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Neurobiologie

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Neurobiologie

Die Neurobiologie beschäftigt sich mit dem Aufbau und der Funktionsweise des Nervensystems. Sie erklärt, wie Informationen im Körper übertragen und verarbeitet werden.

Die Neurobiologie als Wissenschaft

Die Neurobiologie ist im Verhältnis zu anderen Bereichen der Biologie ein junger und multidisziplinärer Wissenschaftszweig. Erst vor ca. 100 Jahren konnte von der Wissenschaft nachgewiesen werden, dass Gehirne aus miteinander verbundenen Zellen bestehen und somit ein komplexes, verwobenes Netzwerk bilden.

In der Neurobiologie werden die Grundlagen der Informationsverarbeitung im tierischen und menschlichen Nervensystem erforscht.

Dafür werden unter anderem Gehirne und die inneren Abläufe untersucht. Das menschliche Gehirn besteht aus rund 100 Milliarden Neuronen, die über geschätzte 100 Billionen Synapsen parallel miteinander vernetzt sind. Es bildet damit die oberste Schaltzentrale unseres Körpers und ist von großem Interesse für die Neurobiologie. Im kleineren Maßstab sind vor allem die Synapsen, die Verbindungsstellen zwischen den Nervenzellen, oder auch die Zellaktivitäten der Neuronen interessant.

Das Ziel der Neurobiologie ist es zu verstehen, welche Mechanismen, Abläufe und Prinzipien im Körper wirken, die dann zu einem bestimmten Verhalten oder kognitiven Zustand führen.

Neurobiologie – Themen

In der Neurobiologie spielen unterschiedliche Organe, Zellen und Moleküle eine große Rolle. Hier findest Du einen Überblick über die zentralen Themen.

Nervensystem

Das Nervensystem umfasst die gesamten Nerven- und Sinneszellen eines Organismus.

Im Nervensystem werden die eintreffenden Reize umgewandelt und verarbeitet. Neuronen und Gliazellen übernehmen dabei im Nervengewebe eine zentrale Rolle.

Das Nervensystem kann auf Basis der Anatomie oder der Funktion unterteilt werden:

Unterteilung auf Basis der Anatomie:

Unterteilung auf Basis der Funktion:

  • Somatisches Nervensystem, steuert bewusste oder willkürliche Vorgänge
  • Vegetatives Nervensystem, steuert unbewusste oder unwillkürliche Vorgänge

Neuron

Mithilfe der Sinnesorgane und des Nervensystems informiert sich der Mensch über seine Umwelt. Sinneszellen wandeln Reize der Umgebung in elektrische Erregungen um. Neuronen, auch Nervenzellen genannt, leiten diese Erregung weiter.

Der menschliche Körper enthält Milliarden von Nervenzellen, die gemeinsam die Verarbeitung der Information ermöglichen. Sind die Informationen der Umwelt verarbeitet, werden Erregungen über Nervenzellen zu Erfolgsorganen geleitet. Dort lösen sie eine Reaktion aus.

Ein Neuron besteht aus drei Zellabschnitten:

  • Soma (Zellkörper)
  • Dendriten (kurze Fortsätze)
  • Axon (langer Fortsatz) mit Endknöpfchen

Neurobiologie Aufbau Neuron / Neurobiologie Definition StudySmarterAbbildung 1: Aufbau eines Neurons

Axon

Das Axon ist der Fortsatz eines Neurons, welcher die elektrischen Erregungen vom Zellkörper aufnimmt und zum Endknöpfchen weiterleitet.

Wenn wir das Axon und die umhüllenden Membranen zusammen betrachten, reden

wir von Nervenfasern. Man unterscheidet zwischen myelinisierten und nicht-myelinisierten Nervenfasern:

  • Myelinisierte Nervenfaser weisen eine Markscheide aus Myelin auf, die das Axon isoliert. Sie kommen nur bei Wirbeltieren vor.
  • Nicht-myelinisierte Nervenfaser fehlt diese isolierende Hülle. Sie kommen bei Wirbellosen und bei Wirbeltieren vor.

Neurobiologie Myelinisierte Nervenfaser Neurobiologie Definition StudySmarter

Abbildung 2: Schematische Darstellung myelinisierte Nervenfaser (links) und nicht-myelinisierte Nervenfaser (rechts)

Ruhepotential

Die Spannung einer nicht erregten oder “ruhenden” Zelle nennt man Ruhepotential.

