Was ist ein Neuron? Definition, Aufbau und Funktion

Das Neuron, auch Nervenzelle genannt, ist die grundlegende funktionelle Einheit des Nervensystems. Es handelt sich um eine spezialisierte Zelle, die in der Lage ist, elektrische und chemische Signale zu empfangen, zu verarbeiten und weiterzuleiten. Neuronen sind für die Kommunikation zwischen den verschiedenen Teilen des Nervensystems verantwortlich und ermöglichen so die Koordination und Steuerung aller körperlichen und geistigen Prozesse. Schätzungen zufolge sind im menschlichen Gehirn etwa 86 Milliarden Neuronen vorhanden. Die komplexen Funktionen des Nervensystems, wie Wahrnehmung, Denken, Gedächtnis, Bewegungskoordination und viele andere kognitive und motorische Prozesse, werden durch Neuronen ermöglicht.

Aufbau eines Neurons

Ein Neuron besteht aus mehreren charakteristischen Abschnitten:

• Zellkörper (Soma): Der Zellkörper, auch Soma genannt, ist das runde bzw. ovale Zentrum der Zelle und enthält den Zellkern (Nukleus) mit den genetischen Informationen. Hier laufen lebenswichtige Vorgänge wie Proteinsynthese und Stoffwechsel ab. Der Zellkörper ist die zentrale Stoffwechselzentrale des Neurons.

• Dendriten: Dendriten sind kurze, verästelte Fortsätze, die vom Soma ausgehen. Sie dienen als Empfänger für Signale von anderen Neuronen oder sensorischen Rezeptoren. Dendriten sind die "Antennen" des Neurons, die Signale auffangen. Sie nehmen elektrische Signale von anderen Neuronen oder sensorischen Rezeptoren auf.

• Axonhügel: Der Bereich zwischen dem Soma und dem Axon wird als Axonhügel bezeichnet. Hier werden alle eintreffenden elektrischen Signale gesammelt und summiert, bis eine bestimmte Schwelle überschritten wird. Erst dann wird ein Signal an das Axon weitergeleitet. Das Axon ist der Ursprungsort des Aktionspotenzials.

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• Axon: 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. Das Axon ist der lange Fortsatz der Nervenzelle, der aus dem Axonhügel hervorgeht und die Impulse weiterleitet. Es kann bis zu einem Meter lang sein und einen Durchmesser von 1 bis 15 Mikrometern haben.

• Myelinscheide: 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. Die Myelinscheide isoliert das Axon und sorgt für eine schnellere Reizleitung. Sie funktioniert wie die Isolierung bei einem Stromkabel und steigert die Geschwindigkeit der Signalweiterleitung enorm.

• Ranviersche Schnürringe: Die Umhüllung des Axons durch die Myelinscheide ist immer wieder durch freiliegende Axonbereiche unterbrochen. Diese nicht-umhüllten Bereiche werden als Ranviersche Schnürringe bezeichnet. An den Schnürringen kann die Erregung "springend" weitergeleitet werden, was die Geschwindigkeit der Reizleitung erhöht.

• Synapsen: Das Axon endet meist in Verbindungsstellen, den Synapsen. Hier wird das elektrische Signal in einen weiteren Mechanismus umgewandelt. 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. Die Synapsen sind die Verbindungsstellen zu anderen Nervenzellen oder Zielzellen, wo die Signalübertragung mittels Neurotransmittern erfolgt. Axone und Dendriten verschiedener Neuronen treten miteinander in Kontakt und übertragen Informationen von Zelle zu Zelle über die Synapsen.

Funktion eines Neurons

Die Aufgabe eines Neurons ist es, Informationen im Körper zu empfangen, zu verarbeiten und weiterzuleiten. Neuronen funktionieren dabei wie biologische Kabel: Sie nehmen Reize (zum Beispiel Berührung, Licht, Geräusche) auf und wandeln sie in elektrische Signale um. Diese Signale werden über das Axon zur nächsten Zelle oder ins Gehirn transportiert. Durch diese Kommunikation steuern Neuronen unzählige Prozesse - von simplen Reflexen bis zu komplexem Denken, Erinnern und Lernen.

