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Biologie - Neurobiologie, Stoffwechsel und Verhalten (Fach) / Neuro Praktikum (Lektion)

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• Was ist der Unterschied zwischen Pheromonen und generellen Düften? - Pheromone: chemische Moleküle, die Kommunikation zwischen Individuen ermöglicht  (Sexuallockstoffe, Spurpheromone, Alarmpheromone...); wirken auf spezialisierte Rezeptoren - generelle Düfte: „normale“ Düfte zur Unterscheidung von Nahrung, Orten, Gegenständen  (Geruchssinn anregender Stoff ohne Kommunikationsfunktionen); wirken auf eine große Zahl  unterschiedlicher Rezeptoren, deren Reaktionsprofile für verschiedene Düfte überlappen
• Wie findet die Reiztransduktion in den Riechsinneszellen statt? Geruchsmoleküle binden an den entsprechenden primären, metabotropen G-Protein gekoppelten  Rezeptoren → Auslösung AP → Bulbus olfaktorius
• Wie findet die zentralnervöse Verarbeitung von Geruchssignalen statt? aus dem olfaktorischen Bulbus (mit den Glomeruli) projizieren die Axone der Mitralzellen über  den olfaktorischen Nerven in das Riechhirn → dieses aus mehreren Kernen bestehend → von dort  ziehen Bahnen in den Neokortex, zum limbischen System, und zu den vegetativen Kernen des  Hypothalamus und der Formatio retikularis
• Was ist der Unterschied zwischen Geruch und Geschmack? - Geruchsrezeptoren: primäre Rezeptoren, Riechepithel in der Nase, reagieren auf luftgetragene  Moleküle (aber auch diese müssen im wässrigen Milieu gelöst werden) - Geschmacksrezeptoren sekundär, auf der Zunge, reagieren auf gelöste Stoffe
• Wie lautet das Ohm'sche Gesetz und was beschreibt es? Was können Sie damit berechnen? - U = I ∙ R - stellt einen Zusammenhang zwischen Strom, Spannung und Widerstand her - gilt für jede einzelne Komponente der Schaltung - es lässt sich für jeden Widerstand ein Spannungsabfall bestimmen
• Wie machen Sie eine extrazelluläre Ableitung und wie machen Sie eine intrazelluläre Ableitung? - intrazelluläre Ableitung: - Elektrode in Zelle eingestochen - Messung „normaler“ Aktionspotentiale - extrazelluläre Ableitung: - Elektrode außerhalb der Zelle - Messung von monopolaren oder bipolaren Signalen
• Was ist bei der extrazellulären Ableitung eine bipolare (differentielle) Ableitung und wie sieht ein so abgeleitetes Aktionspotential aus? Überlegen Sie, wie ein extrazellulär abgeleitetes Aktionspotential aussieht, wenn für die Ableitung nur ein - bipolare Ableitung: - es werden 2 Elektroden zur Ableitung verwendet - monopolare Ableitung: - es wird nur eine Elektrode verwendet - Aussehen siehe Ausarbeitung
• Was ist der Vorteil einer differentiellen Ableitung? - biologisches Signal deutlicher sichtbar, da Störsignale, die sich mit Lichtgeschwindigkeit  ausbreiten, und daher die Elektroden nahezu gleichzeitig erreichen, eliminiert werden können - biologische Signale langsamer → treffen zu unterschiedlichen Zeiten auf die Elektroden →  werden nicht eliminiert
• Kennen Sie extrazelluläre Ableittechniken, welche in der Medizin angewandt werden? - EKG (Registrierung der Summe der Aktivitäten aller Herzmuskelfasern) - EMG (misst das Summen-Aktionspotential eines ganzen Muskels oder mehrerer Muskeln) →  dazu aber Einstechen in Muskel nötig - EEG (registriert die gesamte elektrische Aktivität aller oberflächlichen Hirnneurone)
• Was bedeuten die Begriffe Amplitude und Frequenz? - Amplitude: maximale Auslenkung einer Schwingung bzw. einer Welle aus der Mittellage - Frequenz: Anzahl der Schwingungen pro Zeiteinheit
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• Was besagt das WKS-Sampling-Theorem (Nyquist-Shannon'sches Abtasttheorem)? Weshalb ist es wichtig? - Bestimmung einer angemessenen Sampling-Rate - Sampling-Rate muss mindestens doppelt so hoch wie die Maximalfrequenz sein
