Nervenzelle (Neuron)
Nervenzellen, auch als Neuronen bezeichnet, sind die grundlegenden funktionellen Einheiten des Nervensystems. Sie ermöglichen die Übertragung und Verarbeitung von Informationen im Körper, was für alle lebenswichtigen Funktionen, von einfachen Reflexen bis hin zu komplexen kognitiven Prozessen, entscheidend ist. Der Mensch besitzt etwa 86 Milliarden Neuronen, die in einem komplizierten Netzwerk interagieren, um Bewegungen, Wahrnehmungen, Gedanken und Emotionen zu steuern.
Definition
Nervenzellen, oder Neuronen, sind spezialisierte Zellen des Nervensystems, die elektrische und chemische Signale über weite Entfernungen übertragen. Diese Signale steuern und koordinieren Körperfunktionen, einschließlich sensorischer Wahrnehmung, motorischer Kontrolle und kognitiver Prozesse. Neuronen sind für die Kommunikation innerhalb des Gehirns und zwischen dem Gehirn und dem Rest des Körpers verantwortlich.
Lage
Nervenzellen befinden sich in allen Teilen des Nervensystems, einschließlich des zentralen Nervensystems (ZNS), bestehend aus Gehirn und Rückenmark, und des peripheren Nervensystems (PNS), das Nerven umfasst, die den Rest des Körpers durchziehen. Im Gehirn sind sie in verschiedenen Regionen konzentriert, die jeweils spezifische Funktionen steuern, wie die Großhirnrinde, das Kleinhirn und der Hirnstamm.
Anatomie
Die Anatomie von Nervenzellen ist hochkomplex und auf die spezifischen Funktionen der Signalübertragung im Nervensystem spezialisiert. Jedes Neuron besteht aus mehreren spezifischen Strukturen, die zusammenarbeiten, um Informationen effizient zu empfangen, zu verarbeiten und weiterzuleiten.
Zellkörper (Soma)
Der Zellkörper, auch als Soma bezeichnet, ist das zentrale Element des Neurons. Er enthält den Zellkern (Nukleus) sowie eine Vielzahl von Organellen, die für die Aufrechterhaltung der Zellfunktionen notwendig sind. Der Zellkörper hat mehrere wesentliche Funktionen:
- Zellkern (Nukleus)
➜ Der Zellkern enthält die genetische Information in Form von DNA. Diese Information steuert die Synthese von Proteinen, die für die Struktur und Funktion des Neurons erforderlich sind. Der Nukleus ist von einer doppelten Kernmembran umgeben, die Poren enthält, durch die der Austausch von Molekülen wie mRNA und Proteinen zwischen dem Nukleus und dem Zytoplasma stattfindet. - Nissl-Substanz
➜ Der Zellkörper enthält reichlich Nissl-Substanz, die hauptsächlich aus rauem endoplasmatischem Retikulum (rER) und freien Ribosomen besteht. Diese Struktur ist für die intensive Proteinsynthese verantwortlich, die notwendig ist, um die hohe Stoffwechselaktivität des Neurons aufrechtzuerhalten. Nissl-Substanz ist ein charakteristisches Merkmal von Neuronen und hilft bei der Identifikation dieser Zellen in histologischen Präparaten. - Mitochondrien
➜ Mitochondrien sind für die Energieproduktion in der Zelle verantwortlich. Neuronen benötigen eine große Menge an Energie, hauptsächlich in Form von Adenosintriphosphat (ATP), um die Aufrechterhaltung des Membranpotenzials und die Freisetzung von Neurotransmittern an den Synapsen zu gewährleisten. Diese Energie wird hauptsächlich durch oxidative Phosphorylierung in den Mitochondrien produziert. - Golgi-Apparat
➜ Der Golgi-Apparat ist an der Modifikation, Sortierung und Verpackung von Proteinen beteiligt, die in der Nissl-Substanz synthetisiert werden. Diese Proteine werden entweder innerhalb der Zelle verwendet oder in Vesikeln verpackt, die zu den präsynaptischen Endigungen des Axons transportiert werden, wo sie für die Freisetzung von Neurotransmittern verwendet werden.
