Lernen aus Neurobiologischer Sicht

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Some basics in the neurobiology of learning and memory.

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Lernen aus Neurobiologischer Sicht

  1. 1. Wie Nervenzellen Gedächtnisspuren ablegen -Lernen aus neurobiologischer Sicht<br />Björn Brembs<br />Freie Universität Berlin<br />http://brembs.net<br />
  2. 2. Wer wir sind<br />Gelernt oder geerbt?<br />
  3. 3. Gerlernt - geerbtkeinsinnvollerKontrast<br />Futter- Übelkeit<br />VERMEIDUNG DES FUTTERS<br />Ton- Schock<br />SCHRECKREAKTION BEI TONGABE<br />Ton- Übelkeit<br />KEIN EFFEKT<br />Futter- Schock<br />KEIN EFFEKT<br />Garcia Effekt<br />
  4. 4. Drei Faktoren steuern Verhalten<br />
  5. 5. Adenylatzyklase (rutabaga-Gen)<br />Ligand<br />(Rutabaga)<br />G-Protein<br />
  6. 6. UR<br />Pavlov‘s Hund<br />Stimulus Substitution<br />Klassisches Konditionieren<br />
  7. 7. Klassisches Konditionieren<br />Wichtig!<br /><ul><li>CS: conditionedstimulus (Glocke)
  8. 8. US: unconditionedstimulus (Futter)
  9. 9. UR: unconditionedresponse (Speicheln)
  10. 10. CR: conditionedresponse (Speicheln)</li></li></ul><li>Aktionspotential (Ca2+)<br />Axon<br />Präsynapse<br />Vesikel mit<br />Transmitter<br />Postsynapse<br />Rezeptormoleküle<br />Synaptische Plastizität<br />
  11. 11. Die Meeresschnecke Aplysia<br />Die Fruchtfliege Drosophila<br />Die Honigbiene<br />DreiModellorganismenzumStudiumderzellulärenVorgängenbeim<br />Lernen und derGedächtnisbildung<br />Was machen Neuronen beim Lernen?<br />
  12. 12. Eric Kandel: Aplysia<br />
  13. 13. Aplysia californica(See-Hase)<br />
  14. 14. US<br />p<br />a<br />UR<br />CS-US<br />Konvergenzpunkt!<br />CS<br />UR<br />Klassisches Konditionieren<br />
  15. 15. Vorgänge am CS-US Konvergenzpunkt<br />Bahnung von sensori-motorischen Synapsen<br />Vorher:<br />Nachher:<br />US<br />UR<br />CS<br />Prä-Synapse<br />AP Verbreiterung:<br />Prä-synaptischer Mechanismus<br />Post-Synapse<br />SN: Sensorisches Neuron<br />MN: Motor-Neuron<br />IN: Interneuron<br />
  16. 16. Adenylatzyklase (rutabaga-Gen)<br />Ligand<br />(Rutabaga)<br />G-Protein<br />
  17. 17. Molekulares Lernen<br />UR<br />US<br />Starke Reaktion<br />CS<br />UR<br />US<br />AP-Verbreiterung<br />Konvergenz von CS und US am molekularen Koinzidenzdetektor<br />CS<br />
  18. 18. Bailey C. et.al. PNAS 1996;93:13445-13452<br />©1996 by The National Academy of Sciences of the USA<br />Langzeit-Gedächtnis<br />Kiemenrückzug<br />Tage nach dem Training<br />
  19. 19. Klassisches Konditionieren<br />Olfaktorisches Lernen in Drosophila<br />Furchtlernen in Ratten und Mäusen<br />Lidschlussreflex in Kaninchen<br />PER Konditionierung bei Bienen<br />u.v.m.<br />Mittlerweile sind die molekularen, neuronalen und Netzwerk-Mechanismen des klassischen Konditionierens sehr weit erforscht.<br />Diese Mechanismen scheinen in allen Tierarten von der Schnecke bis zum Menschen prinzipiell sehr ähnlich abzulaufen (evolutionär konserviert)<br />
  20. 20. Patient H.M. (1926-2009)<br />1953:<br />Medianer Schläfenlappen<br />
