Was passiert eigentlich in deinem Gehirn, wenn du eine neue Idee hast oder blitzschnell auf eine heiße Herdplatte reagierst? Hinter jeder Bewegung, jedem Gedanken und Gefühl stecken Milliarden winziger Baumeister: die Neuronen. In diesem Artikel führen wir dich auf eine Entdeckungsreise ins Herz unserer Nervenzellen - ihren komplexen Aufbau und die faszinierenden Mechanismen, mit denen sie unser Leben steuern.
Was ist eine Nervenzelle (Neuron)?
Beginnen wir mit einer Frage, die dich vielleicht schon im ersten Semester der Biologie verfolgt: Was genau ist ein Neuron? Das Neuron - oft auch Nervenzelle genannt - ist die grundlegende, spezialisierte Bau- und Funktionseinheit unseres Nervensystems. Es ist darauf ausgelegt, Informationen im Körper zu empfangen, weiterzuleiten und zu verarbeiten. Ohne Neuronen gäbe es keine bewusste Wahrnehmung, kein Gedächtnis und keine Muskulatur, die auf Befehle reagiert. Damit ist klar: Verstehst du Neuronen und wie sie arbeiten, gewinnst du nicht nur Einblicke in dein eigenes Denken und Handeln, sondern auch in moderne Medizin und Technik.
Unser Körper besteht aus vielen verschiedenartigen Zellen mit bestimmten Funktionen. Nervenzellen (auch: Neuronen) unterscheiden sich von anderen Zellen, insbesondere durch ihren Aufbau und ihre Funktion. Um diese Funktion zu erfüllen, sind unfassbar viele Nervenzellen zu großen Netzwerken verbunden. Allein in unserem Gehirn, dem Schalt- und Kontrollzentrum des Nervensystems, sind rund 100 Milliarden Nervenzellen im Einsatz.
Der Aufbau eines Neurons: Eine detaillierte Betrachtung
Wer ein Neuron betrachtet, entdeckt schnell: Diese Zellen sind wahre Spezialisten mit klar gegliedertem Aufbau. Nimm eine berühmte bildhafte Analogie: Stell dir einen Baum vor - sein Stamm ist der Zellkörper, die Wurzeln und Äste stehen für Dendriten, und der lange, schlanke Ast repräsentiert das Axon. Ein Neuron, auch Nervenzelle genannt, besteht aus mehreren charakteristischen Abschnitten. Das Neuron lässt sich in unterschiedliche Abschnitte gliedern. Wir haben die Nervenzelle mit den wichtigsten Bestandteilen für dich beschriftet.
Grundaufbau = Dendrit - Soma - Axonhügel - Axon - Endknöpfchen
Lesen Sie auch: Was ist eine Aura?
MerkeBauelemente des Neurons:DendritenSomaAxonSynapse/Endknöpfchen
Soma (Zellkörper)
Im Zellkörper, auch Soma genannt, befindet sich der Zellkern (Nukleus) mit den genetischen Informationen. Das Soma enthält einen Zellkern und Mitochondrien. Hier laufen lebenswichtige Vorgänge wie Proteinsynthese und Stoffwechsel ab - das Gehirn des Neurons, wenn du so willst. Das Soma ist der Zellkörper eines Neurons und enthält neben dem Zellkern alle notwendigen Zellorganellen zur Erhaltung der Zellfunktion (Ribosomen, raues und glattes endoplasmatisches Retikulum, Mitochondrien, Golgi-Apparat usw.). Das Soma wird auch als Perikaryon bezeichnet. Der Zellkörper der Nervenzelle, auch Soma genannt, enthält den Zellkern sowie alle Zellorganellen, die für die Funktionsfähigkeit der Zelle wichtig sind, darunter Nissl-Schollen, Golgi-Apparat und Mitochondrien. Von letzteren ist das Neuron aufgrund seines hohen Energiebedarfs in besonderem Maße abhängig.