Dendriten
Dendriten sind verzweigte, baumartige Fortsätze des Neurons, die eine große Oberfläche zur Verfügung stellen, um synaptische Signale von anderen Neuronen zu empfangen. Sie sind in der Regel kurz im Vergleich zum Axon, können aber stark verzweigt sein, um die Kontaktfläche zu maximieren. Die Hauptmerkmale der Dendriten sind:
- Dendritische Spines
➜ Diese kleinen, pilzförmigen Ausstülpungen auf der Oberfläche der Dendriten erhöhen die Anzahl der möglichen synaptischen Verbindungen, die ein Neuron eingehen kann. Dendritische Spines sind Orte der synaptischen Signalübertragung und enthalten Rezeptoren für Neurotransmitter, die nach der Freisetzung aus präsynaptischen Neuronen binden. Die Plastizität dieser Spines, d. h. ihre Fähigkeit, sich in Form und Anzahl zu verändern, spielt eine wichtige Rolle bei Lern- und Gedächtnisprozessen. - Signalverarbeitung
➜ Dendriten empfangen synaptische Signale, die in Form von elektrischen Veränderungen, bekannt als postsynaptische Potenziale (PSPs), weitergeleitet werden. Diese Potenziale können exzitatorisch (EPSPs) oder inhibitorisch (IPSPs) sein und summieren sich im Soma, um zu bestimmen, ob ein Aktionspotenzial ausgelöst wird.
Axon
Das Axon ist ein langer, dünner Fortsatz des Neurons, der für die Weiterleitung von Aktionspotenzialen vom Zellkörper zu den Synapsen verantwortlich ist. Die wesentlichen anatomischen und funktionellen Merkmale des Axons umfassen:
- Axonhügel
➜ Der Axonhügel ist die Region des Neurons, in der das Axon den Zellkörper verlässt. Dieser Bereich ist entscheidend für die Generierung von Aktionspotenzialen. Er enthält eine hohe Konzentration an spannungsgesteuerten Natriumkanälen, die eine schnelle Depolarisation der Zellmembran und das Auslösen eines Aktionspotenzials ermöglichen. - Myelinscheide
➜ Viele Axone sind von einer Myelinscheide umgeben, die aus Lipid-reichen Membranen besteht, die von spezialisierten Gliazellen gebildet werden – Schwann-Zellen im peripheren Nervensystem und Oligodendrozyten im zentralen Nervensystem. Die Myelinscheide isoliert das Axon elektrisch und erhöht die Geschwindigkeit der Signalübertragung erheblich, indem sie die Ausbreitung des Aktionspotenzials auf spezifische, nicht myelinisierte Abschnitte des Axons, die sogenannten Ranvier-Schnürringe, konzentriert (saltatorische Erregungsleitung). - Ranvier-Schnürringe
➜ Diese Bereiche sind Intervalle entlang des Axons, an denen die Myelinscheide unterbrochen ist. An diesen Stellen befinden sich viele spannungsgesteuerte Ionenkanäle, die die Reinitiation des Aktionspotenzials ermöglichen, was die Geschwindigkeit der Impulsübertragung stark erhöht. - Axonterminale
➜ Am Ende des Axons verzweigt sich das Axon in zahlreiche präsynaptische Endknöpfchen oder Boutons. Diese Enden enthalten synaptische Vesikel, die Neurotransmitter speichern. Bei Eintreffen eines Aktionspotenzials verschmelzen die Vesikel mit der präsynaptischen Membran und setzen die Neurotransmitter in den synaptischen Spalt frei, wo sie an Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran des benachbarten Neurons binden.
