Das Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk, das die Grundlage für Wahrnehmung, Denken, Gedächtnis, Bewegungskoordination und viele andere kognitive und motorische Prozesse bildet. Etwa 86 Milliarden Neuronen bilden die Basis dieses Netzwerks und ermöglichen die Kommunikation zwischen verschiedenen Teilen des Körpers.
Das Neuron: Die Grundeinheit des Nervensystems
Die Nervenzelle, auch Neuron genannt, ist die grundlegende funktionelle Einheit des Nervensystems. Es handelt sich um eine spezialisierte Zelle, die elektrische Signale empfangen, verarbeiten und weiterleiten kann. Neuronen sind für die Kommunikation zwischen den verschiedenen Teilen des Nervensystems verantwortlich und ermöglichen so die Koordination und Steuerung aller körperlichen und geistigen Prozesse. Jedes Neuron hat einen Zellkörper (Soma), Dendriten und ein Axon.
Soma: Das Zentrum der Nervenzelle
Der Zellkörper, auch Soma genannt, ist das runde oder ovale Zentrum der Zelle und enthält den Zellkern. Das Soma enthält alle Zellorganellen, die für die Funktionsfähigkeit der Zelle wichtig sind, darunter Nissl-Schollen, Golgi-Apparat und Mitochondrien. Aufgrund seines hohen Energiebedarfs ist das Neuron in besonderem Maße von Mitochondrien abhängig.
Dendriten: Die Antennen der Nervenzelle
Dendriten sind kurze, verästelte Fortsätze, die vom Soma ausgehen. Sie dienen als Empfänger für Signale von anderen Neuronen oder sensorischen Rezeptoren. Dendriten stellen also gewissermaßen die Antennenregion der Nervenzelle dar. Sie empfangen Signale von anderen Nervenzellen und leiten sie anschließend an den Zellkörper weiter.
Dendritische Dornen
Manche Dendriten verfügen über sogenannte Dornen. Dabei handelt es sich um Membranausstülpungen, die ihren Namen von ihrem stacheligen Aussehen haben. An diesen Dornen befinden sich Synapsen, über die der Dendrit Informationen von anderen Nervenzellen empfängt.
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Dendriten-Typen und ihre Vorkommen
Es gibt verschiedene Typen von Neuronen, die man anhand ihres Aufbaus unterscheiden kann. Kriterien für die Unterscheidung sind v. a. Anzahl und Anordnung der Dendriten und Axone. Insgesamt unterscheidet man zwischen unipolaren, pseudounipolaren, bipolaren und multipolaren Nervenzellen.
- Unipolare Neuronen: Diese Neuronen haben keine Dendriten; aus ihrem Soma entspringt nur ein Axon (z. B. Fotorezeptoren).
- Bipolare Neuronen: Bei bipolaren Neuronen liegt ein Dendrit einem Axon gegenüber. Zwischen ihnen befindet sich das Perikaryon. Ein klassisches Beispiel für das Vorkommen bipolarer Neurone im Körper sind die bipolaren Zellen der Netzhaut. Sie leiten die Erregung der Fotorezeptoren an Ganglienzellen weiter, deren Fasern als Sehnerv weiter zum Gehirn ziehen.
- Pseudounipolare Neuronen: Pseudounipolare Neurone wirken, vom Zellkörper aus betrachtet, beinahe wie eine normale unipolare Zelle. Das Perikaryon selbst hat nämlich nur einen direkten Abgang. Allerdings zweigt sich dieser Abgang T-förmig in ein Axon und einen Axon-ähnlichen Dendriten auf. Pseudounipolare Nervenzellen findet man z. B. in den Spinalganglien. Dort werden sensorische Empfindungen verschaltet, bevor sie im Rückenmark weitergeleitet werden.
- Multipolare Neuronen: Multipolare Neuronen sind der häufigste Neuronentyp im Körper. Sie verfügen über ein Axon und einen weit verzweigten Dendritenbaum. Verbreitete Untertypen der multipolaren Neuronen sind die Pyramiden-Zellen und die Purkinje-Zellen. Pyramiden-Zellen haben ein großes, beinahe pyramidenförmiges Perikaryon. Sie besitzen ein Axon, aber zahlreiche Dendriten, die mit dendritischen Dornen besetzt sind. Purkinje-Zellen sind ein zentraler Zelltyp der Kleinhirn-Rinde. Man erkennt sie leicht an ihrem auffällig stark verzweigten Dendritenbaum.
Funktion der Dendriten
Die primäre Funktion von Dendriten ist die Aufnahme elektrischer Reize und die Weiterleitung zum Soma. Diese Reize werden mithilfe von Synapsen übertragen. Am häufigsten sind die chemischen Synapsen vertreten, die zwischen verschiedenen Bauteilen von Nervenzellen bestehen können. Nicht an jeder Synapse muss zwangsläufig ein Dendrit beteiligt sein. Genauso gibt es Synapsen zwischen Axon und Soma (axo-somatische Synapse) und zwischen zwei Axonen (axo-axonale Synapse).