Dendriten: Die "Antennen" des Neurons
Dendriten sind feine, oft stark verzweigte Fortsätze, die vom Soma abzweigen. Sie sind Ausläufer bzw. Verlängerungen, die vom Zellkörper (Soma) ausgehen. Ihre Hauptaufgabe: Informationen aus der Umgebung aufnehmen - wie Mikrofone, die jedes Flüstern aus der Nachbarschaft erfassen. Ihre Aufgabe ist es, weitergeleitete Nervenimpulse zu empfangen. Dendriten sind feine Verästelungen des Zellkörpers (sog. Zellfortsätze), die über Synapsen mit anderen Nervenzellen in Kontakt stehen. Sie empfangen deren Signale und leiten sie anschließend an den Zellkörper weiter. Dendriten stellen also gewissermaßen die Antennenregion der Nervenzelle dar. Sie leiten Informationen an andere Neuronen weiter und empfangen Signale von anderen Zellen oder Sinnesrezeptoren. Bei Ihnen kommt ein Reiz zuerst an. Ihnen kommt dann die Aufgabe zu, diese Erregungen an das Soma weiterzuleiten.
Axon: Die "Datenautobahn"
Das Axon ist oft der längste Teil der Nervenzelle. Über dieses "Nervenfaserkabel" werden elektrische Signale vom Zellkörper fortgeleitet - manchmal über Entfernungen von mehr als einem Meter! Ein Axon kann sich dabei zu mehreren Endverzweigungen aufsplitteten, an deren Spitzen die Synapsen sitzen.Als Axon bzw. Neurit wird der Neuron Fortsatz bezeichnet, der aus dem Axonhügel hervorgeht und die elektrischen Impulse vom Zellkörper zum Ende der Nervenzelle leitet. Im Gegensatz zu den kürzeren Dendriten kann die Länge des Axons je nach Funktion und Lokalisation der Nervenzelle bis zu einem Meter und mehr betragen.
Ein Axon kann beim Menschen bis zu einem Meter lang sein. Bei einem Axon handelt es sich um einen langen, unverzweigten Fortsatz, der der Weiterleitung der Signale durch den Körper dient. Das Axon leitet Nervenimpulse vom Soma weiter; es wird auch als Neurit bezeichnet. 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. Die Aufgabe des Axons ist die Weiterleitung der Aktionspotentiale zu Nerven- oder Muskelzellen.
Lesen Sie auch: Behandlungsmöglichkeiten bei Tetraplegie
Axonhügel: Die "Schaltzentrale"
Am Übergang vom Soma ins Axon sitzt der Axonhügel. Am Übergang zwischen Soma und Axon befindet sich der Axonhügel. Dort werden Informationen bzw. elektrische Signale solange gesammelt und summiert, bis eine bestimmte Schwelle oder ein Schwellenpotential überschritten wird. Erst dann wird ein Signal an das Axon weitergeleitet. Diese Signale nennst du Aktionspotentiale. Das verhindert, dass unser Körper jedes kleinste Signal weiterleitet. Die Dendriten und das Soma werden an einer Stelle gebündelt und dort wird der Übergang zum Axon gebildet. An diesem sogenannten Axonhügel werden die Erregungen, die die Dendriten aufgenommen haben, gesammelt und an das Axon weitergeleitet. Dies geschieht jedoch nur dann, wenn die Reize gemeinsam ein bestimmtes elektrisches Potenzial überschreiten. 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. Man spricht von einem Schwellenpotenzial, das erreicht erden muss, damit ein Reiz weitergeleitet wird. Der Axonhügel bildet den Ursprung des Axons am Zellkörper der Nervenzelle. 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. Der Axonhügel bezeichnet den Übergang vom Soma zum Axon, in dem Signale gesammelt und summiert werden, bis ein Schwellenwert überschritten ist, der ein sogenanntes Aktionspotential auslöst. Der Axonhügel ist die Ursprungsstelle des Axons. Hier werden Informationen integriert und Nervenimpulse ausgelöst. Hier beginnt der Impuls.
