Der Kurs „Zelluläre Neurophysiologie“ bietet eine eingehende Auseinandersetzung mit den zellulären und molekularen Eigenschaften von Neuronen. Zu den zentralen Themen zählen die zellulären Komponenten des Nervensystems, die Entwicklung des Zentralnervensystems sowie die Organisation und Funktion synaptischer und nicht-synaptischer Bereiche in Neuronen. Der Kurs untersucht die Rolle präsynaptischer und postsynaptischer Strukturen, die Polarität von Axonen und Dendriten sowie die Dynamik synaptischer Vesikel und befasst sich dabei eingehend mit den Mechanismen, die der synaptischen Plastizität und dem Lernen zugrunde liegen. Die Studierenden befassen sich außerdem mit Reaktionen auf Verletzungen, Reparaturprozessen und den Unterschieden in der Regenerationsfähigkeit zwischen Zentralnervensystem (ZNS) und Periphernervensystem (PNS). Der Kurs schließt mit einer Analyse von Gap Junctions im Zusammenhang mit neuronaler Kommunikation, Entwicklung und Erkrankungen.
* Wichtige zelluläre Bestandteile des Nervensystems. Klassifizierung von Neuronen anhand traditioneller Methoden und neuartiger Ansätze.
* Migrationswege während der Entwicklung des Zentralnervensystems. Entwicklung der neuronalen Polarität und Spezifizierung von Axonen und Dendriten. Regulation des intrazellulären Transports in Axonen und Dendriten: neuronale Transportwege, Zytoskelett sowie Typen und Funktionen von Motorproteinen.
* Mosaikstruktur von Neuronen I.: Der präsynaptische Bereich und seine Funktionen. Quanteneinleitung und Ca-Mikrodomänen innerhalb der Präsynapse. Umsatz synaptischer Vesikel und präsynaptische Architektur.
* Mosaikstruktur von Neuronen II.: Der postsynaptische Bereich und seine Funktionen. Struktur und Funktion dendritischer Dornen. Entstehung und Aufrechterhaltung des postsynaptischen Bereichs. Phasentrennung und Gerüstproteine, Umlagerungen des Zytoskeletts. Transport und Umsatz von Neurotransmitterrezeptoren. Vergleich der postsynaptischen Merkmale exzitatorischer und inhibitorischer Neuronen.
* Mosaikstruktur von Neuronen III.: Das Axon und das axonale Anfangssegment. Entstehung, Struktur und Funktionen des AIS und des Ranvier-Knotens. Myelinscheide im PNS und im ZNS.
* Reparatur und Regeneration im zentralen und peripheren Nervensystem nach mechanischer Verletzung. Proximale und distale Ereignisse nach Axon-Durchtrennung, retrograde und anterograde Signale. Unterschiede bei der axonalen Regeneration im PNS und im ZNS. Reaktionen der Astroglia, Bildung von Glia-Narben.
* Verschiedene Formen neuronaler Plastizität und ihre Hauptformen: präsynaptische und postsynaptische Komponenten. Kurz- und langfristige synaptische Plastizität. Assoziatives Lernen: Spike-Timing-abhängige Plastizität, LTP und LTD. Intrinsische und homöostatische Plastizität, aktivitätsabhängige Anpassung auf synaptischer und zellulärer Ebene.
* Gap Junctions (GJs) im Nervensystem: funktionelle und pathologische Rollen. Struktur und Zusammensetzung von GJs und Hemikanälen. Funktionelle Bedeutung von GJs während der Entwicklung, der Synapsenreifung und bei Netzwerkfunktionen. GJs unter pathologischen Bedingungen.
Am Ende des Kurses wird der Lernende in der Lage sein, die wichtigsten zellulären Bestandteile des Nervensystems zu identifizieren und die besonderen Merkmale von Neuronen zu beschreiben, einschließlich ihrer Klassifizierung sowohl nach traditionellen als auch nach modernen Ansätzen. Die Studierenden werden in der Lage sein, zwischen präsynaptischen und postsynaptischen Funktionen zu unterscheiden und die strukturellen und funktionellen Eigenschaften dieser Bereiche zu vergleichen. Darüber hinaus werden die Lernenden die Entstehung, Struktur und funktionelle Rolle des axonalen Anfangssegments (AIS) und des Ranvier-Knotens bei der neuronalen Kommunikation verstehen sowie verschiedene Formen der neuronalen Plastizität bewerten können. Die Studierenden werden außerdem in der Lage sein, die Reparatur- und Regenerationsprozesse im Nervensystem nach einer Verletzung zu beschreiben und dabei die Unterschiede zwischen dem Zentralnervensystem (ZNS) und dem Periphernervensystem (PNS) hervorzuheben. Schließlich werden die Lernenden in der Lage sein, die Struktur und Funktion von Gap Junctions zu erörtern, einschließlich ihrer Rolle bei der Entwicklung, bei Netzwerkfunktionen und bei pathologischen Zuständen.
