Neuron: Aufbau und Funktion der Nervenzellen

Wenn du etwas berührst, dich stößt oder einen Gegenstand siehst, werden sogenannte Reize erzeugt. Dein Körper ist in der Lage, diese Reize, auch Erregungen genannt, erfahrbar zu machen. Jede Erregung wird zum menschlichen Gehirn geleitet, dort entschlüsselt und interpretiert. So ist man in der Lage zu riechen, sehen, schmecken, hören und zu fühlen. Ganz entscheidend für diesen Vorgang sind die Nervenzellen, die man auch unter dem Begriff Neuronen kennt. Diese sind für die Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung aller Reize und ihrer Informationen verantwortlich.

Was 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.

Im menschlichen Gehirn befinden sich schätzungsweise zwischen 80 und 100 Milliarden Neuronen. Das ist eine unvorstellbar große Zahl - sie ermöglichen zusammen mit hundert Billionen Synapsen, dass wir denken, fühlen, lernen und uns erinnern können.

Aufbau eines Neurons

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:

Lesen Sie auch: Kontext und Bedeutung: Neurologisch unauffällig

• Soma (Zellkörper): Im Zellkörper, auch Soma genannt, befindet sich der Zellkern (Nukleus) mit den genetischen Informationen. Hier laufen lebenswichtige Vorgänge wie Proteinsynthese und Stoffwechsel ab - das Gehirn des Neurons, wenn du so willst. Das Soma enthält den Zellkern und alle wichtigen Zellorganellen, die notwendig sind, um die Zellfunktionen zu gewährleisten. Dazu gehören unter anderem die Ribosomen, das endoplasmatische Retikulum und die Mitochondrien. Von letzteren ist das Neuron aufgrund seines hohen Energiebedarfs in besonderem Maße abhängig.
• Dendriten: Dendriten sind feine, oft stark verzweigte Fortsätze, die vom Soma abzweigen. Ihre Hauptaufgabe: Informationen aus der Umgebung aufnehmen - wie Mikrofone, die jedes Flüstern aus der Nachbarschaft erfassen. Die Dendriten sind die verästelten Ausläufer des Somas und Kontaktstelle zu Zellen oder anderen Neuronen. Bei ihnen kommt ein Reiz zuerst an. Ihnen kommt dann die Aufgabe zu, diese Erregungen an das Soma weiterzuleiten. Dendriten stellen also gewissermaßen die Antennenregion der Nervenzelle dar.
• Axon: 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. 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.
• Axonhügel: Am Übergang vom Soma ins Axon sitzt der Axonhügel. 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 werden 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.
• Myelinscheide: 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. 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. 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. Die Erregungen werden an den unisolierten Stellen, also den Ranvierschen Schnürringen, sprunghaft weitergegeben (saltatorische Erregungsleitung) bis zum Endköpfchen (der Synapse). Da die Reizweitergabe nur an den unisolierten Stellen erfolgen muss, ergibt sich eine hohe Geschwindigkeit.
• Synapsen: 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 übertragen werden. 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. An den Synapsen werden die Erregungen in chemische Reaktionen übertragen, die es ermöglicht, diese Erregungen weiterzugeben. Die Verbindung am Ende einer Nervenzelle mit einer anderen Zelle nennt man 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.

Jedes Element im Aufbau einer Nervenzelle ist auf Effizienz getrimmt.

Funktion der Neuronen

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.

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.

Die Signalübertragung im Neuron beginnt mit der Aufnahme eines Reizes durch die Dendriten. Dieser Reiz erzeugt kleine elektrische Änderungen an der Zellmembran. Überschreitet die Summe dieser Änderungen am Axonhügel einen Schwellenwert, entsteht ein Aktionspotenzial - eine Art elektrischer Impuls.

Aktionspotenzial und Reizweiterleitung

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. Das Aktionspotenzial ist ein kurzer, elektrischer Impuls, der von der Nervenzelle erzeugt wird, wenn ein Reiz stark genug ist. Man kann es sich als eine Art 'Stromwelle' vorstellen, die das Axon entlangläuft. Das Aktionspotenzial sorgt dafür, dass Informationen auch über weite Strecken sehr schnell und zuverlässig innerhalb des Nervensystems übermittelt werden.

Lesen Sie auch: Entdecken Sie die Geheimnisse des Pferdegehirns

Das Aktionspotenzial läuft das Axon entlang bis zu den Synapsen. Dort sorgt ein weiterer ionengetriebener Prozess dafür, dass Neurotransmitter freigesetzt werden.

Signalübertragung 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. Diese Neurotransmitter werden anschließend in den synaptischen Spalt freigesetzt und binden an spezifische Rezeptoren auf der Membran der Zielzelle.

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.

Arten 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. Neuronen lassen sich grob nach ihrer Funktion in drei Haupttypen unterteilen:

• Sensorische (afferente) Neuronen: Sie leiten Sinnesreize von Haut, Organen oder Sinnesorganen zum Gehirn und Rückenmark. Sensorische Neuronen nehmen Reize aus der Umwelt oder dem Körperinneren auf und leiten sie an das Gehirn weiter.
• Motorische (efferente) Neuronen: Sie steuern Muskeln und Drüsen. Motorische Neuronen leiten Befehle vom Gehirn oder Rückenmark an Muskeln oder Drüsen.
• Interneuronen: Sie verbinden Nervenzellen untereinander (v. a. im Gehirn und Rückenmark). Interneuronen vernetzen verschiedene Neuronen untereinander - sie sind das „Schaltzentrum“ im zentralen Nervensystem und machen komplexe Reaktionen und Denkprozesse erst möglich.

Weitere Typen sind:

Lesen Sie auch: Wie Elefanten denken: Ein Einblick in ihr Gehirn

• Bipolare Neuronen: Hier finden sich zwei Fortsätze; sie übernehmen z.B.
• Apolare und anaxonische Neuronen: Finden sich v. a.

Neuronale Netzwerke und Plastizität

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 beschreibt die Fähigkeit, auf Erfahrungen, Lernen oder Verletzungen flexibel zu reagieren.

Reflexbogen

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: Hier sterben bestimmte Nervenzelltypen im Gehirn ab, die Folge sind Gedächtnisprobleme bis hin zum vollständigen Verlust der Selbstständigkeit.

tags: #Neuron #Aufbau #und #Funktion