Motorcortex

Das Membranpotential wird durch 2 wesentliche Faktoren bestimmt. Welche sind das?

  1. Ionenkonzentration innerhalb & außerhalb der Zelle

  2. Membranpermeabilität für bestimmte Ionen

Wie kann das Ruhepotential verändert werden?

Durch Öffnen & Schließen von Ionenkanälen

—>v.a. K+ Kanäle

Beschrifte die kritischen Phasen eines Aktionspotentials (schwarze Linien). Welche Kanäle öffnen sich zu den mit roten Linien gekennzeichneten Phasen?

Welche 4 Typen von Ionenkanälen gibt es?

  1. Ruhekanäle (für Na+, K+, Ruhemembranpotential)

  2. Spannungsgesteuerte Kanäle (Na+, K+, Ca2+)

  3. Liganden-gesteuerte Kanäle (z.B. Neurotransmitter als Liganden)

  4. Liganden- & spannungsabhängige Kanäle

    (z.B. NMDA-Glutamatkanal)

Was passiert mit der Erregbarkeit & Neurotransmitterausschüttung eines Neurons wenn in diesem durch genetische Manipulation permanent offene K+ Kanäle überexprimiert werden?

Ruhemembranpotential niedriger als normal

Stärkere exzitatorische Signale erforderlich um AP auszulösen

Neuron wird für andere exzitatorische Transmitter weniger erregbar

Was passiert mit der Erregbarkeit & Neurotransmitterausschüttung eines Neurons wenn in diesem spannungsabhängige Na+ Kanäle mit niedriger Aktivierungsenergie überexprimiert werden?

Ruhemembranpotential positiver als normal

Schwächere exzitatorische Signale lösen bereits AP aus

Neuron wird für andere exzitatorische Transmitter erregbarer

Was versteht man unter dem Hebb'schen Prinzip beim Lernen?

Aktive Synapsen werden verstärkt, andere geschwächt

Verstärkung & Schwächung neuronaler Verknüpfungen als Grundlage aller Lernprozesse

Nenne einen Koinzidenzdetektor im postsynaptischen Neuron!

NMDA (Glutamatkanal)

Koinzidenzdetektor prüft ob nur Zufall oder richtige Info, die weitergeleitet werden muss (liganden- & spannungsabhängige Kanäle)

Welche Lernformen hat man bei der Meeresschnecke Aplysia erforscht?

  1. Habituation

  2. Klassische Konditionierung

  3. Sensitisierung

Bei welchem Tier konnten viele Erkenntnisse über Lernvorgänge auf molekularer Ebene erbracht werden?

an Drosophila melanogaster

Für welche Lernformen ist der Hippocampus essenziell, für welche Striatum & Kleinhirn?

Hippocampus —> Deklaratives Lernen

Striatum & Kleinhirn —> nicht deklaratives Lernen

Wie nennt man die Lernform, bei der man die Beziehung zwischen Stimuli bzw. der eigenen Handlung & einem Stimulus lernt?

Assoziatives Lernen

Was versteht man unter anterograder Amnesie?

Verlust der Fähigkeit neue Erinnerungen nach einem Trauma zu speichern

(Kindheitserinnerungen bleiben)

Wo werden Erinnerungen letztendlich gespeichert?

In verschiedenen Stellen im Cortex

Über welche Rezeptoren wirkt Acetylcholin?

Über metabotrope & ionotrope postsynaptische Rezeptoren

Über welche Rezeptoren wirken Aminosäuretransmitter?

v.a. über metabotrope Rezeptoren aber nicht ausschließlich

Über welche Rezeptoren wirken Peptidneurotransmitter?

nur über metabotrope Rezeptoren

Wo werden Peptidneurotransmitter synthetisiert?

Sie werden im Soma des Neurons synthetisiert & in die Terminale transportiert

Was passiert mit Dopamin & Serotonin im synaptischen Spalt?

Sie werden abgebaut & recycelt

Vervollständige!

Die modulatorische Erregung der Hemmung im vegetativen Nervensystem geschieht durch Schließen oder Öffnen von …

K+ Kanälen

Nenne die Gegespieler im autonomen (vegetativen) Nervensystem!

Sympathikus & Parasympathikus

Auf welchen Ionenkanal wirkt Nikotin?

auf nikotinische Acetylcholin-Rezeptoren

Für welche Iomen ist dieser Kanal durchlässig?

K+ & Na+

Welches Ion passiert den Kanal & in welcher Richtung, wenn Nikotin anregend wirkt?

Na+ in Zelle rein

Depolarisation

—>Anregung

Welches Ion passiert den Kanal & in welcher Richtung, wenn Nikotin beruhigend wirkt?

