Nervensystem und Neurobiologie

Nervensystem: Erregung und Synapsen

1) Das Gehirn als Organ

  • Ein- und Ausgänge:
    • Hirnnerven: 12, paarig angeordnet
    • Rückenmark

2) Bau und Funktion der Nervenzelle

  • Aufbau des Gehirns:
    • Zusammensetzung:
    • Nervenzellen (Neurone)
    • Gliazellen:
      • Mikroglia
      • Makroglia (z.B. Astrozyten, Oligodendrozyten, Schwann-Zellen)
    • Funktion der Gliazellen:
    • Stoffhaushalt
    • Stabilität des Gewebes
    • „Immunreaktion“ im Gehirn
    • Zahlenverhältnis:
    • Gehirn der Ratte: 200 Millionen Neuronen
    • Gehirn des Menschen: 86 Milliarden Neuronen
    • Verhältnis Neurone: Glia: 1:1 bis 1:10
  • Funktion der Nervenzellen (Neurone):
    • Verantwortlich für die Informationsverarbeitung

3) Erregbare Membranen

  • Ruhepotenzial:
    • Definition: Spannung der Membran in Ruhephasen
    • Messwert: -70 mV (in der Zelle im Vergleich zu außen)

4) Weiterleitung von Erregung durch Aktionspotenziale

  • Erregbare Membranen:
    • Ruhepotenzial: -70 mV
  • Energieübertragung im Zelle:
    • Cytoplasma und extrazelluläre Flüssigkeit verhalten sich leitend
    • Wasser: polares Lösungsmittel
    • Salze: dissoziierte Ionen, geladene Atome oder Moleküle
    • Kationen: positive Ladung
    • Anionen: negative Ladung
  • Membran:
    • Funktion als isolierendes Element

5) Grundsätze des Ruhepotenzials

  • Ionenkonzentration:
    • Innen vs. Außen:
    • Natrium (Na+): viel außen, wenig innen
    • Chlorid (Cl-): viel außen, wenig innen
    • Kalium (K+): wenig außen, viel innen
    • Eiweiß-Anionen (A-): keine außen, viele innen
  • Mechanismen:
    • Unterschiedliche Ionenkonzentrationen innerhalb und außerhalb der Zelle
    • Ionenkanäle der Membran:
    • Lassen selektiv Ionen durch, was zur Ladungstrennung führt

6) Aktionspotenzial

  • Messung:
    • Erzeugt durch Reizung durch Stromzufuhr
    • Durchführung über Elektrode und Verstärker
    • Erklärung: Aktionspotenzial ist ein kurzes Signal mit schneller Abfolge
  • Mechanismus des Aktionspotenzials:
    • Basis: spannungsabhängiger Natrium-Kanal
    • Auslöser: Überschreiten der Feuerschwelle (Schwellenpotenzial)
      -Feuerschwelle:
    • Minimaler Wert, der erreicht werden muss, um eine Erregung auszulösen

7) Fortleitung der Erregung

  • Ort:
    • Pyramidenzelle, insbesondere Axonhügel und sensorische Nervenenden
  • Fortleitung:
    • Beispiele sind Darstellungen der zeitlichen Erregung über verschiedene Zeitpunkte (1 ms, 2 ms, 3 ms später)

8) Synapsen: Weitergabe der Erregung

  • Vorgang der synaptischen Übertragung:
    1) Aktivierung der Vesikel durch Kalzium (Ca2+)
    2) Vesikel docken an der prä-synaptischen Membran an
    3) Ausschütten des Transmitters (Überträgerstoff)
    4) Diffusion durch den synaptischen Spalt
    5) Anlagerung am Rezeptor und Aktivierung des Rezeptors (z.B. Öffnen eines Kanals)
    6) Auslösen eines postsynaptischen Potenzials (exzitatorisch oder inhibitorisch)
  • Komplexe Verarbeitung durch Synapsen:
    • Anzahl der Eingänge und Ausgänge pro Neuron beträgt ca. 10.000

9) Literatur

  • Verwendete Literatur:
    • Wehner / Gehring, Zoologie (25. Auflage, 2013)
    • Baer et al., Neurowissenschaften (3. Aufl. 2009, Spektrum Akademischer Verlag)
    • Kandel/Schwarz et al., Principles of Neural Science (5. Auflage, 2013)