Teil 4 - Lernen Flashcards
Beschreiben Sie ein Experiment, dass die zentrale Bedeutung von NMDA Rezeptoren für Lernprozesse aufzeigt.
-> Experiment: Morris - Wasserlabyrinth mit Ratten
Vorgang: Ratte wird in ein Becken mit Wasser gesetzt in dem sich ein Steg befindet, auf welchem die Ratte stehen kann und somit nicht weiterhin schwimmen muss. Sobald die Ratte den Steg entdeckt hat, wird Sie aus dem Becken hinausgenommen. Wenn man die Ratte erneut in das Becken setzt, werden folgende Verhaltensweisen gezeigt:
Funktionstüchtige NMDA- Rezeptoren: Ratte schwimmt direkt auf den Steg zu
Chemische Blockade NMDA-Rezeptoren: kein Lerneffekt - Ratte schwimmt wirr umher
-> Um diese Aufgabe zu lernen, müssen die NMDA-Rezeptoren im Hippocampus aktiviert werden
Erklären Sie die neuronalen Mechanismen die der Habituation des Kiemenrückziehreflexes bei dem Seehasen „Aplysia“ zu Grunde liegen.
-> Habituation = Verringerung der Reaktion auf einen sich wiederholenden Reiz.
Bei der Aplysia
1.Reizung des Siphos mit einem Wasserstrahl.
2.Bei wiederholter Reizung des Siphons nimmt der Kiemenrückziehreflex ab.
3.was durch eine Veränderung in der Synapse des sensorischen Neurons (vom Sipho) und dem motorischen Neuron (Kiemenrückziehreflex) entsteht.
4.Die genaue Ursache ist eine verminderte Öffnung der Calciumkanäle in der Präsynapse. Die Calciumkanäle verlieren ihre Effektivität. Im normalen Zustand öffnen sich diese - je mehr Calcium in der Zelle desto mehr NT werden ausgelöst.
5.Wenn diese nun mit einer geringeren Aktivität i.S.v. Öffnung reagieren, werden weniger Neurotransmitter ausgeschüttet was zu einer Verminderung der Signalübertragung führt.
Wenn also nun die Rezeptoren in der Postsynapse nicht aktiviert werden, kommt es zu keiner Aktivierung des Motoneurons und somit nicht zum Kiemenzurückziehen.
Erklären Sie die neuronalen Mechanismen die der Sensitivierung des Kiemenrückziehreflexes bei dem Seehasen „Aplysia“ zu Grunde liegen.
-> Sensitivierung = Verstärkung der Reaktion auf einen wiederholten Reiz.
Neben der normalen Synapse des sensorischen Neurons des Siphos und des kiemenansteuernden Motoneurons, besitzt die präsynaptische Endigung des sensorischen Neurons ebenfalls eine Verbindung mit einem weiteren Neuron (L29) welches vom Kopf der Schnecke kommt.
Stromstoß am Kopf der Schnecke -> Übertragung über das L29 (sensitivierendes) Neuron zum sensorischen Neuron -> NT Ausschüttung (Serotonin) an der Verbindungsstelle von L29 und sensorischen (Serotonin) -> Aktivierung des metabotropen Serotoninrezeptors des sensorischen Neurons -> Prozesse:
1. G-Protein aktiviert das Enzym Adenylatcyclase
2. Enzym stellt aus ATP cAMP her Æ cAMP Konzentration steigt
3. Aktivierung Proteinkinase A (PKA)
4. PKA führt zur Blockierung der Kaliumkanäle (weniger pos. Ladung nach außen)
Durch die Verhinderung des Kaliumausstroms wird das Membranpotenzial positiver und die Zelle ist grundsätzlich erregbarer bei einem einlaufenden Aktionspotenzial und die Depolarisation dauert länger an bzw. die Repolarisation wird hinausgezögert. Somit werden mehr Neurotransmitter ausgeschüttet und der Reiz verstärkt.
Erklären Sie die neurophysiologischen Prozesse, die der Langzeitpotenzierung zu Grunde liegen.
-> Langzeitpotenzierung = lange, andauernde Zunahme der Effizienz der synaptischen Signalübertragung
Vorgang Beobachtung: Neurone im Hippocampus erhalten Infos von 3 Eingangsquellen (A, B,C) wovon einzeln keine stark genug ist um ein AP auszulösen. Bei gleichzeitiger Info von A & B kommt es jedoch zu einer räumlichen Summation der Signale, was zu der Auslösung eines AP führt -> ab sofort reicht A oder B aus um AP auszulösen
Neurophysiologische Ebene: Die Neurone im Hippocampus exprimieren 2 Arten von Rezeptoren durch die sie aktiviert werden:
AMPA-Rezeptoren: Öffnen bei Bindung mit Glutamat und sind durchlässig für Natrium (positive Ladung)
NMDA-Rezeptoren: beinhalten Magnesiumblock und durchlässig für Calcium (benötigen stärkere Effekte zur Aktivierung)
Öffnet wenn: 1. Glutamat an ihn bindet und 2. wenn Postsynapse ausreichend depolarisiert wird damit Magnesiumblock hinausgedrückt wird
Durch Signal von 2 Eingangssignalen A und B kommt es durch räumliche Summation zu einer stärkeren Depolarisation der Präsynapse. Es wird mehr Glutamat (Neurotransmitter) in den Spalt ausgeschüttet, was an die AMPA- & NMDA-Rezeptoren in der Postsynapse bindet. Die AMPA-Rezeptoren öffnen sich und lassen Natrium in die Postsynapse eindringen, was zu einer Erhöhung des Membranpotenzials führt. Durch diese Depolarisation und die gleichzeitige Glutamat-Bindung wird der Magnesiumblock aus dem NMDA-Rezeptor hinausgedrückt. Dieser öffnet sich und Calcium strömt in die Zelle ein (durch Diffusionskraft).
