Leitfäden für Lehrkräfte

Alles, was Sie brauchen, um jede Lektion ohne Einarbeitung zu unterrichten: ein 45-Minuten-Plan, was den Schülerinnen und Schülern auffallen sollte, die zu erwartenden Antworten und ein Arbeitsblatt zum Ausdrucken.

Lektion 1
Wie sich eine Fliege einen Duft merkt
Die Schülerinnen und Schüler verfolgen einen Duft von den Rezeptoren bis zu den Zellen, die seine Erinnerung lesen, und zeigen: Wer eine Schicht einer Bahn stummschaltet, schneidet alles dahinter ab.
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Lektion 2
Woher eine Fliege weiß, wohin sie schaut
Die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass ein Ring aus Neuronen die Blickrichtung der Fliege als einen einzigen Fleck von Aktivität festhält und dass die Hemmung durch die Ringneuronen diesen Fleck an seinem Platz hält.
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Lektion 3
Die Flucht in 30 Millisekunden
Die Schülerinnen und Schüler verfolgen einen Reflex von den Augen bis zu den Beinmuskeln in etwa 30 Millisekunden und zeigen, dass die schnelle Flucht an einem einzigen Glied hängt: der Riesenfaser.
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Ein begleitender Kurs

Viele Schülerinnen und Schüler in Israel, die Biologie auf dem höchsten Niveau (5 Einheiten) belegen, besuchen auch den kostenlosen Kurs Das Gehirn: die wunderbarste Maschine von allen (öffnet in einem neuen Tab) der Universität Tel Aviv auf Campus IL, geleitet von Prof. Yossi Yovel und Prof. Yaniv Assaf. Er behandelt Neuronen, Aktionspotenziale und Synapsen ausführlich, und diese Lektionen sind eine praktische Ergänzung dazu. WiredMind ist ein unabhängiges Projekt. Es steht in keiner Verbindung zum Kurs, zur Universität oder zu Campus IL.

Wichtige Begriffe

Grundbegriffe

Neuron: Eine Nervenzelle. Sie empfängt Signale von anderen Zellen. Kommen genug davon zusammen, sendet sie selbst ein Signal.
Aktionspotenzial (Spike): Ein kurzer elektrischer Impuls, der an einem aktiven Neuron entlangläuft, auch Aktionspotenzial oder Spike genannt. In den Lektionen zeigt jedes Aufleuchten einen solchen Impuls.
Synapse: Die Verbindungsstelle, an der ein Neuron sein Signal an das nächste weitergibt. Je mehr Synapsen zwei Zellen verbinden, desto stärker ist ihre Verbindung.
Neurotransmitter: Ein chemischer Stoff, den ein Neuron an einer Synapse ausschüttet, um sein Signal weiterzugeben. Manche Neurotransmitter erregen die nächste Zelle, andere hemmen sie.
Erregung: Ein Signal, das das nächste Neuron zum Feuern drängt.
Hemmung: Ein Signal, das das nächste Neuron vom Feuern abhält. Ein Netzwerk braucht Hemmung, um stabil und genau zu bleiben.
Acetylcholin: Der wichtigste erregende Neurotransmitter im Gehirn der Fliege. In den Lektionen erregen Zellen, die ihn ausschütten, die Zellen, mit denen sie verbunden sind.
GABA: Ein hemmender Neurotransmitter, bei Fliegen und bei Menschen. In den Lektionen dämpfen Zellen, die GABA ausschütten, die Zellen, mit denen sie verbunden sind.
Neuronaler Schaltkreis: Eine Gruppe von Neuronen, die für eine Aufgabe miteinander verschaltet sind, zum Beispiel einen Duft erkennen oder einen Sprung auslösen.
Konnektom: Der vollständige Schaltplan eines Nervensystems: jedes Neuron und jede Synapse dazwischen. Die Lektionen laufen auf dem Konnektom einer echten Fruchtfliege.
Stimulieren: Der Knopf der Lektion, der eine Gruppe von Zellen kurz feuern lässt, ähnlich wie Forschende ausgewählte Zellen mit Licht einschalten.
Stummschalten: Der Knopf der Lektion, der eine Gruppe von Zellen am Feuern hindert. So zeigt sich, was der Rest des Schaltkreises ohne sie tut.

