Aufbau und Funktion von Neuronen

Die Struktur einer Nervenzelle ist perfekt an ihre Funktion der Signalverarbeitung angepasst. Der Dendrit dient als Empfangsstation für Signale von anderen Neuronen. Im Zellkörper (Soma) werden die eingehenden Signale verarbeitet und das Membranpotential Nervenzelle reguliert.

Das Axon, umgeben von isolierenden Hüllzellen (Myelinscheide), leitet die elektrischen Impulse weiter. Die Ranvierschen Schnürringe ermöglichen dabei eine besonders schnelle Weiterleitung des elektrischen Potentials Biologie. An den Endknöpfchen werden die elektrischen Signale in chemische Botenstoffe umgewandelt.

Highlight: Die Myelinscheide erhöht die Geschwindigkeit der Signalübertragung durch saltatorische Erregungsleitung zwischen den Ranvierschen Schnürringen.

Die räumliche und zeitliche Summation von Signalen erfolgt im Soma, wo verschiedene eingehende Reize verrechnet werden. Das Gleichgewichtspotential Membranpotential wird dabei präzise reguliert, um eine optimale Signalverarbeitung zu gewährleisten.

Aktionspotential und Signalweiterleitung

Das Aktionspotential ist der zentrale Mechanismus der neuronalen Informationsverarbeitung. Es folgt dem Alles-oder-Nichts-Prinzip und wird ausgelöst, wenn die Membrandepolarisation einen bestimmten Schwellenwert überschreitet.

Die zeitliche Abfolge eines Aktionspotentials lässt sich in mehrere Phasen unterteilen:

1. Depolarisation durch Öffnung spannungsgesteuerter Na⁺-Kanäle
2. Repolarisation durch Inaktivierung der Na⁺-Kanäle und Öffnung von K⁺-Kanälen
3. Hyperpolarisation als Übergang zum Ruhezustand

[!Example] Die Verrechnung an Synapsen erfolgt durch die präzise Abstimmung von Ionenströmen, die entweder zu einer Erregung oder Hemmung der nachgeschalteten Nervenzelle führen.

Neuronale Erregungsleitung und Informationsübertragung

Die neuronale Informationsverarbeitung in Nervenzellen erfolgt durch präzise gesteuerte elektrische und chemische Prozesse. Das Membranpotential spielt dabei eine zentrale Rolle bei der Weiterleitung von Aktionspotentialen.

Bei marklosen Axonen erfolgt die Erregungsleitung kontinuierlich und ohne Abschwächung entlang der Axonmembran. Das Besondere hierbei ist, dass die Amplitude des Aktionspotentials konstant bleibt, da es an jeder Stelle der Membran durch den gleichen Mechanismus neu generiert wird. Die Depolarisation der Membran führt durch lokale Stromflüsse zur Öffnung benachbarter spannungsgesteuerter Natriumkanäle, wodurch sich das Aktionspotential selbsterregend fortpflanzt.

Definition: Die kontinuierliche Erregungsleitung basiert auf lokalen Ionenströmen (Ausgleichsströmchen), die zwischen erregten und nicht-erregten Membranabschnitten fließen.

Ein wichtiger Aspekt der Erregungsleitung ist die Refraktärzeit der Natriumkanäle, die eine unidirektionale Ausbreitung des Signals vom Axonhügel zu den Synapsen gewährleistet. Dies ermöglicht eine verlustfreie Informationsübertragung über beliebige Strecken. Der Durchmesser des Axons beeinflusst dabei die Geschwindigkeit der Weiterleitung - je dicker das Axon, desto schneller die Signalübertragung aufgrund des geringeren elektrischen Widerstands.