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Die Signalübertragung im Neuron läuft in folgenden Schritten ab:

1. Reizaufnahme: An ihren Dendriten empfangen Neuronen Signale von anderen Zellen oder Sinnesrezeptoren. Diese Reize erzeugen kleine elektrische Änderungen an der Zellmembran.
2. Signalverarbeitung: Im Soma werden die eingehenden elektrischen Impulse analysiert und summiert. Erreichen die eingehenden Reize am Axonhügel einen gewissen Schwellenwert, entsteht ein Aktionspotenzial.
3. Aktionspotenzial: Das Aktionspotenzial ist ein kurzer, elektrischer Impuls, der von der Nervenzelle erzeugt wird, wenn ein Reiz stark genug ist. Es entsteht durch den Einstrom positiv geladener Ionen, was zu einer rapiden Umkehrung des Membranpotenzials führt.
4. Reizweiterleitung: Das Aktionspotenzial läuft das Axon entlang bis zu den Synapsen. Bei myelinisierten Axonen "springt" das Aktionspotenzial von einem Ranvierschen Schnürring zum nächsten, was die Geschwindigkeit der Reizleitung erhöht (saltatorische Erregungsleitung).
5. Synaptische Übertragung: An der Synapse angekommen, wird das elektrische Signal meist in ein chemisches Signal, einen sogenannten Neurotransmitter, umgewandelt. Dieser überquert den synaptischen Spalt und löst in der nächsten Zelle (postsynaptische Zelle) ein neues elektrisches Signal aus.

Neuronale Plastizität

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 oder abzuschwächen sowie neue Verbindungen auszubilden. Neuronale Netzwerke sind keine starren Gebilde, sondern dynamische Systeme, die sich ständig verändern und anpassen können. Diese Plastizität ist die Grundlage für Lernen und Gedächtnis.

Typen von Neuronen

Nicht alle Neuronen sehen gleich aus oder übernehmen dieselben Aufgaben. Die Evolution hat eine beeindruckende Palette an Nervenzelltypen hervorgebracht - spezialisiert auf die unterschiedlichsten Funktionen. Die Klassifikation von Nervenzellen erfolgt auf unterschiedliche Weise, basierend auf Beobachtungen einzelner Zellen oder den ihnen zugeordneten Eigenschaften in Zellverbänden.

Eine Möglichkeit zur Klassifikation ist die Betrachtung der Morphologie der Neuronen:

• Unipolare Nervenzellen: Diese Nervenzellen leiten sensorische Informationen von der Peripherie zum Zentralnervensystem.
• Pseudounipolare Nervenzellen: Diese Nervenzellen leiten sensorische Signale von den Rezeptoren zum Zentralnervensystem weiter und sind typisch für das periphere Nervensystem.
• Multipolare Nervenzellen: Dies ist der am häufigsten vorkommende Typ von Neuronen. Diese sind für komplexe Verarbeitungsprozesse und motorische Steuerung verantwortlich.
• Apolare Nervenzellen: Diese Nervenzellen weisen weder ein Axon noch Dendriten auf. Da sie noch nicht entwickelt sind, haben sie noch keine Polarität.

Eine andere Möglichkeit zur Klassifikation ist die Betrachtung der Funktion der Neuronen:

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• Sensorische Neuronen (afferente Neuronen): Sie nehmen Reize aus der Umwelt oder dem Körperinneren auf und leiten sie an das Gehirn oder Rückenmark weiter. Sensorische Neuronen leiten Reize von Sinnesorganen ans ZNS.
• Motorische Neuronen (efferente Neuronen): Sie leiten Befehle vom Gehirn oder Rückenmark an Muskeln oder Drüsen. 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.
• Interneuronen: Sie vernetzen verschiedene Neuronen untereinander und sind das "Schaltzentrum" im zentralen Nervensystem. Interneuronen finden sich nur im Gehirn, den Augen und im Rückenmark. Ihre Funktion besteht darin, die neurale Aktivität innerhalb einer best. Hirnstruktur zu integrieren, Nervenimpulse selektiv weiterzugeben, und sind im Verbund in der Lage, Informationen zu verarbeiten oder zu speichern.

Synapsen: Die Schaltstellen der neuronalen Kommunikation

Synapsen sind die Schaltstellen, an denen Informationen von einer Nervenzelle zur nächsten weitergegeben werden. An der Synapse treffen die präsynaptische Endigung des Axons und die postsynaptische Membran der nächsten Zelle aufeinander.

Die synaptische Übertragung läuft in folgenden Schritten ab:

1. Aktionspotenzial erreicht die präsynaptische Endigung: Sobald ein Aktionspotenzial die präsynaptische Endigung erreicht, öffnen sich Calciumkanäle.
2. Calcium-Einstrom: Durch den Einstrom von Calciumionen werden gespeicherte Bläschen (Vesikel) mit Neurotransmittern ausgeschüttet.
3. Neurotransmitter-Freisetzung: Die Neurotransmitter werden in den synaptischen Spalt freigesetzt.
4. Bindung an Rezeptoren: Die Neurotransmitter diffundieren durch den synaptischen Spalt und binden an spezifische Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran der Zielzelle.
5. Auslösung eines neuen Signals: Die Bindung der Neurotransmitter an die Rezeptoren löst in der postsynaptischen Zelle ein neues elektrisches Signal aus.

Neuronale Netzwerke

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. Diese neuronalen Netzwerke ermöglichen komplexe Reaktionen und Denkprozesse. Die meisten Neuronen haben die Aufgabe, Signale von einer Struktur zur nächsten weiterzuleiten.

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