Der Calciumeinstrom bewirkt eine Enzymkaskade, die dazu führt, dass:
1. mehr AMPA-Rezeptoren in die die Zellmembran eingebaut werden
2. Ionenleitfähigkeit der bisherigen AMPA-Rezeptoren erhöht wird
-> Postsynaptisches Neuron ist von nun an sensitiver für den durch die Präsynapse ausgeschüttete NT Glutamat
Erklären Sie wie der Kiemenrückziehreflexes bei dem Seehasen „Aplysia“ klassisch konditioniert werden kann und welche neuronalen Mechanismen dem zu Grunde liegen.
-> Eine leichte Reizung des Siphos führt gewöhnlich zu einer sehr geringen Reaktion der Kiemen, jedoch ein Stromstoß am Fuß der Schnecke zu einem starken Zurückziehen.
Bei wiederholt gepaartem Auftreten des Stromstoßes mit der leichten Reizung des Siphos führt nun bereits die leichte Reizung des Siphos zu einer starken Reaktion der Kiemen (Stärker als durch Sensitivierung erklären lässt).
Auch hier besteht wieder eine „normale“ Synapse von sensorischen Neuron und Motoneuron und eine zusätzliche Verbindung des „Stromneurons“ L29 zu der präsynaptischen Endigung des sensorischen Neurons.
1.Auf molekularer Ebene:
Reizung des Siphos (CS nach Konditionierung) = Calciumeinstrom
Stromstoß am Fuß (US) = Aktivierung des Enzyms Adenylatcyclase in präsynaptischer Endigung d. sensorischen Neurons durch einen metabotropen Rezeptor
2.Die Adenylatcyclase blockiert, durch Herstellung von cAMP aus ATP, Kaliumkanäle in der Präsynapse (sensorisch). Wenn diese beiden Reize (Reizung des Siphos und Stromstoß), welche beide das sensorische Neuron aktivieren, gepaart auftreten, wird das sensorische Neuron von der Haut und zusätzlich von dem Strom gereizt.
3.Die Adenylatcyclase in der Präsynapse des sensorischen Neurons produziert bei hoher Calciumkonzentration, die durch die Aktivierung des Siphos entsteht, mehr cAMP, was zu einer noch stärkeren Blockade der Kaliumkanäle führt.
4.Somit ist das sensorische Neuron erregbarer und eine kleine Reizung des Siphos führt nun zu einer verstärkten NT Ausschüttung und letztlich zu einer Reaktion des Kiemenrückziehreflexes.
Zusammenfassung:
-> durch zusätzlichen Calciumeinstrom (durch Reizung des Siphos) wird von der Adenylatcyclase mehr cAMP aus ATP hergestellt -> stärkere Aktivierung Proteinkinase A -> stärkere Phosphorylierung der Kaliumkanäle -> mehr Transmittermoleküle freigesetzt -> sensorisches Neuron ist erregbarer
AP hält länger an da Membranpotential durch geschlossene bzw. weniger durchlässige Kalium kanäle länger positiv bleibt, alle nachfolgenden Schritte sind intensiver.
Sind die in den Punkten 1-3 benannten Effekte (Habituation, klassische Konditionierung, Sensitivierung) dauerhaft anhaltend oder reversibel. Begründen Sie ihre Antwort.
-> Reversibel: Zwischenprodukte werden abgebaut, Effekte gehen zurück je nachdem wie schnell der Abbau ist z.B. cAMP Abbau
Welche Hirnregion spielt beim Menschen eine wichtige Rolle bei Lernprozessen? Welche Effekte ergeben sich auf der Verhaltensebene, wenn diese Hirnregion bilateral geschädigt wird? Wo im menschlichen Gehirn befindet sich diese Hirnregion?
-> Hippocampus = Wichtige Hirnregion bei Lernprozessen
Bilaterale Läsion d. Hippocampus: Patienten können keine neuen Erinnerungen formen, jedoch bleiben alte Erinnerungen meist erhalten (anterograde Amnesie = Gedächtnisstörung, bei der die Merkfähigkeit für neue Bewusstseinsinhalte massiv reduziert ist)
Lage: medialer Temporallappen (Innenseite des Temporallappens)
Worin unterscheiden sich die Sensitivierung des Kiemenrückziehreflexes und die klassische Konditionierung des Kiemenrückziehreflexes auf neuronaler Ebene?
-> Bei der Sensitivierung kommt es im Gegensatz zu der klassischen Konditionierung, nicht zu einer „gleichzeitigen“ Aktivierung des sensorischen Neurons durch den Stromstoß und den Sipho. So wird die Adenylatcyclase im präsynaptischen Teil des sensorischen Neurons nur einzeln durch den metabotroben Seretoninrezeptor aktiviert.
Bei der klassischen Konditionierung wird die Adenylatcyclase durch den Stromstoß und somit durch ein G-Protein aktiviert und verstärkt seine Wirkung durch den gleichzeitigen Calciumeinstrom, was dazu führt, dass die Kaliumkanäle verstärkt blockiert werden und das Membranpotenzial der präsynaptischen Endigung nach der Konditionierung stärker ist als nach der Sensitivierung.
-> Aktivierung der Adenylatcyclase (bei KK stärker aktiviert durch Calciumeinstrom)
