Codes zuordnen, Frequenzen berechnen, Signalwege durchspielen — und klären, warum ein stärkeres Signal keine größeren Aktionspotenziale erzeugt.
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Übungsaufgaben
Zehn Übungen zum Klicken, Zuordnen, Rechnen und Knobeln — von AFB I bis AFB III, mit einer Mix-Aufgabe aus früheren Unterkapiteln und einer Trickaufgabe. Jede Übung gibt sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen die gestuften Tipps.
A1
Amplitude oder Frequenz?
AFB I
Ordnen Sie jedes Merkmal der Amplitudencodierung, der Frequenzcodierung oder beiden zu.
Ordnen Sie jedes Merkmal einem der drei Bereiche zu. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, dann 1–3 für den Bereich, 0 zurück.
1 nur Amplitudencodierung
2 beide
3 nur Frequenzcodierung
Amplitudencodierung nutzt abgestufte, lokale Potenziale, die sich nur passiv ausbreiten und dabei abnehmen. Frequenzcodierung nutzt gleich hohe APs, deren Anzahl je Sekunde durch die Refraktärzeit begrenzt ist. Beide sind Membranpotenzialänderungen, die Signalstärken verschlüsseln.
Überlegen Sie für jedes Merkmal, ob es für abgestufte Potenziale oder für Aktionspotenziale gilt.
Drei Merkmale gehören nur zur Amplitude, zwei zu beiden.
A2
Begriffe zur Codierung
AFB I
Geben Sie zu jedem Begriff die passende Beschreibung an.
Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Die zwei Umcodierungsorte sind der Axonhügel (Amplitude → Frequenz) und das Endknöpfchen (Frequenz → Transmittermenge → Amplitude des postsynaptischen Potenzials). Die Refraktärzeit begrenzt die AP-Frequenz.
Trennen Sie Orte von Größen und Zeitspannen.
Das Endplattenpotenzial gehört zur neuromuskulären Synapse.
A3
Takt eines Motoneurons
AFB I
Die Aktionspotenziale eines Motoneurons folgen in gleichmäßigen Abständen von 12,5 ms aufeinander. Berechnen Sie die AP-Frequenz.
Rechnen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Hz
Frequenz = 1 : Abstand = 1 : 0,0125 s = 80 Hz. Achten Sie darauf, Millisekunden in Sekunden umzurechnen.
Wie viele Abstände von 12,5 ms passen in eine Sekunde?
1 s = 1000 ms; 1000 : 12,5 = ?
A4
Vom EPSP zum EPSP
AFB II
Beschreiben Sie den Weg eines starken Signals durch eine Nervenzelle bis zur nächsten, indem Sie die Schritte ordnen.
Ziehen Sie die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Ein großes EPSP entsteht an einem Dendriten.
2Die Depolarisation breitet sich passiv zum Axonhügel aus und wird dabei kleiner.
3Am Axonhügel liegt sie deutlich über dem Schwellenwert.
4Eine AP-Folge hoher Frequenz entsteht und läuft das Axon entlang.
5Im Endknöpfchen strömt je Zeit viel Ca²⁺ ein.
6Viele Vesikel setzen ACh frei.
7In der Folgezelle entsteht ein großes EPSP.
Amplitude (EPSP) → Frequenz (Axonhügel, Axon) → Ca²⁺-Einstrom und Transmittermenge (Endknöpfchen) → Amplitude (EPSP der Folgezelle). Die passive Ausbreitung schwächt das Potenzial ab — deshalb entscheidet, was am Axonhügel noch ankommt.
Beginnen Sie am Dendriten und enden Sie in der nächsten Zelle.
Die Ca²⁺-Ionen kommen vor der ACh-Freisetzung.
A5
Grenzen der Frequenz
AFB II
Für ein Axon gilt (Modellwerte): absolute Refraktärzeit 2 ms. Ein Signal dauert 0,4 s. Bestimmen Sie die gesuchten Größen.
Rechnen Sie die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
theoretische Höchstfrequenz des Axons:Hz
Anzahl der APs während des Signals bei dieser Höchstfrequenz:APs
Abstand zweier APs bei einer gemessenen Frequenz von 125 Hz:ms
Anzahl der APs während des Signals bei 125 Hz:APs
Mindestabstand 2 ms → höchstens 1000 : 2 = 500 APs je Sekunde; in 0,4 s also 200. Bei 125 Hz: 1000 : 125 = 8 ms Abstand und 125 · 0,4 = 50 APs. Echte Axone erreichen die theoretische Grenze kaum, weil während der relativen Refraktärzeit nur stärkere Depolarisationen ein AP auslösen.
Ein AP je Refraktärzeit ist das Maximum.
Anzahl = Frequenz · Dauer in Sekunden.