Schwann-Zellen
Schwann-Zellen sind spezialisierte Gliazellen des peripheren Nervensystems, die für die Myelinisierung von Axonen verantwortlich sind:
- Myelinisierende Schwann-Zellen
➜ Diese Zellen umwickeln das Axon mehrmals, wodurch die Myelinscheide entsteht. Jede Schwann-Zelle ist für die Myelinisierung eines bestimmten Abschnitts des Axons verantwortlich. Diese Myelinscheide ist entscheidend für die effiziente Weiterleitung von Aktionspotenzialen entlang des Axons. - Nicht-myelinisierende Schwann-Zellen
➜ Schwann-Zellen können auch mehrere kleine Axone umgeben, ohne eine dicke Myelinscheide zu bilden. Diese nicht-myelinisierenden Schwann-Zellen bilden Remak-Bündel, die mehrere unmyelinisierte Axone schützen und unterstützen. - Regeneration
➜ Nach einer Nervenschädigung spielen Schwann-Zellen eine entscheidende Rolle bei der Regeneration des peripheren Nervensystems. Sie de-differenzieren, um Wachstumsfaktoren zu produzieren, die das Nachwachsen von Axonen unterstützen, und bilden Leitstrukturen, die das regenerierte Axon zu seinem Ziel führen.
Synapsen
Synapsen sind spezialisierte Kontaktstellen, an denen Neuronen miteinander kommunizieren. Sie bestehen aus einer präsynaptischen Membran, einem synaptischen Spalt und einer postsynaptischen Membran. Die wichtigsten Aspekte der Synapsenstruktur sind:
- Präsynaptische Membran
➜ Diese Membran befindet sich am Axonende des sendenden Neurons und enthält synaptische Vesikel, die die Neurotransmitter speichern. Die Freisetzung von Neurotransmittern erfolgt durch Exozytose, die durch den Einstrom von Calciumionen (Ca²⁺) ausgelöst wird, wenn ein Aktionspotenzial die präsynaptische Membran erreicht. - Synaptischer Spalt
➜ Der synaptische Spalt ist ein schmaler Raum zwischen der präsynaptischen und der postsynaptischen Membran. Neurotransmitter diffundieren durch diesen Spalt und binden an Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran, was eine Veränderung des Membranpotenzials der postsynaptischen Zelle bewirkt. - Postsynaptische Membran
➜ Diese Membran gehört entweder zu einem anderen Neuron, einer Muskelzelle oder einer Drüsenzelle. Sie enthält spezifische Rezeptoren, an die die freigesetzten Neurotransmitter binden. Die Bindung der Neurotransmitter löst eine Kaskade von Ereignissen aus, die entweder eine Depolarisation (exzitatorische Synapsen) oder eine Hyperpolarisation (inhibitorische Synapsen) der postsynaptischen Membran verursacht. - Synaptische Plastizität
➜ Die Fähigkeit von Synapsen, ihre Stärke in Reaktion auf Aktivitätsmuster zu verändern, ist als synaptische Plastizität bekannt. Diese Eigenschaft ist grundlegend für Lern- und Gedächtnisprozesse im Gehirn. Langzeitpotenzierung (LTP) und Langzeitdepression (LTD) sind zwei Mechanismen der synaptischen Plastizität, die zu einer Erhöhung oder Verringerung der synaptischen Effizienz führen.
Zytoskelett
Das Zytoskelett von Neuronen spielt eine zentrale Rolle bei der Aufrechterhaltung der Zellstruktur und bei intrazellulären Transportprozessen:
- Mikrotubuli
➜ Mikrotubuli sind lange, hohle Röhren, die als „Schienen“ für den Transport von Organellen, Vesikeln und anderen Molekülen entlang des Axons und der Dendriten dienen. Dieser Transport erfolgt durch motorproteine wie Kinesin und Dynein, die Vesikel und andere Ladungen entlang der Mikrotubuli bewegen. - Neurofilamente
➜ Diese intermediären Filamente tragen zur strukturellen Stabilität des Neurons bei und sind in den Axonen besonders dicht vorhanden, wo sie die axonale Integrität aufrechterhalten. - Aktinfilamente
➜ Diese Filamente befinden sich vor allem in den dendritischen Spines und in der präsynaptischen Zone. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Formgebung von Spines und Synapsen sowie bei der Bewegung von Vesikeln zur präsynaptischen Membran.