• Was ist ein Bandpassfilter? - Kombiation von Hoch- und Tiefpassfilter - lässt sich Frequenzen innerhalb eines eingestellten Bereiches durch - Abschwächung oder Beseitigung von Störungen
• Wie werden bei einer intra- und extrazellulären Ableitung die biologisch bedingten Änderungen der Messwerte bezeichnet? - intrazelluläre Ableitung: Aktionspotential - extrazellulär Ableitung: extrazellulär abgeleitetes AP
• Wie sieht die Form eines extrazellulär abgeleiteten Aktionspotentials im Vergleich zu einem intrazellulär abgeleiteten aus? - extrazellulär abgeleitete Signale: mono- oder biphasisch - intrazellulär: sehen aus wie „normale“ Aktionspotentiale
• Was versteht man unter einem extrazellulär abgeleiteten Summenpotential und wovon hängt dessen Größe ab? - mehrere gleichzeitig auftretende Signale (mehrere Neurone gleichzeitig angesprochen)→  Amplitude vergrößert sich - abhängig von: Abstand der Haken, nieder- und hochfrequente Störsignale, Zustand des Präparats,  Feuchtigkeit in der Umgebung der Ableitstelle, Lage der indifferenten Elektrode,  Übergangswiderstände an den beiden differenten Elektroden; Lage des Neurons zur Hakenelektrode
• Welche Funktion mag das untersuchte Neuron für das Verhalten des Tiers haben (DCMD, LGMD, FETi)? - DCMD: Bewegungswahrnehmung, absteigend, contalateral - LGMD: Interneuron zum DCMD - FETi: schnelles Motoneuron des Sprungmuskeln
• Was versteht man unter Habituation und Dishabituation? Fallen Ihnen Beispiele für diese einfachsten Lernformen ein? - Habituation: Gewöhnung an einen wiederholt auftretenden Reiz; noch Wahrnehmung des Reizes,  aber keine Reaktion mehr darauf - Dishabituation: - Aufhebung einer Habituation - z.B. durch längeres Aussetzen des Reizes oder durch zwischenzeitliche Präsentation eines   anderen Reizes (Habituation durch einen fremden Reiz aufgehoben)
• Fallen Ihnen weitere Beispiele für diese einfachsten Lernformen ein? - nicht-assoziative Lernformen - z.B. Sensibilisierung
• Wozu werden Experimente in den Naturwissenschaften und insbesondere in der Neurobiologie durchgeführt? - Beobachtung - Erkenntnisgewinn - Überprüfung von Theorie in der Praxis - kontrollierte Bedingungen
• Zu welchem Verständnis könnten Experimente an wirbellosen Tieren führen? - Wirbellose keine Schmerzrezeptoren → nicht genehmigungspflichtig → billig - einzelne Neuronen lassen sich identifizieren nach morphologischen und physiologischen  Gesichtspunkten (untersch. Größe der Aktionspotentiale und des speziellen Antwortverhaltens) - Potentiale gleicher Amplitude vom gleichen Neuron - Details über die integrativen Eigenschaften eines Neurons (Antwortverhalten, rezeptives Feld,  Verschaltung, Lage im ZNS)
• Welche Ionenströme sind für das Aktionspotential verantwortlich? - Na+-Einstrom - K+-Ausstrom
• Wie ist ein Ionenkanal aufgebaut? - in der Membran sitzende Proteinmoleküle, welche dank ihrer hydrophilen Eigenschaften eine  solche Porengröße aufweisen, dass das entsprechende Ion mit seiner Hydrathülle genau durchpasst - Transmembranproteine mit 4-6 Proteinuntereinheiten - ionenselektiv - spannungsabhängig oder ligandengesteuert
• Welche Möglichkeiten gibt es, einzelne Ionenkanäle auszuschalten, um damit den Beitrag dieses Ionenkanals zum Aktionspotential untersuchen zu können? verschiedene Gifte: - TTX: Blockierung Na+-Strom - TEA: Blockierung K+-Strom - Skorpiongifte blockieren die h-Tore
• Was können Sie mit der Nernst-Gleichung berechnen? Berechnung von Gleichgewichtspotentialen bei gegebener Innen- und Außenkonzentration