Myelinscheide: Die "Isolation"
Viele Axone werden von einer fettreichen Schicht, der Myelinscheide, umhüllt. Sie funktioniert wie die Isolierung bei einem Stromkabel und steigert die Geschwindigkeit der Signalweiterleitung enorm: Signale "springen" von einem Ranvierschen Schnürring zum nächsten - das nennt man saltatorische Erregungsleitung. Axone ohne Myelinscheide leiten langsamer und finden sich v.a. in Gehirn und Rückenmark. Bei Wirbeltieren werden die Axone häufig zudem von einer speziellen Form von Gliazellen, den sogenannten schwannschen Zellen, umgeben. Diese Zellen liegen hintereinander um das jeweilige Axon, sodass es von einer lamellenartigen Hülle umgeben wird: der Markscheide, Myelinscheide oder auch schwannschen Scheide. Motoneurone sind in der Regel von speziellen Gliazellen umgeben: den sogenannten Schwann-Zellen. Während der Embryonalentwicklung winden sich diese mehrmals um die Axone. Die dabei entstehende Ummantelung wird als Myelinscheide oder auch Schwann-Scheide bezeichnet. 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. Damit die Weiterleitung der elektrischen Signale möglichst schnell und ohne Verluste funktioniert, ist das Axon sozusagen wie ein elektrisches Kabel isoliert. Dazu wird der Fortsatz durch Stütz- oder Hüllzellen umhüllt. (außerhalb von Gehirn und Rückenmark) nennst du sie auch Schwann’sche Zellen. um die Axone. Die Umhüllung ist immer wieder durch freiliegende Axonbereiche unterbrochen. . Den nicht-umhüllten Bereich eines Axons nennst du Ranvierschen Schnürring. erhöht wird. Denn die Erregung kann auch von einem Schnürring zum nächsten „springend“ weitergeleitet werden. Schwannsche Zellen sind Stütz- und Hüllzellen der Neuronen im peripheren Nervensystem. Sie sind nicht direkt an der Reizweiterleitung beteiligt, sondern haben die Aufgabe, die Nervenzelle zu stabilisieren und zu ernähren. Als Myelinscheide oder Markscheide wird die von Schwannschen Zellen gebildete elektrische Isolationsschicht bezeichnet. Wie ein Verband legt sie sich um das Axon der Neuronen des peripheren Nervensystems herum und sorgt so nicht nur für deren Schutz, sondern auch für die Beschleunigung der Erregungsleitung. Im zentralen Nervensystem (ZNS), also dem Gehirn und Rückenmark, werden die Nervenzellen ebenfalls von einer Myelinscheide umgeben.
Synapsen: Die "Kommunikationszentrale"
Am Ende des Axons stehen die 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. Meist wird das elektrische Potenzial dazu in sogenannten Neurotransmitter (Nervenbotenstoffe) „umgewandelt“. Zu den Neurotransmittern gehören eine Reihe chemischer Botenstoffe wie z. B. Acetylcholin, Noradrenalin, Dopamin oder Glutamat. Diese werden in chemischen Synapsen in kleinen Bläschen, den synaptischen Vesikeln, gelagert. In seltenen Fällen (z. B. Die synaptischen Endknöpfchen bilden das Ende eines Neurons. Das elektrische Signal wird hier auf die nächste Nervenzelle oder zum Beispiel auf eine Sinnes- oder Muskelzelle übertragen. Dazu wird das elektrische Signal meist in ein chemisches Signal umgewandelt. Die Verbindung am Ende einer Nervenzelle mit einer anderen Zelle nennst du Synapse. In den meisten Fällen sind das chemische Synapsen. Das Endknöpfchen setzt chemische Moleküle in den synaptischen Spalt - die Lücke zwischen den zwei Zellen - frei. Dort binden sie an Rezeptoren und geben die Erregung weiter. Am Ende der Nervenzelle befinden sich die Übergangsstellen zu weiteren Neuronen oder zu bestimmten Zielzellen. Diese Übergangsstellen nennt man Endknöpfchen oder auch Synapsen. An den Synapsen werden die Erregungen in chemische Reaktionen übertragen, die es ermöglicht, diese Erregungen weiterzugeben. Über die synaptischen Endknöpfchen werden chemische Botenstoffe, die Neurotransmitter, freigesetzt. Neurotransmitter bewirken an den Dendriten der nachfolgenden Nervenzelle eine vorübergehende Öffnung von Ionenkanälen.