Einteilung
Die Einteilung von Nervenzellen (Neuronen) erfolgt auf verschiedenen Ebenen, basierend auf ihrer Morphologie, Funktion, dem verwendeten Neurotransmitter, dem Transkriptom und anderen spezifischen Merkmalen. Diese Einteilung ermöglicht es, die große Vielfalt der Neuronen und ihre spezifischen Rollen im Nervensystem besser zu verstehen.
Einteilung nach Morphologie
Die Morphologie von Neuronen bezieht sich auf ihre Struktur, insbesondere auf die Anzahl und Anordnung ihrer Fortsätze (Dendriten und Axon). Die wichtigsten morphologischen Typen von Neuronen sind:
Unipolare Neuronen
- Definition
➜ Unipolare Neuronen besitzen nur einen einzigen Fortsatz, der sowohl als Dendrit als auch als Axon fungieren kann. - Vorkommen
➜ Diese Form ist bei Wirbeltieren selten, kommt jedoch häufig bei Wirbellosen vor. Bei Säugetieren gibt es eine spezielle Variante, die pseudounipolaren Neuronen, die in sensorischen Ganglien (z. B. den Spinalganglien) vorkommen. Diese Zellen haben einen Fortsatz, der sich nahe dem Zellkörper in zwei Äste aufteilt – einen in Richtung peripheres Gewebe und einen in Richtung ZNS.
Bipolare Neuronen
- Definition: Bipolare Neuronen haben zwei Fortsätze: einen Dendriten, der Signale aufnimmt, und ein Axon, das Signale weiterleitet.
- Vorkommen: Diese Neuronen finden sich typischerweise in spezialisierten sensorischen Systemen wie der Retina des Auges, im Innenohr und in den Riechkolben. Sie sind entscheidend für die Verarbeitung sensorischer Informationen.
Multipolare Neuronen
- Definition: Multipolare Neuronen sind durch einen Zellkörper mit mehreren Dendriten und einem Axon gekennzeichnet.
- Vorkommen: Sie sind der häufigste Neuronentyp im menschlichen Nervensystem. Multipolare Neuronen finden sich im Gehirn, insbesondere im Kortex und Rückenmark, wo sie an der Integration von Informationen und der Weiterleitung motorischer Signale beteiligt sind.
Anaxone Neuronen
- Definition: Anaxone Neuronen besitzen keine ausgeprägte axonale Struktur oder ein Axon ist nur schwer von den Dendriten zu unterscheiden.
- Vorkommen: Diese Neuronen sind selten und meist in speziellen sensorischen Bereichen, wie in der Retina, zu finden, wo sie lokale, intraretinale Signale verarbeiten.
Einteilung nach Funktion
Neuronen können auch nach ihrer Funktion im Nervensystem klassifiziert werden. Diese funktionelle Einteilung ist besonders nützlich, um zu verstehen, wie Neuronen verschiedene Aufgaben erfüllen.
Sensorische Neuronen (Afferenzen)
- Definition
➜ Sensorische Neuronen leiten Informationen von peripheren Rezeptoren (z. B. Haut, Augen, Ohren) zum zentralen Nervensystem. - Funktion
➜ Diese Neuronen reagieren auf verschiedene Reize wie Licht, Schall, Temperatur und Druck und wandeln diese in elektrische Signale um, die an das Gehirn und das Rückenmark weitergeleitet werden. - Vorkommen
➜ Sensorische Neuronen befinden sich in sensorischen Ganglien und sind mit peripheren Organen und dem ZNS verbunden.
Motorische Neuronen (Efferenzen)
- Definition
➜ Motorische Neuronen übertragen Signale vom zentralen Nervensystem zu den Muskeln oder Drüsen. - Funktion
➜ Sie sind verantwortlich für die Steuerung von Muskelbewegungen und die Aktivität von Drüsen. Motorische Neuronen erzeugen Aktionspotenziale, die Muskelkontraktionen auslösen. - Vorkommen
➜ Diese Neuronen sind im Rückenmark und im Gehirn (insbesondere im motorischen Kortex) lokalisiert und ihre Axone erstrecken sich zu den Muskelzellen im peripheren Nervensystem.
