Das Neuron, auch Nervenzelle genannt, ist die grundlegende Baueinheit des Nervensystems. Es ist spezialisiert auf die Aufnahme, Verarbeitung und Weiterleitung von Informationen im Körper. Neuronen kommunizieren über elektrische und chemische Signale, wodurch sie unzählige Prozesse steuern - von einfachen Reflexen bis hin zu komplexen Denkprozessen, Erinnerungen und Lernvorgängen. Damit ein funktionstüchtiges Nervensystem entstehen kann, müssen sich Nervenzellen verschalten. Sie bilden dazu Zellfortsätze (Axone) aus, die sich verzweigen, um möglichst viele Zielzellen zu erreichen.
Bestandteile eines Neurons
Ein Neuron besteht aus mehreren charakteristischen Abschnitten:
Soma (Zellkörper): Das Soma ist der Zellkörper des Neurons. Es enthält den Zellkern (Nukleus) mit den genetischen Informationen sowie wichtige Zellorganellen wie Mitochondrien, Ribosomen, endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat. Im Soma laufen lebenswichtige Vorgänge wie Proteinsynthese und Stoffwechsel ab. Das Soma übernimmt alle typischen Aufgaben einer eukaryotischen Zelle. Das Soma besitzt auch alle typischen Zellorganellen, außer Zentriolen. Das bedeutet, Neuronen sind nicht mehr mitotisch aktiv. Das Perikaryon zeichnet sich gewöhnlich durch ein reichlich ausgebildetes raues endoplasmatisches Reticulum aus.
Dendriten: Dendriten sind die Verästelungen des Somas, feine, oft stark verzweigte Fortsätze, die vom Soma abzweigen und ankommende elektrische Reize auffangen. Ihre Hauptaufgabe ist es, Signale von anderen Zellen oder Sinnesrezeptoren aufzunehmen und in das Soma zu leiten. Die Dendriten bilden Synapsen mit anderen vorgeschalteten Zellen aus, entweder mit Nervenzellen oder mit Sinneszellen (die ja auch zu den Nervenzellen gehören, aber auf die Wahrnehmung von Reizen spezialisiert sind). Eine einzelne Nervenzelle kann über ihre Dendriten mit über 1.000 anderen Nervenzellen verbunden sein und Informationen von diesen Zellen empfangen und verarbeiten.
Axon: Das Axon ist der Leitungsapparat des Neurons und leitet die Erregung aus dem Soma weiter zu den Synapsen. Es ist ein oft sehr langer, schlanker Fortsatz, der elektrische Signale vom Zellkörper fortleitet - manchmal über Entfernungen von mehr als einem Meter! Das Axon ist in der Regel erheblich länger als die Dendriten (1 m und mehr bei motorischen Nervenzellen im Rückenmark der Wirbeltiere) und dünner als diese. Es kann in seiner ganzen Länge kürzere Seitenäste (Kollaterale) abgeben und verzweigt sich meist erst an seinem äußersten Ende in mehrere Äste (Telodendron, Neurodendrium). Zudem unterscheidet es sich von jenen durch Struktur und Eigenschaften seiner Membran. Im gefärbten Präparat ist es an seinem organellenfreien Ursprungskegel (Axonhügel) am Perikaryon kenntlich.
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Axonhügel: Der Axonhügel ist das Übergangsstück zwischen dem Soma und dem Axon. Hier werden alle eintreffenden elektrischen Signale gesammelt und "entschieden", ob sie als Aktionspotenzial weitergeleitet werden. Der Axonhügel spielt eine wichtige Rolle bei der Informationsverarbeitung der Nervenzelle.
Myelinscheide: Viele Axone sind von einer isolierenden Hülle umgeben, der Myelinscheide. Diese besteht aus einzelnen Schwannschen Zellen (im peripheren Nervensystem) oder Oligodendrozyten (im zentralen Nervensystem), die sich um das Axon wickeln und nur kurze Bereiche frei lassen, die Ranvierschen Schnürringe. Die Myelinscheide funktioniert wie die Isolierung bei einem Stromkabel und steigert die Geschwindigkeit der Signalweiterleitung enorm: Signale "springen" von einem Ranvierschen Schnürring zum nächsten - das nennt man saltatorische Erregungsleitung. Axone ohne Myelinscheide leiten langsamer und finden sich v.a. im Gehirn.
Ranviersche Schnürringe: Die Ranvierschen Schnürringe, Unterbrechungen in der Myelinscheide, spielen eine wichtige Rolle bei der saltatorischen Erregungsleitung. Bei der Erregungsleitung wird die Axonmembran nur an diesen Stellen erregt. Die elektrischen Impulse springen von Schnürring zu Schnürring (saltatorische Erregungsleitung).
Synapsen: Am Ende des Axons stehen die Synapsen. Sie sind die Verbindungsstellen zwischen zwei Nervenzellen oder zwischen einer Nervenzelle und einer Muskel- oder Drüsenzelle. An den Synapsen wird das elektrische Signal meist in ein chemisches Signal, einen sogenannten Neurotransmitter, umgewandelt.
Kollaterale: Verzweigungen des Axons
Das Axon unterteilt sich in mehrere Kollaterale (Teilzweige) und endet in verdickten Endknöpfchen (Terminale). Kollateralen sind Verzweigungen des Axons, die es ermöglichen, dass ein Neuron gleichzeitig Signale an mehrere andere Nervenzellen übertragen kann. Diese Verzweigungen erhöhen die Reichweite und Effizienz der neuronalen Kommunikation.
