Wissenswertes rund um die Neuronen

Wissenswertes rund um die Neuronen

Neuronen

Neuronen sind für den Transport von Informationen im gesamten menschlichen Körper verantwortlich. Mit 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 handeln sollen, verändert den Zustand der inneren Organe (z.B. Herzfrequenzveränderungen) und erlaubt uns, darüber nachzudenken und uns zu erinnern, was vor sich geht. Dazu braucht es ein ausgeklügeltes Netzwerk – Neuronen.

Es wurde geschätzt, dass es etwa 86 Milliarden Neuronen im Gehirn gibt. (1) Um dieses riesige Ziel zu erreichen, muss ein sich entwickelnder Fötus etwa 250.000 Neuronen pro Minute erzeugen. (2)

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

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 sind nur unter dem Mikroskop sichtbar und können in drei Teile geteilt werden:

  • Soma (Zellkörper) – dieser Teil des Neurons erhält Informationen. Es enthält den Zellkern.
  • Dendriten – diese dünnen Fäden tragen Informationen von anderen Neuronen zum Soma. Sie sind der “Input”-Teil der Zelle.
  • Axon – dieser lange “Schwanz” trägt Informationen aus dem Soma und sendet sie an andere Zellen. Dies ist der “Output”-Teil der Zelle. Es endet normalerweise mit einer Reihe von Synapsen, die sich mit den Dendriten anderer Neuronen verbinden.

Sowohl Dendriten als auch Axone werden manchmal als Nervenfasern bezeichnet.

Die Länge der Axone ist sehr unterschiedlich. Einige können winzig sein, während andere über 1 Meter lang sein können. Das längste Axon ist das dorsale Wurzelganglion (DRG), ein Cluster von Nervenzellkörpern, das Informationen von der Haut zum Gehirn transportiert. Einige der Axone in der DRG wandern von den Zehen zum Hirnstamm. (3)

Neuronen Bild


Arten von Neuronen

Neuronen können in verschiedene Arten unterteilt werden, z.B. nach Verbindung oder Funktion.

Verbindung

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

Afferente Neuronen – nehmen Nachrichten vom Rest des Körpers auf und liefern sie an das zentrale Nervensystem (ZNS).

Interneuronen – diese leiten Nachrichten zwischen Neuronen im ZNS weiter.

Funktion

Sinnesorgane – übertragen Signale von den Sinnen zum ZNS.

Relais – übertragen Signale von einem Ort zum anderen innerhalb des ZNS.

Motor – überträgt Signale vom ZNS zu den Muskeln.


Wie übermitteln Neuronen eine Botschaft?

Empfängt ein Neuron eine große Anzahl von Signalen von anderen Neuronen, addieren sich diese Signale, bis sie einen bestimmten Schwellenwert überschreiten. Wird diese Schwelle überschritten, wird das Neuron veranlasst, einen Impuls entlang seines Axons zu senden – das nennt man Aktionspotential.

Ein Aktionspotential entsteht durch die Bewegung elektrisch geladener Atome (Ionen) über die Membran des Axons. Ruhende Neuronen sind negativer geladen als die sie umgebende Flüssigkeit. Dies wird als Membranpotential bezeichnet. Sie beträgt in der Regel -70 Millivolt (mV).

Wenn der Zellkörper eines Nervs genügend Signale empfängt, um ihn zum Feuern auszulösen, depolarisiert sich ein Teil des dem Zellkörper nächstgelegenen Axons – das Membranpotential steigt schnell an und fällt dann (in etwa 1.000stel Sekunde).

Diese Veränderung löst eine Depolarisation im angrenzenden Abschnitt des Axons aus, und so weiter, bis der Aufstieg und Fall der Ladung über die gesamte Länge des Axons erfolgt ist.

Nach jeder Sequenz geht er in einen kurzen Zustand der Hyperpolarisation über, in dem seine Schwelle abgesenkt wird, was bedeutet, dass er nicht sofort wieder ausgelöst wird.

