Neuro- und Verhaltensbiologie

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© NatLab

In diesem Kurs werden Honigbienen dressiert, "schäbigen" Nervenzellen (Nervenzellen von Schaben) bei der Arbeit zugehört und die Eigenschaften von einem Nervenmodell ergründet. So lernen die Schülerinnen und Schüler verschiedene Methoden der Neurobiologie kennen, mit denen WissenschaftlerInnen versuchen, hinter die Geheimnisse des Gehirns zu kommen.

Zur sinnvollen Integration des Laborbesuchs in den Unterricht empfehlen wir dringend die vorherige Teilnahme der begleitenden Lehrkraft an der entsprechenden kostenlosen Fortbildung. Die TeilnehmerInnen werden bei der Vergabe von Kursterminen bevorzugt.

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Im Rahmen dieses Experiments können die SchülerInnen die Klassische Konditionierung an dem Modellorganismus Honigbiene erforschen. Die meisten SchülerInnen kennen Experimente zu diesem Aspekt der Verhaltensforschung von Pawlow, der seine Hunde auf den unspezifischen Reiz des Glockenläutens konditionierte. Welche Faktoren unter anderem das Lernen bei Bienen beeinflussen, können die SchülerInnen mit Hilfe dieses Experiments erforschen. Sie konditionieren dabei selbstständig Bienen mit Hilfe eines Luftstroms (zu konditionierender Stimulus) und Zuckerwasserlösung (unkonditionierter Stimulus). Dabei protokollieren sie, ob die Bienen ihren Rüssel (Reaktion) auf die jeweiligen Reize herausstrecken. Um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, müssen alle Bienen vergleichbar behandelt werden. Die SchülerInnen erfahren dabei, dass ein genaues, konzentriertes Arbeiten für ein erfolgreiches (Verhaltens-)Experiment unerlässlich ist. Der Versuch zeichnet sich aber auch durch seine Auswertungsphase besonders aus. Während der Schullaufbahn ist es häufig kaum möglic,h Experimente durchzuführen, deren Versuchsanzahl groß genug ist, um ansatzweise statistisch signifikante Ergebnisse zu produzieren. Dank der relativ großen Anzahl trainierter Bienen kann hier ein statistischer Test (Chi2 -Test)durchgeführt werden. Die SchülerInnen können dabei erkennen, dass erst eine hohe Versuchsanzahl dazu führt, dass man sich über seine Versuchsergebnisse relativ sicher sein kann.

Im Rahmen dieses Experiments werden Aktionspotentiale im Schabenbein extrazellulär abgeleitet. Die SchülerInnen können selbstständig, unter Hilfestellung der NatLab-Betreuer, Fragestellungen und Hypothesen formulieren und diese direkt am Versuchsaufbau erproben. Die neuronalen Potentiale aus dem Schabenbein werden verstärkt, gewandelt und auf dem PC verbildlicht. An Hand der entstehenden Graphen am PC können die SchülerInnen Rückschlüsse ziehen, wie Nervenzellen auf unterschiedlichste Stimuli reagieren. Je nach Fragestellung kann sowohl das Alles-oder-nichts-Gesetz, als auch Adaption oder Frequenzkodierung von Reizintensität, beobachtet werden.

Die graphische Darstellung auf dem PC, anstatt auf einem Oszilloskop, erleichtert dabei das Protokollieren der Arbeitsergebnisse enorm. Mit Hilfe von „Screenshots“ können die SchülerInnen ihre Ergebnisse sichern und nach der Besprechung in Expertengruppen ihren Mitschülern vorstellen.

Der Versuch zeichnet sich aber auch durch den ethischen Konflikt aus, der in diesem Experiment dadurch entsteht, dass mit einem Tier gearbeitet wird. Ein wichtiger Teil des Experiments ist demnach auch das Gespräch über diesen Sachverhalt.

Im Rahmen dieses Experiments können die SchülerInnen das Antwortmuster von Ganglienzellen der Katzen-Retina erforschen. Ein so genannter Retina-Chip simuliert dabei das rezeptive Feld einer Ganglienzelle. Abhängig von der selbst gewählten Fragestellungen können sie mit Hilfe verschiedener optischer Stimuli unter anderem das Antwortmuster eingrenzen (on- und off-center Zellen beobachten) und Phänomene wie Adaption und Frequenzkodierung in den Ganglienzellen beobachten. Neben der Arbeit mit Oszilloskopen bietet dieser Versuch einen besonderen Einblick in die Auswirkungen interdisziplinärer Arbeit (Elektrotechniker, Informatiker, Biologen), die große Rolle von Modellen, auch in der Forschung, und die technisch medizinische Anwendung biologischer Grundlagenforschung.