NERVENZELLE &NERVENSYSTEM I

Nerven und Sinne Reiz-Reaktions-Kette Aufbau und Funktion der Nervenzelle Aufbau und Leistung des Nervensystems

Sekundarstufe I, Klassen 5-9

GIDA Gesellschaft für Informationund Darstellung mbHFeld 2551519 Odenthal

Tel. +49-(0)2174-7846-0Fax +49-(0)2174-7846-25info@gida.dewww.gida.de

BiologieBIO-DVD009 © 2007

Inhalt und Einsatz im Unterricht

"Nervenzelle & Nervensystem I" (Biologie Sek. I, Kl. 5-9)

Diese DVD behandelt das Unterrichtsthema "Nervenzelle und Nervensystem"für die gesamte Sekundarstufe I, also für die Klassenstufen 5+6 und 7-9.

Das DVD-Hauptmenü bietet deshalb die Auswahl zwischen zwei Untermenüs:"Klassen 5+6" und "Klassen 7-9"

In diesen beiden Untermenüs der DVD finden Sie insgesamt 6 Filme: Klassen 5+6Nerven und Sinne 4:50 minReiz-Reaktions-Kette 4:50 min(+ Grafikmenü mit 3 Farbgrafiken)

Klassen 7-9Aufbau und Funktion der Nervenzelle 6:20 minAufbau des zentralen Nervensystems 7:20 minLernen, Gedächtnis, Erinnern 4:20 minDas vegetative Nervensystem 4:50 min(+ Grafikmenü mit 11 Farbgrafiken)

3D-Computeranimationen in unterschiedlichen Abstraktions- undSchwierigkeitsgraden verdeutlichen Aufbau und Leistung des menschlichenNervensystems. Die Inhalte der Filme sind jeweils altersstufen- undlehrplangerecht aufbereitet.Die 3D-Computeranimationen sind filmisch eingebettet in unterhaltsame kleineRahmenhandlungen: Die Filme begleiten einige Kinder (Filme 5+6) und denArchitekturstudenten Markus (Filme 7-9) in unterschiedlichen Situationen destäglichen Lebens und vermitteln einen sehr umfassenden Eindruck derLeistungsfähigkeit einer Nervenzelle und der einzelnen Bauteile desmenschlichen Nervensystems.

Ergänzend zu den o.g. 6 Filmen finden Sie auf dieser DVD:

- 14 Farbgrafiken, die das Unterrichtsgespräch illustrieren (in den Grafik-Menüs)

- 12 ausdruckbare pdf-Arbeitsblätter, jeweils in Schüler- und in Lehrerfassung (im DVD-ROM-Bereich)

Im GIDA-"Testcenter" (auf www.gida.de) finden Sie auch zu dieser DVD "Nervenzelle & Nervensystem I" interaktive undselbstauswertende Tests zur Bearbeitung am PC. Diese Tests können Sieonline bearbeiten oder auch lokal auf Ihren Rechner downloaden, abspeichernund offline bearbeiten, ausdrucken etc.

2

Begleitmaterial (pdf) auf dieser DVDÜber den "Windows-Explorer" Ihres Windows-Betriebssystems können Sie dieDateistruktur der DVD einsehen. Sie finden dort u.a. den Ordner "DVD-ROM".In diesem Ordner befindet sich u.a. die Datei

start.htmlWenn Sie diese Datei doppelklicken, öffnet Ihr Standard-Browser mit einemMenü, das Ihnen noch einmal alle Filme und auch das gesamte Begleitmaterialder DVD zur Auswahl anbietet (PDF-Dateien von Arbeitsblättern, Grafiken undDVD-Begleitheft, Internetlink zum GIDA-TEST-CENTER, etc.).Durch einfaches Anklicken der gewünschten Begleitmaterial-Datei öffnet sichautomatisch der Adobe Reader mit dem entsprechenden Inhalt (sofern Sie denAdobe Reader auf Ihrem Rechner installiert haben). Die Arbeitsblätter liegen jeweils in Schülerfassung und in Lehrerfassung (miteingetragenen Lösungen) vor. Sie ermöglichen Lernerfolgskontrollen bezüglichder Kerninhalte der DVD und sind direkt am Rechner elektronisch ausfüllbar.Über die Druckfunktion des Adobe Reader können Sie aber auch einzelne oderalle Arbeitsblätter für Ihren Unterricht vervielfältigen.

