Struktur der Neuronen

Überblick

Neuronen sind der wichtigste Zelltyp im Nervensystem, der elektrochemische Signale erzeugt und weiterleitet. Sie kommunizieren miteinander hauptsächlich durch Neurotransmitter an bestimmten Knotenpunkten, den Synapsen. Neuronen gibt es in vielen Formen, die oft von ihren Funktionen abhängig sind. Die meisten teilen sich jedoch drei Hauptstrukturen: ein Axon und Dendriten, die sich von einem Zellkörper erstrecken.

Die Struktur und Funktionsweise von Neuronen

Der neuronale Zellkörper, das Soma, beherbergt den Zellkern und die Organellen, welche für die Zellfunktion lebenswichtig sind. Vom Zellkörper aus erstrecken sich dünne Strukturen, die für den Empfang und das Senden von Signalen spezialisiert sind. Die Dendriten empfangen typischerweise Signale, während das Axon die Signale an andere Zellen, wie z.B. andere Neuronen oder Muskelzellen, weiterleitet. Der Punkt, an dem ein Neuron eine Verbindung zu einer anderen Zelle herstellt, nennt man Synapse.

Die Neuronen erhalten ihre Inputs vor allem an postsynaptischen Endungen, die sich häufig auf den Spitzen befinden. Das sind kleine kegelförmige Auftreibungen, die aus den Dendriten herausragen. Diese spezialisierten Strukturen enthalten Rezeptoren für Neurotransmitter und andere chemische Signale. Da die Dendriten oft stark verzweigt sind, können einige Neuronen zehntausende von Inputs empfangen. Am häufigsten empfangen Neuronen Signale in ihren Dendriten. Sie können aber auch Synapsen in anderen Bereichen, z.B. im Zellkörper, besitzen.

Das an den Synapsen empfangene Signal wandert durch die Dendriten zum Soma, wo die Zelle es verarbeiten kann und bestimmt, ob die Nachricht weitergeleitet werden muss oder nicht. Das Aktionspotential ist das wichtigste elektrische Signal, das von den Neuronen erzeugt wird. Es leitet die Information an die nächste Zelle weiter. Es wird zunächst am Axonhügel erzeugt, das ist die Verbindung zwischen dem Soma und dem Axon.

Die Länge der Axone variiert, kann aber ziemlich lang sein. Einige reichen zum Beispiel vom Rückenmark bis zum Fuß. Längere Axone sind normalerweise in eine fetthaltige Myelinscheide eingewickelt, die das Axon isoliert und dabei hilft, das elektrische Signal aufrechtzuerhalten. Die Myelinscheide wird von Gliazellen, ein weiterer Zelltyp des Nervensystems, gebildet. In den myelinisierten Axonen wird das Aktionspotential an Ranvierschen Schnürringen regeneriert — aufeinanderfolgende Lücken im Myelin — bis es das Ende des Axons oder den präsynaptischen Terminal erreicht.

Die präsynaptischen Enden besitzt Vesikel, die Neurotransmitter enthalten. Aktionspotentiale lösen in den Vesikeln die Exozytose aus, indem sie mit der Zellmembran verschmelzen und so Neurotransmitter in den synaptischen Spalt freisetzen. Das ist die Lücke zwischen den Zellen an einer Synapse. Verschiedene Neurotransmitter können unterschiedliche Wirkungen auf die postsynaptische Zelle haben. Eine exzitatorische Synapse erhöht die Chancen, ein Aktionspotenzial der postsynaptischen Zelle auszulösen, während eine hemmende Synapse die Chancen auf ein Aktionspotenzial verringert.

Neuronale Morphologie

Die allgemeine Form der Neuronen—ihre Morphologie—kann dramatisch variieren und hängt oft von ihren Funktionen ab. Einige Neuronen haben wenige Dendriten und ein einziges Axon, andere haben sehr verzweigte dendritische Äste, während andere Axone haben, die die Länge des gesamten Organismus durchziehen können. Die verschiedenen Morphologien werden oft zur Definition des Neuronentyps verwendet. Die Anzahl der Inputs (synaptische Verbindungen) kann beeinflussen, wie eine Zelle auf Signale reagiert. Daher ist die Morphologie der Dendriten und die Anzahl der Synapsen, die sie enthalten, ein wichtiges Merkmal, das den Neuronentyp bestimmen kann. Im peripheren Nervensystem können die Dendriten auch das rezeptive Feld einer Zelle definieren, das heißt umfasst den physischen Raum auf dem Körper, für den sie empfindlich sind.

Die Kunst der Visualisierung von neuronalen Strukturen

Am Ende des 19. und Anfang des 20. Jahrhunderts leistete der spanische Anatom Santiago Ramon y Cajal Pionierarbeit bei der Entdeckung einzelner Neuronen und lieferte grundlegende Erkenntnisse über die Beschaffenheit dieser Neuronen. Er schuf verblüffende Darstellungen von Zellen, die auch noch heute eine beträchtliche Menge an Details bieten. Mit der nach dem italienischen Biologen Camillo Golgi entwickelten und benannten Färbetechnik konnte er die Struktur vieler verschiedener Zellarten im Gehirn aufdecken. Er skizzierte auch einige der grundlegenden Verbindungen neuronaler Schaltkreise. Das sind Netzwerke von Neuronen, die gemeinsam aktiviert werden, um bestimmte Informationen zu verarbeiten.