Neurobiologie
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Damit Lebewesen Informationen aus ihrer Umwelt aufnehmen, verarbeiten und gegebenenfalls darauf reagieren können, besitzen sie Nervenzellen (Neuronen).
Die Neurobiologie beschäftigt sich mit dem Aufbau des Nervensystems auf molekularer, zellulärer und systemischer Ebene. Sie untersucht die Funktionsweise einzelner Neurone sowie deren Interaktion und versucht u. a. die Grundlagen des Lernens und der Wahrnehmung zu ergründen.
In vier verschiedenen Versuchen werden die unterschiedlichen Ebenen der Neurobiologie gezeigt (vom Molekül zu Neuronen über das neuronale Netzwerk bis zum Verhalten). Außerdem wenden wir unterschiedliche Methoden (Proteinkristallisation, Messung von Aktionspotentialen, Modellierung, Klassische Konditionierung) an.
Zur Vor- oder Nachbereitung Ihres Besuchs gibt es unterschiedliches Material auf unserer Online-Plattform eNatLab:
- Fünf Videos, die zeigen, dass die im NatLab durchgeführten Versuche Teil aktueller Forschung sind.
- Elf Videos zu aktueller (neuro-)biologischer Forschung innerhalb des Sonderforschungsbereichs (SFB) 958.
- Informationen zur Natur der Naturwissenschaften am Beispiel der (neuro-)biologischen Forschung des SFB 958.
Zur sinnvollen Integration des Laborbesuchs in den Unterricht empfehlen wir dringend die vorherige Teilnahme der begleitenden Lehrkraft an der entsprechenden kostenlosen Fortbildung. Die Teilnehmenden werden bei der Vergabe von Kursterminen bevorzugt.
Hier geht es zur Onlinebuchung.Themen:
Um Neuronen auf der Ebenen einzelner Moleküle zu verstehen, ist es hilfreich deren 3D-Struktur zu kennen. Dabei hilft deren Kristallisation. Die Schüler*innen arbeiten mit dem Modelprotein Lysozym und versuchen herauszufinden, unter welchen Bedingungen das Protein am besten kristallisiert. Sie variieren die Lysozym-Konzentration, die Salzkonzentration und den pH-Wert und nutzen ein Mikroskop, um die unterschiedlichen Lysozym-Kristalle zu beschreiben. Wenn noch Zeit bleibt, nutzen die Schüler*innen nutzen ein Computerprogram, um fehlende Aminosäuren in das Proteinmodell einzubauen, um so Einblicke in das Modellieren zu bekommen.
Um die Umwelt wahrzunehmen, wandeln sensorische Neuronen Reize in Erregung um. In primären Sinneszellen mit Axon führt die Erregung zur Generation von Aktionspotentialen. In diesem Experiment leiten die Schüler*innen Aktionspotentiale von sensorischen Neuronen im Bein einer Küchenschabe ab und untersuchen, welchen Einfluss verschiedene Reizvariablen (Reizstärke, Reisdauer, Anzahl der Reize, Reizort oder Reizrichtung) auf die Aktionspotentialentstehung haben. Die Schüler*innen formulieren mit Hilfestellung Fragestellungen und Hypothesen und überprüfen diese experimentell. Da für den Versuch das Bein einer Schabe abgetrennt wird, wird auch die Bedeutung von Tierversuchen diskutiert.
Wissenschaftler*innen nutzen Modelle, die Abbilder der Realität sind, u.a. zur Überprüfung von Hypothesen oder auch zu Veranschaulichung in der Wissensvermittlung. In diesem Versuch arbeiten die Schüler*innen mit dem so genannter Retina-Chip, der von der Arbeitsgruppe von Tobi Delbrück an der ETH Zürich entwickelt wurde. Der Retina-Chip simuliert das Aktionspotentialmuster von Ganglienzellen in der Retina. In diesem Versuch untersuchen die Schüler*innen den Einfluss verschiedene Reizvariablen (Reizstärke, Reizgröße, oder Reizort) auf die Aktionspotentialentstehung und stellen fest, dass schon wenige Synapsen nach der Sinneszelle, eine Verarbeitung der Reizinformation stattgefunden hat.
Die Neurobiologie versucht die Grundlagen des Lernens auf neuronaler Ebene zu verstehen. So wird z.B. gefragt, welche Proteine spielen eine Rolle beim Lernen? Gibt es Substanzen, die das Abnehmen der Lernerinnerungsfähigkeit im Alter vermindern können? Um dieses Fragen zu beantworten, wird häufig an Modelorganismen, wie der Fruchtfliege Drosophila melanogaster oder der Maus, geforscht. Diese müssen jedoch zeigen, ob sie lernen können. Die klassische Konditionierung ermöglicht dieses. In diesem Versuch konditionieren die Schüler*innen die Fruchtfliegenlarven mit zwei verschiedenen Düften, von denen einer belohnt wird.
