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Neurobiologie

Erregungsleitung

Membranpotential

Wie dein Gehirn funktioniert: Alles über Neuronen und Nervenprozesse

Name: Knowunity
Brand: Knowunity

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Wie dein Gehirn funktioniert: Alles über Neuronen und Nervenprozesse

Ronja

@ronjab

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Der Neurobiologie Reiz-Verarbeitungsprozess und die Sinnesphysiologie bilden die Grundlage für die Verarbeitung von Umweltreizen im Nervensystem.

• Der Prozess beginnt mit der Reizaufnahme durch spezialisierte Sinnesorgane
• Der Aufbau und Funktionen eines Neurons ermöglicht die Signalweiterleitung
• Das Aktionspotential Ablauf im Nervensystem erfolgt nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip
• Die Signalverarbeitung findet im Gehirn statt
• Verschiedene Sinnesorgane wie Auge, Nase und Ohr wandeln spezifische Reize um

22.12.2021

3360

Bio 6
Themen Neurobiologie und Sinnesphysiologie
(a) Neurobiologie
Reiz = Umwelteinfluss, für den passende sinnesorgane existieren
1. Reiz-

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Aufbau eines Neurons

Der Aufbau und Funktionen eines Neurons sind entscheidend für die Signalverarbeitung im Nervensystem. Ein typisches Neuron besteht aus folgenden Hauptkomponenten:

Soma (Zellkörper): Enthält den Zellkern und die Zellorganellen, verantwortlich für die Biosynthese.
Dendriten: Dienen der Informationsaufnahme.
Axonhügel: Entscheidet über die Auslösung eines Aktionspotentials.
Axon: Leitet Signale weiter und enthält Mitochondrien für die Energieversorgung.
Schwann'sche Zellen: Spezielle Gliazellen im peripheren Nervensystem, die die Myelinscheide bilden.
Myelinscheide: Isoliert das Axon für eine effizientere Signalweiterleitung.
Ranvier'sche Schnürringe: Zwischenräume in der Myelinscheide, die für die saltatorische Erregungsleitung wichtig sind.
Endköpfchen: Bildet Synapsen mit anderen Nervenzellen.

Vocabulary: Oligodendrozyten sind spezielle Gliazellen im zentralen Nervensystem, die ebenfalls Myelinscheiden bilden.

Highlight: Die Myelinscheide und die Ranvier'schen Schnürringe ermöglichen eine schnelle und energieeffiziente Signalweiterleitung entlang des Axons.

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Verlauf eines Aktionspotentials

Der Aktionspotential Ablauf im Nervensystem ist ein komplexer, aber präzise regulierter Prozess. Ein Aktionspotential ist eine plötzliche, etwa 1 ms dauernde Änderung des Membranpotentials, die durch einen überschwelligen Reiz ausgelöst wird.

Der Ablauf lässt sich in folgende Phasen unterteilen:

Ruhepotential: Spannungsgesteuerte Na+-Kanäle sind geschlossen, das Zellinnere ist negativ geladen.
Depolarisation: Überschwelliger Reiz öffnet Na+-Kanäle, Na+ strömt ein, Membranpotential kehrt sich auf +30 mV um.
Repolarisation: Na+-Kanäle schließen sich, K+-Kanäle öffnen sich, K+ strömt aus, Membranpotential kehrt zurück.
Hyperpolarisation: Kurzzeitiges Unterschreiten des Ruhepotentials auf etwa -90 mV.
Rückkehr zum Ruhepotential: K+-Kanäle schließen sich, Ausgangszustand wird wiederhergestellt.

Definition: Die Refraktärzeit ist die Phase, in der die Nervenzelle für Reize unempfindlich ist und kein neues Aktionspotential auslösen kann.

Highlight: Das Alles-oder-Nichts-Prinzip besagt, dass die Amplitude eines Aktionspotentials immer gleich bleibt, unabhängig von der Reizstärke.

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Reizstärke und Aktionspotentiale

Die Codierung der Reizstärke im Nervensystem erfolgt durch die Frequenz der Aktionspotentiale, nicht durch deren Amplitude. Dieses Prinzip wird als Frequenzcodierung bezeichnet.

Wichtige Aspekte:

Unterschwellige Reize lösen nur lokale Potentiale aus, aber keine Aktionspotentiale.
Überschwellige Reize führen zur Auslösung von Aktionspotentialen.
Je stärker der Reiz, desto höher die Frequenz der Aktionspotentiale.

Example: Ein schwacher Lichtreiz könnte zu 10 Aktionspotentialen pro Sekunde führen, während ein starker Lichtreiz 100 Aktionspotentiale pro Sekunde auslösen könnte.

