Summationen erkennen, Potenziale addieren, Messreihen deuten — und herausfinden, warum viele Impulse nicht automatisch viel Erregung bedeuten.
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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
Welche Summation liegt vor?
AFB I
Ordnen Sie jede Situation der passenden Art der Summation zu.
Ziehen Sie jede Karte in den passenden Korb — oder wählen Sie sie mit Enter aus und drücken Sie dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1zeitliche Summation
2räumliche Summation
3keine Summation
Zeitliche Summation: dieselbe Synapse in kurzen Abständen. Räumliche Summation: verschiedene Synapsen gleichzeitig — auch die Verrechnung von EPSP und IPSP ist räumlich. Liegen viele Millisekunden dazwischen, ist das erste PSP abgeklungen, bevor das zweite ankommt.
Prüfen Sie zuerst: eine Synapse oder mehrere?
Ein PSP ist nach einigen zehn Millisekunden abgeklungen.
A2
Eigenschaften postsynaptischer Potenziale
AFB I
Nennen Sie alle Eigenschaften, die auf EPSP und IPSP zutreffen.
Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
PSP sind abgestuft, klingen ab und lassen sich summieren; sie entstehen an ligandengesteuerten Kanälen. Alles-oder-nichts, Refraktärzeit und verlustfreie Weiterleitung kennzeichnen das Aktionspotenzial.
Vergleichen Sie PSP mit dem AP: Was unterscheidet sie?
Vier Aussagen sind richtig.
A3
Begriffe der Verrechnung
AFB I
Geben Sie zu jedem Begriff die passende Beschreibung an, indem Sie beide verbinden.
Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Der Axonhügel verrechnet die elektrotonisch eintreffenden PSP. IPSP ziehen ab, räumliche Summation addiert gleichzeitige Signale, und das Ergebnis erscheint als AP-Frequenz.
Beginnen Sie mit den Begriffen, die Sie sicher kennen.
Die AP-Frequenz gibt an, wie viele Aktionspotenziale in einer Sekunde entstehen.
A4
Vier Synapsen, eine Zelle
AFB II
An einem Neuron (Ruhepotenzial −70 mV, Schwellenwert −50 mV) erzeugen vier Synapsen am Axonhügel diese Potenzialänderungen: S1 +7 mV, S2 +5 mV, S3 +9 mV, S4 (hemmend) −6 mV. Berechnen Sie das Membranpotenzial am Axonhügel, wenn die genannten Synapsen gleichzeitig aktiv sind (vereinfachend: vollständige Addition).
Füllen Sie alle Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
aktive Synapsen
Membranpotenzial in mV
S1 und S2
S1, S2 und S3
S1, S2, S3 und S4
S3 und S4
−70 + 7 + 5 = −58 mV; + 9 ergibt −49 mV und damit ein AP; mit S4 −55 mV, das AP bleibt aus; S3 und S4 allein: −70 + 9 − 6 = −67 mV. Real addieren sich PSP nicht ganz vollständig; das Modell zeigt das Prinzip.
Starten Sie immer beim Ruhepotenzial und addieren Sie die Änderungen mit Vorzeichen.
Ein IPSP geht mit negativem Vorzeichen in die Summe ein.
A5
Wie dicht müssen die Impulse kommen?
AFB II
Ein EPSP hebt das Potenzial am Axonhügel um 12 mV und klingt danach so ab, dass es alle 5 ms auf die Hälfte sinkt (vereinfachtes Modell). Ein zweites, gleich großes EPSP derselben Synapse soll zusammen mit dem Rest des ersten den Schwellenwert (20 mV über dem Ruhepotenzial) erreichen. Bestimmen Sie den größten Abstand zwischen beiden EPSP.
Schieben Sie den Regler auf Ihre Antwort — Pfeiltasten bewegen ihn schrittweise. Nach dem Prüfen sehen Sie den Trefferbereich.
0 ms10 ms
Der Rest des ersten EPSP muss mindestens 8 mV betragen: 12 · 0,5^(Δt/5) ≥ 8, also 0,5^(Δt/5) ≥ 2/3. Das gilt bis Δt ≈ 2,9 ms (nach 5 ms wäre nur noch 6 mV übrig). Zeitliche Summation verlangt also sehr dicht aufeinanderfolgende Impulse.
Wie groß muss der Rest des ersten EPSP noch sein, wenn das zweite eintrifft?
Nach 5 ms sind noch 6 mV übrig — das reicht nicht. Die Lösung liegt also unter 5 ms.
A6
Vom Transmitter zum Ausgangssignal
AFB II
Stellen Sie den Weg vom Eintreffen zweier Signale bis zur Weiterleitung dar, indem Sie die Bausteine in die richtige Reihenfolge bringen. Zwei Bausteine gehören nicht dazu.
Klicken Sie die Bausteine in der richtigen Reihenfolge an — sie wandern nacheinander in die Plätze. Ein Klick auf einen belegten Platz gibt den Baustein zurück.
