BASISKONZEPTE UND KOMPETENZEN Neuronale

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Neurobiologie
Neurobiologie
BASISKONZEPTE UND KOMPETENZEN
Neuronale Informationsverarbeitung
Basiskonzept: Information und Kommunikation
Basiskonzept: Kompartimentierung
Basiskonzept: Stoff- und Energieumwandlung
Kompetenzcheck
Lebewesen nehmen Informationen auf, speichern und verarbeiten sie und kommunizieren. An solchen Prozessen ist
das Nervensystem maßgeblich beteiligt.
Lebende Systeme zeigen abgegrenzte Reaktionsräume.
Lebewesen sind offene Systeme; sie sind gebunden an
Stoff- und Energieumwandlungen. Auch die Steuerung des
Körpers durch das Nervensystem ist auf solche Prozesse
angewiesen.
Auf der Basis des Kapitels können Sie:
Das Geruchsorgan des Menschen reagiert auf Geruchsstoffmoleküle, die mit der Atemluft in die Nasenhöhle
gelangen. Riechzellen im Riechepithel wandeln die Reize
in elektrische Impulse um. Diese Umwandlung von Informationen nennt man Transduktion. Die über die Geruchsnerven dem Gehirn übermittelte Erregung wird zunächst
im Riechhirn verarbeitet. Von dort geht die Information in
unterschiedliche Bereiche des Gehirns, vor allem in die
Großhirnrinde und in das limbische System.
In der Großhirnrinde kann der Geruch aufgrund gespeicherter Informationen identifiziert werden. Hier entsteht
auch die bewusste Wahrnehmung des Geruchs.
So weisen alle Nervenzellen die gleichen Kompartimente
auf: Dendrit, Zellkörper, Axon, Endknöpfchen. Dendriten
sind meist kurze, verzweigte Zellfortsätze. Sie bilden an
ihrer gesamten Oberfläche unzählige Synapsen mit anderen Nervenzellen aus. Auch der Zellkörper weist auf
seiner Oberfläche synaptische Kontaktstellen zu anderen
Neuronen auf. Das Axon ist ein langer, häufig erst am
Ende verzweigter Fortsatz des Neurons. Das Endknöpfchen steht in Kontakt zu einem anderen Neuron.
4 Anhand eines Modellversuchs erklären, wie das Ruhepotential entsteht, und die Entstehung und Weiterleitung eines Aktionspotentials erklären. (S. 230–234)
4 Die Funktionsweise einer chemischen Synapse und die
Verrechnung von Potentialen erklären. (S. 236, 237)
4 Die Steuerung der Muskelkontraktion durch Nervenzellen erklären. (S. 238, 239)
4 Anhand von Riechzelle und Lichtsinneszelle die Funktion einer Sinneszelle benennen und die jeweiligen
Prozesse der Transduktion erklären. (S. 244–251)
4 Die anatomische und funktionelle Gliederung des
menschlichen Nervensystems erklären. (S. 254, 255)
4 Die Strukturen des Rückenmarks benennen und den
Ablauf eines Reflexes erklären. (S. 256)
4 Die funktionelle Gliederung von Gehirn und Großhirnrinde darstellen. (S. 257–259)
4 Bildgebende Verfahren beschreiben. (S. 260)
Gleichzeitig kann die Geruchsinformation im limbischen
System unterschiedliche Gefühle auslösen, etwa Freude,
Angst, Ekel oder auch Wohlbehagen, je nachdem, mit
welcher Erfahrung der Duft assoziiert wird. So kann der
Duft einer Blume das Bild eines schönen Ferientags, aber
auch das Erlebnis eines schmerzhaften Bienenstichs in Erinnerung rufen.
Kommunikation und Informationsaustausch haben auch
eine entscheidende Bedeutung auf der Populationsebene,
etwa für das Fortpflanzungsverhalten. Dabei müssen nicht
nur optische, akustische und chemische Reize wahrgenommen werden, sondern es muss auch ein bestimmtes
Verhalten mit entsprechenden Verhaltensweisen beantwortet werden. Im Verlauf der Evolution entwickelten
verschiedene Arten dazu spezifische Kommunikationssysteme.
Das Gehirn ist ein Organ mit einem besonders hohen
Sauerstoff- und Energiebedarf. Es macht nur etwa 2 % der
Körpermasse aus, verbraucht aber etwa 20 % des Sauerstoffs und mehr als 25 % der Gesamtenergie. Das menschliche Gehirn deckt seinen hohen Bedarf an schnell verfügbarer Energie fast ausschließlich durch Glucose. Da es
kaum Speicherkapazitäten für Energie hat, kann bereits
ein Ausfall der Energieversorgung von wenigen Sekunden
Hirnschäden zur Folge haben. Anhand des Glucoseverbrauchs kann man im Zusammenhang mit bildgebenden
Verfahren die Aktivität der verschiedenen Hirnbereiche
darstellen.
4 Die charakteristischen Strukturen einer Nervenzelle
benennen und die Funktion von Nerven- und Gliazellen angeben. (S. 228, 229)
Neurone benötigen Stoffwechselenergie insbesondere
für die Funktion der zahlreichen Natrium-Kalium-Ionenpumpen. Diese transportieren mithilfe von Energie, die
aus der ATP-Spaltung stammt, Natrium-Ionen aus der
Zelle heraus und Kalium-Ionen in die Zelle hinein. Dadurch halten sie das Ruhepotential aufrecht und stellen
nach einem Aktionspotential die ursprüngliche Ionenverteilung an der Membran wieder her.
Auf der Organebene ist das Nervensystem in das zentrale
und periphere Nervensystem unterteilt.
Das zentrale Nervensystem gliedert sich in Gehirn und
Rückenmark, das Gehirn wiederum in Großhirn, Zwischenhirn, Mittelhirn, Brücke, Kleinhirn und Nachhirn.
Auch für die Kontraktion von Muskelfasern wird Energie
gebraucht, die aus der Spaltung von ATP stammt. Muskelfasern enthalten allerdings nur für wenige Kontraktionen
gespeichertes ATP. Ist dieses verbraucht, liefert die Spaltung von Kreatinphosphat Energie und eine Phosphatgruppe, sodass ATP regeneriert werden kann.
4 Die Wirkung von Suchtmitteln auf das Gehirn erklären. (S. 268, 269)
4 Ursache und Therapiemöglichkeiten einiger häufiger
neurologischer Erkrankungen beschreiben. (S. 262,
263)
4 Neurologische Grundlagen von Lernen und Gedächtnis
erklären. (S. 264–267)
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