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Neuronale Plastizität

Zwei Nervenbahnen im Hippocampus und Erwachsene, die jonglieren lernen — Versuchsdaten auswerten und erklären, wie Erfahrung Synapsen und Hirnareale verändert.

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Zwei Pfade, eine Nervenzelle

AFB I–II

Die Langzeitpotenzierung wurde 1973 von BLISS und LØMO im Hippocampus entdeckt. In Versuchen an Hirnschnitten lassen sich zwei Nervenbahnen getrennt reizen, die an derselben Nervenzelle enden (M1). M2 zeigt die gemessenen EPSPs, M3 einen ergänzenden Versuch.

M1Versuchsaufbau (Schema)
Pfad APfad BReizelektrode AReizelektrode BAbleitelektrodeNervenzelle (Hippocampus)
Beide Pfade enden mit glutamatergen Synapsen an derselben Nervenzelle. Gemessen wird die Größe des EPSP, das ein einzelner Testreiz über Pfad A bzw. Pfad B auslöst.
M2EPSP-Größe vor und nach hochfrequenter Reizung von Pfad A (Modellwerte)
60100140180220260−200204060EPSP in % des AusgangswertsZeit in minPfad A: 100 Hz für 1 sPfad APfad B
Zum Zeitpunkt 0 wird nur Pfad A eine Sekunde lang mit 100 Hz gereizt; sonst erhalten beide Pfade nur einzelne Testreize.
M3Ergänzender Versuch (vereinfacht)

Pfad B wird mit schwachen Reizen gereizt, die für sich allein auch bei hoher Frequenz keine LTP auslösen. (1) Erfolgt diese schwache Reizung von B genau gleichzeitig mit der hochfrequenten Reizung von Pfad A, ist danach auch das EPSP von Pfad B dauerhaft vergrößert. (2) Erfolgt die schwache Reizung von B eine Sekunde nach der Reizung von A, bleibt das EPSP von Pfad B unverändert.

  1. Beschreiben Sie den Versuch (M1) und seine Ergebnisse (M2).
  2. Erläutern Sie auf molekularer Ebene, wie die Veränderung an den Synapsen von Pfad A zustande kommt.
  3. Erklären Sie, warum das EPSP von Pfad B unverändert bleibt, obwohl beide Pfade an derselben Nervenzelle enden.
  4. Deuten Sie die Ergebnisse von M3 und stellen Sie einen Bezug zur Hebb-Regel her.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Nennen Sie Werte vor, direkt nach und lange nach der Reizung.
Hinweis zu Aufgabe b)
Gehen Sie von der hochfrequenten Glutamatfreisetzung aus; der NMDA-Rezeptor ist der Schlüssel.
Hinweis zu Aufgabe c)
Welche zwei Bedingungen braucht der NMDA-Rezeptor? Welche davon fehlt an Pfad B?
Hinweis zu Aufgabe d)
Was liefert Pfad A der gemeinsamen Zelle, was Pfad B?Deuten: Beobachtungen oder Messergebnisse mit dem physikalischen Modell in Zusammenhang bringen und ihre Bedeutung angeben.