Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind die fundamentalen Bausteine des Nervensystems und spielen eine entscheidende Rolle bei der Reizweiterleitung und Informationsverarbeitung im Körper. Sie ermöglichen es uns, die Welt um uns herum wahrzunehmen, zu denken, zu fühlen und zu handeln. Das komplexe Netzwerk von Nervenzellen im Gehirn ist für eine Vielzahl von Funktionen verantwortlich, von einfachen Reflexen bis hin zu komplexen kognitiven Prozessen.
Aufbau und Funktion einer Nervenzelle
Um die Funktion erregter Nervenzellen im Gehirn zu verstehen, ist es wichtig, den grundlegenden Aufbau einer Nervenzelle zu kennen. Ein Neuron besteht typischerweise aus drei Hauptbestandteilen:
Zellkörper (Soma): Der Zellkörper enthält den Zellkern und andere Organellen, die für das Überleben und die Funktion der Zelle notwendig sind.
Dendriten: Dendriten sind verzweigte Fortsätze, die vom Zellkörper ausgehen und Signale von anderen Nervenzellen empfangen. Sie dienen als Eintrittspforten für elektrische Reize.
Axon: Das Axon ist ein langer, dünner Fortsatz, der vom Zellkörper ausgeht und Signale an andere Nervenzellen, Muskelzellen oder Drüsenzellen weiterleitet. Jedes Neuron besitzt nur ein Axon, das sich jedoch bis zu 150 Mal verzweigen kann, um mit anderen Nervenzellen in Kontakt zu treten.
Lesen Sie auch: Entdecke die erstaunliche Komplexität des Gehirns
Axonhügel und Aktionspotentiale
Der Axonhügel bildet den Übergang vom Soma zum Axon. Hier werden die von den Dendriten empfangenen elektrischen Signale gesammelt und summiert. Wenn die Summe der Signale eine bestimmte Schwelle, das Schwellenpotential, überschreitet, wird ein Aktionspotential ausgelöst.
Aktionspotentiale sind kurze, elektrische Spannungsimpulse, die sich entlang des Axons ausbreiten und Informationen über weite Strecken transportieren. Sie entstehen nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip, d.h. sie werden nur ausgelöst, wenn die Zelle ausreichend stark erregt wurde. Das Aktionspotential setzt sich entlang der Zellmembran fort und ist die Grundlage für die Informationsleitung entlang des Axons der Nervenzelle.
Axonisolierung und Ranviersche Schnürringe
Um eine schnelle und effiziente Weiterleitung der Aktionspotentiale zu gewährleisten, ist das Axon von einer isolierenden Schicht umgeben, die aus Gliazellen besteht. Im peripheren Nervensystem werden diese Zellen als Schwann’sche Zellen bezeichnet. Die Umhüllung ist jedoch nicht durchgängig, sondern wird in regelmäßigen Abständen durch freiliegende Axonbereiche unterbrochen, die als Ranviersche Schnürringe bezeichnet werden.
Die Ranvierschen Schnürringe spielen eine wichtige Rolle bei der saltatorischen Erregungsleitung. Dabei springt das Aktionspotential von Schnürring zu Schnürring, was die Geschwindigkeit der Erregungsleitung deutlich erhöht.
Synaptische Endknöpfchen und Neurotransmission
Am Ende des Axons befinden sich die synaptischen Endknöpfchen. Hier wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt, um die Information an die nächste Zelle zu übertragen. Die Verbindung zwischen zwei Nervenzellen wird als Synapse bezeichnet.
Lesen Sie auch: Nervenzellausstülpung einfach erklärt
In den meisten Fällen handelt es sich um chemische Synapsen. Wenn ein Aktionspotential die synaptischen Endknöpfchen erreicht, werden Neurotransmitter freigesetzt. Neurotransmitter sind chemische Botenstoffe, die über den synaptischen Spalt zur nächsten Zelle diffundieren und dort an spezifische Rezeptoren binden. Die Bindung der Neurotransmitter an die Rezeptoren löst in der Empfängerzelle ein neues elektrisches Signal aus, wodurch die Information weitergeleitet wird.