Interneuronen
- Definition
➜ Interneuronen, auch als Assoziationsneuronen bekannt, befinden sich vollständig innerhalb des zentralen Nervensystems und verbinden verschiedene Neuronen miteinander. - Funktion
➜ Sie sind verantwortlich für die Integration und Weiterleitung von Signalen zwischen sensorischen und motorischen Neuronen sowie innerhalb des ZNS. Interneuronen spielen eine entscheidende Rolle bei Reflexen und komplexen Verarbeitungsprozessen. - Vorkommen
➜ Interneuronen sind im gesamten Gehirn und Rückenmark verbreitet. Beispiele sind die inhibitorischen GABAergen Neuronen im Kortex, die an der Modulation neuronaler Netzwerke beteiligt sind.
Einteilung nach Neurotransmitter
Neuronen können auch nach dem spezifischen Neurotransmitter klassifiziert werden, den sie freisetzen, um Signale an andere Zellen zu übermitteln. Die Art des freigesetzten Neurotransmitters bestimmt oft die Wirkung auf das postsynaptische Neuron.
Glutamaterge Neuronen
- Definition
➜ Diese Neuronen verwenden Glutamat als ihren Hauptneurotransmitter. - Funktion
➜ Glutamaterge Neuronen sind in der Regel exzitatorisch und erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass das postsynaptische Neuron ein Aktionspotenzial auslöst. Sie spielen eine Schlüsselrolle in der Lern- und Gedächtnisbildung sowie bei der Verarbeitung sensorischer Informationen. - Vorkommen
➜ Glutamaterge Neuronen sind weit verbreitet im Gehirn und Rückenmark, insbesondere in der Großhirnrinde, im Hippocampus und im Thalamus.
GABAerge Neuronen
- Definition
➜ Diese Neuronen setzen Gamma-Aminobuttersäure (GABA) als Neurotransmitter frei. - Funktion
➜ GABAerge Neuronen wirken hauptsächlich inhibitorisch, indem sie die Wahrscheinlichkeit verringern, dass das postsynaptische Neuron ein Aktionspotenzial auslöst. Sie sind wichtig für die Hemmung übermäßiger neuronaler Aktivität und die Regulation von Erregung und Angst. - Vorkommen
➜ GABAerge Neuronen sind ebenfalls im gesamten zentralen Nervensystem verbreitet, insbesondere im Kortex, Hippocampus und im Kleinhirn.
Dopaminerge Neuronen
- Definition
➜ Diese Neuronen verwenden Dopamin als Neurotransmitter. - Funktion
➜ Dopaminerge Neuronen sind an der Kontrolle von Bewegungen, der Regulation von Belohnungssystemen und der Beeinflussung von Stimmungen und Emotionen beteiligt. Dysfunktionen in dopaminergen Systemen sind mit Erkrankungen wie Parkinson und Schizophrenie verbunden. - Vorkommen
➜ Dopaminerge Neuronen befinden sich hauptsächlich in der Substantia nigra und dem ventralen Tegmentum des Mittelhirns. Ihre Axone projizieren in verschiedene Bereiche des Gehirns, einschließlich des Striatums und der präfrontalen Kortex.
Cholinerge Neuronen
- Definition
➜ Diese Neuronen setzen Acetylcholin als Neurotransmitter frei. - Funktion
➜ Cholinerge Neuronen spielen eine Rolle bei der Steuerung von Muskelbewegungen im peripheren Nervensystem und sind im zentralen Nervensystem an Funktionen wie Aufmerksamkeit, Lernen und Gedächtnis beteiligt. - Vorkommen
➜ Im peripheren Nervensystem finden sich cholinerge Neuronen im somatischen und autonomen Nervensystem. Im zentralen Nervensystem sind sie im Nucleus basalis und im Septum pellucidum konzentriert.