Jedes Element im Aufbau einer Nervenzelle ist auf Effizienz getrimmt.
Funktionsweise eines Neurons: Reizweiterleitung im Detail
Warum spürst du einen Schmerz blitzschnell, aber freust dich an Erinnerungen über Jahrzehnte? Neuronen kommunizieren über ein ebenso ausgeklügeltes System: die elektrische und chemische Signalweiterleitung.
Lesen Sie auch: Detaillierte Informationen zu Epilepsie-Anzeichen
Reizaufnahme und Signalverarbeitung
An ihren Dendriten empfangen Neuronen Signale von anderen Zellen oder Sinnesrezeptoren. Im Soma werden diese Impulse verrechnet - du kannst dir das vorstellen wie ein „kleines Wahlstudio“: Erreichen die eingehenden Reize einen gewissen Schwellenwert, wird das Signal weitergeleitet.
Aktionspotenzial: Der "elektrische Impuls"
Kommt es zur Signalübertragung, öffnet sich am Axonhügel eine Kaskade von Ionenkanälen. Natrium-Ionen strömen blitzartig in die Zelle (Depolarisation), das Membranpotenzial kippt, ein Aktionspotenzial entsteht. Dieses Aktionspotenzial wird entlang der Axone immer weitergeleitet, ohne an Stärke zu verlieren. Wenn das Aktionspotential die Synapsen erreicht, kommt es zur Ausschüttung der Botenstoffe in den synaptischen Spalt.
Der Schwellenwert Aktionspotential liegt bei etwa -50 mV. Die Repolarisation Aktionspotential folgt, wenn sich die Natrium-Kanäle schließen und Kalium-Kanäle öffnen. Dies führt zur Wiederherstellung des negativen Membranpotentials. Aktionspotentiale (APs) laufen immer mit gleicher Form und Amplitude ab, wobei der Schwellenwert Aktionspotential bei -50mV liegt.
Reizweiterleitung: Von Synapse zu Synapse
Das Aktionspotenzial läuft das Axon entlang bis zu den Synapsen. Dort sorgt ein weiterer ionengetriebener Prozess dafür, dass Neurotransmitter freigesetzt werden. 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“.
Die Erregungsleitung erfolgt blitzschnell und kann eine Höchstgeschwindigkeit von bis zu etwa 150 m/s, also 540 km/h, erreichen. Diese schnelle Reaktion wird durch deine Nervenzellen ermöglicht. Die Nervenzellen leiten die Botschaft von deiner Hand über dein Rückenmark zu deinem Gehirn und zurück, um eine Reaktion auszulösen und dich zu schützen.
Ein anschauliches Beispiel: Wenn du deine Hand von einer heißen Herdplatte abziehst, läuft dieses System wie am Schnürchen: Sinneszellen nehmen die Hitze wahr, Neuronen leiten das Signal superschnell an dein Rückenmark (Reflexbogen!) und weiter an die Arm-Muskulatur.
Vielfalt der Neuronen: Spezialisten für unterschiedliche Aufgaben
Nicht alle Neuronen sehen gleich aus oder übernehmen dieselben Aufgaben. Die Evolution hat eine beeindruckende Palette an Nervenzelltypen hervorgebracht - spezialisiert auf die unterschiedlichsten Funktionen. Du kannst die Nervenzellen anhand von verschiedenen Kriterien in Gruppen einteilen.
Unipolare Nervenzellen haben nur einen kurzen Fortsatz (Axon) und keine Dendriten. Multipolare Nervenzellen kommen sehr häufig vor. Interneuronen haben eine Vermittlerfunktion.
Sensorische (afferente) Neuronen
Sie leiten Sinnesreize von Haut, Organen oder Sinnesorganen zum Gehirn und Rückenmark.