Fachberatung bei der inhaltlichen Konzeption und Gestaltung dieser DVD:Frau Erika Doenhardt-Klein, Oberstudienrätin (Biologie, Chemie und Physik, Lehrbefähigung Sek.I + II)

Inhaltsverzeichnis Seite:

DVD-Inhalt - Strukturdiagramm 4

Die FilmeKlassen 5 + 6Nerven und Sinne 5Reiz-Reaktions-Kette 7

Klassen 7 - 9Aufbau und Funktion der Nervenzelle 9Aufbau des zentralen Nervensystems 11Lernen, Gedächtnis, Erinnern 13Das vegetative Nervensystem 14

3

DVD-Inhalt - Strukturdiagramm

4

Hauptmenü

MenüKlassen 5+6 Reiz-Reaktions-Kette

Nerven und Sinne

Vegetatives Nervensystem

Menü Grafiken 5+6

Menü Klassen 7-9

Aufbau und Funktion der Nervenzelle

Aufbau des zentralen Nervensystems

Menü Grafiken 7-9

Filme

Grafiken

Grafiken

Lernen, Gedächtnis, Erinnern

Das vegetative Nervensystem

Aufbau Nervenzelle

Sinnesorgane

Reiz-Reaktions-Kette

Synapse

Signalübertragung an der Synapse

Zentrales & peripheres Nervensystem

Aufbau Rückenmark

Funktionsfelder der Großhirnrinde

Aufbau des Gehirns

Gedächtnis-Modell

Filme

Vegetatives Nervensystem

Sympathicus

Parasympathicus

Nerven und Sinne (5+6)Laufzeit: 4:50 min, 2007

Lernziele: - Die 6 Sinne und die Sinnesorgane des Menschen kennenlernen; die

eingeschränkte Wahrnehmung der menschlichen Sinne erkennen; - Die Nerven als "Nachrichtenbahnen" kennenlernen, die Informationen und

Befehle zum und vom Gehirn leiten.

Inhalt:Der Film leitet ein mit einer Runde von drei Kindern, die gerade eine"Schleckerpause" genießen. Beim Genuss von Eis, Erdbeeren und Sprudel sindzunächst fünf Sinne beteiligt: Hören, Riechen, Sehen, Schmecken und Fühlen.Der sechste Sinn, der Gleichgewichtssinn, kommt dann beim Abräumen derTafel zum Einsatz.

Als Zwischenfazit hält der Film fest: Die Sinnesorgane sind Antennen desKörpers, die Reize aus der Umwelt aufnehmen und sie in elektrische Signaleumwandeln.

5

Abbildung 1: Die Sinnesorgane des Menschen

Diese Signale werden dann von den Nerven zum Gehirn geleitet, das ausdiesen Informationen eine Gesamtwahrnehmung der Umwelt bildet.

Abschließend bringt der Film noch drei Beispiele für die eingeschränkteWahrnehmung unserer Sinnesorgane im Vergleich zu anderen Lebewesen:Ein Hund hat z.B. einen wesentlich feineren Hör- und Geruchssinn als derMensch. Zugvögel orientieren sich am Magnetfeld der Erde, von dem wir nichtsmerken. Fazit: Wir nehmen nur einen kleinen Ausschnitt der Welt bzw. unserer Umweltwahr.

* * *

6

Abbildung 2: Leitung von Informationen/Signalen über Nerven undRückenmark zum Gehirn.

Reiz-Reaktions-Kette (5+6)Laufzeit: 4:50 min, 2007

Lernziele: - Den Begriff "Reiz-Reaktions-Kette" kennenlernen und ihren Ablauf verstehen.

Inhalt:Der Film zeigt wieder die drei Kinder, nun beim Ballspiel. Isabelle und Vanessawerfen sich den Ball zu. Niklas in der Mitte versucht, ihn abzufangen. Dasfröhliche und aktionsgeladene Geschehen geht in eine 3D-Computeranimationüber, die aus Vanessas Ballfang eine Reiz-Reaktions-Kette herausfiltert:

Hier in Stichworten der filmische Ablauf, der reale Zeitlupenaufnahmen und 3D-Computeranimationen mischt: Vanessas Augen sehen den Ball kommen –Meldung an Gehirn – Befehl von Gehirn an Oberarm-Hand-Muskeln –Bewegung Arme und Hände – Fingerspitzen fühlen Ball auftreffen – Meldung anGehirn – Befehl von Gehirn an Handmuskeln – Hände packen zu.