  21. 21. <ul><li> Schwere anterograde Amnesie
  22. 22. Partielle retrograde Amnesie
  23. 23. Intaktes Arbeits-Gedächtnis</li></ul>Henry Molaison, 1970s<br />Motorisches Lernen des Patienten HM<br />Selektive Störung des<br />deklarativen Gedächtnisses<br />H.M. zeigtnormalesmotorischesLernen (operant!)<br />Patient H.M. (1926-2009)<br />
  24. 24. Memento<br />
  25. 25. Deklaratives Lernen: Hippocampus<br />
  26. 26. Hippocampus-Scheiben im Labor<br />Ableitelektrode<br />Reizelektrode<br />(Ratte!)<br />
  27. 27. Hippocampus: LTP<br />
  28. 28. -<br />-<br />-<br />+<br />+<br />+<br />-<br />-<br />-<br />+<br />+<br />+<br />Cytoplasma<br />SynaptischerSpalt<br />Cytoplasma<br />SynaptischerSpalt<br /> Ca++<br />Gly<br />Gly<br /> Ca++<br /> Mg++<br /> Ca++<br /> Mg++<br />Glu<br />+<br />+<br />+<br />+<br />-<br />-<br />-<br />-<br />+<br />+<br />+<br />+<br />-<br />-<br />-<br />-<br />Glu<br />Glutamatplus<br />Depolarisation<br />Glutamatalleine<br />NMDA-Rezeptoren (Glutamat)<br />
  29. 29. LTP: Postsynaptische Mechanismen<br />Vorher<br />Training<br />Nachher<br />wenig Weiterleitung<br />Weiterleitung<br />Weiterleitung<br />
  30. 30. LTP Variationen<br />„assoziatives“ LTP<br />
  31. 31. Kurzzeit-Gedächtnis:<br />Verstellung der <br />synaptischen Über-<br />tragung mit den <br />vorhandenen<br />Strukturen und<br />Molekülen: Dendriten, Axone, Synapsen<br />Langzeit-Gedächtnis:<br />Spezifische Aktivierung von Genen, Neubildung von Strukturen: Zellkern<br />Übergang Kurz- zu Langzeitgedächtnis<br />
  32. 32. LTP: Strukturelle Veränderungen<br />
  33. 33. Das lineare Modell der Gedächtnisbildung<br />Funktioniert unser Gehirn tatsächlich wie eine Festplatte?<br />Gedächtnis-Konsolidierung<br />
  34. 34. Drosophila im stationären Flug<br />
  35. 35. Verhaltenskonsequenzen<br />operant<br />klassisch<br />
  36. 36. Adenylatzyklase (rutabaga-Gen)<br />Ligand<br />(Rutabaga)<br />G-Protein<br />
  37. 37. Ein neuartiger Lernmechanismus<br />rut-AC <br />(Synaptische Plastizität)<br />Protein Kinase C<br />Notwendig<br />Nicht notwendig<br />klassisch<br />Notwendig<br />Nicht notwendig<br />operant<br />
  38. 38. Mehrere Lernsysteme<br />Reicht synaptische Plastizität nicht aus?<br />
  39. 39. Interagierende Lernsysteme<br />klassisch<br />+<br />operant<br />Generalisierung,<br />Gewohnheitslernen<br />klassisch<br />Learning-by-doing<br />
  40. 40. Reziproke, hierarchische Interaktionen<br />Facilitation: Learning-by-doing<br />Inhibition: Reguliert Gewohnheitslernen/Generalisierung<br />
  41. 41. Lassen sich tatsächlich Erkenntnisse aus der Neurobiologie einfacher, assoziativer Lernvorgänge in Tieren auf schulisches Lernen anwenden?<br />Neurobiologie und Schule<br />
  42. 42. Ich wünsche Ihrem Gehirn und dem Ihrer<br />Schüler weiterhin viel Spass beim Lernen.<br />Lassen Sie ihm den Spass!<br />Buch und Film von dem wohl bedeutsamsten lebenden Neurowissenschaftler, Eric Kandel<br />Vielen Dank!<br />2006<br />

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