Neurophysiologie_Main questions

Question 1

Erläutern Sie in Stichworten die Typen von Gliazellen.

Answer 1

1. Mikroglia: Phagozyten
2. Makroglia:
   - Astrozyten → Homoisotase: Stoffaustausch, Ionenhaushalt, pH-Wert
   - Oligodendrozyten → zentrale Myelinisierung
   - Schwann’sche Zellen → pheriphere Myeliniserung

Question 2

Erläutern Sie in Stichworten die Funktionen von Gliazellen.

Answer 2

• Stützfunktion
• Beseitigung von Zellen, Reparatur Regeneration von beschädigten Neuronen
• elektrische Isolierung von Axonen (Myelinisierung)
• Homoiostase (pH-Wert, Ionenkonzentration, Transmitteraufnahme, Stoffaustausch)
• Entwicklung (Landmarken für auswachsende Neurone)
• Blut-Hirn-Schranke

Question 3

Vergleichen Sie elektrische und chemische Synapsen.

Answer 3

Question 4

Welche Grundformen synaptischer Plastizität kennen Sie? Bei welchen Prozessen ist synaptische Plastizität wichtig?

Answer 4

• Kurzzeitplastizität: Die Änderung der Übertragungsstärke hält einige Millisekunden bis höchstens einige Minuten an.
• Langzeitplastizität: Die Stärke der Übertragung ändert sich für viele Minuten bis einige Stunden, möglicherweise lebenslang.
• Wichtig für Lernprozesse und das Gedächtnis

Question 5

Bennen Sie die wesentlichen Eigenschaften von Sinneszellen (Rezeptoren).

Answer 5

• Rezeptoren sind immer Filter und registrieren nur einen Ausschnitt des verfügbaren Energiespektrums
• Rezeptoren sind immer Verstärker, da die Reizenergie nur als Trigger wirkt.
• Rezeptoren sind immer Transducer (Wandler), da die spezifische Reizenergie durch Transduktionsprozesse in ein elektrochemisches Potential umgewandelt wird
• Rezeptoren sind immer Encoder, da die Impulsfrequenz proportional zur Reizintensität ist (meistens besteht ein logarithmischer Zusammenhang)

Question 6

Aus welchen Bestandteilen ist das Zytoskelett einer Nervenzelle aufgebaut und welche Aufgaben hat dieses Zytoskelett?

Answer 6

… ein aus Proteinen aufgebautes Netzwerk im Cytoplasma eukaryotischer Zellen. Verantwortlich für:

• mechanische Stabilisierung der Zelle
• äußere Form,
• für aktive Bewegungen der Zelle als Ganzes
• für Bewegungen und Transporte innerhalb der Zelle.
• *Bestandteile:**
• Mikrotubuli: Motorproteine Dynein und Kinesin, Befestigung der Organellen im Cytosol
• Aktinfilamente: Motorprotein Myosin, stabilisert die äußere Form, hält membranständige Proteine am Platz
• Intermediärfilamente: Stabilste Proteinfilamente, bildet das Stützgerüst und sind Teil der mechanischen Stabillisierung.
• –> alle Proteinstrukturen sind dynamisch auf- und abbaubar

Question 7

Durch welche Prozesse werden Neurotransmitter nach der Ausschüttung über die präsynaptische Endigung wieder aus dem synaptischen Spalt entfernt?

Answer 7

• Enzymatischer Abbau
• Wiederaufnahme in die Prä-Synapse

Question 8

Welche Faktoren sind für das Zustandekommen des Ruhepotenzials einer Nervenzelle verantwortlich?

Answer 8

• die Semipermeabilität der Membran, d.h. die unterschiedliche Leitfähigkeit für bestimmte Ionen.
• die unterschiedliche Verteilung der Ionenkonzentrationen für K+, Na+, Cl- und A- .

Question 9

Wie verläuft das Ruhepotential?

Answer 9

1. Außen: Cl^- und Na⁺ , Innen: Proteine^- und K⁺
2. Na⁺-K⁺-Pumpe tauscht 3 Na⁺ gegen 2 K⁺ unter ATP-Verbrauch –> unterm Strich eine Ladung⁺ raus, Inneres wird immer negativer
3. Aufbau eines chemischen und elektrischen Gradienten
   - Chemisch: K⁺ streben Konzentrationsausgleich an und wollen nach außen
   - Elektrisch: Negativ geladener Innenraum zieht K⁺- Ionen an
   - –> Die Gradienten kommen in ein Gleichgewicht
   - –> Ruhepotential liegt bei -70mV

Question 10

Was versteht man unter Frequenz-Orts-Transformation in der Cochlea? Warum ist diese vor allem für Schallfrequenzen über 1000 Hz wichtig?

Answer 10

Ausgangspunkt: Die maximale Frequenz von Aktionspotentialen beträgt etwa 1000 Hz.
—> Wie werden höhere Frequenzen übertragen?