K+ aus Zelle raus

Welche Drogen aktivieren das Belohnungssystem?

  1. (Koffein)

  2. Nikotin

  3. Kokain

  4. Alkohol

Vervollständige:

Wie wird im Non-REM Schlaf verhindert, dass Sinneseindrücke in den Cortex weitergegeben werden?

Durch das rhythmische Feuern des Thalamus

Wie werden die rhythmischen Entladungen im Thalamus während des REM-Schlafes unterdrückt?

Durch Cholin-, Seroton-, Noradrenalinerge Fasern

Gewinnt das Schlafzentrum nach längerem Wachsein immer die Oberhand?

Nein, nur falls es nicht von der Inneren Uhr im SCN inhibiert wird

Stimmt es, dass sich Schlaf- & Wachzentrum gegenseitig hemmen?

Ja

In welchem Gehirnteil liegt unsere innere Uhr?

In den suprachiasmatischen Kernen (SCN) des Hypothalamus

Mit welchen Gehirnbereichen sind die “Uhr-Neuronen” direkt oder indirekt verbunden?

Nenne 2 Hormone, deren Ausschüttung sie tagesrhythmisch kontrollieren!

  1. In der Zirbeldrüse —>Produktion & Ausschüttung von Melatonin

  2. In Hypophyse —>verschiedene Hormone z.B. Cortisol

Was ist die Lariat-Struktur der DNA?

2’-5’-Nucleotidbindung

Was ist der wichtigste exzitatorische Transmitter im Hirn der Säuger vs. Insekten?

Säuger: Glutamat

Insekten: Acetylcholin

In welchem Gehirnteil wird Duft wahrgenommen?

Im Orbitfrontalen Cortex

Was macht die Natrium-Kalium-Pumpe?

Erhält das Ruhemembranpotential aufrecht (Na+ raus & K+ rein)

Durch welchen Ioneneinstrom wird die Exocytose der synaptischen Vesikel ausgelöst?

Ca2+

Was muss der nikotinische Acetylcholinrezeptor binden, damit er öffnen kann?

2 Acetylcholinmoleküle (Nikotin kann auch binden)

Worauf beruht die absolute Refaktärzeit?

darauf, dass die spannungsabhängigen Na+Kanäle einen inaktivierten Zustand eingenommen haben

Wo findet man Schwannsche Zellen?

Umhüllen die Axone im ZNS & peripheren Nervensystem

Warum hat das Gehirn einen Energieumsatz von 20%?

Wegen der Natrium-Kalium-Pumpe (K+ rein, Nazis raus) die das Ruhemembranpotential aufrecht erhält

Für welche Ionen ist beim Ruhemembranpotential die Ionenkonzentration außen höher als innen?

Na+, Ca2+, Cl-

Für welche Ionen ist beim Ruhemembranpotential die Ionenkonzentration innen höher als außen?

K+

Was beschreibt die Transduktion?

Rezeptoren wandeln Reize in elektrische Erregungen um

Was ist ein adäquater Reiz?

Ein physikalisches oder chemisches Ereignis, das bei minimaler Energie an einem Rezeptor zu einer maximalen Potenzialänderung führt

Warum gibt es die Refraktärzeit?

In der Refraktärzeit kann kein neues AP an der Membran für 1-2 ms ausgelöst werden

Ohne Refraktärzeit könnte das AP wieder an ursprüngliche Zelle geleitet werden

Was gilt bei Aktionspotentialen?

  1. Alles-oder-Nichts-Regel

  2. Verlustfreie Informationsweiterleitung

  3. Generierung von APs benötigt kein ATP

  4. Weiterleitung von APs erfolgt kontinuierlich (an unmyelinisierten Axonen) oder saltatorisch (an myelinisierten Axonen)

Was sind Graduierte Potentiale & werden sie nach dem Alles-oder-nichts-Prinzip generiert?

Vorstufe von APs bei Sinneszellen

Nein kein Alles-oder-nichts-Prinzip

Nenne 2 Beispiele für intubierende Neurotransmitter!

  1. GABA

  2. Glycin

Welche Funktion haben Noradrenalin & Adrenalin?

Fördern generelle Erregbarkeit des Gehirns & die Effizienz der Informationsübertragung

Welche Neurotransmitter binden an ionotrope Rezeptoren (schnelle Wirkung)?

  1. Nikotin

  2. Acetylcholin

  3. Aminosäurenneurotransmitter

Welche Neurotransmitter binden an metabotrope Rezeptoren (langsamere aber länger andauernde Wirkung)?

  1. Acetylcholin

  2. Serotonin

  3. Peptidneurotransmitter

  4. Aminoneurotransmitter

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Jessica L.

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