Das Neuron
Das Nervensystem des Menschen besteht aus etwa 86 Milliarden Neuronen. Jedes ist eine eigene, elektrisch aktive Zelle — und zusammen bilden sie alles, was du denkst, fühlst und erinnerst. Um das Gehirn zu verstehen, musst du zuerst verstehen, wie ein einzelnes Neuron funktioniert.
1. Anatomie des Neurons
Ein Neuron ist eine spezialisierte Nervenzelle. Anders als die meisten anderen Körperzellen hat ein Neuron eine stark ausgeprägte Form — mit langen Fortsätzen, die Signale über große Distanzen übertragen können.
Der Informationsfluss folgt immer derselben Richtung: Dendrit → Soma → Axon → Synapse.
Dendriten
Die verzweigten Eingangsstrukturen. Empfangen synaptische Eingaben von anderen Neuronen als graduierte Potentiale. Ein Neuron kann Tausende dendritischer Kontakte (Spines) haben.
Soma (Zellkörper)
Enthält Zellkern, Mitochondrien und endoplasmatisches Retikulum. Hier werden alle eingehenden Signale summiert (Integration). Das Soma entscheidet, ob ein Aktionspotential ausgelöst wird.
Axon
Die Ausgangsleitung — Millimeter bis zu einem Meter lang. Bei myelinisierten Axonen umhüllt die Myelinscheide (Schwann-Zellen) das Axon und beschleunigt die Signalübertragung (saltatorische Erregungsleitung).
Axonterminale
Am Ende des Axons befinden sich die präsynaptischen Endigungen. Hier werden Neurotransmitter in Vesikeln gespeichert und bei einem Aktionspotential in den synaptischen Spalt ausgeschüttet.
Merke: Dendriten empfangen — das Axon sendet. Der Informationsfluss ist immer unidirektional: Dendrit → Soma → Axonhügel → Axon → Synapse.
2. Das Membranpotential
Neuronen sind elektrisch aktive Zellen. Der Schlüssel dazu liegt in der Zellmembran — einer dünnen Lipiddoppelschicht, die Innen- und Außenraum trennt. Durch sie können Ionen nur über spezifische Ionenkanäle fließen. Diese selektive Durchlässigkeit erzeugt eine elektrische Spannung — das Membranpotential.
Ruhemembranpotential (−70 mV)
In Ruhe beträgt das Membranpotential ca. −70 mV — das Innere der Zelle ist negativer als das Äußere. Drei Mechanismen halten diesen Zustand aufrecht:
- Na⁺/K⁺-ATPase: Pumpt kontinuierlich 3 Na⁺ nach außen und 2 K⁺ nach innen — gegen den Konzentrationsgradienten, unter ATP-Verbrauch.
- Leak-Kanäle: K⁺ diffundiert leicht heraus (hohe intrazelluläre Konzentration). Das Kalium-Gleichgewichtspotential liegt bei ca. −90 mV.
- Anionische Proteine: Große negativ geladene Proteine im Zellinneren können die Membran nicht verlassen und tragen zur negativen Innenladung bei.
Ionengradient: Na⁺ ist außen ~140 mM, innen ~12 mM. K⁺ ist außen ~5 mM, innen ~140 mM. Diese Gradienten sind die Energiereserve des Neurons — sie ermöglichen die schnelle Signalübertragung.
3. Das Aktionspotential
Das Aktionspotential ist das elektrische Signal, das Neuronen über lange Strecken senden. Es ist ein Alles-oder-Nichts-Ereignis: entweder es findet statt (wenn das Membranpotential den Schwellenwert von ca. −55 mV überschreitet) oder nicht — unabhängig davon, wie stark der Reiz ist.
Depolarisation
Spannungsabhängige Na⁺-Kanäle öffnen sich. Na⁺ strömt ins Zellinnere — das Membranpotential steigt rasant von −70 mV auf +40 mV.
Repolarisation
Na⁺-Kanäle inaktivieren sich. Spannungsabhängige K⁺-Kanäle öffnen sich — K⁺ strömt heraus. Das Membranpotential sinkt wieder.
Hyperpolarisation
K⁺-Kanäle schließen sich mit Verzögerung. Das Potential unterschreitet kurz das Ruhepotential (~−80 mV). In dieser Refraktärphase kann kein weiteres AP ausgelöst werden.
Erholung
Die Na⁺/K⁺-Pumpe stellt die Ionengradienten wieder her. Das Neuron ist bereit für das nächste Signal.
Saltatorische Erregungsleitung
Bei myelinisierten Axonen springt das Aktionspotential von Ranvier-Schnürring zu Ranvier-Schnürring — anstatt jeden Millimeter neu zu depolarisieren. Das beschleunigt die Übertragung von ~1 m/s auf bis zu 120 m/s.
Multiple Sklerose entsteht durch Angriff des Immunsystems auf die Myelinscheide. Folge: verlangsamte oder unterbrochene Signalübertragung — Lähmungen, Sehstörungen, Koordinationsprobleme.
4. Synaptische Übertragung
An der Synapse übergibt ein Neuron sein Signal an das nächste. Der synaptische Spalt (~20–40 nm) wird nicht elektrisch, sondern chemisch überbrückt — durch Neurotransmitter.
Summation: Wie Neuronen entscheiden
Ein einzelnes EPSP reicht nicht aus, um ein Aktionspotential auszulösen. Das Soma summiert alle eingehenden Signale am Axonhügel:
- Temporale Summation: Mehrere Signale vom selben Präsynaptikum in kurzem Zeitabstand addieren sich.
- Räumliche Summation: Signale von verschiedenen Synapsen addieren sich gleichzeitig.
Überschreitet das summierte Potential ~−55 mV, feuert das Neuron — Alles-oder-Nichts.
SSRIs (z.B. Fluoxetin/Prozac) blockieren den Serotonin-Reuptake-Transporter. Mehr Serotonin verbleibt im synaptischen Spalt — stärkere, längere Wirkung. Das ist das biochemische Prinzip hinter modernen Antidepressiva.
Zusammenfassung
Dendrit → Soma → Axonhügel → Axon → Terminale. Unidirektionaler Informationsfluss.
−70 mV durch selektive Ionendurchlässigkeit und aktiven Transport. Na⁺/K⁺-ATPase verbraucht ~25% der Gehirnenergie.
Alles-oder-Nichts ab −55 mV. Na⁺ rein (Depol.) → K⁺ raus (Repol.) → Hyperpol. → Erholung.
Ca²⁺ löst Exozytose aus. EPSP + IPSP summieren sich am Axonhügel — Überschreitung des Schwellenwerts = Feuerung.
Quellen
- Kandel, E. R. et al. (2021). Principles of Neural Science, 6th ed. McGraw-Hill.
- Bear, M. F., Connors, B. W., & Paradiso, M. A. (2020). Neuroscience: Exploring the Brain, 4th ed. Wolters Kluwer.
- Hodgkin, A. L. & Huxley, A. F. (1952). A quantitative description of membrane current. Journal of Physiology, 117(4), 500–544. — Nobelpreis 1963.
- Wissensgraph: Neuron Cell →