Lektion 1 · Wie sich eine Fliege einen Duft merkt

Antennen: Die zwei Fühler am Kopf einer Fliege. Mit ihnen riecht die Fliege, so wie du mit deiner Nase riechst.
Duftrezeptoren: Nervenzellen auf den Antennen, die feuern, wenn ein Duft auf ihnen landet. Hier beginnt jeder Duft.
Antennallobus: Die erste Station für Düfte im Gehirn der Fliege. Hier geben die Duftrezeptoren ihr Signal an die Projektionsneuronen weiter.
Projektionsneuronen: Nervenzellen, die das Duftsignal vom Antennallobus tiefer ins Gehirn tragen, bis in den Pilzkörper.
Pilzkörper: Ein pilzförmiger Teil des Insektengehirns. Hier werden Düfte sortiert und Dufterinnerungen gespeichert.
Kenyon-Zellen: Die kleinen Nervenzellen des Pilzkörpers. Jeder Duft schaltet eine andere Handvoll von ihnen ein. So bekommt jeder Duft sein eigenes Muster.
Ausgangsneuronen: Nervenzellen, die das Muster der Kenyon-Zellen lesen und an den Rest des Gehirns weitergeben. In der Forschung heißen sie MBONs, kurz für englisch „mushroom body output neurons“ (Ausgangsneuronen des Pilzkörpers).

Lektion 2 · Woher eine Fliege weiß, wohin sie schaut

Drehneuronen: Nervenzellen, die feuern, wenn sich die Fliege dreht, und den Leuchtfleck um den Kompass schieben. In der Forschung heißen sie P-EN2-Neuronen.
Kompassneuronen: Ein Ring aus Nervenzellen, der festhält, wohin die Fliege gerade schaut. In der Forschung heißen sie E-PG-Neuronen.
Aktivitätsfleck: Der Fleck aktiver Kompassneuronen. Seine Lage auf dem Ring zeigt, wohin die Fliege gerade schaut.
Ringneuronen: Nervenzellen, die dem Kompass melden, was die Fliege sieht, zum Beispiel Landmarken. Sie dämpfen die Kompassneuronen, und das hält den Leuchtfleck an seinem Platz.
Landmarke: Etwas, das die Fliege sieht und das an seinem Platz bleibt, wie die Sonne oder ein Baum. Damit hält die Fliege ihren Richtungssinn stabil.
Protozerebralbrücke: Ein balkenförmiger Teil des Fliegengehirns, die Protozerebralbrücke. Durch sie ziehen sowohl die Kompassneuronen als auch die Drehneuronen.

Lektion 3 · Die Flucht in 30 Millisekunden

Annäherungsneuronen: Nervenzellen hinter den Augen der Fliege. Sie feuern, wenn etwas im Blickfeld schnell größer wird, etwa eine heransausende Fliegenklatsche. In der Forschung heißen sie LC4 und LPLC2.
Riesenfaser: Eine sehr dicke Nervenzelle, die vom Gehirn hinunter ins Bauchmark zieht. Sie leitet das schnellste Fluchtsignal der Fliege. Eine Fliege hat zwei davon, eine auf jeder Seite.
Bauchmark: Das Rückenmark der Fliege, sozusagen: ein Bündel von Nervenzellen in ihrer Brust, das Beine und Flügel steuert.
Sprungneuronen: Motoneuronen, die die Sprungmuskeln der Mittelbeine zum Zusammenziehen bringen, sodass die Fliege in die Luft schnellt.
Reflexbogen: Der Weg eines Reflexes: von sensorischen Neuronen über eine oder mehrere Schaltzellen zu den Motoneuronen, die einen Muskel bewegen.
Sensorisches Neuron: Ein Neuron, das etwas aus der Umwelt aufnimmt, etwa Licht oder einen Duft, und es dem Gehirn meldet.
Motoneuron: Ein Neuron, das einen Befehl zu einem Muskel leitet und ihn dazu bringt, sich zusammenzuziehen.
Elektrische Synapse: Ein direkter Kanal zwischen zwei Neuronen, der ein Signal fast ohne Verzögerung weitergibt. Die Karte hinter den Lektionen erfasst nur chemische Synapsen.