• Verschiedene Eigenschaften der Basilarmembran:
• An der Basis (ovales Fenster): Steif und schmal, daher hohe Frequenzen —> höher als 1000 HZ
• Am Helicotrema: lommelig und breit, daher niedrige Frequenzen

Question 11

Erläutern Sie die Funktion und Eigenschaften der Na⁺-K⁺-Pumpe.

Answer 11

Funktion:

• Pumpt 3 Na⁺ nach außen, gegen 2 K⁺ nach innen.
• –> Aufrechterhaltung des Ruhepotenzials, da das Innere der Zelle immer um eine Ladung negativer wird.

Eigenschaften:

• Arbeitet unter ATP-Verbrauch

Question 12

Was ist der Unterschied zwischen α- und γ- Motorneuronen?

Answer 12

Motorneuron: Innervieren die Muskelzellen und somit Grundlage muskulärer Kontraktion

• α-Motorneuronen: innervieren die extrafusalen (außerhalb einer Muskelspindel gelegen) Skelettmuskelfasern und sind für die Muskelkontraktion zuständig.
• γ- Motorneuronen: innervieren die intrafusalen Skelettmuskelfasern und regulieren die Empfindlichkeit der Längenrezeptoren.

Question 13

Axonaler Vesikeltransport - Welche Unterschiede gibt es zwischen Anterogradem und Retrogradem Transport?

Answer 13

Anterograd: vom Soma zur Synapse; Neurotransmitter, Neuropeptide, Wachstumsfaktoren, Membranbausteine

Retrograd: von der Synapse zum Soma; Abbauprodukte

Question 14

Welche physikalischen Kerngrößen setz der Mensch der Schalllokalisation ein? Welche Kenngröße eignet sich besser für die Ortung bei niedrigen (<3 kHz) und welche bei höheren Frequenzen (>3 kHz)?

Answer 14

1. ∆I: Intensitätsunterschiede (IID) für hohe Freuqnzen
2. ∆t: Zeitunterschiede (ITD) für niedrige Frequenzen

Question 15

Schalllokalisation bei Schleiereulen:

a) Physikalische Kenngrößen
b) Anpassungen bei Höhlen

Answer 15

ΔT → intraaurale Zeitdifferenz, bei Schleiereulen bis zu 9kHz möglich,Koinzidenzdetektoren leiten Signal nur weiter, wenn dieses von unterschiedlich langenNeuronen örtllich koinzidiert → eine Ortsrepräsentation wird zugewiesen → eineVerrechnungskarte wird erstellt (muss optisch kalibriert werden)

ΔI → intraaurale Intensitätsunterschiede, gut für hohe Frequenzen

Δphi → Phasenunterschiede (200-800Hz)

Besonderheit: Höhe der Schallquelle durch asymmetrische Ohren und Parabolspiegelaus Federkleid detektierbar

Question 16

Funktionsweise von ionotropen u. metabotropen Rezeptoren in der postsynaptischen Membran.

Answer 16

1. Ionotrope Rezeptoren sind ligandenabhängige Ionenkanäle (z.B. der nACh-R, GABA-R, Glutamat-R
   - Bindung des Liganden als auch die erste Stufe der Signaltransduktion
2. Metabotrope Rezeptoren sind keine Ionenkanäle, ändern aber ihre Konformation ligandenabhängig, und setzen eine Enzymkaskade in Gang (z.B. der mACh-R, Serotonin-R, Neuropeptid-R)
   - Second-Messanger-Weg —> langsame Rezeptoren

Question 17

Aus welchen Gründen besitzen manche Säuger zwei morphologisch und funktionell getrennte Blutkreisläufe?

Answer 17

• maximale Konzentration an Sauerstoff möglich –> höhere Effizenz und Leistung
• Säuger haben oft eine höhere Stoffwechselrate, dadurch, dass sie Warmblüter sind. Dementsprechend muss der Kreislauf effizienter arbeiten

Question 18

An welcher Stelle sitzen die für die Transduktion im Hörvorgang primär verantwortlichen Kanäle und wie werden diese geöffnet?

Answer 18

Kanal: transmembrane channel-like protein 1

• Stereovilli stecken in der Kaliumreichen Endolymphe in der Cochlea und werden durch die Tektorialmembran bewegt.
• Durch die Bewegung werden die darauf sitzenden Kanäle durch das tip-link model geöffnet und Ca²⁺ und K⁺ strömen ein

Question 19

Wie läuft die Füllung/Leerung der Schwimmblase bei Knochenfischen ab?