7

Abbildung 3: Reiz-Reaktions-Kette "Ball fangen"

Im Anschluss an diese ausführliche Erläuterung der Reiz-Reaktions-Ketteentwickelt der Film eine Übersicht der beteiligten Bauteile des menschlichenNervensystems.Eine 3D-Grafik stellt das gesamte Nervensystem in einer Bauplanübersicht dar:

Der Film resümiert, dass das beobachtete Spielgeschehen ein regelrechtesFeuerwerk von Reizen, Signalen, Wahrnehmungen, Befehlen des Gehirns undReaktionen des Körpers ist. Denn es sind ja nicht nur Arme und Hände imSpiel. Der ganze Körper ist in Aktion, er muss in einer atemberaubendenKoordinationsleistung vom Gehirn bzw. Nervensystem gesteuert werden.Es wird betont, dass wir bislang hauptsächlich sog. willkürliche, alsowillentlich gesteuerte Bewegungen gesehen haben. Abschließend bringt der Film dann noch zwei Beispiele für sog. unwillkürlicheBewegungen: "Reflexe" bzw. reflexartige Bewegungen, die nicht mehrbewusst vom Gehirn gesteuert werden. An den Beispielen "Stolpern" und "Ballvor dem Kopf abwehren" wird die Reiz-Reaktions-Kette von Reflexengeschildert, die über das Rückenmark gesteuert bzw. ausgelöst werden.

* * *

8

Abbildung 4: Aufbau des Nervensystems

Aufbau und Funktion der Nervenzelle (7-9)Laufzeit: 6:20 min, 2007

Lernziele: - Die einzelnen Bauteile einer menschlichen Nervenzelle kennenlernen; - Die Funktionsweise einer Nervenzelle verstehen.

Inhalt:Der sportbegeisterte Architekturstudent Markus ist Protagonist der Filme für dieKlassen 7-9. Heute macht er während seines Waldlaufs Bekanntschaft miteinem spannungsgeladenen Weidezaun. Die Tatsache, dass seine Handzuckend auf den Stromschlag reagiert, leitet über in die Darstellung der"elektrischen" Leitungsbahnen im menschlichen Körper: Nervenzellen.Eine sehr ausführliche und anschauliche 3D-Computeranimation stellt dieBauteile der Nervenzelle (Neuron) mit ihren speziellen Funktionen vor.

Nach diesem Bauplan-Überblick zeigt der Film detailliert, wie Signale an denDendriten auflaufen, über die Zellkörpermembran bis zum Axonhügelweitergeleitet werden und dort wieder Signale auslösen, die über das Axon biszur nächsten Nervenzelle (oder Muskelfaser) laufen.

9

Abbildung 5: Aufbau der Nervenzelle

Der Ablauf der Erklärung in Stichworten und drei Bildern:

Am Axonhügel bildet sich einausreichend starkes Membran-potential, elektrische Signalewerden ausgelöst und laufen(mit bis zu 100 m/s) durch dasAxon.

Am Ende des Axons bildet einEndknöpfchen an einemDendriten der nächstenNervenzelle eine Synapse. Dortlösen die elektrischen Signaledie Ausschüttung von Über-trägerstoff aus (Acetylcholin).Am Dendriten erzeugt dieserStoff dann wieder einelektrisches Potential / Signal.(Doppelte Wandlung, Ventil-funktion: Elektrisches Signal –chemisches Signal – elek-trisches Signal).

An einer Muskelfaser bildet dasAxon eine sog. motorische End-platte aus. Die einlaufendenelektrischen Signale lösen dieAusschüttung von Überträger-stoff aus, der eine Kontraktiondes Muskels (der Muskelfaser)bewirkt.

* * *

10Abbildung 8: Motorische Endplatte

Abbildung 7: Signal an der Synapse

Abbildung 6: Signal am Axon

Aufbau des zentralen Nervensystems (7-9)Laufzeit: 7:20 min, 2007

Lernziele: - Den Grundbauplan des menschlichen Nervensystems (zentrales und

peripheres, sensorisches und motorisches N.) kennenlernen;- Den Aufbau des Rückenmarks kennenlernen;- Den Aufbau und einige Funktionsfelder des Gehirns kennenlernen.

Inhalt:Der Markus beim Waldlauf und beim Studieren. Der Film stellt zunächst dieverschiedenen Baugruppen des Nervensystems im Überblick vor, die diesevielfältigen Leistungen des Körpers ermöglichen und steuern.

Das Rückenmark wird als"Datenautobahn" des Nervensystemsvorgestellt. In ihm laufen (fast) alleNervenstränge aus dem Körper zumGehirn und umgekehrt.

11

Abbildung 9: Aufbau des Nervensystems

Abbildung 10: Aufbau d. Rückenmarks

Dem Signalfluss durch das Rückenmark aufwärts folgend gelangt der Film (3D-Computeranimation) zur Schaltzentrale des Nervensystems, dem Gehirn. Dasmenschliche Gehirn hat sich im Laufe von Jahrmillionen der Evolutionentwickelt. Noch heute kann man die Bereiche identifizieren, die dem GehirnSchritt für Schritt mehr Leistungsfähigkeit verliehen haben.

