Neuronen sind dafür verantwortlich, Informationen durch den menschlichen Körper zu transportieren. Mit Hilfe von elektrischen und chemischen Signalen helfen sie, alle notwendigen Funktionen des Lebens zu koordinieren. In diesem Artikel erklären wir, was Neuronen sind und wie sie funktionieren.

Kurz gesagt, unser Nervensystem erkennt, was um uns herum und in uns vor sich geht; es entscheidet, wie wir uns verhalten sollen, verändert den Zustand der inneren Organe (z. B. ändert sich die Herzfrequenz) und ermöglicht es uns, darüber nachzudenken und uns zu erinnern, was vor sich geht. Dazu ist es auf ein ausgeklügeltes Netzwerk angewiesen – die Neuronen.

Man schätzt, dass es im Gehirn etwa 86 Milliarden Neuronen gibt; um dieses riesige Ziel zu erreichen, muss ein sich entwickelnder Fötus etwa 250.000 Neuronen pro Minute bilden.

Jedes Neuron ist mit weiteren 1.000 Neuronen verbunden, wodurch ein unglaublich komplexes Kommunikationsnetz entsteht. Neuronen gelten als die Grundeinheiten des Nervensystems.

Denn sie sind

Neuronen, manchmal auch Nervenzellen genannt, machen etwa 10 Prozent des Gehirns aus; der Rest besteht aus Gliazellen und Astrozyten, die Neuronen unterstützen und ernähren.

Wie sehen Neuronen aus?

Neuronen können nur unter dem Mikroskop betrachtet werden und lassen sich in drei Teile aufteilen:

Soma (Zellkörper) – dieser Teil des Neurons empfängt Informationen. Er enthält den Zellkern.

Dendriten – diese dünnen Fäden leiten Informationen von anderen Neuronen zum Soma. Sie sind der „Eingabe“-Teil der Zelle.

Axon – dieser lange Fortsatz trägt Informationen vom Soma und sendet sie an andere Zellen weiter. Dies ist der „Ausgabe“-Teil der Zelle. Er endet normalerweise mit einer Reihe von Synapsen, die sich mit den Dendriten anderer Neuronen verbinden.

Sowohl Dendriten als auch Axone werden manchmal auch als Nervenfasern bezeichnet.

Axone variieren sehr stark in ihrer Länge. Einige können winzig sein, während andere über 1 Meter lang sein können. Das längste Axon ist das Dorsalwurzelganglion (DRG), eine Ansammlung von Nervenzellkörpern, die Informationen von der Haut zum Gehirn transportiert. Einige der Axone im DRG reichen von den Zehen bis zum Hirnstamm – bei einer großen Person bis zu 2 Meter.

Arten von Neuronen

Neuronen können auf unterschiedliche Weise in Typen eingeteilt werden, zum Beispiel nach Verbindung oder Funktion.

Verbindung

Efferente Neuronen – diese nehmen Nachrichten aus dem zentralen Nervensystem (Gehirn und Rückenmark) auf und leiten sie an Zellen in anderen Teilen des Körpers weiter.

Afferente Neuronen – nehmen Nachrichten aus dem Rest des Körpers auf und leiten sie an das zentrale Nervensystem (ZNS) weiter.

Interneuronen – diese leiten Nachrichten zwischen Neuronen im ZNS weiter.

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Funktion

Sensorisch – leiten Signale von den Sinnesorganen zum ZNS.

Relais – leiten Signale von einem Ort zu einem anderen innerhalb des ZNS.

Motorisch – leitet Signale vom ZNS an die Muskeln weiter.

Wie transportieren Neuronen eine Nachricht?

Wenn ein Neuron eine große Anzahl von Eingaben von anderen Neuronen erhält, addieren sich diese Signale, bis sie einen bestimmten Schwellenwert überschreiten.

Sobald dieser Schwellenwert überschritten wird, wird das Neuron veranlasst, einen Impuls entlang seines Axons zu senden – dies wird als Aktionspotential bezeichnet.

Ein Aktionspotential entsteht durch die Bewegung von elektrisch geladenen Atomen (Ionen) über die Membran des Axons.

Neuronen sind im Ruhezustand negativer geladen als die Flüssigkeit, die sie umgibt; dies wird als Membranpotential bezeichnet. Es liegt normalerweise bei -70 Millivolt (mV).

Wenn der Zellkörper eines Nervs genügend Signale empfängt, um ihn zum Feuern zu veranlassen, depolarisiert sich ein Teil des Axons, der dem Zellkörper am nächsten liegt – das Membranpotenzial steigt schnell an und fällt dann wieder (in etwa 1.000stel einer Sekunde). Diese Änderung löst eine Depolarisation im nächsten Abschnitt des Axons aus, und so weiter, bis der Anstieg und Abfall der Ladung die gesamte Länge des Axons durchlaufen hat.

Nachdem jeder Abschnitt gefeuert hat, tritt er in einen kurzen Zustand der Hyperpolarisation ein, in dem seine Schwelle gesenkt wird, was bedeutet, dass es weniger wahrscheinlich ist, dass er sofort wieder ausgelöst wird.

