Lernen durch Bahnung (Synapse, räumlich, zeitlich) – implizites Gedächnis

Neuronales Training: Lernen durch Bahnung

Wenn Neuronen an Lernprozessen beteiligt sind, ändert sich ihr Aufbau und ihre Funktionen. Umso häufiger ein neuronaler Weg benutzt wird, desto intensiver und effektiver erfolgt der Informationsfluss zwischen den beteiligten Nervenzellen. Wärend diesem Prozess werden räumlich oder zeitlich zusätzliche exzitatorisches postsynaptische Potenziale[1]  (EPSPs) erzeugt. Die Abbildung stellt dies nochmal deutlich dar:

 Bei einer Beobachtung der Meeresschnecke (Aplysia) kann man nach längerem Training die Veränderung eines mechanosensorischen Neurons feststellen. Man kann erkennen, dass

durch die Intensivierung des Informationflusses die Synapsenzahl deutlich ansteigt.                                                                                                                

(Siehe Abb.)

 Anhand dieser Abbildung lässt sich schließen, dass eine wiederholte Reizung das Neuron in seiner Funktion verstärkt. Das erkennt man daran, dass nicht nur die Länge der

Verzweigungen, sondern auch die Anzahl der „aktiven“ Synapsen, welche die Verbindung zwischen Neuron und Muskel herstellen, zugenommen hat. 

Eine wiederholte Reizung des mechanosensorischen Neurons führt zur wiederholten Erzeugung von Aktionspotentialen in Form von EPSPs unter der verstärken Ausschüttung von Transmittersubstanzen. Das Neuron Produziert nun vermehrt Transmitter. Langfristig gesehen werden zusätzliche Synapsen gebildet. Auf diese Weise wird das Neuron bei häufiger Reizung die Folgezellen verstärkt aktivieren. Durch die somit entstehende Vermehrung der Synapsen erfolgt eine Bevorzugung dieser Verbindung. 

Grundlegend lässt sich jedoch sagen, dass Lernen als langfristig stabile Verhaltensänderung zu verstehen ist, die sich entweder durch Verstärkung und Präzisierung von Muskelaktivität (Bahnung) oder als Unterlassung einer Muskelaktivität (Gewöhnung) äußert. 

(Zum besseren Verständnis: Bahnungsprozesse sind Verhaltensweisen die sich durch häufiges und regelmäßiges ausüben erlernen lassen wie zum Beispiel: Bewegungsabläufe beim Sport, die gesamte Motorik beim Spielen von Instrumenten, Hand- und Armbewegung beim Schreiben) 

Implizites und explizites Lernen:

Bei einem neutralen Reiz führt die Erregung im sensorischen nerv zur Ausschüttung von nur wenig Transmitter an der Synapse zum Motoneuron[2]   (unterschwellige Erregung). Trifft an dieser Synapse, kurz nachdem sie aktiv war, ein stark erregendes Signal ein, reichern sich Calciumionen in der präsynaptischen Endigung[3]  an. Das führt zu einer Reihe von Veränderungen, die eine vermehrte Transmitterausschüttung mit sich bringt. (Neutraler reiz wird reaktionsauslösend) . Das starke Signal muss dazu kurz nach der Aktivierung der Synapse eintreffen. In der unteren Abbildung stammt es von einem sensorischen Neuron, das Informationen über einen Schmerzreiz transportiert und über ein Interneuron[4]  vermittelt wird. Da die Verstärkung der Synapsenwirksamkeit nur eintritt, wenn sie gerade aktiv war, spricht man von aktivitätsabhängiger Bahnung. 

 Desweiterm unterscheidet man auch zwischen räumliche und zeitliche Summation:

Definition räumliche Summation:

Mehrere Signale (Depolarisation und Hyperpolarisation) verschiedener eingehender Synapsen (hemmend und erregend) werden am Axonhügel miteinander verrechnet.                                              

Übersteigt das verrechnete Potential den Schwellenwert, wird ein AP am Axonhügel ausgelöst.

Definition zeitliche Summation:

Eine Synapse vermittelt mehrere Impulse hintereinander. Die graduierten Potenziale (PsPs) werden am Axonhügel miteinander verrechnet. Übersteigt das verrechnete Potenzial des Schwellenwert wird am Axonhügel ein AP ausgelöst.

Langzeitpotenzierung/ Synaptische Bahnung: 

Wenn am synaptischen Endköpfchen eine Erregung zu bemerken ist, depolarisiert sie die präsynaptische Membran. Daraufhin öffenen sich dort spannungsabhängige Calcium-Ionen-Kanäle (1). Durch diese strömen dann Calcium-Ionen in das Cytoplasma des Endköpfchens. In diesem gibt es eine große Zahl von membranumhüllten Synaptischen Bläschen.  Durch den Anstieg der Calcium-Ionen-Konzentration verschmelzen einige der Vesikel mit der präsynaptischen Membran(2) und entlassen ihren Inhalt in den synaptischen Spalt. Neben dem Acetylcholin gibt es eine Vielzahl weiterer Substanzen, die als Transmitter wirken können. Die Vesikelmembran geht anschließend in der präsynaptischen Membran auf.                           

Die Transmittermoleküle diffundieren (eindringen) durch den synaptischen Spalt und erreichen sehr schnell auch die postsynaptische Membran(3).                                                             

Dort besetzen sie für etwa eine Millisekunde die Acetylcholin-Rezeptoren von Ionenkanälen.    