Besonders wichtig ist dieses Ruhepotenzial bei den elektrisch erregbaren Sinneszellen, Nervenzellen und Muskelzellen. Im unerregten Zustand ist das Cytoplasma aller intakten Neuronen gegenüber ihrer Umgebung negativ geladen.

Das Ruhepotential wird von der Na-K-Pumpe unter Energieverbrauch aufrechterhalten, indem sie Natrium- und Kaliumionen entgegen ihrem Konzentrationsgefälle über die Zellmembran transportiert.

Aktionspotential

Das Aktionspotential ist das Gegenstück zum Ruhepotential. Es beschreibt die plötzliche Änderung des Ruhepotentials, sodass die Membraninnenseite des Axons kurzfristig positiv gegenüber der Außenseite geladen ist.

Diese Ladungsumkehr dient dazu, die Erregung einer Nerven-, Sinnes- oder Muskelzelle weiterleiten zu können. Aktionspotentiale sind entscheidend für die Reizübertragung im Nervensystem.

Synapse

Als Synapse bezeichnet man die Verbindungsstelle zwischen Neuronen und einer anderen Zelle (Nerven-, Muskel- oder einer Drüsenzelle).

Wenn das Endknöpfchen eines Neurons mit einem Dendriten, dem Soma oder dem Axon einer anderen Nervenzelle verbunden ist, spricht man von einer zentralen oder chemisch-interneuralen Synapse. Erfolgt die Erregungsübertragung von einer Nerven- auf eine Muskelzelle, handelt es sich um eine chemisch-neuromuskuläre Synapse.

Weiterhin unterscheiden wir zwischen erregenden und hemmenden Synapsen.

  • Erregende Synapsen erzeugen in der postsynaptischen Zelle ein Potential, das stärker positiv als das Ruhepotential der Zelle ist (erregendes postsynaptisches Potential, kurz EPSP).
  • Hemmende Synapsen verringern das Ruhepotential der postsynaptischen Zelle (inhibitorisches postsynaptisches Potential, kurz IPSP).

Um ein Aktionspotential auszulösen, muss die Verrechnung von EPSPs und IPSPs durch räumliche und zeitliche Summation ein Membranpotenzial ergeben, das die Membran des Axonhügels über den Schwellenwert depolarisiert.

Neurotransmitter

Neurotransmitter sind Überträgerstoffe, durch die die Erregungsübertragung an chemischen Synapsen erfolgt. Sie sind entscheidend für die Erregungsübertragung.

Neurotransmitter werden in winzigen Bläschen, den synaptischen Vesikeln, gespeichert. Dabei gibt es unterschiedliche Transmitter, die verschiedene Bedeutungen und Wirkungen haben. Transmittermoleküle und Rezeptoren passen nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip zueinander.

Unter den Neurotransmittern unterscheiden wir zwischen echten Transmittern und Neurohormonen. Echte Transmitter sind eher kurzlebige Botenstoffe, während Neurohormone eine höhere Lebensdauer aufweisen.

Gehirn

Das Gehirn ist der im Kopf liegende Teil des zentralen Nervensystems. Es ist für die Verarbeitung von Sinneswahrnehmungen und die Koordination des Verhaltens von Mensch oder Tier zuständig.

Das Gehirn kann in fünf Teile untergliedert werden.

  • Nachhirn
  • Kleinhirn
  • Mittelhirn
  • Zwischenhirn
  • Großhirn

Die Bereiche des Gehirns tragen alle dazu bei, dass das Gehirn zu unglaublichen Verrechnungsvorgängen fähig ist und wir Informationen speichern können. Darüber hinaus ist unser Gehirn auch in der Lage, auf Veränderungen in der Anatomie und der Funktion zu reagieren. Wir nennen das die Neuroplastizität.

Rezeptoren

Rezeptoren, auch Sinneszellen genannt, sind “umgebaute” Neuronen. Ihre Aufgabe ist es, sowohl Umweltreize wie Licht oder Schall als auch Reize, die ihren Ursprung innerhalb des Organismus haben, aufzunehmen und in elektrische Impulse umzuwandeln. Rezeptoren sind oft in spezialisierten Sinnesorganen zusammengefasst.