Highlight: Die Amplitude der Aktionspotentiale bleibt konstant, unabhängig von der Reizstärke (Alles-oder-Nichts-Gesetz).

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Die chemische Synapse

Die chemische Synapse ist eine spezialisierte Struktur, die die Signalübertragung zwischen Neuronen ermöglicht. Der Prozess der synaptischen Übertragung umfasst folgende Schritte:

Ein Aktionspotential erreicht das präsynaptische Endköpfchen.
Spannungsgesteuerte Ca²⁺-Kanäle öffnen sich.
Ca²⁺ strömt in das Endköpfchen ein.
Vesikel mit Neurotransmittern (z.B. Acetylcholin) verschmelzen mit der präsynaptischen Membran.
Neurotransmitter werden in den synaptischen Spalt freigesetzt.
Neurotransmitter binden an Rezeptoren der postsynaptischen Membran.
Transmittergesteuerte Ionenkanäle öffnen sich.
Ionen strömen ein oder aus, was zu einer Änderung des Membranpotentials führt.

Vocabulary: Acetylcholinesterase ist ein Enzym, das Acetylcholin im synaptischen Spalt abbaut und so die Signalübertragung beendet.

Highlight: Die chemische Synapse ermöglicht eine präzise Regulierung und Modulation der Signalübertragung zwischen Neuronen.

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Synaptische Verrechnung

An Synapsen finden verschiedene Summationsprozesse statt, die die Signalverarbeitung beeinflussen.

Definition: Räumliche Summation bezeichnet die Addition von Signalen aus verschiedenen Synapsen.

Definition: Zeitliche Summation beschreibt die Addition aufeinanderfolgender Signale an einer Synapse.

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Sinneszellen und Rezeptoren

Die Grundlagen der Sinnesphysiologie basieren auf spezialisierten Sinneszellen und deren Fähigkeit zur Reizaufnahme.

Definition: Der adäquate Reiz ist derjenige, für den eine Sinneszelle besonders empfindlich ist.

Highlight: Sinneszellen sind hochspezialisiert für bestimmte Reizqualitäten.

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Geruchssinn

Der Geruchssinn basiert auf komplexen Transduktionsprozessen im Riechepithel der Nase.

Definition: Transduktion ist die Umwandlung von Reizen in elektrische Erregungen.

Vocabulary: G-Proteine sind wichtige Signalmoleküle im Transduktionsprozess.

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Aufbau des Auges

Das Auge ist ein komplexes Sinnesorgan mit verschiedenen funktionellen Komponenten.

Highlight: Die Pupille reguliert den Lichteinfall, während die Linse für die Scharfstellung zuständig ist.

Vocabulary: Der Glaskörper schützt und stützt das Auge und besonders die Netzhaut.

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Reiz-Reaktions-Schema und Reizaufnahme

Der Neurobiologie Reiz-Verarbeitungsprozess beginnt mit der Reizaufnahme durch spezialisierte Sinnesorgane. Diese wandeln Umweltreize in neuronale Signale um, die dann über afferente Nervenbahnen zum Gehirn weitergeleitet werden. Nach der Verarbeitung im Gehirn werden Reaktionen über efferente Nervenbahnen ausgelöst.

Definition: Ein Reiz ist ein Umwelteinfluss, für den passende Sinnesorgane existieren.

Die fünf Hauptsinnesorgane und ihre adäquaten Reize sind:

Auge (Lichtsinn): Licht mit Wellenlängen von 380-750 nm
Ohr (Hörsinn): Schall mit Frequenzen von 20-20.000 Hz
Zunge (Geschmackssinn): gelöste Stoffe
Nase (Geruchssinn): gasförmige Stoffe
Haut (Tastsinn): mechanischer Druck und Vibrationen

Highlight: Sinnesorgane besitzen hochspezialisierte Rezeptorzellen, die besonders empfindlich für ihre spezifischen Reizqualitäten sind.

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Aufbau eines Neurons

Der Aufbau und Funktionen eines Neurons sind entscheidend für die Signalverarbeitung im Nervensystem. Ein typisches Neuron besteht aus folgenden Hauptkomponenten:

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Der Ablauf lässt sich in folgende Phasen unterteilen:

Ruhepotential: Spannungsgesteuerte Na+-Kanäle sind geschlossen, das Zellinnere ist negativ geladen.
Depolarisation: Überschwelliger Reiz öffnet Na+-Kanäle, Na+ strömt ein, Membranpotential kehrt sich auf +30 mV um.
Repolarisation: Na+-Kanäle schließen sich, K+-Kanäle öffnen sich, K+ strömt aus, Membranpotential kehrt zurück.
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Die chemische Synapse

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Ein Aktionspotential erreicht das präsynaptische Endköpfchen.
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