• Wie verhält sich ein Neuron, wenn das Membranpotential vom Ruhezustand abweicht? Beispiel 1: MP -90 mV, RP -70 mV - das ist Hyperpolarisation → Membranpotential negativer als Ruhepotential → überschüssiges Kalium herausgepumt mit Kalium/Natrium-Pumpe Beispiel 2: MP -60 mV, RP -70 mV - leichte Depolarisation, aber nicht genug, um AP auszulösen - leichter Kaliumeinstrom Beispiel 3: MP -10 mV, RP -70 mV - Depolarisation → ausreichend für Aktionspotentialauslösung
• Was bedeutet Elektromotorische Kraft? - bestimmt Richtung des Ionenflusses - bestimmt den Differenz zwischen Membranpotential und Gleichgewichtspotential eines Ions
• Zeichnen Sie einen Stromkreis aus einer Batterie, einem Schalter, einem Widerstand und einem Kondensator, machen Sie sich die Funktionen der einzelnen Komponenten klar und vergleichen Sie diese mit den Bestandteilen einer Nervenzelle - siehe Ausarbeitung - Batterie gleich Stromquelle, z.B. Nervenzelle - Widerstand: Ionenkanäle (kapazitiver Widerstand) - Kondensator - Strom: Batterie, Schalter, dann Widerstand und Kondensator parallel Antwort von Konstantin: Die Batterie ist ja ein Ladungsspeicher, insofern würde ich das Cytoplasma, die Membran und die Extrazellulärflüssigkeit als Batterie betrachten, wenn Ihr die im postsynaptischen Areal (Dendriten) seht, ist das nicht verkehrt, wenn Ihr ein Beispiel nennen müsst, schreibt nichts vom Reiz) Der Schalter entspricht am ehesten den Schwellenwert, aber so könnt Ihr das keinesfalls schreiben, der Schwellenwert ist eine intrinsische Eigenschaft eines Neurons, insofern kann man eher die Kanäle als Schalter bezeichnen, nur fließt bei den Kanälen anders als beim Schalter  nur Strom über den Widerstand (Membranwiderstand) wenn die Kanäle offen sind (der Schwellenwert ist übrigens von den spannungsabhängigen Natriumkanälen determiniert (bestimmt).
• Was sind die drei Parameter, die die elektrophysiologischen Eigenschaften eines Neurons bestimmen? Längskonstante, Zeitkonstante, Eingangswiderstand
• Was ist der Unterschied zwischen rm und Rm und zwischen cm und CM? Inwieweit wirkt es sich auf die Zeitkonstante aus, ob diese mit den spezifischen Werten berechnet wird? - rm und cm: Membranwiderstand und Membrankapazität - Rm und Cm: dasselbe, nur spezifisch, berücksichtigen den Durchmesser des Neurons
• 1. Wie werden Aktionspotentiale weitergeleitet? Welche Eigenschaft von Nervenzellen bestimmen die Fortleitungsgeschwindigkeit von Aktionspotentialen? Nach welchen Prinzipien lässt sich die Fortleitungsgeschwindikeit erhöhen? Warum? - Weiterleitung: schnell, ohne Abschwächung, ohne Informationsverlust, nur in 1 Richutng aktiv (durch Erzeugung neuer APs) und passiv (mit Abschwächung der Amplitude) - Bestimmung der Fortleitungsgeschwindikeit Membranwiderstand, Kapazität Durchmesser und Myelinisierung - Erhöhung der Geschwindigkeit: Vergrößerung des Axondurchmessers → kleiner Innenwiderstand Myelinisierung (primär bei Wirbeltieren, Saltatorische Erregungsleitung) → Weiterleitung ohne Abschwächung und Zeitverlust (Membranwiderstand hoch, Kapazität runter) → längere trecke bis zum nächsten nötigen AP, passive Fortleitung schnell, Auslösung AP relativ langsam elektrische Synapsen → Synchronisierung; besser als chemische Sysnapsen geringe Anzahl von Synapsen in der Reflexbahn
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• Aus welchem Grund ist die Erregungsübertragung an elektrischen Synapsen schneller als an chemischen Synapsen? direkter Austausch von Ionen möglich, bei chemischen müssen Transmitter geschickt werden
• Bringen Sie das beobachtete Verhalten des Regenwurms mit Ihren Kenntnissen über die Riesenfasersysteme in Zusammenhang. Worin unterscheidet sich die Kriechbewegung des Regenwurms von den schnellen Meidereaktionen? - Kriechbewegung: Erregungsmuster in polysynaptischen Netzwerken mit relativ langsam leitenden Neuronen generiert - Meidreaktion: durch Riesenfaserysteme generiert; wesentl. schnellere Fortleitung, MRF u. LRF