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Funktion der Kollaterale
- Signalübertragung auf mehrere Nervenzellen: Kollaterale ermöglichen die gleichzeitige Signalübertragung auf mehrere Nervenzellen.
- Verstärkung von Signalen: Durch die Verzweigung des Axons können Signale verstärkt und an verschiedene Zielorte gesendet werden.
- Ermöglichung komplexer neuronaler Schaltkreise: Kollaterale tragen zur Bildung komplexer neuronaler Schaltkreise bei, die für höhere kognitive Funktionen notwendig sind.
- Regulation der Erregungsleitung: Das Axon kann in seiner ganzen Länge kürzere Seitenäste (Kollaterale) abgeben.
Signalübertragung im Neuron
Die Signalübertragung im Neuron erfolgt in mehreren Schritten:
- Reizaufnahme: An ihren Dendriten empfangen Neuronen Signale von anderen Zellen oder Sinnesrezeptoren.
- Signalverarbeitung: Im Soma werden diese Impulse verrechnet. Erreichen die eingehenden Reize einen gewissen Schwellenwert, wird das Signal weitergeleitet.
- Aktionspotenzial: Kommt es zur Signalübertragung, öffnet sich am Axonhügel eine Kaskade von Ionenkanälen. Natrium-Ionen strömen blitzartig in die Zelle (Depolarisation), das Membranpotenzial kippt, ein Aktionspotenzial entsteht.
- Reizweiterleitung: Das Aktionspotenzial läuft das Axon entlang bis zu den Synapsen. Bei myelinisierten Axonen "springt" das Aktionspotenzial von Ranvierschem Schnürring zu Ranvierschem Schnürring (saltatorische Erregungsleitung), wodurch die Signalübertragung beschleunigt wird.
- Synaptische Übertragung: An den Synapsen angekommen, wird das elektrische Signal meist in ein chemisches Signal, einen sogenannten Neurotransmitter, umgewandelt. Dieser überquert den synaptischen Spalt und löst in der nächsten Zelle ein neues elektrisches Signal aus.
Zelltypen im Nervensystem
Neben den Neuronen gibt es weitere wichtige Zelltypen im Nervensystem, die für dessen Funktion unerlässlich sind:
- Gliazellen: Gliazellen sind Stützzellen, die Neuronen umgeben und unterstützen. Sie haben verschiedene Funktionen, darunter die Versorgung der Neuronen mit Nährstoffen, die Isolierung der Axone (Myelinscheide) und die Beseitigung von Abfallprodukten. Zu den Gliazellen gehören Astrozyten, Oligodendrozyten, Schwann-Zellen, Mikroglia und Ependymzellen.
- Schwannsche Zellen und Oligodendrozyten: Diese Zellen bilden die Myelinscheide, die für die Isolierung der Axone verantwortlich ist.
- Astrozyten: Astrozyten verbinden zudem Dendriten und Blutkapillare miteinander und tragen so zur Versorgung der Neuronen bei. Astrozyten versorgen Neuronen mit Nährstoffen und induzieren die Bildung von endothelialen Tight Junctions, die eine wichtige Rolle für Blut-Hirn-Schranke spielen. Sie füllen auch den Extrazellularraum des ZNS aus. Astrozyten können identifiziert werden, weil sie im Gegensatz zu anderen ausgereiften Gliazellen saures Gliafaserprotein (GFAP) exprimieren.
- Mikrogliazellen: Mikrogliazellen fungieren als "Fresszellen" des Nervensystems. Sie übernehmen dort eine epithelähnliche Funktion. Mikroglia in central nervous system inflammation and multiple sclerosis pathology.
Neuronale Netzwerke
Neuronen bilden keine Einzelkämpfer, sondern verschalten sich zu hochkomplexen Netzwerken. Jeder Gedanke, jede Erinnerung, jeder Lerneffekt basiert darauf, dass Verbindungen (Synapsen) angepasst, verstärkt oder gelöscht werden. Diese Fähigkeit des Gehirns, sich an Erfahrungen anzupassen, wird als Plastizität bezeichnet.
Erkrankungen des Nervensystems
Störungen in der Struktur oder Funktion von Neuronen können zu verschiedenen neurologischen Erkrankungen führen:
- Multiple Sklerose (MS): Eine chronische, entzündliche Autoimmunerkrankung, die zur Zerstörung von Oligodendrozyten und somit zur Demyelinisierung von Nerven im ZNS führt, was zur Schädigung und Degeneration von Axonen führt. Die Übertragung von Aktionspotentialen wird beeinträchtigt.
- Amyotrophe Lateralsklerose (ALS): Eine vereinzelt spontan auftretende oder vererbte neurodegenerative Erkrankung der ersten und zweiten Motoneurone.
- Parkinson-Krankheit: Eine neurodegenerative Erkrankung, die durch den Verlust von dopaminproduzierenden Neuronen in den Basalganglien (Stammganglien) des Gehirns verursacht wird.
- Alzheimer-Krankheit: Hier sterben bestimmte Nervenzelltypen im Gehirn ab, die Folge sind Gedächtnisprobleme bis hin zum vollständigen Verlust der Selbstständigkeit.
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