Neurotransmitter und ihre Funktion
Neurotransmitter spielen eine entscheidende Rolle bei der Informationsübertragung im Gehirn. Sie können erregend oder hemmend wirken, je nachdem, welcher Neurotransmitter freigesetzt wird und an welchen Rezeptor er bindet.
Wichtige Neurotransmitter
Zu den wichtigsten Neurotransmittern gehören:
- Glutamat: Der wichtigste erregende Neurotransmitter im Gehirn.
- GABA (Gamma-Aminobuttersäure): Der wichtigste hemmende Neurotransmitter im Gehirn.
- Glycin: Ein weiterer hemmender Neurotransmitter, der vor allem im Rückenmark vorkommt.
- Acetylcholin: Spielt eine wichtige Rolle bei der Muskelkontraktion, der Aufmerksamkeit und dem Gedächtnis.
- Serotonin: Beeinflusst Stimmung, Schlaf, Appetit und Schmerzempfinden.
- Dopamin: Spielt eine wichtige Rolle bei der Motivation, der Belohnung und der motorischen Kontrolle.
Neurotransmittersysteme
Jeder Neurotransmitter definiert ein spezifisches System, das für die Synthese, Ausschüttung, Wirkung, Wiederaufnahme und den Abbau des Transmitters zuständig ist. Zu den bekanntesten Neurotransmittersystemen gehören das cholinerge System (Acetylcholin), das serotonerge System (Serotonin) und das dopaminerge System (Dopamin).
Diese Systeme haben relativ kleine Ursprungsgebiete im Gehirn, beeinflussen aber über 100.000 Synapsen und mehr pro beteiligtem Neuron in sehr vielen verschiedenen Stellen im Gehirn. Sie spielen eine besondere Rolle bei der Regulierung umfassender Zustände wie Schlaf oder Gemütsverfassung.
Lesen Sie auch: Grundlagen der synaptischen Übertragung
Rezeptoren
Jeder Neurotransmitter hat seine eigenen, spezifischen Rezeptoren, und in der Regel viele verschiedene davon, die sogenannten Subtypen. Unterscheiden lassen sie sich in Laboruntersuchungen beispielsweise dadurch, wie sie auf andere chemische Verbindungen reagieren.
Rezeptoren können ionotrop oder metabotrop sein. Ionotrope Rezeptoren öffnen bei Aktivierung direkt einen Ionenkanal in der postsynaptischen Membran, während metabotrope Rezeptoren eine Signalkaskade innerhalb der Zelle auslösen, die indirekt zur Öffnung von Ionenkanälen oder anderen zellulären Veränderungen führt.
Hemmende und erregende Synapsen
Das Nervenzell-Netzwerk besteht aus erregenden und hemmenden Synapsen. Erregende Synapsen erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass die Empfängerzelle ein Aktionspotential auslöst, während hemmende Synapsen die Wahrscheinlichkeit verringern.
Bedeutung der Hemmung
Die hemmende Signalübertragung ist für die Funktion des Gehirns von entscheidender Bedeutung. Sie kontrolliert die Erregbarkeit des Gehirns, stimmt Hirnbereiche aufeinander ab und beeinflusst maßgeblich die Informationsverarbeitung im Gehirn. Störungen der hemmenden Signalübertragung können zu gravierenden Fehlfunktionen führen, wie z.B. Epilepsie, Angsterkrankungen und Schizophrenie.
Mechanismen der Hemmung
Hemmende Synapsen verwenden hauptsächlich die Neurotransmitter GABA und Glycin. Auf der empfangenden Seite besitzen sie bestimmte Rezeptorproteine, die auf genau diese Botenstoffe spezialisiert sind und deren Aktivierung dazu führt, dass die Empfängerzelle nicht mehr oder nur sehr schwer erregt werden kann.