Motorische (efferente) Neuronen
Sie leiten Befehle vom Gehirn oder Rückenmark an Muskeln oder Drüsen.
Interneurone
Sie vermitteln Signale zwischen sensorischen und motorischen Neuronen und sind an komplexen neuronalen Prozessen beteiligt.
Synapsen: Die Schaltstellen der Kommunikation
Gefühlt bist du ununterbrochen online - dank Synapsen sind Neuronen das auch. Sie sind die Schaltstellen, an denen Informationen von einer Nervenzelle zur nächsten weitergegeben werden. Wichtige Schaltstellen bilden hierbei die Synapsen, deren Anzahl je nach Zelltyp zwischen genau einer und über 100.000 variieren.
Was passiert an der Synapse?
Am Ende des Axons sitzt die präsynaptische Endigung und trifft auf die postsynaptische Membran der nächsten Zelle. Sobald ein Aktionspotenzial die präsynaptische Endigung erreicht, öffnen sich Calciumkanäle - durch den Einstrom von Calciumionen werden gespeicherte Bläschen (Vesikel) mit Neurotransmittern ausgeschüttet.
Neurotransmitter: Die chemischen Botenstoffe
Diese Botenstoffe überwinden den synaptischen Spalt und docken an Rezeptoren der nachfolgenden Zelle an. Je nach Neurotransmitter und Rezeptortyp kann dies eine erregende (anregende) oder hemmende (dämpfende) Wirkung haben.
Beispiel: Der Natriumeinstrom führt zur Depolarisation der postsynaptischen Membran (EPSP). Bei erregenden Synapsen erfolgt die Signalübertragung am Dendrit durch Acetylcholin als Neurotransmitter.
Neuronale Netzwerke: Das Gehirn als adaptive Steuerzentrale
Sobald einzelne Neuronen in riesigen Netzen zusammenarbeiten, entfaltet sich das eigentliche Wunder: das Gehirn als adaptive Steuerzentrale. Alle Nervenzellen zusammen bilden in deinem Körper das Nervensystem.
Neuronale Netzwerke: Verbindungen, die unser Denken formen
Neuronen bilden keine Einzelkämpfer, sondern verschalten sich zu hochkomplexen Netzwerken. Jeder Gedanke, jede Erinnerung, jeder Lerneffekt basiert darauf, dass Verbindungen (Synapsen) angepasst, verstärkt oder gelöscht werden.
Plastizität und Lernen: Die Anpassungsfähigkeit des Gehirns
Plastizität beschreibt die Fähigkeit des Gehirns, auf Erfahrungen, Lernen oder Verletzungen flexibel zu reagieren.
Reflexbogen: Ein Beispiel für praktische Netzwerke
Ein Reflex (z. B. der Kniesehnenreflex beim Arzt) zeigt, wie direkt ein Signal vom Sinnesrezeptor übers Rückenmark direkt zum Muskel durchgeschaltet wird - ganz ohne bewusste Steuerung.
Störungen der neuronalen Kommunikation
Was passiert, wenn die Kommunikation im neuronalen Netzwerk gestört ist?
Morbus Alzheimer: Der Verlust des Gedächtnisses
Hier sterben bestimmte Nervenzelltypen im Gehirn ab, die Folge sind Gedächtnisprobleme bis hin zum vollständigen Verlust der Selbstständigkeit.
Synapsengifte: Wenn die Signalübertragung ausfällt
Die Wirkungsmechanismen der Synapsengifte sind vielfältig. Einige Gifte wie ω-Conotoxin blockieren die Calcium-Kanäle an der präsynaptischen Membran, wodurch die Ausschüttung von Neurotransmittern verhindert wird. Dies führt zu einer Unterbrechung der Aktionspotential Nervenzelle. Koffein nimmt eine Sonderstellung ein, da es als kompetitiver Hemmstoff zu Adenosin fungiert. Dies führt zu einer erhöhten Dopamin-Ausschüttung und gesteigerter Aufmerksamkeit.
tags: #vier #abschnitte #eines #neurons