Durch die Bindung öffnen sich die Kanäle für diese Zeit und lassen Natrium Ionen durch(4), weshalb die postsynaptische Membran depolarisiert wird. Das entstehende postsynaptische Potential (PSP) ist der ausgeschütteten Transmittermenege proportional.

Wie wird nun der Ausgangszustand wieder hergestellt? 

Die Acetylcholinmoleküle lösen sich nach einer Millisekunde wieder vom Rezeptor ab und können auf das Enzym Acetylcholinesterase treffen. Dieses ist sowohl im synaptischen Spalt als auch in der ostsynaptischen Membran vorhanden(5) und spaltet den Transmitter Cholin und Acetationen. Ohne Acetylchloin verändert sich der räumliche Aufbau des Kanals wieder und die Natrium-Ionen können die postsynaptische Membran nicht mehr durchqueren.                              

Die Acetat-Ionen und das Cholin werden vom Endköpfchen aktiv aufgenommen(6).                                

Aus ihnen wird wieder Acetylcholin hergestellt das in Vesikel eingelagert wird(7).

      

Zum besseren Verständnis: http://www.youtube.com/watch?v=1kaYl7GKVoI 

Implizites – explizites Gedächtnis.

An die Erlebnisse vor unserem dritten Lebensjahr kann sich niemand mehr bewusst erinnern.

Die ersten bewussten Erinnerungen beginnen im Alter von drei Jahren.

Unsere bewussten Erinnerungen werden in einem Teil des Gehirns namens Hippocampus gespeichert. Diese Hirnregion reift erst am Ende des dritten Lebensjahres voll aus. Was hier als bewusste Erinnerung abgespeichert ist, wird als explizites Gedächtnis bezeichnet. 

Ein typischer expliziter Gedächtnistest ist das Wiedererkennen. Dabei soll für vorgegebene Personen, Ereignisse oder Gegenstände beurteilt werden, ob diese aus einer bestimmten Lernperiode bekannt sind. Ein Beispiel hierfür wäre die Augenzeugenidentifikation von Tatverdächtigen in einer Bilddatenbank. 

Was wir in unserer frühesten Kindheit erleben, wird in das implizite Gedächtnis eingeschrieben (Priming). Es wirkt bis ins Erwachsenenalter fort. Schon in den ersten 18 Monaten wird der Grundstein für unsere Persönlichkeit gelegt. Jedoch ist das implizite Gedächtnis jener Teil, welcher sich auf das Erleben und Verhalten des Menschen auswirkt, ohne dabei ins Bewusstsein zu treten.

Bei impliziten Gedächtnisprüfungen kann man als Beispiel die Wortidentifikationsaufgabe wählen, dabei sind Wörter nur für wenige Sekunden sichtbar. Jedoch ist zu beobachten, dass deutlich weniger Fehler gemacht werden, wenn die Wörter in einer vorgeschalteten Phase des Experiments bereits einmal gelesen wurden. 

Genauere Drastellung des Impliziten Gedächtnis:

http://www.youtube.com/watch?v=ushQm8v4zmU 

Quellen:

·         http://lexikon.stangl.eu/4253/motoneuron/  

·         http://de.wikipedia.org/wiki/Präsynaptische_Endigung  

·         http://de.wikipedia.org/wiki/Synapse  

·         http://de.wikipedia.org/wiki/Implizites_Gedächtnis  

·         http://lexikon.stangl.eu/2285/implizites-gedaechtnis/  

·         http://www.chemieonline.de/forum/showthread.php?t=169323  

·         http://www.psycho.uni-duesseldorf.de/abteilungen/aap/Dokumente/Handbuch-der-Allgemeinen-Psychologie-2006.pdf  

·         http://www.wie-sagt-man-noch.de/synonyme/diffundieren.html

·         http://www.youtube.com/watch?v=ushQm8v4zmU  

·         http://www.youtube.com/watch?v=1kaYl7GKVoI  

·         weitere Quellen:

·         PDF-Datei

·         Buch: Abitur-Training Biologie 1,

·         Arbeitsblätter 13 LK Herr Schmied

Von: Zinnia Arndt 

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[1] Ein exzitatorisches postsynaptisches Potenzial entsteht bei Depolarisation der postsynaptischen Membran. Erregende postsynaptische Potenziale werden im empfangenden Neuron verarbeitet. Sie unterliegen der räumlichen und zeitlichen Summation.

[2] Motoneurone sind jene Neuronen im menschlichen Nervensystem, die den Muskeln und Drüsen die Informationen vom Zentralnervensystem übermitteln.

[3] Als präsynaptische Endigung – auch Synapsenendknöpfchen, Axonende oder auch Axonterminale – wird das Ende des Axons einer Nervenzelle (Neuron) bezeichnet, sofern es den präsynaptischen Teil einer chemischen Synapse bildet.

[4] Als Interneurone, auch Schaltneurone oder Zwischenneurone, werden Nervenzellen bezeichnet, die mit allen ihren Endknöpfchen (Fortsätzen) in einem konkret definierten Bereich des Zentralnervensystems (ZNS) liegen und dort zwischen zwei oder mehr

Nervenzellen geschaltet sind.