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Neurobiologisches Modell als Maturarbeit

Die TNG prä­miert jedes Jahr her­aus­ra­gen­de natur­wis­sen­schaft­li­che Matu­ra­ar­bei­ten aus thur­gau­ischen Mit­tel­schu­len, die wir hier vor­stel­len.

Joggi Rieder

Umwelt­na­tur­wis­sen­schaft­ler, Prä­si­dent TNG-Preis­­kom­­mis­­si­on Matu­ra­ar­bei­ten

Eine Kom­mis­si­on aus sie­ben Mit­glie­dern mit natur- oder inge­nieur­wis­sen­schaft­li­chem Hin­ter­grund begut­ach­tet jedes Jahr 8 bis 12 ein­ge­reich­te Arbei­ten. 2024 prä­mier­te sie Mar­vin Rhy­ner von der Kan­tons­schu­le Frau­en­feld für sei­ne Arbeit «Inter­ak­ti­ves Unter­richts­mo­dell zur Demons­tra­ti­on der Signal­in­te­gra­ti­on am Axon­hü­gel».

Ner­ven­zel­len sind ver­ant­wort­lich für die Wei­ter­lei­tung von Infor­ma­tio­nen des Ner­ven­sys­tems. Eine Säu­ge­tier­ner­ven­zel­le ist aus meh­re­ren Tei­len auf­ge­baut. Dazu gehö­ren Den­dri­ten und Axo­ne, lan­ge Fort­sät­ze, die vom Zell­kör­per ent­sprin­gen. Über ein Axon wird der elek­tri­sche Ner­ven­im­puls vom Zell­kör­per weg­ge­lei­tet. Für sei­ne Matu­ra­ar­beit plan­te und kon­stru­ier­te Mar­vin Rhy­ner ein tisch­gros­ses Modell mit sechs Ner­ven­zel­len und über 200 LEDs zur Dar­stel­lung der Reiz­lei­tun­gen. 18 Druck­knöp­fe erlau­ben die Simu­la­ti­on von über 150 Dyna­mi­ken am Axon­hü­gel.

Das mit dem TNG-Matu­ra­­preis aus­ge­zeich­ne­te inter­ak­ti­ve Unter­richts­mo­dell zur Demons­tra­ti­on der Signal­in­te­gra­ti­on am Axon­hü­gel. Bild: Mar­vin Rhy­ner

Gesteu­ert wird das Modell über einen auto­nom lau­fen­den, eben­falls von ihm pro­gram­mier­ten Mikro­com­pu­ter. Ergän­zend dazu pro­du­zier­te er vier (unkom­men­tier­te) Vide­os, wel­che die Ein­satz­mög­lich­kei­ten sei­nes Modells im Unter­richt zei­gen. Die Erläu­te­run­gen Mar­vin Rhy­ners zu sei­nen Vide­os ver­an­schau­li­chen die Kom­ple­xi­tät des The­mas die­ser prä­mier­ten Matu­ra­ar­beit: «Die Signal­in­te­gra­ti­on erfolgt am Axon­hü­gel (rote Flä­che). Ihre Hel­lig­keit zeigt die Höhe des Mem­bran­po­ten­zi­als. Blaue LEDs ste­hen für das Sprin­gen des Akti­ons­po­ten­zi­als von Ranvier’schem Schnür­ring zu Ranvier’schem Schnür­ring, hell­ro­te LEDs für Na+-Ionen und grü­ne LEDs für Cl–Ionen, wel­che von den Syn­ap­sen zum Axon­hü­gel dif­fun­die­ren.» Das Unter­richts­mo­dell wird nun an der Kan­tons­schu­le Frau­en­feld im Unter­richt ein­ge­setzt und erweist sich als äus­serst pra­xis­taug­lich.

Vide­os des neu­ro­bio­lo­gi­schen Modells in Funk­ti­on

Maturaarbeit von Marvin Rhyner