Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind die fundamentalen Einheiten des Nervensystems und spielen eine entscheidende Rolle bei der Reizweiterleitung im Körper. Sie ermöglichen die Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung von Informationen aus der Umwelt und dem Körperinneren. Dieser Artikel beleuchtet den Aufbau von Nervenzellen und die Funktionen ihrer einzelnen Bestandteile.
Einführung in die Nervenzelle
Nervenzellen sind hochspezialisierte Zellen, die Informationen in Form von elektrischen und chemischen Signalen übertragen. Das Nervensystem besteht aus einem komplexen Netzwerk von etwa 100 Milliarden Nervenzellen, die durch Synapsen miteinander verbunden sind. Diese Vernetzung ermöglicht komplexe Rechenleistungen und die Koordination von Körperfunktionen. Wenn du zum Beispiel etwas siehst oder berührst, erfährt dein Körper einen Reiz. Die Nervenzellen sind also für die Weiterleitung von Reizen verantwortlich. Nehmen wir an, jemand tippt dir von hinten auf die Schulter. Die Dendriten der Nervenzelle leiten den Reiz zum Zellkörper weiter. Die Erregung durch das Antippen ist stark genug, dass am Axonhügel ein Aktionspotential entsteht. An der chemischen Synapse wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt. Dazu setzen die synaptischen Endknöpfchen chemische Moleküle (Neurotransmitter) in den synaptischen Spalt frei. Die Moleküle binden an Rezeptoren auf der anderen Seite des Spalts. Das führt zur Entstehung eines elektrischen Signals in der nächsten Zelle. Das Signal wird so über Nervenzellen bis in dein Gehirn geleitet. Dort wird es verarbeitet und das Gehirn erhält das Signal „Du wurdest berührt“.
Der Aufbau einer Nervenzelle im Detail
Ein Neuron besteht aus verschiedenen Abschnitten, die jeweils spezifische Funktionen erfüllen. Zu den Hauptbestandteilen gehören:
- Dendriten: Diese verästelten Fortsätze empfangen Signale von anderen Nervenzellen und leiten sie zum Zellkörper (Soma) weiter. Die Dendriten bilden die Antennenregion der Nervenzelle.
- Soma (Zellkörper): Das Soma enthält den Zellkern und die wichtigsten Zellorganellen wie Ribosomen, endoplasmatisches Retikulum und Mitochondrien, die für die Aufrechterhaltung der Zellfunktionen notwendig sind.
- Axonhügel: Dieser Bereich bildet den Übergang vom Soma zum Axon. Hier werden die von den Dendriten empfangenen Signale gesammelt und summiert. Wenn ein bestimmtes Schwellenpotential überschritten wird, wird ein Aktionspotential ausgelöst und an das Axon weitergeleitet. Der Axonhügel verhindert, dass der Körper jedes kleinste Signal weiterleitet.
- Axon (Neurit): Das Axon ist ein langer Fortsatz, der aus dem Axonhügel hervorgeht und Aktionspotentiale zu anderen Nerven- oder Muskelzellen weiterleitet. Damit die Weiterleitung der elektrischen Signale möglichst schnell und ohne Verluste funktioniert, ist das Axon wie ein elektrisches Kabel isoliert.
- Myelinscheide: Viele Axone sind von einer Myelinscheide umgeben, die von Gliazellen gebildet wird. Im peripheren Nervensystem übernehmen die Schwannschen Zellen diese Aufgabe. Die Myelinscheide dient als Isolation und ermöglicht eine schnellere Signalübertragung.
- Ranviersche Schnürringe: Die Myelinscheide ist nicht durchgängig, sondern wird von regelmäßigen Unterbrechungen unterbrochen, den Ranvierschen Schnürringen. Diese ermöglichen eine saltatorische Erregungsleitung, bei der das Aktionspotential von einem Schnürring zum nächsten "springt", was die Geschwindigkeit der Signalübertragung erhöht.
- Synaptische Endknöpfchen: Am Ende des Axons befinden sich die synaptischen Endknöpfchen, die den Kontakt zu anderen Nervenzellen, Sinneszellen oder Muskelzellen herstellen. Hier wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt, um die Erregung an die nächste Zelle weiterzugeben.
Die Funktion der einzelnen Bestandteile
Jeder Bestandteil einer Nervenzelle erfüllt eine spezifische Aufgabe bei der Reizverarbeitung und -weiterleitung:
- Dendriten: Nehmen Signale von benachbarten Zellen auf und leiten diese zum Soma weiter.
- Soma: Verarbeitet die eingehenden Signale und integriert sie.
- Axonhügel: Entscheidet, ob ein Aktionspotential ausgelöst wird.