Ein wichtiger Mechanismus für die Entstehung und Aufrechterhaltung hemmender Synapsen ist das Protein Neuroligin-2. Neuroligin-2 ist ein Zelladhäsionsprotein, das den Kontakt zwischen dem sendenden und dem empfangenden Teil der Synapse ermöglicht. Innerhalb des Empfängerteils der Synapse binden sich die Neuroligin-2-Moleküle an zwei wichtige Gerüstproteine, Collybistin und Gephyrin, die ihrerseits die Verankerung von GABA- und Glycin-Rezeptoren übernehmen.
Neuronale Informationsverarbeitung
Die neuronale Informationsverarbeitung im Gehirn ist ein komplexer Prozess, der auf der Interaktion von erregenden und hemmenden Signalen beruht. Aus den eingehenden, meist chemischen Signalen werden im Neuron elektrische Potenziale erzeugt. Wenn die Botschaft wichtig war und genügend wichtige Botschaften zusammenkommen, sendet das Neuron selbst ein Aktionspotenzial.
Synaptische Plastizität
Die Stärke der synaptischen Verbindungen zwischen Nervenzellen ist nicht statisch, sondern kann sich im Laufe der Zeit verändern. Dieser Prozess wird als synaptische Plastizität bezeichnet und ist die Grundlage für Lernen und Gedächtnis.
Es gibt verschiedene Formen der synaptischen Plastizität, wie z.B. die Langzeitpotenzierung (LTP) und die Langzeitdepression (LTD). LTP verstärkt die synaptische Übertragung, während LTD sie schwächt.
Selbstständige Regulation der Empfindlichkeit
Nervenzellen können selbstständig regulieren, wie empfindlich sie auf eingehende Signale reagieren. Ein wichtiger Mechanismus dafür ist das Enzym SLK. SLK spielt eine Rolle bei der Aktivierung bestimmter Gene, die für die Empfindlichkeits-Einstellung der Nervenzellen verantwortlich sind.
Bei diesem Mechanismus spielen spezielle Nervenzellen eine wesentliche Rolle, die sogenannten Interneurone. Interneurone senden hemmende Aktionspotenziale an erregte Nervenzellen und reduzieren so deren Empfindlichkeit.
Klinische Bedeutung
Das Verständnis der Funktion erregter Nervenzellen im Gehirn ist von großer klinischer Bedeutung. Störungen der neuronalen Signalübertragung können zu einer Vielzahl von neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen führen.
Epilepsie
Epilepsie ist eine neurologische Erkrankung, die durch wiederholte Krampfanfälle gekennzeichnet ist. Die Krampfanfälle entstehen durch eine Übererregung großer Nervenzell-Areale im Gehirn. Studien zeigen, dass bei manchen Epilepsiepatienten weniger SLK in Nervenzellen gefunden wird als normalerweise.
Angststörungen, Schizophrenie und andere neuropsychiatrische Erkrankungen
Störungen der hemmenden Signalübertragung im Gehirn können auch zu Angststörungen, Schizophrenie und anderen neuropsychiatrischen Erkrankungen führen. Studien zeigen, dass eine genetisch verursachte Störung des Proteinnetzwerks um Neuroligin-2 beim Menschen zu Epilepsie führen kann. Es ist sehr wahrscheinlich, dass eine Störung dieses Prozesses bei verschiedenen Epilepsie-Formen eine Rolle spielt, und möglicherweise gilt das auch bei Angststörungen, Schizophrenie und anderen Hirnerkrankungen.
Alzheimer-Krankheit
Bei der Alzheimer-Krankheit sterben cholinerge Neuronen ab, insbesondere solche, die vom basalen Vorderhirn aus Hippocampus, Neocortex und Riechkolben innervieren. Unter den zugelassenen Alzheimer-Medikamenten, die den Verlust geistiger Fähigkeiten zumindest verzögern sollen, befinden sich aber Wirkstoffe, die den Acetylcholin-Abbau im Gehirn verlangsamen.
Parkinson-Krankheit
Bei der Parkinson-Krankheit degenerieren dopaminerge Zellen in der Substantia nigra im Mittelhirn, was zu motorischen Störungen führt.
tags: #gerregte #nervenzellen #im #gehirn