Answer 19

1. Füllung:
   - Schlucken von Luft, die über den Darm in die Schwimmblase gelangt
   - Gase werden über das Blut in die Schwimmblase abgegeben (über Gasdrüsen oder den Verbindungsgang im Darm, den Ductus pneumaticus)
2. Leerung:
   - Gase werden über einen stark durchblutete Stelle wieder zurück ins Blut gegeben
   - über den Ductus pneumarticus in den Vorderdarm und dann “ausgespien”

Question 20

Welche 3 Organsysteme benötigen in Ruhe die meiste Energie im menschlichen Organismus?

Answer 20

1. Niere
   - kleine Organe brauchen auf die die Masse bezogen mehr Sauerstoff
2. Gehirn
   - Koordination von fast allen Körperfunktionen, zentrales Steuerorgan
3. Leber
   - größte Drüse des Körpers, Verwertung, Produktion, Abbau und Ausscheidung

Question 21

Warum nimmt man an, dass der Hippocampus ausschlaggebend ist für die episodische Gedächtnisbildung

Answer 21

• Patient H.M
• litt lange unter starker Epilepsie
• ihm wurde der Hippocampus entfernt
• seitdem war seine episodische Gedächtnisbildung nicht mehr funktionsfähig

Question 22

Welche Anforderungen werden an die Umgebungsbedingungen und den Organismus während eines Experiments gestellt, bei dem die basale Metabolismusrate (BMR) eines homoiothermen Lebewesens ermittel werden soll?

Answer 22

Basale Metabolismusrate: Gesamtumsatz des menschlichen Organismus.

• Außentemperatur von 20°C
• Körper ist im Ruhezustand

Question 23

Was ist die quantale Transmitterfreisetzung und wie funktioniert sie?

Answer 23

Transmitterfreisetzung Ablauf:

1. Aktionspotential öffnet Ca²⁺- Kanäle in der Synapse
2. Erhöhte Ca²⁺-Konzentration führt dazu, dass die mit Transmitter gefüllten Vesikel mit der Membran fusionieren
3. Die Transmitter werden in den synaptischen Spalt gelassen und aktivieren hier die Rezeptoren an der Post-Synapse
4. Daraufhin werden die die Neuotransmitter abgebaut oder wieder in die Prä-Synapse transportiert

Question 24

Strategien der Osmoregulation bei Fischen im Meer-und Süßwasser

Answer 24

Süßwasserfische (hypoosmotisch):

• Problem: Wasser strömt in die Zellen
• Lösung: trinken nicht, nehmen wenig Wasser über Kiemen und Haut auf und geben große Mengen an stark verdünntem Harn täglich ab
• Ionenverlust wird durch Nahrung und aktiver Resorption entegegen gearbeitet

Meerwasserfische: (hyperosmotisch):

• Problem: Wasser strömt aus der Zelle aus
• Lösung: trinken große Mengen an Wasser und geben die Ionen direkt über stark konzentrierten Urin ab und über die Kiemen ab

Question 25

Beschreiben Sie kurz die Rolle der gamma- Motor Neuronen

Answer 25

• Sie regulieren durch die spezifisch abgestufte Vorspannung der intrafusalen Muskelfasern die Sensibilität der Muskelspindeln.
• Sie induzieren die Muskelkontraktion durch Auslösung des Muskeleigenreflexes.

Question 26

Durch welche molekularen Mechanismen wird die spannungsabhängige Öffnung des Na-Kanals bestimmt?

Answer 26

• Ein spannungsabhängiger Na-Kanal kann in 3 Stadien vorliegen: Closed, Open und Inactivated
• Im geschlossenen Zustand ist der Kanal von innen geblockt
• Bei Spannungsänderungen öffnet er sich und lässt Ionen durch.
• Durch den ball-and-chain Mechanismus wird der Kanal nach kurzer Zeit in den inaktiven Stadium gesetzt durch einen Ball an Aminosäureresten physisch geblockt.
• –> Zyklus beginnt von vorne

Question 27

Wie reorganisiert sich die somatosenroische Hinrinde nach einer Amputation?

Answer 27

• Der Körper ist kartenartig auf dem Gehirn angelegt
• Nach einer Amputation benötigt das Gehirn etwas Zeit, um die somtosensorische Karte anzupassen
• Phanomschmerzen etc. können auftreten
• Nach einer Amputation wird die somatosensorische Karte nach einiger Zeit angepasst

Question 28

Die Nernstsche Gleichung gibt nicht das Ruhepotential einer Nervenzelle an!
(1) Was wird mit dieser Gleichung dann berechnet ? Wie kann
diese Gleichung trotzdem nutzen benutzt, um
(2) das Ruhepotential und
(3) das Aktionspotential zu beschreiben ?

Answer 28

[1] Elektrochemisches Potenzial für EINEN Ionentyp

[2] Ruhepotenzial: Addition der Potenziale der Einzelnen Ionen,
Multipliziert mit Permeabilit (Goldmann Gleichung)

[3] Aktionspotential: Verschiebung vom K+­Potenzial Richtung Na+­Potenzial wegen Permeabilitätsänderung