Serotonerge Neuronen
- Definition
➜ Diese Neuronen setzen Serotonin als Neurotransmitter frei. - Funktion
➜ Serotonerge Neuronen sind entscheidend für die Regulation von Stimmung, Schlaf, Appetit und Schmerzempfindung. Serotoninmangel ist häufig mit Depressionen und anderen Stimmungsstörungen verbunden. - Vorkommen
➜ Diese Neuronen befinden sich hauptsächlich in den Raphe-Kernen des Hirnstamms und projizieren in zahlreiche Hirnregionen, einschließlich des Kortex, des Hippocampus und des limbischen Systems.
Einteilung nach Transkriptom
Das Transkriptom bezieht sich auf das vollständige Set von RNA-Transkripten, die in einer Zelle exprimiert werden. Die Untersuchung des Transkriptoms von Neuronen ermöglicht eine noch detailliertere Einteilung dieser Zellen basierend auf ihrer Genexpression.
Molekulare Subtypen
- Definition
➜ Durch die Analyse des Transkriptoms können Neuronen in verschiedene molekulare Subtypen unterteilt werden, basierend auf den Genen, die sie exprimieren. - Beispiele
➜ Unterschiedliche Neuronen im Kortex können beispielsweise nach ihrer Expression spezifischer Gensignaturen wie den Transkriptionsfaktoren Tbr1, Satb2 oder Ctip2 unterschieden werden. Diese Unterschiede korrelieren oft mit spezifischen Schichten des Kortex und bestimmten funktionellen Eigenschaften.
Single-Cell RNA-Sequenzierung
- Technologie
➜ Die Single-Cell RNA-Sequenzierung hat es ermöglicht, die Heterogenität von Neuronen auf einer noch detaillierteren Ebene zu untersuchen. Diese Technologie erlaubt die Untersuchung des Transkriptoms einzelner Neuronen, wodurch neue Subtypen identifiziert werden können, die vorher nicht bekannt waren.
Genexpression und neuronale Funktion
- Funktionelle Bedeutung
➜ Die Genexpression in Neuronen bestimmt nicht nur ihre morphologischen und funktionellen Eigenschaften, sondern beeinflusst auch ihre Reaktion auf neurobiologische Prozesse wie Entwicklung, Lernen, Gedächtnis und neurodegenerative Erkrankungen. Beispielsweise wird die Expression von Genen, die mit der synaptischen Plastizität verbunden sind, bei Lernprozessen hochreguliert.
Einteilung nach Verbindungen und Netzwerken
Neuronen können auch basierend auf ihren Verbindungen und den Netzwerken, in denen sie agieren, klassifiziert werden.
Projektionsneuronen
- Definition
➜ Diese Neuronen projizieren ihre Axone über große Entfernungen hinweg, oft zwischen verschiedenen Hirnregionen. - Beispiel
➜ Pyramidenzellen im Kortex sind Projektionsneuronen, deren Axone in subkortikale Strukturen wie das Rückenmark und andere Teile des Gehirns projizieren.
Lokale Interneuronen
- Definition
➜ Diese Neuronen verbinden andere Neuronen innerhalb derselben Hirnregion und projizieren ihre Axone nicht über weite Entfernungen. - Funktion
➜ Lokale Interneuronen sind oft inhibitorisch und modulieren die Aktivität von benachbarten Neuronen, um die Präzision und das Timing der neuronalen Signale zu regulieren.
Reziproke Verbindungen
- Definition
➜ Neuronen, die in reziproken Verbindungen agieren, senden Signale zu anderen Neuronen und empfangen gleichzeitig Signale zurück von diesen Neuronen, was eine bidirektionale Kommunikation ermöglicht. - Beispiel
➜ In thalamokortikalen Schaltkreisen bestehen reziproke Verbindungen zwischen dem Thalamus und der Großhirnrinde, die für die Verarbeitung sensorischer Informationen und die Aufrechterhaltung der Bewusstseinszustände entscheidend sind.