Am häufigsten sind es Kalium– (K+) und Natrium– (Na+) Ionen, die das Aktionspotential erzeugen. Ionen bewegen sich durch spannungsgesteuerte Ionenkanäle und Pumpen in und aus den Axonen.

Das ist der Ablauf in Kürze:

  1. Na+ Kanäle öffnen sich und lassen Na+ in die Zelle strömen, was sie positiver macht.
  2. Sobald die Zelle eine bestimmte Ladung erreicht hat, öffnen sich die K+ Kanäle, so dass K+ aus der Zelle herausfließen kann.
  3. Na+ Kanäle werden dann geschlossen, aber K+ Kanäle bleiben offen, so dass die positive Ladung die Zelle verlassen kann. Das Membranpotential sinkt.
  4. Wenn das Membranpotential in den Ruhezustand zurückkehrt, schließen sich die K+ Kanäle.
  5. Schließlich transportiert die Natrium-Kalium-Pumpe Na+ aus der Zelle und K+ zurück in die Zelle, bereit für das nächste Aktionspotenzial.

Aktionspotenziale werden als “alles oder nichts” bezeichnet, weil sie immer gleich groß sind. Die Stärke eines Reizes wird über die Frequenz übertragen. Ist ein Reiz schwach, feuert das Neuron weniger oft und bei einem starken Signal häufiger.


Myelin

Die meisten Axone sind von einer weißen, wachsartigen Substanz namens Myelin bedeckt.

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

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

Es gibt kleine Lücken in der Myelinbeschichtung, die als Knoten von Ranvier bezeichnet werden. Das Aktionspotential springt von Lücke zu Lücke, wodurch sich das Signal viel schneller bewegen kann.

Multiple Sklerose wird durch den langsamen Abbau von Myelin verursacht.

Myelin


Wie Synapsen funktionieren

Neuronen sind so miteinander und mit dem Gewebe verbunden, so dass sie Botschaften übermitteln können. Sie berühren sich jedoch nicht physisch – es gibt immer eine Lücke zwischen den Zellen, die als Synapse bezeichnet 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 übertragen.

Chemische Synapsen

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

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

Chemische Synapsen werden in Abhängigkeit von den von ihnen freigesetzten Neurotransmittern klassifiziert:

  • Glutamaterge Synapsen – Diese setzten Glutamin frei. Sie sind oft erregend, was bedeutet, dass sie eher ein Aktionspotenzial auslösen.
  • GABAerge Synapsen – Freisetzung von GABA (Gamma-Aminobuttersäure). Sie sind oft hemmend, was bedeutet, dass sie die Wahrscheinlichkeit verringern, dass das postsynaptische Neuron feuert.
  • Cholinerge Synapsen – Freisetzung von Acetylcholin. Diese befinden sich zwischen Motoneuronen und Muskelfasern (dem neuromuskulären Übergang).
  • Adrenerge Synapsen – Freisetzung von Noradrenalin (Adrenalin).

Elektrische Synapsen

Elektrische Synapsen sind weniger verbreitet, finden sich aber im gesamten ZNS. Kanäle, sogenannte “Gap Junctions“, verbinden die präsynaptischen und postsynaptischen Membranen.

In den Gap Junctions werden die post- und präsynaptischen Membranen viel näher zusammengebracht als in chemischen Synapsen, so dass sie elektrischen Strom direkt passieren können.

Elektrische Synapsen arbeiten viel schneller als chemische Synapsen, so dass sie dort zu finden sind, wo schnelle Aktionen notwendig sind, zum Beispiel bei Abwehrreflexen.

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.


Fazit

Neuronen sind einer der faszinierendsten Zelltypen im menschlichen Körper. Sie sind essentiell für jede Handlung, die unser Körper und unser Gehirn ausführen. Es ist die Komplexität neuronaler Netzwerke, die uns unsere Persönlichkeit und unser Bewusstsein gibt.

Sie sind für die grundlegendsten und kompliziertesten Handlungen verantwortlich. Von automatischen Reflexaktionen bis hin zu tiefen Gedanken über das Universum. Neuronen decken alles ab.


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