Rezeptoren sind spezifisch für den Reiz, den sie aufnehmen und verarbeiten können. Nach der Art des aufgenommenen (adäquaten) Reizes werden Rezeptoren in vier Gruppen eingeteilt:

Fotorezeptoren

Fotorezeptoren sind Rezeptoren, die den Reiz Licht aufnehmen und verarbeiten.

Wir finden Fotorezeptoren auf der Netzhaut des Auges. Die größte Konzentration an Fotorezeptoren auf der Netzhaut findet sich im Bereich der optischen Achse, im sogenannten Gelben Fleck. Im Bereich des abgehenden Sehnervs befinden sich keine Fotorezeptoren, weshalb man vom Blinden Fleck spricht.

Man unterscheidet zwei Sorten von Fotorezeptoren:

  • Stäbchen für das Hell-Dunkel-Sehen und das Sehen bei Dämmerung
  • Zapfen für das Sehen bei Tageslicht und die Farbwahrnehmung

Sinnesorgane

Sinnesorgane sind die Organe eines Lebewesens, welche äußere Reize aufnehmen und weiterleiten.

Der Mensch hat fünf Sinnesorgane, die die Umwelt regelrecht nach Informationen filtern und die Reize als Erregungsmuster an die Nervenzellen weitergeben:

Neurobiologie - Das Wichtigste

  • Die Neurobiologie beschäftigt sich mit Aufbau und Funktionsweise des Nervensystems.
  • Untersucht werden verschiedenste Konzepte und Organe:
  • Das Gehirn stellt die zentrale Instanz des Nervensystems dar.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Neurobiologie

Die Neurobiologie ist ein Teilgebiet der Biologie, das sich mit verschiedensten Themen rund um das Nervensystem beschäftigt. Dazu gehören:

  • Nervenzellen und deren Aufbau
  • das Nervensystem und dessen Aufbau
  • die Erregungsübertragung zwischen Neuronen

Eine Synapse ist der Verbindungspunkt zweier Nervenzellen. Im Gehirn kommunizieren die Neuronen über Synapsen miteinander, wodurch Informationen ausgetauscht und verarbeitet werden und eine Reaktion auf den eingegangenen Reiz zu erzeugen. 

Das Nervensystem kann auf zwei verschiedene Arten eingeteilt werden:


Nach Anatomie in:

  • Zentrales Nervensystem (Gehirn und Rückenmark)
  • Peripheres Nervensystem (afferente und efferente Nerven)


Nach Funktion in:

  • Somatisches Nervensystem (bewusste Vorgänge)
  • Vegetatives Nervensystem (unbewusste Vorgänge)

Ein Reiz-Reaktions-Schema beschreibt eine Methode, mit deren Hilfe neuronale Vorgänge dargestellt und besser nachvollzogen werden können. 

Die Begriffe Neuron und Nervenzelle sind synonym zueinander und beschreiben das gleiche. 

Finales Neurobiologie Quiz

Frage

Was ist die relativr Refaktärzeit?
Antwort anzeigen

Antwort

Der Zeitraum bis die Ionenverhältnisse  des Ruhepotenzials wiederhergestellt sind. In dieser Zeit ist es möglich ein neues Aktionspotential auszulösen, jedoch wird dafür ein stärker depolarisierender Stromimpuls benötigt.
Frage anzeigen

Frage

Wie lässt sich das Nervensystem funktionell untergliedern?

Antwort anzeigen

Antwort

Das Nervensystem lässt sich funktionell in das somatische und vegetative Nervensystem unterteilen.

Frage anzeigen

Frage

Wie wird das somatische Nervensystem noch genannt?

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Antwort

Das somatische Nervensystem wird auch animalisches Nervensystem oder willkürliches Nervensystem genannt.

Frage anzeigen

Frage

Was macht das somatische Nervensystem?

Antwort anzeigen

Antwort

Das somatische Nervensystem ist für die bewusste Wahrnehmung der Umwelt und des Körpers verantwortlich. Außerdem steuert das somatische Nervensystem die gewollten Bewegungen der Muskeln.

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Frage

Was sind afferente Neuronen?

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Antwort

Afferente Neuronen leiten Signale zum Zentralnervensystem. Dies umfasst alle Nervenfasern die aus dem peripheren Nervensystem in das zentrale Nervensystem Signale übertragen.