Histologie
Histologisch sind Nervenzellen durch eine charakteristische Anordnung von Organellen und Zellstrukturen gekennzeichnet. Der Zellkörper enthält eine große Menge an Nissl-Substanz, die aus rauem endoplasmatischen Retikulum und Ribosomen besteht und auf die intensive Proteinsynthese hinweist. Die Dendriten sind mit zahlreichen dendritischen Spines besetzt, die die synaptischen Kontakte erhöhen und so die Kapazität der Signalverarbeitung erweitern. Das Axon ist oft von einer Myelinscheide umgeben, die von Schwann-Zellen im PNS oder Oligodendrozyten im ZNS gebildet wird. Diese Myelinschicht ist entscheidend für die schnelle und effiziente Leitung von Aktionspotenzialen entlang des Axons.
Spezielle Nervenzelltypen
Verschiedene Nervenzelltypen haben sich auf spezifische Funktionen spezialisiert:
- Purkinje-Zellen
- Diese befinden sich im Kleinhirn und sind durch ihre stark verzweigte Dendritenstruktur gekennzeichnet. Sie spielen eine zentrale Rolle bei der Koordination von Bewegungen und der Aufrechterhaltung des Gleichgewichts.
- Pyramidenzellen
- Diese befinden sich im Kortex und Hippocampus und sind an komplexen Prozessen wie Lernen und Gedächtnis beteiligt. Sie sind durch ihre pyramidale Zellform und ein langes Axon charakterisiert.
- Retina-Ganglienzellen
- Diese befinden sich in der Retina des Auges und leiten visuelle Informationen an das Gehirn weiter. Sie sind der erste Schritt in der Verarbeitung visueller Reize und spielen eine Schlüsselrolle im Sehprozess.
- Spiegelneuronen
- Diese speziellen Neuronen sind in der Lage, sowohl bei der Ausführung einer Handlung als auch beim Beobachten derselben Handlung bei anderen aktiv zu werden. Sie werden in der Forschung oft mit Empathie und sozialem Lernen in Verbindung gebracht.
Physiologie
Die physiologische Funktion von Nervenzellen basiert auf ihrer Fähigkeit, elektrische Signale zu erzeugen und weiterzuleiten. Ein zentraler Aspekt dieser Fähigkeit ist das Ruhemembranpotenzial, ein Spannungsunterschied zwischen der Innen- und Außenseite der Zellmembran, der durch die ungleiche Verteilung von Ionen wie Natrium (Na+) und Kalium (K+) erzeugt wird. Bei einer Reizung des Neurons kann das Ruhemembranpotenzial depolarisieren, was, wenn es ein bestimmtes Schwellenpotenzial überschreitet, ein Aktionspotenzial auslöst. Dieses Aktionspotenzial wandert entlang des Axons bis zur Synapse, wo es die Freisetzung von Neurotransmittern in den synaptischen Spalt auslöst.
Die Erregbarkeit von Neuronen und die Weiterleitung von Signalen werden durch eine Vielzahl von Ionenkanälen und Transportern reguliert. Exzitatorische und inhibitorische Synapsen spielen hierbei eine entscheidende Rolle, da sie das postsynaptische Neuron entweder näher an das Schwellenpotenzial bringen oder es davon entfernen, was die Wahrscheinlichkeit eines nachfolgenden Aktionspotenzials beeinflusst.
Biochemie
Die biochemischen Prozesse in Neuronen sind auf die Produktion und Regulation von Neurotransmittern sowie die Aufrechterhaltung des Membranpotenzials ausgerichtet. ATP, die primäre Energiequelle für diese Prozesse, wird hauptsächlich durch oxidative Phosphorylierung in den Mitochondrien erzeugt. Die Synthese von Neurotransmittern erfolgt aus Vorläufermolekülen, die entweder durch enzymatische Umwandlung aus anderen Substanzen im Neuron selbst hergestellt oder über die Blut-Hirn-Schranke aufgenommen werden. Ein Beispiel hierfür ist die Synthese von Dopamin aus der Aminosäure Tyrosin durch die Enzyme Tyrosin-Hydroxylase und DOPA-Decarboxylase.