Der Kurs findet im Frühjahrssemester 2024/25 statt und umfasst acht Sitzungen, die einmal pro Woche stattfinden. Jede Sitzung dauert 2,5 Stunden, einschließlich zweier kurzer Pausen. Die Teilnahme ist verpflichtend. Ungarische Studierende nehmen persönlich im Südgebäude des Lágymányos-Campus teil, während internationale Studierende online über Teams teilnehmen können.
Eine aktive Teilnahme wird erwartet, um das Verständnis des Kursstoffs zu fördern. Vor jeder Sitzung werden Vorlesungsunterlagen sowie empfohlene Lektüre aus Lehrbüchern oder Übersichtsartikeln zur Verfügung gestellt. Die Studierenden sollten diese Materialien im Vorfeld durcharbeiten, um sich ein erstes Verständnis der Themen zu verschaffen. Zur Vertiefung des Verständnisses finden Gruppendiskussionen in den Breakout-Räumen von Teams statt; die Diskussionsthemen werden im Voraus bekannt gegeben, damit sich die Studierenden individuell vorbereiten können.
Um den Kursinhalt vollständig verstehen zu können, sind Vorkenntnisse in Biologie erforderlich, beispielsweise ein Bachelor-Abschluss in Biologie oder einem verwandten Fachgebiet. Dieser Kurs wird insbesondere Studierenden empfohlen, die sich für die molekularen und zellulären Grundlagen neuronaler Funktionen interessieren; daher sind grundlegende Kenntnisse der allgemeinen Molekular- und Zellbiologie unerlässlich.
1) Byrne, Heidelberger, Waxham: Von Molekülen zu Netzwerken: Eine Einführung in die zelluläre und molekulare Neurowissenschaft. Hrsg.: J. H. Byrne, R. Heidelberger, M. N. Waxham. Academic Press, 3. Auflage, 2014. ISBN: 978-0-12-397179-1
2) Purves (Hrsg.): Neuroscience. 6. Auflage, 2018. Oxford University Press. ISBN 9781605353807
3) Wissenschaftliche Übersichtsartikel (verfügbar über die Canvas-/Teams-Seite des Kurses)
Der Kurs verbindet Vorlesungen mit interaktiven Gruppenaktivitäten, um ein gründliches Verständnis der zellulären Neurophysiologie zu fördern. Jede Sitzung kombiniert passives und aktives Lernen in einem strukturierten Ansatz:
1. Vorbereitung auf die Vorlesung: Die Studierenden lesen vorab die Handouts und die empfohlene Literatur durch, was eine engagiertere und effektivere Teilnahme ermöglicht. Die Diskussionsthemen werden im Voraus bekannt gegeben, um die individuelle Vorbereitung zu unterstützen.
2. Vorlesungen: Die Kernkonzepte werden im Rahmen von Hybridvorlesungen vermittelt (die in Teams aufgezeichnet werden). Schlüsselthemen werden in Gruppendiskussionen (siehe nächster Punkt) eingeführt und anschließend in einer vom Dozenten geleiteten Vorlesungsübersicht zusammengefasst.
3. Gruppendiskussionen in Breakout-Räumen: Gemeinsame Diskussionen in Teams ermöglichen es den Studierenden, sich mit Kommilitonen auszutauschen, Fragen zu stellen und ihr Verständnis zu vertiefen; die Struktur ist so gestaltet, dass eine aktive Beteiligung aller gefördert wird.
4. Ergänzende Online-Ressourcen: Lehrbücher, Vorlesungsaufzeichnungen und zusätzliche Ressourcen unterstützen das Lernen außerhalb des Unterrichts und bereiten die Studierenden auf die mündliche Prüfung vor.
Dieser auf Herausforderungen basierende, studierendenzentrierte und technologiegestützte Ansatz stellt sicher, dass die Studierenden sowohl theoretisches Wissen als auch praktische Einblicke erwerben und so auf weiterführende Studien und Forschung vorbereitet werden. Gruppendiskussionen fördern überfachliche Kompetenzen und interkulturelles Lernen. Ein inklusives Umfeld wird durch gleichberechtigte Teilhabe, unterstützende Materialien für unterschiedliche Lernstile und die Offenheit der Lehrenden für Feedback betont, wodurch ein einladender Raum geschaffen wird, in dem alle Studierenden von ihrer aktiven Beteiligung profitieren können.
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