Meistens sind es Kalium- (K+) und Natrium- (Na+) Ionen, die das Aktionspotential erzeugen. Die Ionen bewegen sich durch spannungsgesteuerte Ionenkanäle und -pumpen in die Axone hinein und aus ihnen heraus.

Dies ist der Prozess in Kurzform:

  1. Na+-Kanäle öffnen sich und lassen Na+ in die Zelle strömen, wodurch diese positiver wird.
  2. Sobald die Zelle eine bestimmte Ladung erreicht, öffnen sich K+-Kanäle, so dass K+ aus der Zelle fließen kann.
  3. Die Na+-Kanäle schließen sich dann, aber die K+-Kanäle bleiben offen, so dass die positive Ladung die Zelle verlassen kann. Das Membranpotential sinkt ab.
  4. Wenn das Membranpotenzial in den Ruhezustand zurückkehrt, schließen sich die K+-Kanäle.
  5. Schließlich transportiert die Natrium/Kalium-Pumpe Na+ aus der Zelle heraus und K+ zurück in die Zelle, bereit für das nächste Aktionspotential.

Aktionspotentiale werden als „alles oder nichts“ bezeichnet, weil sie immer gleich groß sind. Die Stärke eines Reizes wird über die Frequenz übertragen. Bei einem schwachen Reiz feuert das Neuron beispielsweise weniger oft, bei einem starken Signal feuert es häufiger.

Myelin

Die meisten Axone sind von einer weißen, wachsartigen Substanz, dem Myelin, umhüllt.

Diese Beschichtung isoliert die Nerven und erhöht die Geschwindigkeit, mit der sich die Impulse fortbewegen.

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Myelin wird von Schwann-Zellen im peripheren Nervensystem und Oligodendrozyten im ZNS gebildet.

In der Myelinschicht befinden sich kleine Lücken, die Ranvier-Knoten genannt werden. Das Aktionspotenzial springt von Lücke zu Lücke, wodurch sich das Signal viel schneller bewegen kann.

Multiple Sklerose wird durch den langsamen Abbau des Myelins verursacht.

Wie Synapsen funktionieren

Neuronen sind miteinander und mit Geweben verbunden, damit sie Nachrichten übermitteln können; sie berühren sich jedoch nicht physisch – es gibt immer einen Spalt zwischen den Zellen, der Synapse genannt wird.

Synapsen können elektrisch oder chemisch sein. Mit anderen Worten: Das Signal, das von der ersten Nervenfaser (präsynaptisches Neuron) zur nächsten (postsynaptisches Neuron) übertragen wird, wird durch ein elektrisches oder ein chemisches Signal übermittelt.

Chemische Synapsen

Sobald ein Signal eine Synapse erreicht, löst es die Freisetzung von Chemikalien (Neurotransmittern) in den Spalt zwischen den beiden Neuronen aus; dieser Spalt wird als synaptischer Spalt bezeichnet.

Der Neurotransmitter diffundiert durch den synaptischen Spalt und interagiert mit Rezeptoren auf der Membran des postsynaptischen Neurons, wodurch eine Reaktion ausgelöst wird.

Chemische Synapsen werden je nach den von ihnen freigesetzten Neurotransmittern klassifiziert:

Glutamergisch – setzt Glutamin frei. Sie sind oft erregend, was bedeutet, dass sie mit größerer Wahrscheinlichkeit ein Aktionspotenzial auslösen.

GABAergisch – setzt GABA (Gamma-Aminobuttersäure) frei. Sie sind oft hemmend, was bedeutet, dass sie die Wahrscheinlichkeit verringern, dass das postsynaptische Neuron feuert.

Cholinerge – setzen Acetylcholin frei. Sie befinden sich zwischen motorischen Neuronen und Muskelfasern (der neuromuskulären Verbindung).

Adrenerge – setzen Noradrenalin (Adrenalin) frei.

Elektrische Synapsen

Elektrische Synapsen sind weniger häufig, kommen aber im gesamten ZNS vor. Kanäle, die Gap Junctions genannt werden, verbinden die präsynaptische und postsynaptische Membran. In Gap Junctions sind die post- und präsynaptischen Membranen viel näher zusammengebracht als in chemischen Synapsen, was bedeutet, dass sie elektrischen Strom direkt weiterleiten können.

Elektrische Synapsen arbeiten viel schneller als chemische Synapsen, daher findet man sie dort, wo schnelle Aktionen notwendig sind, z. B. bei Verteidigungsreflexen.

Chemische Synapsen können komplexe Reaktionen auslösen, während elektrische Synapsen nur einfache Reaktionen hervorrufen können. Im Gegensatz zu chemischen Synapsen sind sie jedoch bidirektional – Informationen können in beide Richtungen fließen.

Kurz und bündig

Neuronen sind eine der faszinierendsten Zellarten im menschlichen Körper. Sie sind essentiell für jede Aktion, die unser Körper und unser Gehirn ausführt. Es ist die Komplexität der neuronalen Netzwerke, die uns unsere Persönlichkeiten und unser Bewusstsein verleiht. Sie sind verantwortlich für die grundlegendsten und kompliziertesten Aktionen. Von automatischen Reflexhandlungen bis hin zu tiefen Gedanken über das Universum, Neuronen decken alles ab.