Frage anzeigen

Frage

Was sind efferente Neuronen?

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Antwort

Efferente Neuronen hingegen leiten Informationen aus dem zentralen Nervensystem zum peripheren Nervensystem weiter. Diese efferenten Nervenfasern liegen vor allem im Rückenmark.

Frage anzeigen

Frage

Nenne 5 afferente Nervenbahnen im somatischen Nervensystem.

Antwort anzeigen

Antwort

  • Riechbahn
  • Höhrbahn
  • Sehbahn
  • Geschmacksbahnen
  • Gleichgewichtsbahn
Frage anzeigen

Frage

Wie heißen die Neuronen der efferenten Nervenfasern des somatischen Nervensystems?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Neuronen der efferenten Nervenfasern des somatischen Nervensystems heißen Motoneuronen.

Frage anzeigen

Frage

Was ist das Besondere an einem Motoneuron?

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Antwort

Ein Motoneuron verknüpft die Neuronen des Rückenmarks mit den Muskelzellen.

Frage anzeigen

Frage

Welchen Neurotransmitter verwenden Motoneuronen?

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Antwort

Motoneuronen verwenden Acetylcholin als Neurotransmitter.

Frage anzeigen

Frage

Welche Unterschiede gibt es zwischen dem somatischen und dem vegetativen Nervensystem?

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Antwort

  1.  Die efferenten Nerven des somatischen Nervensystem versorgen die Skelettmuskulatur, die des vegetativen Nervensystem die glatte Muskulatur.
  2. Die Neurotransmitter Adrenalin und Noradrenalin, finden nur im vegetativen Nervensystem Anwendung. Das somatischen Nervensystem verwendet nur den Neurotransmitter Acetylcholin.  
Frage anzeigen

Frage

Wofür werden neurophysiologische Verfahren genutzt? 

Antwort anzeigen

Antwort

Neurophysiologische Verfahren werden genutzt um Funktionen von Muskeln, Nerven, Rückenmark und Gehirn zu untersuchen oder zu überprüfen. 


Frage anzeigen

Frage

Was ist die Elektroenzephalographie?

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Antwort

Die Elektroenzephalographie ist eine Untersuchung um Funktionsstörungen des Gehirns zu untersuchen.

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Frage

Was wird mit einem EEG gemessen?

Antwort anzeigen

Antwort

Das EEG misst elektrische Ströme beziehungsweise Potentialveränderungen des Gehirns gemessen. Die Potentialänderung von den Pyramidenzellen werden aufgezeichnet.

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Frage

Wie wird ein EEG gemessen?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein EEG wird gemessen in dem Elektroden auf der Kopfhaut angebracht werden. Diese messen die Hirnstromwellen (die Potentialschwankungen) erfassen.

Frage anzeigen

Frage

Wofür wird das EEG genutzt?

Antwort anzeigen

Antwort

Das EEG wird für die Diagnose von Epilepsien, in der Schlafmedizin, Duchblutungsstörungen, Entzundüngen, psychologische Fragestellungen und für die Feststellung eines Hirntodes genutzt. 

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Dopplersonographie und wofür wird sie genutzt?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Dopplersonographie wird als neurophysiologisches Verfahren genutzt um hirnversorgende Gefäße, ihren Blutfluss und die Beschaffenheit der Gefäßwände zu beurteilen.

Frage anzeigen

Frage

Was kann durch die Dopplersonographie festgestellt werden?

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Antwort

Durch die Dopplersonographie können krankhafte Veränderungen wie Stenosen (Gefäßverengungen), Gerinnsel (Thromben) und Schlaganfallserkrankungen festgestellt werden.

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Frage

Was ist die Elektroneurographie?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Elektroneurographie ist eine neurophysiologisches Verfahren, um die Nervenleitgeschwindigkeit zu messen.

Frage anzeigen

Frage

Wie wir die ENG gemessen?

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Antwort

Beim ENG werden Nerven durch Elektroden künstlich stimuliert und die Reizleitung untersucht. Der Befund wird als Elektroneurogramm bezeichnet.

Frage anzeigen

Frage

Welche Funktion hat ein ENG?

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Antwort

Mit der Elektroneurographie können Information über sensible und motorische Nerven ermittelt werden. Darüberhinaus können mittels eines ENGs Nervenverletzungen erfasst werden. Auch Schäden durch Ernährungs- und Stoffwechselstörungen (sogenannte Polyneuropathie) lässt sich durch ein ENG erkennen.

