Neuron – Nervenzelle

Ein Neuron (Nervenzelle) besteht aus einem Zellkörper, einem Axon (langem Stiel) und Dendriten (Ästen). Das Axon ist von einer Myelinschicht überzogen, wodurch die Übertragung von Impulsen beschleunigt wird. Die Synapsen sind die Kontaktpunkte zu den anderen Neuronen. Eric Kandel konnte 1963 nachweisen, dass Nervenzellen lernen können bzw. die Grundlage des Lernens sind. Dass sich Wissen und Erfahrungen im Gedächtnis in Form von Verknüpfungen von Nervenzellen manifestieren, war damals eine bahnbrechende Entdeckung. Kandel erforschte diese Prozess an den Neuronen des Seehasen, einer Meeresschnecke, die ein Gehirne mit etwa zwanzigtausend Nervenzellen besitzen, die jeweils sehr groß sind und daher leicht untersucht werden können. Kandel reizte diese Nervenzellen mit elektrischen Impulsen und konnte dabei sehen, dass oft gereizte Leitungsbahnen neue Verknüpfungen eingingen. Er entdeckte auch ein spezielles Protein (cytoplasmic polyadenylation element binding protein), das es ermöglicht, eine Erinnerung zu speichern.

Es gibt im Gehirn sehr verschiedene Nervenzellen, die unterschiedlich miteinander interagieren, Lapray et al. (2012) untersuchten die Aufgaben von zwei Neuronen-Zelltypen, die Korbzellen (Interneurone), die einen Rhythmus für die Aktivität des Gehirns vorgeben und diesen Rhythmus ändern, wenn sich das Verhalten ändert, und die Ivy-Zellen, die eine kontrollierende Funktion haben, damit es zu keiner zu starken oder zu schwachen Aktivität im Gehirn kommt. Die Korbzellen reagieren auf das Aufwachen oder den Beginn einer Tätigkeit und kommunizieren mit anderen Nervenzellen im Gehirn über spezifisch platzierte Synapsen. Korbzellen wandeln anregende Signale, die sie an ihrem Eingang empfangen, in Sekundenbruchteilen in hemmende Signale um, um sie an den Enden ihrer Axonen an andere Nervenzellen weiterzugeben. Sie haben damit eine wichtige Kontrollfunktion im Netzwerk und erzeugen die Rhythmik für bestimmte Gehirnwellen (Gamma-Wellen). Diese weisen etwa bei Epilepsie eine Fehlfunktion auf, denn dann kommt es durch die fehlende Hemmung zu einer überschießenden Anregung und damit zu einer Entgleisung der Funktion des gesamten Netzwerks. Korbzellen im menschlichen Gehirn müssen einerseits rasch die eingehenden Signale modulieren, durch ihren Nervenfortsatz leiten und weitergeben, gleichzeitig fehlen ihnen dazu aber ein starker Durchmesser und die geeignete Isolierung. Da weder für den dafür notwendigen Durchmesser noch für isolierende Markscheiden in diesen dicht gepackten Gehirnstrukturen Platz ist, zeigen diese eine besondere Verteilung von Natriumionen-Kanälen, damit die Korbzellen Signale dennoch mit hoher Geschwindigkeit übertragen können. Am Eingang besitzen ihre Dendriten nämlich nur wenige solcher Natriumionen-Kanäle, doch nimmt diese aber vom Beginn der Axone bis zu deren Enden sprunghaft zu. Diese Natriumionen-Kanäle sind für die Geschwindigkeit der Leitung, aber nicht für die Verlässlichkeit der Signalübertragung notwendig (Hu & Jonas, 2014). Die Ivy-Zellen wirken auf andere Neurone verlangsamend und regulierend ein mittels eine weniger spezifische Abgabe von Neurotransmittern.

Neuronen im Gehirn können übrigens Informationen mit erstaunlich hoher Geschwindigkeit austauschen, wobei experimentell bis zu eintausend Mal pro Sekunde evoziert werden konnte. Ritzau-Jost et al. (2014) haben dabei ein neues Verfahren angewendet, mit dem sie Aktionspotenziale vor und hinter der Synapse von zwei Nervenzellen messen können. Bei der patch-clamp-Technik werden winzige Glaspipetten mit einem Durchmesser von einem Mikrometer an die Zellen herangefahren, um ihre elektrischen Signale zu messen, wobei eine Pipette auf die Signale sendenden feinen Enden (Axone oder auch präsynaptischen Endigungen) und gleichzeitig eine zweite Pipette auf den Zellkörper der empfangenden Zelle positioniert wurden. Dabei wurde im Experiment künstlich eine Höchstleistung erreicht, indem man die Zellen bei maximaler Stimulation bis an ihre Leistungsgrenze führte, wobei die Aktionspotenziale in der Zelle ultraschnell waren, sodass kurze Aktionspotenziale den Weg frei machen, um schnell danach ein weiteres hinterher feuern zu können. Wären die Aktionspotenziale nämlich länger, wären Frequenzen von 1000 Hertz nicht möglich.

Wieviele Neuronen hat ein menschliches Gehirn?