Sobald Neurotransmitter synthetisiert sind, werden sie in Vesikeln gespeichert, die in der Nähe der präsynaptischen Membran auf ihre Freisetzung warten. Bei einem eintreffenden Aktionspotenzial führen die Öffnung von Calciumkanälen und der darauf folgende Calciumioneneinstrom zur Fusion dieser Vesikel mit der Membran und zur Freisetzung der Neurotransmitter in den synaptischen Spalt.
Klinische Relevanz
Fehlfunktionen oder der Verlust von Nervenzellen können schwerwiegende klinische Konsequenzen haben und sind die Ursache vieler neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen. Bei neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson sterben spezifische Populationen von Neuronen ab, was zu den typischen Symptomen wie Gedächtnisverlust oder Bewegungsstörungen führt. Epilepsie ist eine weitere Erkrankung, die durch übermäßige Erregbarkeit von Neuronen und unkontrollierte Aktionspotenziale gekennzeichnet ist, die zu Krampfanfällen führen.
Auch psychiatrische Störungen wie Schizophrenie und Depression werden mit Veränderungen der neuronalen Funktion und Neurotransmitter-Balance in Verbindung gebracht. Zum Beispiel wird angenommen, dass ein Ungleichgewicht in den dopaminergen und glutamatergen Systemen eine Rolle bei der Entstehung von Schizophrenie spielt.
Die Forschung und Entwicklung neuer Therapien, die auf die Wiederherstellung, den Schutz oder den Ersatz von Nervenzellen abzielen, ist ein wichtiger Bereich in der Neurologie und Neuropharmakologie. Diese Ansätze umfassen neuroprotektive Wirkstoffe, Stammzelltherapien und gentechnische Methoden, die darauf abzielen, die zugrunde liegenden Ursachen für den neuronalen Verlust und die Dysfunktion zu bekämpfen.
Zusammenfassung
Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind spezialisierte Zellen des Nervensystems, die elektrische und chemische Signale übertragen. Sie bestehen aus einem Zellkörper, Dendriten und einem Axon. Diese Zellen sind für die Kommunikation zwischen verschiedenen Körperregionen verantwortlich, indem sie Aktionspotenziale erzeugen und Neurotransmitter freisetzen, die an Synapsen ankommen. Neuronen sind essenziell für sensorische Wahrnehmung, motorische Steuerung und kognitive Prozesse wie Lernen und Gedächtnis.
Quellen
- Faller, A., & Schünke, M. (2016). Der Körper des Menschen: Einführung in Bau und Funktion (A. Faller & M. Schünke, Hrsg.; 17. Aufl.). Thieme.
- Haupt, W. F., & Gouzoulis-Mayfrank, E. (2016). Neurologie und Psychiatrie für Pflegeberufe (W. F. Haupt & E. Gouzoulis-Mayfrank, Hrsg.; 11. Aufl.). Thieme.
- Kandel, E. R., Schwartz, J. H., & Jessell, T. M. (2013). Principles of Neural Science (5th ed.). McGraw-Hill.
- Purves, D., Augustine, G. J., Fitzpatrick, D., Hall, W. C., LaMantia, A.-S., Mooney, R. D., Platt, M. L., & White, L. E. (2018). Neuroscience (6th ed.). Oxford University Press.
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Molecular Biology of the Cell (6th ed.). Garland Science.
- Bear, M. F., Connors, B. W., & Paradiso, M. A. (2020). Neuroscience: Exploring the Brain (4th ed.). Wolters Kluwer.Purves, D., et al. (2001). Neuroscience (2nd ed.). Sinauer Associates.
- Hyman, S. E., Malenka, R. C., & Nestler, E. J. (2006). Neural and Neuroendocrine Control of Mood, Sleep, and Energy Homeostasis in Molecular Basis of Neuropharmacology (2nd ed.). McGraw-Hill.