• Was verstehen Sie unter Refraktärphase? Erklären Sie, wie die maximale Aktionspotentialfrequenz von Axonen mit den Leitfähigkeitsänderungen für Na+ - und K+-Ionen - absolute Refraktärphase: kein neues AP möglich - relative Refraktärphase: AP möglich, aber mit geringerer Amplitude, Schwelle zur Auslösung eines AP liegt höher - quasi noch zu viel Kalium drin: Hyperpolarisation, muss erst hinausgepumpt werden
• Welche Vorgänge laufen zwischen dem Anheben eines Flügels und der Auslösung von Aktionspotentialen im Streckrezeptorneuron ab? Rezeptorzelle in enger Verbindung mit einem straffen Bindegewebsstrang, der zwischen 2 Kutikula-Platten im mebranösen Gelenk jedes der 4 Flügel aufgespannt ist durch Anheben des Flügels Strang gestreckt Öffnung mechanosensitiver Ionenkanäle → Depolarisierung → AP
• Wodurch ist die maximale Entladungsrate des Streckrezeptors begrenzt? absolute Refraktärzeit
• Was verstehen Sie unter phasischen und tonischen Rezeptoren, und welche Information übertragen Sie? tonisch: langsam adaptierend, feuern auf einen konstanten Reiz ununterbrochen weiter → besitzen nur eine Absolut-Empfindlichkeit, erhöhen Frequenz bei Reizung, bleiben aber konstant phasisch: schnell adaptierend, senken Frequenz nach Beginn der konst. Reizung schnell wieder, steigt Reizintentsität langsam, bleiben sie stumm, Frequenz um so höher, je höher Anstiegsgeschwindigkeit der Reizintensität ist
• Welche physikalischen Parameter kann der Streckrezeptor messen, und in welcher Form werden diese kodiert? Bewegung des Flügels nach oben Pronotion Anstieg Frequenz, dann Nachlassen und Einstellung auf neuen Reiz spezifische Frequenz
• Bei einer typischen Flügelschlagfrequenz von 25 Hz entlädt der Streckrezeptor einer Wanderheuschrecke 1 bis 2 mal pro Aufschlag. Welche Funktionen erfüllt der Streckrezeptor Ihrer Meinung nach während des aktiven Flugs und des Segelflugs, in turbulen legt den oberen Wendepunkt des Flügels fest sorgt während Segelflug dafür, dass Flügel nicht bewegt werden, da jede Anhebung sofort kompensiert wird  in turbulenter Luft Erhöhung der Schlagfrequenz durch häufigeres Feuern
• Worin könnte der Vorteil bestehen, dass die meisten Rezeptoren eine Kennlinie besitzen, die mit dem Logarithmus der Reizintensität ansteigt? - kleine Unterschiede werden gut wahrgenommen - große Unterschiede führen nicht zu Schäden, indem z.B. irgendwelche Muskeln überstreckt werden
• Was ist Adaptation, wie geschieht sie und welche funktionelle Bedeutung hat sie? - Adaptation: Anpassung des Organismus an Reize - gleichbleibende Reize lösen keine oder weniger APs aus → offensichtlich unwichtig → keine Energieverschwindung - Wahrnehmung anderer Umweltreize besser möglich
• Was ist der Unterschied zwischen Adaptation und Habituation? - Habituation ist reaktionsspezifisch, nicht reizspezifisch - Adaptation andersherum
• Erklären Sie den Unterschied zwischen objektiver und subjektiver Sinnesphysiologie? objektiv: erklärt die Pinzipien der Reizwahrnehmung vom Rezeptor bis zum Gehirn subjektiv: subjektiver Sinneseindruck (Psychphysik), erklärt die Verarbeitung der wahrgenommenen Reize im Gehirn
• Was sagt Ihnen das Weber-Fechner-Gesetz, und wie erklären Sie sich dieses? je größer der Unterschied zwischen der wahrgenommenen Reizintensität und der Schwellenintensität ist, desto größer ist die Empfindungsintensität Zusammenhang aus der Weber-Regel abgeleitet, nicht gemessen leitet sich vom Webergesetz ab Webergesetz ist eine Stammfunktion von Webergesetz (deshalb das k) subjektive Stärke von Sinneseindrücken verhält sich logarithmisch (und nicht linear) zur objektiven Intensität des physikalischen Reizes biologische Nutzen eines logarithmischen Empfindungs-Reizstärkezusammenhanges ist die Möglichkeit eines großen Bereiches von Reizstärken
