Björn Brembs Freie Universität Berlin

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1 Björn Brembs Freie Universität Berlin http://bjoern.brembs.net/downloads57.html

2 Gedächtnis Deklarativ (explizit) SemantischEpisodisch Nicht-deklarativ (implizit) PrimingNicht-assoziativ Sensitisierung Habituation Assoziativ (prädiktiv) Klassische Konditionierung Operante Konditionierung Was ist Lernen? Lernen ist der Gedächtnis-bildende Prozess

3 Assoziatives Lernen: Klassisches Konditionieren Pavlov‘s HundStimulus Substitution UR

4 Klassisches Konditionieren Wichtig!  CS: conditioned stimulus (Glocke)  US: unconditioned stimulus (Futter)  UR: unconditioned response (Speicheln)  CR: conditioned response (Speicheln) Wo im Gehirn findet Lernen statt? CS-US Konvergenz-Punkt!

5 Lernen in weniger komplexen Systemen Aplysia californica (See-Hase)

6 US UR CS des Kiemen-Rückziehreflexes von Aplysia Klassisches Konditionieren UR CS/US Konvergenzpunkt! a p

7 Was passiert am CS-US Konvergenzpunkt? Vorher:Nachher: AP Verbreiterung: Prä-synaptischer Mechanismus Prä-Synapse Post-Synapse Bahnung von sensori-motorischen Synapsen US CS UR CS/US Konvergenzpunkt:

8 Molekulares Lernen Starke Reaktion US CS UR Molekulare Konvergenz von CS und US! Koinzidenzdetektor AP-Verbreiterung Die Präsynapse während des Lernens (CS+US Paarung)

9 Klassisches Konditionieren Olfaktorisches Lernen in Drosophila Furchtlernen in Ratten und Mäusen Lidschlussreflex in Kaninchen PER Konditionierung bei Bienen uvm. Mittlerweile sind die molekularen, neuronalen und Netzwerk-Mechanismen des klassischen Konditionierens sehr weit erforscht (und i.A. prüfungsrelevant!). Diese Mechanismen scheinen in allen Tierarten von der Schnecke bis zum Menschen prinzipiell sehr ähnlich abzulaufen (evolutionär konserviert)

10 Patient H.M. (*1926) 1953: Medianer Schläfenlappen

11 Motorisches Lernen des Patienten HM H.M. zeigt normales motorisches Lernen Schwere anterograde Amnesie Partielle retrograde Amnesie Intaktes Arbeits-Gedächtnis Patient H.M. (*1926) Selektive Störung des deklarativen Gedächtnisses H.M.: Magnetresonanz Tomographie

12 Wissenschaft und Kultur: Memento

13 Deklaratives Lernen: Hippocampus

14 Hippocampus: LTP Eine Form des zellulären Gedächtnisses

15 LTP: Postsynaptische Mechanismen Nur Glutamat-Ausschüttung → der Kanal öffnet sich bleibt aber durch Mg verstopft Glu-Ausschüttung mit gleichzeitiger Depolarisation des postsynaptischen Neurons → Ca 2+ und Na + strömen ein. Der intrazelluläre Anstieg des Ca 2+ führt zu einer lang anhaltenden Verstärkung der Synapse (Langzeit-Potenzierung; LTP) Der NMDA-Rezeptor als molekularer Koinzidenzdetektor

16 LTP/LTD: Rezeptor-Umsatz Neuropsychopharmacology (2007) 3, 18-41 doi:10.1038/sj.npp.1301559 Ein- und Auslagerung von nicht-NMDA-Rezeptoren

17 LTP: Präsynaptische Mechanismen NO ist ein gasförmiger Transmitter, der auch zur Präsynapse diffundiert (retrograder Transmitter) und dort über cGMP-abhängige Prozesse zu einer anhaltenden Verstärkung der Transmitterausschüttung führt.

18 Kurzzeit-Gedächtnis: Verstellung der synaptischen Über- tragung mit den vorhandenen Strukturen und Molekülen: Dendriten, Axone, Synapsen Langzeit-Gedächtnis: Spezifische Aktivierung von Genen, Neubildung von Strukturen: Zellkern Übergang Kurz- zu Langzeitgedächtnis

19 LTP: Strukturelle Veränderungen

20 Das lineare Modell der Gedächtnisbildung Funktioniert unser Gehirn tatsächlich wie eine Festplatte? Gedächtnis-Konsolidierung

21 Operantes Konditionieren Lernen aus Verhaltenskonsquenzen: Skinner-Box Gewohnheitslernen / Drogenabhängigkeit Basalganglien (Striatum) Aber: Molekulare Gundlagen unbekannt (versch. v. kK!) Mechanismen für spontanes Verhalten unbekannt Kein einheitlicher Prozess

22 Interaktion multipler Gedächtnis-Systeme Verschiedene Lernformen interagieren –Hippocampus-Manipulationen können operantes Hebeldrücken verbessern –Klassisch-Instrumenteller Transfer (PIT) –Vortrag: http://bjoern.brembs.net/downloads58.html http://video.google.com/videoplay?docid=-3724053082247932985&hl=en  Ähnliche Lernsituation können auf unterschiedlichen Prozessen basieren  Die gleiche Lernsituation kann zu Beginn und Ende des Lernens auf unterschiedlichen Prozessen basieren Gedächtnis das lange nach seinem Erwerb abgerufen wird ist oft unabhängig von der Struktur, mit der es erworben wurde („systemische Konsolidierung“; s. Patient H.M.). Erinnern, Vergessen, Neulernen und Umlernen sind komplexe Prozesse, die zum Teil ein Auflösen und eine „Re- Konsolidierung“ des Gedächtnisses zur Folge haben. Lernen beruht auf einer Vielzahl von Mechanismen