Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind die fundamentalen Bausteine des Nervensystems. Sie ermöglichen die blitzschnelle Kommunikation im Körper, indem sie Informationen empfangen, verarbeiten und weiterleiten. Um diese komplexen Aufgaben zu erfüllen, weisen Neuronen eine spezialisierte Struktur auf. Typischerweise bestehen sie aus einem Zellkörper (Soma), zahlreichen Dendriten, die Signale empfangen, und einem Axon, das Signale an andere Zellen weiterleitet. Doch wie so oft in der Biologie gibt es auch hier Ausnahmen von der Regel.
Der typische Aufbau eines Neurons
Um die Vielfalt der Neuronen zu verstehen, ist es wichtig, zunächst den typischen Aufbau zu betrachten:
Zellkörper (Soma): Das Stoffwechselzentrum des Neurons, das den Zellkern und andere Organellen enthält. Hier werden die für die Funktion der Zelle notwendigen Stoffe synthetisiert und in Axone und Dendriten transportiert.
Dendriten: Feine, oft stark verzweigte Fortsätze, die wie Antennen Signale von anderen Neuronen empfangen. Sie sind über Synapsen mit anderen Nervenzellen verbunden und leiten die empfangenen Signale zum Zellkörper weiter. Einige Dendriten tragen kleine Fortsätze, sogenannte dendritische Dornen, die die Kontaktfläche zu anderen Neuronen vergrößern.
Axon: Ein langer, schlanker Fortsatz, der elektrische Impulse (Aktionspotenziale) vom Zellkörper weg zu anderen Zellen leitet. Das Axon kann je nach Neuron und Funktion sehr unterschiedliche Längen aufweisen, von wenigen Millimetern bis zu über einem Meter. Am Ende des Axons befinden sich Verdickungen, die Endknöpfchen, die die Kontaktstellen (Synapsen) zu anderen Zellen bilden.
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Axonhügel: Der Ursprung des Axons am Zellkörper. Hier werden die einkommenden elektrischen Impulse gesammelt und verrechnet. Überschreitet die Summe der Impulse eine bestimmte Schwelle, wird ein Aktionspotenzial ausgelöst und über das Axon weitergeleitet.
Myelinscheide: Eine isolierende Schicht, die das Axon umgibt und die Geschwindigkeit der Erregungsleitung erhöht. Sie wird von Gliazellen gebildet, den Oligodendrozyten im zentralen Nervensystem und den Schwannschen Zellen im peripheren Nervensystem. Die Myelinscheide ist nicht durchgehend, sondern wird in regelmäßigen Abständen von den Ranvierschen Schnürringen unterbrochen.
Ranviersche Schnürringe: Freie Axonbereiche zwischen den Myelinsegmenten. An diesen Stellen kann das Aktionspotenzial "springen", was die Erregungsleitung beschleunigt (saltatorische Erregungsleitung).
Klassifizierung von Neuronen anhand der Anzahl ihrer Fortsätze
Ein wichtiges Kriterium zur Klassifizierung von Neuronen ist die Anzahl der Fortsätze, die vom Zellkörper ausgehen:
Unipolare Neuronen: Besitzen nur einen Fortsatz, das Axon. Lange wurden die Sinneszellen der Augen dazu gezählt.
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Bipolare Neuronen: Besitzen zwei Fortsätze, ein Axon und einen Dendriten. Sie dienen der Vermittlung bestimmter Sinne, z. B. im Auge oder in der Nase.
Pseudounipolare Neuronen: Bei diesen Neuronen entspringen Dendrit und Axon aus einem gemeinsamen Fortsatz in der Nähe des Zellkörpers. Ein Beispiel sind die sensorischen Neuronen in den Spinalganglien, die Informationen zum Rückenmark leiten.
Multipolare Neuronen: Besitzen viele Dendriten und ein Axon. Sie sind die am häufigsten vorkommenden Neuronen im Nervensystem. Beispiele sind Motoneurone, die Muskeln steuern, und Pyramidenzellen im Hippocampus, die für Gedächtnisprozesse wichtig sind.
Multipolare Neuronen: Vielfalt in Form und Funktion
Multipolare Neuronen sind die vielfältigste Gruppe von Nervenzellen. Ihre zahlreichen Dendriten ermöglichen es ihnen, Informationen von vielen anderen Neuronen gleichzeitig zu empfangen und zu verarbeiten. Je nach Funktion und Lokalisation im Gehirn weisen multipolare Neuronen unterschiedliche Formen und Eigenschaften auf.
Pyramidenzellen: Besondere multipolare Neuronen im Hippocampus
Eine besondere Art von multipolaren Neuronen sind die Pyramidenzellen, die vor allem im Hippocampus und im Kortex vorkommen. Sie zeichnen sich durch ihre dreieckige (pyramidale) Form des Zellkörpers aus. Eine interessante Entdeckung hat nun gezeigt, dass es auch bei Pyramidenzellen Ausnahmen von der Regel gibt:
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Forscher vom Bernstein Zentrum Heidelberg-Mannheim, der Universität Heidelberg und der Universität Bonn haben herausgefunden, dass bei manchen Pyramidenzellen im Hippocampus von Mäusen das Axon nicht wie üblich am Zellkörper entspringt, sondern direkt aus einem der Dendriten. Dies führt zu einer Art "neuronalen Umgehungsstraße", die die Reizweiterleitung erleichtern kann. Signale, die an diesem Dendriten ankommen, müssen nicht erst über den Zellkörper geleitet werden, sondern können direkt ins Axon gelangen.