Die PSP entstehen an den Synapsen, breiten sich passiv mit Abschwächung aus und werden am Axonhügel summiert; erst dort entsteht bei Erreichen des Schwellenwerts ein AP. Am Dendriten entstehen im Modell keine APs, und APs werden nicht addiert.
Am Anfang steht die Wirkung des Transmitters an der Postsynapse.
APs entstehen am Axonhügel, nicht am Dendriten.
A7
Hemmung am richtigen Ort
MixAFB II
Eine Nervenzelle erhält eine GABA-Synapse am Soma direkt neben dem Axonhügel und eine zweite ganz außen am Dendriten. Beide öffnen Cl⁻-Kanäle. Erläutern Sie die Wirkung, indem Sie jede Lücke passend füllen.
Wählen Sie in jedem Menü den passenden Eintrag. Alle Felder müssen stimmen.
Frage
Antwort
Welches Ion strömt an beiden Synapsen ein?
Wie verändert sich dabei das Membranpotenzial?
Welche der beiden Synapsen verringert die Summe am Axonhügel stärker?
Warum?
Was bewirkt die somatische Hemmung für erregende Eingänge am ganzen Dendriten?
Beide GABA-Synapsen erzeugen durch Cl⁻-Einstrom IPSP (Unterkapitel hemmende Synapse). Das somatische IPSP erreicht den Axonhügel fast ungeschwächt und liegt „auf dem Weg“ aller dendritischen EPSP — es dämpft sie alle. Das ferne IPSP wird unterwegs stark abgeschwächt.
Wiederholen Sie den Ablauf an einer GABA-Synapse.
Elektrotonische Ausbreitung schwächt Potenziale mit der Entfernung ab.
A8
Trickaufgabe: Viele Impulse, viel Erregung?
TrickAFB III
Eine Synapse erzeugt am Axonhügel EPSP von je 8 mV, die nach etwa 20 ms vollständig abgeklungen sind. Die präsynaptische Zelle feuert eine Sekunde lang mit 20 APs pro Sekunde. Ein Schüler behauptet: „20 EPSP zu je 8 mV ergeben 160 mV — das Neuron ist dauernd erregt.“ Widerlegen Sie die Behauptung, indem Sie das höchste Membranpotenzial am Axonhügel angeben (Ruhepotenzial −70 mV).
Rechnen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
mV
Bei 20 APs pro Sekunde kommen die EPSP im Abstand von 50 ms. Jedes ist abgeklungen, bevor das nächste eintrifft — es gibt keine zeitliche Summation. Das Potenzial erreicht jedes Mal nur −70 + 8 = −62 mV und bleibt unter dem Schwellenwert. Entscheidend ist nicht die Zahl der Impulse, sondern ihr Abstand.
Berechnen Sie zuerst den zeitlichen Abstand zweier Impulse.
Vergleichen Sie diesen Abstand mit der Dauer eines EPSP.
A9
Messreihen deuten
AFB III
An einem Neuron wurden die Potenziale am Axonhügel bei verschiedenen Reizungen gemessen (Modellwerte, Ruhepotenzial −70 mV, Schwellenwert −50 mV). Legen Sie sich für jede Messung fest, welche Summation die Daten belegen.
Setzen Sie in jeder Zeile genau ein Kreuz. Enter setzt und löscht.
Messung
zeitliche Summation
räumliche Summation
keine Summation
Eingang P einmal: −65 mV; Eingang P zweimal im Abstand von 3 ms: −60 mV
Eingang P allein: −65 mV; Eingang Q allein: −66 mV; beide gleichzeitig: −61 mV
Eingang P zweimal im Abstand von 150 ms: jedes Mal −65 mV
Eingang P allein: −65 mV; Eingang P und hemmender Eingang H gleichzeitig: −69 mV
Eingang Q dreimal im Abstand von 2 ms: AP bei der dritten Reizung
Zeitlich: derselbe Eingang in kurzem Abstand ergibt einen größeren Ausschlag (1, 5). Räumlich: verschiedene Eingänge gleichzeitig — auch die Verrechnung mit einem hemmenden Eingang (2, 4). Bei 150 ms Abstand ist das erste EPSP abgeklungen (3).
Achten Sie darauf, ob derselbe oder verschiedene Eingänge gereizt wurden.
Ein hemmender Eingang gleichzeitig mit einem erregenden ist ebenfalls ein Fall räumlicher Summation.
A10
Ein Lernplakat zur Verrechnung
AFB III
Eine Gruppe hat ein Lernplakat zur neuronalen Verrechnung gestaltet. Überprüfen Sie die Aussagen.
In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Drei Fehler: PSP werden abgeschwächt, APs haben stets dieselbe Amplitude (codiert wird über die Frequenz), und die Definitionen von räumlicher und zeitlicher Summation sind vertauscht.
Prüfen Sie jede Aussage mit dem Unterschied zwischen PSP und AP.
