Wenn wir etwas berühren, sehen oder riechen, nehmen unsere Körper Reize wahr. Diese Reize, auch Erregungen genannt, werden von spezialisierten Zellen, den Nervenzellen oder Neuronen, aufgenommen, verarbeitet und weitergeleitet. Sie ermöglichen es uns, unsere Umwelt zu erfahren und auf sie zu reagieren. Dieser Artikel beleuchtet den Aufbau und die Funktion der Nervenzelle und erklärt ihre zentrale Rolle im Nervensystem.
Die Nervenzelle (Neuron) als Baustein des Nervensystems
Die Nervenzelle, auch Neuron genannt, ist die grundlegende funktionelle Einheit des Nervensystems. Schätzungen zufolge befinden sich im menschlichen Gehirn etwa 86 Milliarden Neuronen. Diese spezialisierten Zellen sind für die Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung von Informationen verantwortlich. Sie ermöglichen die komplexen Funktionen des Nervensystems, wie Wahrnehmung, Denken, Gedächtnis, Bewegungskoordination sowie viele andere kognitive und motorische Prozesse. Neuronen sind für die Kommunikation zwischen den verschiedenen Teilen des Nervensystems verantwortlich und ermöglichen so die Koordination und Steuerung aller körperlichen und geistigen Prozesse.
Nervenzellen versus Gliazellen
Das Nervensystem besteht aus zwei Hauptzelltypen: Nervenzellen (Neuronen) und Gliazellen. Während Nervenzellen für die Informationsübertragung zuständig sind, übernehmen Gliazellen unterstützende Funktionen. Gliazellen bilden beispielsweise eine Isolationsschicht um die Nervenzellen und sorgen so für eine effiziente Reizweiterleitung.
- Nervenzellen (Neuronen): Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung von Informationen
- Gliazellen: Isolierung und Unterstützung der Nervenzellen
Aufbau einer Nervenzelle
Eine Nervenzelle besteht typischerweise aus drei Hauptbestandteilen: dem Zellkörper (Soma), den Dendriten und dem Axon.
Das Soma: Das Zentrum der Nervenzelle
Der Zellkörper, auch Soma oder Perikaryon genannt, ist das runde bzw. ovale Zentrum der Zelle. Er enthält den Zellkern und alle wichtigen Zellorganellen, die notwendig sind, um die Zellfunktionen zu gewährleisten. Dazu gehören unter anderem die Ribosomen, das endoplasmatische Retikulum und die Mitochondrien. Die vielen Mitochondrien sind für die Energieversorgung der Nervenzelle zuständig, da diese "Schwerstarbeit" leisten muss. Raues ER und Golgi-Apparat sind ebenfalls sehr ausgeprägt, was auf eine sehr intensive Proteinbiosynthese deutet.
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Dendriten: Die Empfangsantennen der Nervenzelle
Dendriten sind kurze, verästelte Fortsätze, die vom Soma ausgehen. Sie bilden die Kontaktstelle zu Zellen oder anderen Neuronen und dienen als Empfänger für Signale von anderen Neuronen oder sensorischen Rezeptoren. Die Dendriten sind die feinen baumartigen Verästelungen, die teils direkt vom Soma ausgehen (basale Dendriten), teils aus anderen Dendriten weiter entfernt vom Soma abzweigen (apikale Dendriten). Eine einzelne Nervenzelle kann über ihre Dendriten mit über 1.000 anderen Nervenzellen verbunden sein und Informationen von diesen Zellen empfangen und verarbeiten. Ihnen kommt dann die Aufgabe zu, diese Erregungen an das Soma weiterzuleiten.
Der Axonhügel: Das Tor zum Axon
Der Axonhügel ist der Bereich zwischen dem Soma und dem Axon. Hier werden die Erregungen, die die Dendriten aufgenommen haben, gesammelt und an das Axon weitergeleitet. Der Axonhügel spielt eine wichtige Rolle bei der Informationsverarbeitung der Nervenzelle. Dies geschieht jedoch nur dann, wenn die Reize gemeinsam ein bestimmtes elektrisches Potenzial überschreiten. Man spricht von einem Schwellenpotenzial, das erreicht werden muss, damit ein Reiz weitergeleitet wird. Wenn jeder einzelne Reiz, der unseren Körper trifft, weitergeleitet und verarbeitet werden müsste, wäre das für den Organismus nicht machbar und wir wären nicht lebensfähig.
Das Axon: Die Datenautobahn der Nervenzelle
Das Axon ist ein langer Fortsatz, der vom Soma ausgeht und Signale von diesem weg transportiert. Es dient gewissermaßen als Übertragungskabel für elektrische Impulse, die vom Neuron erzeugt werden. Das Axon ist der Bereich der Nervenzelle, der die Erregungen weitergibt. Dieses kann in unterschiedlichen Längen vorliegen, beim menschlichen Körper ist es teilweise bis zu einem Meter lang.