Diese ungewöhnliche Struktur wurde bei etwa der Hälfte der untersuchten Pyramidenzellen im Hippocampus gefunden, einer Region, die für Gedächtnisprozesse von großer Bedeutung ist. Die Forscher stellten zudem fest, dass schon winzige Reize ausreichten, um diese Zellen auf diese Weise zu aktivieren, besonders wenn der Informationsfluss an anderen Dendriten durch hemmende Signale unterbunden wird.
Welche spezifischen Reize diese Pyramidenzellen im Schnellverfahren weiterleiten, ist noch nicht vollständig geklärt. Die Forscher planen, dies in weiteren Studien zu untersuchen.
Weitere Beispiele für multipolare Neuronen
Neben den Pyramidenzellen gibt es noch viele andere Arten von multipolaren Neuronen, die sich in ihrer Form und Funktion unterscheiden:
Motoneurone: Steuern die Muskeln und ermöglichen Bewegung. Sie haben einen großen Zellkörper und lange Axone, die bis zu den Muskeln reichen.
Purkinje-Zellen: Kommen im Kleinhirn vor und sind für die Koordination von Bewegungen zuständig. Sie haben einen sehr komplexen Dendritenbaum, der wie ein Fächer aussieht.
Interneurone: Vermitteln zwischen anderen Neuronen im Gehirn und Rückenmark. Sie haben meist kurze Axone und sind an der lokalen Verarbeitung von Informationen beteiligt.
Gliazellen: Die unverzichtbaren Helfer der Neuronen
Neben den Neuronen gibt es im Nervensystem noch eine weitere wichtige Zellart: die Gliazellen. Lange Zeit wurden sie als bloßes Stützgewebe angesehen, doch mittlerweile ist bekannt, dass sie vielfältige und wichtige Funktionen erfüllen.
Arten von Gliazellen und ihre Funktionen
Es gibt verschiedene Arten von Gliazellen, die sich in ihrer Form und Funktion unterscheiden:
Astrozyten: Die häufigsten Gliazellen im Gehirn. Sie haben eine sternförmige Gestalt und sind an der Versorgung der Neuronen mit Nährstoffen, der Aufrechterhaltung des chemischen Milieus im Gehirn und der Bildung der Blut-Hirn-Schranke beteiligt. Sie regulieren das chemische Milieu im extrazellulären Raum, indem sie Kalium-Ionen oder Glutamat aufnehmen können. Dadurch beeinflussen sie die Funktionen der benachbarten Zellen. Astrozyten nehmen aktiv am Informationsaustausch teil. Im Hippocampus sind etwa rund 60 Prozent aller axo-dendritischen Synapsen von Astrogliazellen umhüllt. Neurotransmitter, die von der präsynaptischen Membran freigesetzt werden, stimulieren sowohl die postsynaptische Neuronenmembran als auch die astrogliale Membran. Somit wird ein Signal sowohl im nachfolgenden Neuron als auch in der Gliazelle erzeugt. Letztere kann dann das Signal, in Form eines Calciumeinstroms, an benachbarte Gliazellen weitergeben. An der Synapse haben die Astrozyten aber auch die Aufgabe, ausgeschüttete Neurotransmitter rasch wieder aus dem synaptischen Spalt zu entfernen, um weitere Signalübertragungen zu ermöglichen. Sie beseitigen aber nicht nur Neurotransmitter, sondern können selbst auch Botenstoffe (sogenannte Gliotransmitter) wie ATP oder D-Serin ausschütten und die Signalübertragung an den Synapsen modulieren. Zudem ist mittlerweile bekannt, dass Gliazellen im Prinzip für die Plastizität des Gehirns verantwortlich sind und somit für das Lernen und Gedächtnis. Denn Astrozyten regulieren die Bildung und die Stabilität von Synapsen. Sie schütten Faktoren aus, die Neurone zur Synapsenbildung motivieren, oder Botenstoffe, die bestehende Verbindungen lösen.
Oligodendrozyten: Bilden die Myelinscheide um die Axone im zentralen Nervensystem. Diese Isolierschicht ermöglicht eine schnellere Erregungsleitung.
Schwannsche Zellen: Bilden die Myelinscheide um die Axone im peripheren Nervensystem. Sie unterstützen auch die Regeneration von beschädigten Nervenfasern.
Mikroglia: Die Immunzellen des Gehirns. Sie schützen das Gehirn vor Krankheitserregern und Verletzungen, indem sie Fremdkörper und Zellreste beseitigen (Phagozytose).
Ependymzellen: Kleiden die inneren Hohlräume von Gehirn und Rückenmark aus und bilden die Blut-Hirn-Schranke.
Gliazellen und neuronale Kommunikation
Gliazellen sind nicht nur für die Unterstützung und den Schutz der Neuronen wichtig, sondern spielen auch eine aktive Rolle bei der neuronalen Kommunikation. Sie können Neurotransmitter aufnehmen und freisetzen, die synaptische Übertragung modulieren und die Bildung und Stabilität von Synapsen beeinflussen.
Die Bedeutung der neuronalen Vielfalt
Die Vielfalt der Neuronen und Gliazellen ist entscheidend für die komplexen Funktionen des Nervensystems. Jede Zellart trägt auf ihre Weise zur Informationsverarbeitung, Kommunikation und Steuerung von Körperfunktionen bei. Das Verständnis dieser Vielfalt ist ein wichtiger Schritt, um die Funktionsweise des Gehirns und die Ursachen neurologischer Erkrankungen besser zu verstehen.