Der Film stellt anhandeiner 3D-Kartierungund eines Schnittsdurch das Gehirn fünfBereiche vor, eswerden wesentlicheFunktionen dieserGehirnregionen bei-spielhaft genannt:

Verlängertes Rückenmark Steuerung lebenswichtiger ReflexeMittelhirn BewegungskoordinationZwischenhirn Steuerung des vegetativen Nervensystems,

Entstehung von GefühlenKleinhirn Feinkoordination von Körperbewegungen,

trainierte motorische "Programme"Großhirn Intelligenz, Bewusstsein, Gedanken

Im Weiteren werden bestimmteGehirnfelder lokalisiert:Sensorische Felder, in denenz.B. das Sehen und das Hörenstattfinden. Ebenso motorische Felder (z.B.Sprechen und Bewegungen) undGedankenfelder, in denen unserDenken stattfindet und dasBewusstsein lokalisiert ist.

* * *

12

Abbildung 11: 5 Gehirnregionen im Schnitt

Abbildung 12: Gehirnfelder

Lernen, Gedächtnis, Erinnern (7-9)Laufzeit: 4:20 min, 2007

Lernziele: - Ein modellhaftes Verständnis für die Lern-, Gedächtnis- und

Erinnerungsfunktionen des Gehirns entwickeln.

Inhalt:Der Markus paukt mal wieder für eine Klausurwoche, es muss so schrecklichviel Stoff hinein in den Kopf! Der Film entwickelt nach dieser kurzen Einleitungein sehr anschauliches 3D-Computermodell der dreistufigen Gedächtnisfunktiondes Gehirns.

Es wird ausführlich erläutert, dass unser Gehirn trotz seiner enormen Kapazität(ca. 10 Milliarden Nervenzellen!) die unzähligen, ständig aufgenommenenInformationen zum großen Teil sehr schnell wieder löscht. Nur wenige, alswichtig gefilterte (z.B. gelernte/geübte) Informationen gelangen in langfristigereSpeicherbereiche (Tage, Jahre) und stehen dort als wiederabrufbares Wissen(Erinnern) dauerhaft zur Verfügung. Am tiefsten verankert ist sog.Verhaltenswissen, das wir im Kindesalter lernen und (normalerweise) niewieder vergessen: Das Laufen, das Lesen oder Schreiben.

* * *

13

Abbildung 13: Dreistufiges Gedächtnis-Modell

Das vegetative Nervensystem (7-9)Laufzeit: 4:50 min, 2007

Lernziele: - Den Aufbau und die speziellen Steuerungsfunktionen des vegetativen

Nervensystems kennenlernen; - Sympathicus und Parasympathicus als sich ergänzende Gegenspieler bei der

Steuerung vieler Organfunktionen erkennen.

Inhalt:Der Markus beim 400m-Lauftraining. Der Film erläutert die Funktion dermotorischen Nerven bei der Steuerung der diversen am Lauf beteiligtenMuskeln, weitet dann aber aus auf die Darstellung eines weiteren Nerven-Teilsystems in unserem Körper: Die inneren Organe werden durch dasvegetative Nervensystem gesteuert.

Das vegetative Nervensystem wird vom Hypothalamus gesteuert, einerspeziellen Region im Zwischenhirn. Dort nehmen die beiden Hauptstränge,Sympathicus und Parasympathicus, ihren Ursprung. Der Sympathicus verläuftähnlich einer Strickleiter entlang des Rückenmarks. Der Parasympathicus teiltsich in Höhe der Halswirbelsäule in einzelne Stränge auf. Beide, S. + P., stehenmit allen inneren Organen in Verbindung.

14

Abbildung 14: Aufbau des vegetativen Nervensystems

Am Beispiel des "rasenden Markus" werden die unterschiedlichen Funktionender beiden vegetativen "Gegenspieler" erläutert. Dabei können Sympathicusund Parasympathicus auf einzelne Organe (Verdauungstrakt, Drüsen, etc.)entweder fördernde oder hemmende Wirkung ausüben:

Der Sympathicus stelltden Körper schlagartigauf Höchstleistung ein.Er aktiviert den ganzenKörper in gefährlichenbzw. anstrengendenSituationen wie Kampf,Flucht oder ebensportlicher Höchst-leistung.

Der Parasympathicusleitet danach die Phasekörperlicher Erholungein und sorgt für dasAufladen der Energie-reserven des Körpers.

* * *

15

Abbildung 15: Sympathicus, körperliche Leistung

Abbildung 16: Parasympathicus, körperl. Erholung

NERVENZELLE &NERVENSYSTEM I

Nerven und Sinne Reiz-Reaktions-Kette Aufbau und Funktion der Nervenzelle Aufbau und Leistung des Nervensystems

Sekundarstufe I, Klassen 5-9

GIDA Gesellschaft für Informationund Darstellung mbHFeld 2551519 Odenthal

Tel. +49-(0)2174-7846-0Fax +49-(0)2174-7846-25info@gida.dewww.gida.de

BiologieBIO-DVD009 © 2007