- Axon: Leitet die Aktionspotentiale über große Distanzen weiter. Kollateralen, Verzweigungen des Axons, ermöglichen die gleichzeitige Signalübertragung auf mehrere Nervenzellen.
- Synaptische Endknöpfchen: Stellen den Kontakt zu benachbarten Nervenzellen her und übertragen das Signal. Dornfortsätze vergrößern die Oberfläche für synaptische Verbindungen.
- Cytoskelett: Spielt eine wichtige Rolle beim Transport der Vesikel innerhalb der Nervenzelle.
Signalübertragung an der Synapse
Die synaptischen Endknöpfchen bilden die Verbindung zu anderen Zellen, die als Synapse bezeichnet wird. Die meisten Synapsen sind chemische Synapsen. An der Synapse wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt. Wenn ein Aktionspotential die Endknöpfchen erreicht, öffnen sich Calcium-Kanäle, und Calcium-Ionen strömen in die Zelle. Dies führt zur Freisetzung von Neurotransmittern aus synaptischen Vesikeln in den synaptischen Spalt, die Lücke zwischen den Zellen.
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Die freigesetzten Neurotransmitter diffundieren durch den synaptischen Spalt und binden an Rezeptoren auf der Membran der Empfängerzelle. Diese Bindung löst eine Veränderung des Membranpotentials in der Empfängerzelle aus, entweder erregend (depolarisierend) oder hemmend (hyperpolarisierend). Wenn die Summe der erregenden Signale ein bestimmtes Schwellenpotential überschreitet, wird in der Empfängerzelle ebenfalls ein Aktionspotential ausgelöst, und das Signal wird weitergeleitet.
Die Neurotransmitter werden anschließend entweder abgebaut, wieder in die präsynaptische Zelle aufgenommen (Reuptake) oder diffundieren aus dem synaptischen Spalt, um die Signalübertragung zu beenden.
Gliazellen: Unterstützende Zellen im Nervensystem
Neben den Nervenzellen gibt es weitere wichtige Zelltypen im Nervensystem, die für dessen Funktion unerlässlich sind. Gliazellen unterstützen die Neuronen auf vielfältige Weise:
- Schwannsche Zellen und Oligodendrozyten: Bilden die Myelinscheide, die für die Isolierung der Axone verantwortlich ist.
- Astrozyten: Verbinden Dendriten und Blutkapillare miteinander und tragen so zur Versorgung der Neuronen bei. Sie regulieren auch die chemische Umgebung der Neuronen und spielen eine Rolle bei der synaptischen Übertragung.
- Mikrogliazellen: Fungieren als "Fresszellen" des Nervensystems und beseitigen Zelltrümmer und Krankheitserreger.
Diese verschiedenen Zelltypen arbeiten zusammen, um die komplexen Funktionen des Nervensystems zu ermöglichen und aufrechtzuerhalten.
Das Nervensystem: Zentral und Peripher
Das Nervensystem lässt sich anatomisch in zwei Hauptteile unterteilen:
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- Zentralnervensystem (ZNS): Besteht aus Gehirn und Rückenmark. Es verarbeitet Informationen und koordiniert Körperfunktionen.
- Peripheres Nervensystem (PNS): Umfasst alle Nerven, die außerhalb des Gehirns und Rückenmarks liegen. Es leitet Informationen zum ZNS und von dort weg.
Funktionell wird das PNS weiter unterteilt in:
- Somatisches Nervensystem: Steuert willkürliche Bewegungen und bewusste Wahrnehmungen.
- Autonomes (vegetatives) Nervensystem: Reguliert unwillkürliche Körperfunktionen wie Atmung, Herzschlag und Verdauung. Es besteht aus dem Sympathikus (aktivierend), dem Parasympathikus (beruhigend) und dem enterischen Nervensystem (Steuerung des Magen-Darm-Trakts).
Neurologische Erkrankungen
Neurologische Erkrankungen sind Erkrankungen des Nervensystems. Sie können angeboren sein (durch Gendefekte) oder im Laufe des Lebens entstehen (durch Infektionen, Traumata oder Degeneration). Viele Krankheiten wie beispielsweise Parkinson oder Depression sind durch eine Störung des Gleichgewichts an den Synapsen gekennzeichnet.
Die Bedeutung der Synapsen für das Lernen
Die Synapsen spielen eine entscheidende Rolle beim Lernen und Gedächtnis. Bei Lernvorgängen kommt es zu funktionellen Veränderungen an bestimmten Synapsen im Hippocampus, einem Hirnareal, das für das Gedächtnis wichtig ist. Diese Veränderungen führen dazu, dass die elektrischen Antworten in den Empfängerzellen stärker werden, was die Grundlage für die Bildung von Erinnerungen bildet.
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