Myelinscheide und Ranviersche Schnürringe: Beschleunigung der Reizweiterleitung
Das Axon ist meistens von einer Myelinscheide umgeben, die überwiegend aus Lipiden und Proteinen besteht. Die Myelinscheide bildet, ähnlich wie bei einem Stromkabel, eine Art Isolierschicht um das Axon und ermöglicht somit die saltatorische Erregungsleitung. Dabei werden elektrische Signale in schnellen Sprüngen entlang des Axons weitergeleitet. Freie Abschnitte der Axonmembran werden als Ranviersche Schnürringe gekennzeichnet. Die Erregungen werden an den unisolierten Stellen, also den Ranvierschen Schnürringen, sprunghaft weitergegeben bis zum Endköpfchen (der Synapse). Da die Reizweitergabe nur an den unisolierten Stellen erfolgen muss, ergibt sich eine hohe Geschwindigkeit.
Endknöpfchen und Synapsen: Die Übergabestationen
Am Ende des Axons befinden sich die Endknöpfchen, auch Synapsen genannt. Diese Übergangsstellen ermöglichen die Kommunikation mit anderen Neuronen oder Zielzellen. An den Synapsen werden die Erregungen in chemische Reaktionen übertragen, die es ermöglichen, diese Erregungen weiterzugeben.
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Die Funktion der Nervenzelle: Reizaufnahme, -weiterleitung und -verarbeitung
Die Hauptaufgabe der Nervenzelle besteht darin, Reize aufzunehmen, weiterzuleiten und zu verarbeiten. Dieser Prozess lässt sich in mehrere Schritte unterteilen:
- Reizaufnahme: Die Dendriten nehmen Signale von anderen Neuronen oder sensorischen Rezeptoren auf.
- Informationsverarbeitung: Im Soma werden die eingehenden elektrischen Impulse analysiert und summiert.
- Aktionspotenzialauslösung: Am Axonhügel wird entschieden, ob ein Aktionspotenzial ausgelöst wird. Ein Aktionspotenzial entsteht, wenn ein bestimmtes Schwellenpotenzial überschritten wird.
- Reizweiterleitung: Das Aktionspotenzial wird entlang des Axons weitergeleitet. Bei myelinisierten Axonen erfolgt die Weiterleitung sprunghaft an den Ranvierschen Schnürringen (saltatorische Erregungsleitung), was die Geschwindigkeit erhöht.
- Signalübertragung: An den Synapsen wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt. Neurotransmitter werden in den synaptischen Spalt freigesetzt und binden an Rezeptoren der Zielzelle.
Die Rolle der Neurotransmitter
Neurotransmitter sind chemische Botenstoffe, die an den Synapsen freigesetzt werden und die Erregung von einer Nervenzelle auf eine andere übertragen. Es gibt eine Vielzahl von Neurotransmittern mit unterschiedlichen Wirkungen. Einige Neurotransmitter wirken aktivierend, andere hemmend. Bekannte Neurotransmitter sind beispielsweise Acetylcholin, Noradrenalin, Dopamin und Serotonin.
Beispiel: Reizweiterleitung am Beispiel der Berührung
Nehmen wir an, jemand tippt uns auf die Schulter. Die Dendriten der Nervenzellen in der Haut nehmen diesen Reiz auf und leiten ihn zum Zellkörper weiter. Wenn die Erregung durch das Antippen stark genug ist, entsteht am Axonhügel ein Aktionspotenzial. Dieses Aktionspotenzial wird entlang des Axons bis zu den synaptischen Endknöpfchen weitergeleitet. An der chemischen Synapse wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt. Dazu setzen die synaptischen Endknöpfchen Neurotransmitter in den synaptischen Spalt frei. Die Neurotransmitter binden an Rezeptoren auf der anderen Seite des Spalts, was zur Entstehung eines elektrischen Signals in der nächsten Zelle führt. Das Signal wird so über Nervenzellen bis ins Gehirn geleitet, wo es verarbeitet wird und die Information "Du wurdest berührt" entsteht.
Arten von Nervenzellen
Nervenzellen können anhand verschiedener Kriterien in Gruppen eingeteilt werden. Eine Möglichkeit ist die Einteilung nach ihrer Funktion:
- Sensorische (afferente) Neuronen: Leiten Reize von Sinnesorganen zum Zentralnervensystem (ZNS).
- Motorische (efferente) Neuronen: Steuern Muskeln und Drüsen.
- Interneuronen: Verbinden Nervenzellen untereinander, hauptsächlich im Gehirn und Rückenmark.
Eine andere Möglichkeit ist die Einteilung nach ihrer Morphologie:
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- Unipolare Nervenzellen: Haben nur einen Fortsatz (Axon) und keine Dendriten.
- Pseudounipolare Nervenzellen: Leiten sensorische Signale von den Rezeptoren zum Zentralnervensystem weiter.
- Multipolare Nervenzellen: Sind der am häufigsten vorkommende Typ von Neuronen und für komplexe Verarbeitungsprozesse und motorische Steuerung verantwortlich.
- Apolare Nervenzellen: Weisen weder ein Axon noch Dendriten auf.
Neuronale Plastizität: Die Anpassungsfähigkeit der Nervenzellen
Ein bemerkenswerter Aspekt der Neuronen ist ihre Plastizität. Diese bezeichnet die Fähigkeit der Neuronen, sich an Veränderungen anzupassen. Plastizität ermöglicht es den Neuronen, sich durch wiederholte Aktivierung und Lernprozesse zu verändern und Verbindungen zu verstärken bzw. abzuschwächen oder neue Verbindungen auszubilden.