Dendriten sind ein Teil von folgenden Synapsen-Typen:
- Axo-dendritische Synapsen: Synapsen zwischen einem Dendriten und einem präsynaptischen Endknöpfchen (häufigster Synapsen-Typ)
- Dendro-dendritische Synapsen: Verbindungen zwischen Dendriten verschiedener Neuronen
- Dendro-somatische Synapsen: Verbindung zwischen Soma und Dendrit
Jeder dieser Synapsen kann, abhängig von Neurotransmitter und Rezeptorbesatz der Postsynapse, exzitatorisch (= erregend) oder inhibitorisch (= hemmend) sein. Erst die Summe der verschiedenen erregenden und hemmenden Einflüsse entscheidet am Soma darüber, ob über das Axon eine Erregung weitergeleitet wird. Ist sie zu gering, bzw. überwiegend hemmend, bleibt das Aktionspotenzial aus.
Axon: Das "Kabel" 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 und kann sich über große Entfernungen erstrecken. Der Bereich zwischen dem Soma und dem Axon wird als Axonhügel bezeichnet. Hier werden die einkommenden elektrischen Impulse gesammelt und verrechnet, bis sie eine bestimmte Schwelle überschreiten. Haben sie das sogenannte Schwellenpotenzial erreicht, wird der Reiz (Aktionspotenzial) über das Axon zur nächsten Zelle weitergeschickt.
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Myelinscheide und Saltatorische Erregungsleitung
Das Axon ist meistens von einer Myelinscheide umgeben, die überwiegend aus Lipiden und Proteinen besteht. Sie 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. Entlang des Axons ist die Myelinscheide immer wieder durch freiliegende Axonbereiche, die sogenannten Ranvierschen Schnürringe, unterbrochen. Diese Unterbrechungen ermöglichen es dem elektrischen Impuls, über längere umhüllte Bereiche zu springen und so eine höhere Geschwindigkeit zu erlangen.
Axone ohne Myelinscheiden
Im Körper findet man auch Axone ohne Myelinscheiden.
Synaptische Endknöpfchen
Das Axon endet meist in Verbindungsstellen, den sogenannten Synapsen. Synaptische Endknöpfchen bilden das Ende der Nervenzelle, an dem mithilfe von Synapsen ankommende elektrische Signale zur nächsten Nervenzelle oder einer anderen Zelle (z. B. Muskelzelle) übertragen werden.
Die Funktion von Neuronen: Informationsverarbeitung und -übertragung
Neuronen sind von entscheidender Bedeutung für die Informationsverarbeitung und -übertragung im menschlichen Körper. Durch ihre Dendriten, die um den Zellkörper herum angeordnet sind, nehmen Neuronen elektrische Signale von anderen Neuronen oder sensorischen Rezeptoren auf. Im Soma angekommen kommt es zunächst zur Informationsverarbeitung. Die eingehenden elektrischen Impulse werden durch die Integration verschiedener synaptischer Eingänge analysiert und summiert. Aktionspotenziale entstehen grob gesagt durch den Einstrom positiv geladener Ionen. Dies führt zu einer rapiden Umkehrung des Membranpotenzials, sodass die Innenseite der Zelle nun positiver geladen ist, als die Außenseite. Anschließend leiten die aktivierten Neuronen das Aktionspotenzial über ihre Axone weiter.
Synaptische Übertragung: Die Kommunikation zwischen Neuronen
Das Axon endet meist in Verbindungsstellen (Synapsen), wo das elektrische Signal einen weiteren Mechanismus auslöst. Oft führt das Signal zur Ausschüttung von Neurotransmittern Diese Neurotransmitter werden anschließend in den synaptischen Spalt freigesetzt und binden an spezifische Rezeptoren auf der Membran der Zielzelle. Zwischen dem Eintreffen des Impulses bis zur Spannungsänderung auf der anderen Seite des synaptischen Spalts vergeht nur etwa eine tausendstel Sekunde. Damit stellt die synaptische Übertragung einen der schnellsten biologischen Vorgänge dar.
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Neurotransmitter und ihre Funktion
Sowohl die Überleitung als auch die Hemmung von Erregungsausbreitungen an den Synapsen erfolgen beim Menschen jeweils durch chemische Substanzen (Neurotransmitter). Aufbau, Abbau und Speicherung der Neurotransmitter können durch Medikamente und auch durch bestimmte Tumoren beeinflusst werden, so dass entweder ein Überschuss oder ein Mangel von Transmittern erzeugt wird. Zu den Neurotransmittern gehören eine Reihe chemischer Botenstoffe wie z. B. Acetylcholin, Noradrenalin, Dopamin oder Glutamat.
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 / abzuschwächen oder neue Verbindungen auszubilden.
Klassifikation von Nervenzellen
Die Klassifikation von Nervenzellen erfolgt auf unterschiedliche Weise, basierend auf Beobachtungen einzelner Zellen oder den ihnen zugeordneten Eigenschaften in Zellverbänden. In Bezug auf die Morphologie werden Nervenzellen in verschiedene Typen unterteilt, abhängig von ihrer äußeren Form und Struktur (siehe Abschnitt "Dendriten-Typen und ihre Vorkommen"). Eine andere Möglichkeit zur Klassifikation ist die Betrachtung der Funktion der Neuronen. Motorische Nervenzellen sind für die Steuerung von Bewegungen verantwortlich, sowohl im somatomotorischen Bereich als auch im vegetativen Bereich, wo sie viszeromotorisch wirken und den sympathischen oder parasympathischen Zweig des autonomen Nervensystems regulieren.