A6
Ein Befehl an den Wadenmuskel
AFB II
Ein Motoneuron im Rückenmark soll den Wadenmuskel kräftiger anspannen. Erläutern Sie Schritt für Schritt, wie diese Information codiert wird.
Spielen Sie den Weg Schritt für Schritt durch: Was ist jetzt richtig? Nur die richtige Karte bringt Sie weiter.
Die Stärke des Befehls wird am Axonhügel in eine höhere AP-Frequenz umgesetzt, an der Endplatte in mehr ACh je Zeit und an der Muskelfaser in dicht aufeinanderfolgende Erregungen, deren Zuckungen verschmelzen.
Die Höhe eines AP ist nie die Antwort.
Denken Sie an die Rolle von Ca²⁺ im Endknöpfchen.
A7
Warum die Refraktärzeit bremst
MixAFB II
Begründen Sie mit Ihrem Wissen über das Aktionspotenzial und die Synapse, warum die AP-Frequenz begrenzt ist und wie sie an der Synapse wirkt. Zwei Wörter bleiben übrig.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Nach der Depolarisation sind die spannungsgesteuerten für kurze Zeit inaktiviert; in dieser absoluten kann kein neues AP entstehen. In der relativen Refraktärzeit ist die Membran zusätzlich , sodass nur eine stärkere Depolarisation ein AP auslöst. An der Synapse öffnet jedes AP ; die Vesikel verschmelzen mit der präsynaptischen Membran und geben ACh durch frei. Die baut ACh im Spalt rasch ab, sodass jedes AP ein eigenes, kurzes Signal bleibt.
Die Inaktivierung der Na⁺-Kanäle (Kapitel Aktionspotenzial) setzt den Mindestabstand zweier APs. Die ACh-Freisetzung per Exocytose und der schnelle Abbau durch die Acetylcholinesterase (Kapitel cholinerge Synapse) sorgen dafür, dass die Synapse jedem einzelnen AP folgen kann.
Welche Kanäle sind nach der Spitze eines AP „verschlossen“?
Ausschüttung aus Vesikeln heißt Exocytose, Aufnahme Endocytose.
A8
Trickaufgabe: Stark gleich groß?
TrickAFB III
Zwei Messungen am selben Axon: Bei Signal A (leichte Berührung) und Signal B (fester Druck) werden APs registriert. Beurteilen Sie die Aussagen.
6 Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann starten Sie die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 6
Die Falle: sich „stärker“ als „höher“ vorzustellen. Am Axon bleibt die Höhe gleich; nur Frequenz und Dauer der AP-Folge ändern sich. Erst jenseits der Synapse wird Stärke wieder zur Höhe.
Die Höhe eines AP wird durch Ionenverteilungen festgelegt, nicht durch den Reiz.
Drei Aussagen stimmen.
A9
Ein Referat mit Fehlern
AFB III
Ein Schüler hat Stichpunkte für ein Referat zur Codierung notiert. Überprüfen Sie seine Aussagen.
In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Drei Fehler: EPSP laufen nicht über das Axon, die Transmitterfreisetzung wird durch Ca²⁺ ausgelöst, und die Grenze der Frequenz setzt die Refraktärzeit.
Prüfen Sie bei jeder Zeile: Welcher Ort, welches Ion, welche Ursache?
Drei Zeilen sind falsch.
A10
Magnesium im Spalt
AFB III
In einem Versuch wird die Außenlösung an einer Synapse mit Mg²⁺ angereichert. Mg²⁺ vermindert den Ca²⁺-Einstrom in die Endknöpfchen, wirkt aber nicht auf das Axon. Das präsynaptische Axon feuert wie vorher mit 100 Hz. Legen Sie sich für jede Größe fest, wie sie sich ändert.
Setzen Sie in jeder Zeile das passende Kreuz — hier ist es genau eins pro Zeile. Enter setzt und löscht.
Größe
steigt
bleibt gleich
sinkt
AP-Frequenz im präsynaptischen Axon
Höhe der präsynaptischen APs
Ca²⁺-Einstrom je AP
freigesetzte ACh-Menge je AP
Amplitude des EPSP in der Folgezelle
AP-Frequenz der Folgezelle
Das Axon ist unbeeinflusst: Frequenz und AP-Höhe bleiben gleich. Weniger Ca²⁺ je AP bedeutet weniger ACh und kleinere EPSP. Die kleinere Depolarisation am Axonhügel der Folgezelle wird in eine niedrigere Frequenz übersetzt — die Information „stark“ kommt geschwächt an.
Verfolgen Sie die Kette: Axon → Endknöpfchen → Spalt → Folgezelle.
Nur die ersten beiden Größen liegen vor dem Angriffsort von Mg²⁺.