Frage anzeigen

Frage

Wofür sind sensible Fasern zuständig?

Antwort anzeigen

Antwort

Sensible Fasern sind diejenigen, die Empfindungen ans Gehirn melden.

Frage anzeigen

Frage

Wofür sind motorische Fasern zuständig?

Antwort anzeigen

Antwort

Motorische Fasern steuern die Muskulatur.

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Frage

Was ist die Elektromyographie (EMG)? 

Antwort anzeigen

Antwort

Die Elektromyographie ist eine neurophysiologisches Untersuchungsverfahren, welches genutzt wird um elektrische Spannungen in einem Muskel zu messen. 


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Frage

Wofür wird die Elektromyographie genutzt?

Antwort anzeigen

Antwort

Mit einem EMG können Nerven- und Muskelschäden festgestellt werden und die Schädigung genau lokalisiert werden.

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Frage

Was ist die Erregungungsübertragung?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Erregungsübertragung ist die Übertragung der Erregung einer Zelle auf eine andere Zelle. Diese Übertragung geschieht über Synapsen.

Frage anzeigen

Frage

Was sind Reize?

Antwort anzeigen

Antwort

Reize sind elektrische Signalen, die durch die sogennante Erregungsübertragung weitergeleitet werden. Die elektrischen Signale wandern von Nervenzelle zu Nevenzelle, bis sie z.B. am Muskel ankommen.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe den Aufbau einer Synapse kurz.

Antwort anzeigen

Antwort

1. Präsynaptischer Spalt

2. Synaptischer Spalt

3. Postsynaptischer Spalt

Frage anzeigen

Frage

Was enthält die präsynaptische Membran?

Antwort anzeigen

Antwort

Die präsynaptische Membran enthält Neurotransmitter, die in Vesikel verpackt sind. Diese Neurotransmitter dienen als Botenstoffe für die Erregungsübertragung.

Frage anzeigen

Frage

Was ist der synaptische Spalt?

Antwort anzeigen

Antwort

Der synaptische Spalt ist der Zwischenraum zwischen prä- und postsynaptischer Membran und besteht aus extrazellulärer Matrix.

Frage anzeigen

Frage

Was befindet sich in der postsynaptischen Membran?

Antwort anzeigen

Antwort

In der postsynaptischen Membran befinden sich Rezeptoren, die Informationen über Dendriten empfangen.

Frage anzeigen

Frage

Wofür ist die Synapse zuständig?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Synapse ist für die Erregungsübertragung zuständig. Hier werden die Aktionspotential zwischen den Nervenzellen weitergeleitet.

Frage anzeigen

Frage

Was ist  ein erregendes postsynaptisches Potential (EPSP)?

Antwort anzeigen

Antwort

Durch die Transmitter die an die Ionenkanäle der postsynaptischen Membran binden kommt es zu einem Einstrom von Na+ Ionen in die postsynaptische Membran. Die Spannung wird positiver und man spricht von einer Depolarisation. Es entsteht ein Aktionspotential und das wird verstärk weitergeleitet. Das ist das erregende postsynaptisches Potential.

Frage anzeigen

Frage

​Wie lange verläuft die Erregungsübertragung?

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Antwort

Solange Acetylcholin im synaptischen Spalt vorhanden ist, findet die Erregungsübertragung statt.

Frage anzeigen

Frage

Wie wird Acetylcholin im synaptischen Spalt abgebaut?

Antwort anzeigen

Antwort

Das Enzym Cholinesterase baut Acetylcholin ab. Acetylcholin wird in Acetat und Cholin gespalten und diffundieren wieder zurück zur präsynaptischen Membran. Je länger dieser Abbau dauert umso länger dauert auch die Reizweitergabe.

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein inhibitorisches postsynaptisches Potential (IPSP)? 

Antwort anzeigen

Antwort

Wird an der Präsynapse ein Neurotransmitter ausgeschüttet, der auf die Postsynapse hemmend wirkt, kann es zu einem inhibitorisches postsynaptisches Potential kommen. Ionenkanäle öffnen sich für Anionen, die in das Zellinnere einströmen und dazu führen, dass das Membranpotential negativer wird.  Das wird IPSP bezeichnet.

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