• Kennen Sie einige Mechanorezeptoren von Wirbeltieren und deren Funktion? - Pacinisches Körperchen in der Haut: Vibrationsdetektor - Haarsinneszellen im Innenohr: Schallwahrnehmung - freie Nervenendigungen in der Haut: Berührung, Schmerz
• Welche Versuche könnte man durchführen, um mehr über die Funktion von Sinneszellen wie dem Flügelstreckrezeptor zu erfahren? - dasselbe wie Praktikumsversuch - Ableitungen am frei herum fliegenden Insekt
• Was verstehen Sie unter motorischer Einheit und wieviele davon haben typischerweise Wirbeltiere und Wirbellose? - bei Wirbeltieren: Acetylcholin - bei Wirbellosen: Glutamat oder GABA
• Was versteht man unter elektromechanischer Kopplung? - Kontraktion einer Muskelfaser geht ein elektrisches Muskelpotential voraus - mit Beziehung zwischen der Stärke (Amplitude) des elektrischen Potentials und der Stärke (Amplitude) der Muskelkontraktion
• Was versteht man darunter, wenn man von den mechanischen Eigenschaften der Muskulatur spricht? - Muskelkraft - Muskelgeschwindigkeit - Muskelarbeit - isotonisch und isometrisch - Verhalten eines Muskels nach wiederholter Reizung - laut Konstantin:  Elastizität und Plastizität; beruhen darauf, dass schwach gedämpfte elastische Elemente und stark gedämpfte viskösplastische Elemente in Serie hintereinander verschaltet sind.man hängt Gewicht an Muskel → Dehnung, läßt man los, verkürzt er sich wieder, aber  meist nicht wieder bis zur Ausgangslage (Dehnungsrückstand) steigert man die Belastung schrittweise um den gleichen Betrag, so wird die Längenzunahme mit zunehmenden Betrag immer kleiner, da die elastische Komponente eine immer größer werdende Gegenkraft aufweist. → Ruhe-Dehnungskurve; damit ist das viskoelastische Modell des Sarkomers gemeint
• Was ist eine Ruhe-Dehnungskurve? - Längen-Spannungsdiagramm - Ausdruck der passiven elastischen Eigenschaften des Muskels - Dehnbarkeit eines Muskels nimmt mit zunehmender Länge bzw. Dehnung ab, so dass der Längenzuwachs mit steigender Belastung geringer wird - wird ein Muskel geeignet gereizt, reagiert er mit einer Kontraktion → die dabei erreichte Verkürzung bei einer isotonischen Kontraktion bzw. Kraftentwicklung bei einer isometrischen Kontraktion hängt von der Vordehnung des Muskels ab → diese Beziehung kann als Kurve der isotonischen Maxima und als Kurve der isometrischen Maxima dargestellt werden → aus den Messwerten zur isotonischen Kontraktion kann weiterhin das Arbeitsdiagramm des Muskels abgeleitet werden, d.h. die Abhängigkeit der bei einer Einzelzuckung verrichteten Arbeit von der Vordehnung des Muskels - Bestimmung, indem man an den Muskel schrittweise Gewichte anhängt
• Was versteht man unter Zuckung, unvollständigem und vollständigem Tetanus? - Zuckung: einmalige Kontrakion des Muskels infolge der Auslösung eines APs durch ein schnelles Motoneuron - Tetanus: die aus superponierten (durch mehrere aueinander folgende Einzelkontraktionen ausgelöste stärkere Verkürzung des Muskels) Einzelkontraktionen resultierende Dauerverkürzung des Muskels - unvollständiger Tetanus: Muskelkontraktionen resultierend aus mit hoher Frequenz feuernden langsamen Motoneuronen; Einzelkontraktionen noch erkennbar - vollständiger Tetanus: Muskelkontraktionen resultierend aus mit hoher Frequenz feuernden langsamen Motoneuronen; Einzelkontraktionen nicht mehr erkennbar; Einzelkontraktion zu einer glatten Linie miteinander verschmolzen

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