Die brasilianische Neurowisssenschaftlerin Suzana Herculano-Houzel hat Gehirne von Männerleichen entnommen, durch ein Lösungsmittel – um damit die Zellmembranen zu zerstören und allein die Zellkerne übrig zu lassen – homogenisiert und sämtliche Hirnstrukturen gleichmäßig miteinander verquirlt. So verfügten die entnommenen Proben über eine durchschnittliche Verteilung von Zellen und Zelldichten und waren damit repräsentativ für das gesamte Gehirn. Dadurch konnte man die gewonnenen Zellzahlen auf das gesamte Hirnvolumen hochrechnen. Bei früheren Untersuchungen hat man die Hirnareale nicht vermisch, sondern es wurden von jedem Areal kleine Schnitte entnommen und dort die Zellzahlen ermittelt, dann diese auf das Gesamtvolumen des jeweiligen Areals hochgerechnet und mit den Ergebnissen aus den anderen Arealen addiert. Die Methode ist aber nicht so genau, weil die Zelldichte innerhalb jedes Hirnareals variiert, sodass auf Grund der uneinheitlichen Struktur willkürlicher Schnitte die errechneten Werte nicht repräsentativ sind. Tatsächlich geht man heute von etwa 86 Milliarden Nervenzellen aus.

1. Definition
Die kleinste Einheit des ->Nervensystems, die Nervenzelle. Das Neuron besteht aus dem Soma (Zellkörper), mehreren Verästelungen, die Dendriten genannt werden, und dem AXON, einem einzelnen langen Fortsatz. diese Fortsätze empfangen entweder Informationen und leiten sie ans -> Gehirn oder das Rückenmark an die Organe, Muskeln usw. Sie sind über Synapsen miteinander verbunden (Cohen, 1995, S. 205).

2. Definition
NEURON [gr.], die aus einer Nervenzelle und ihren Fortsätzen bestehende leitungsmäßige Einheit des Nervensystems, syn. mit Nervenzelle, Ganglienzelle, Aufbau der Nervenzelle ->Nerv. Das Axon (Neurit), das der effektorischen Weiterleitung dient, endet in einer Zahl von Knöpfen. Axon-Telodendren [gr. Endbäumchen], den synaptischen Endknöpfen (Synapse). – Auf Grund der Konfiguration pseudouni-, bi- und multipolare Neurone (Dorsch, Becker-Carus, Bergius, Graichen, Häcker, Kaminski, Mikula, Mittenecker, Mühle & Roth, 1976, S. 394).

3. Definition
Neuron (↑): die Nervenzelle*mit allen ihren Fortsätzen (Achsenzylinder*, Dentrit*, Telodendron*); bildet nach der Neuronenlehre eine genetische, morphol, funkt., trophische u.regenerative Einheit (Pschyrembel, 1990, S.1164).

4.Definition
NEURON [das, grch.],die ->Nervenzelle samt ihren Fortsätzen (Neurit u. Dendrit).
NERVENZELLEN, Neurone, Ganglienzellen, Bauelemente der Nervensysteme, die auf die Erregungsleitung von Sinneszellen zu Erfolgsorganen (z.B. Muskeln, Drüsen) spezialisiert sind. Charakterist. Bestandteil der N. sind neben dem Zellkern Ansammlungen von RNS-haltigen (->Nucleinsäuren) Ribosomen (Nissl-Schollen), die der Eiweißsynthese dienen. u. die in den Zellfortsätzen liegenden Neurofilamente. Die N. können zwei Arten erregungsleitender Fortsätze (Nervenfasern) haben: kurze, stark verästelte Dendriten, die vor allem der Verbindung der N. untereinander dienen (Reizaufnahme), u. bis zu 1 m lange, unverzweigte Neuriten, die die Erregung an andere N. u. an Erfolgsorgane weiterleiten (Reizleitung). Die Neuriten besitzen einen durchgehenden Achsenzylinder (Axon), der bei den markhaltigen „weißen“ Nervenfasern von isolierenden Hüllen, der Mark-oder Myelinscheide u. der Schwannschen Scheide, umgeben ist. Die Myelinscheide hat in Abständen sog. Ranviersche Schnürringe (→Nervenleitungen). „Graue“, d.h. marklose oder markarme Nervenfasern haben keine oder nur eine dünne Hülle. Oft sind Nervenfasern verschiedenster Art zu ->Nerven gebündelt. Die Axone spalten sich an ihrem Ende in dünne Fasern, die die Erregung über bes. Schaltstellen (->Synapsen, feine Spalte von 120-200 °, zu anderen N. oder zu Drüsen u. Muskeln leiten. Die Verbindungsstelle zwischen Axon u. Muskelfaser heißt (motor. Endplatte). Die Überbrückung der Synapsen erfolgt mit Hilfe chem. Substanzen (meist Azetylcholin). Die → Erregung durchläuft die Axone als Erregungswelle oder Impuls u. entspricht einem elektr. Vorgang, der von einem Aktonsstrom begeitet ist. Auch ->Nervenleitung (o.A., 1986, S.330).

5. Definition
NEURON [gr.], syn.Nervenzelle, Ganglienzelle, die aus einer Nervenzell und ihren Fortsätzen bestehende funktionlle, zellige Einheit des Nervensystems. Das N. besteht aus Nervenzellkörpern mit Zellkern, kurzen, der Affernz dienenden, häufig mehrfach verzweigten Dentriten [gr. Bäumchen], und dem typischerweise relativ langen (in der Peripherie bis länger als 1 m), der effektorischen Weiterleitung dienender Axon mit meist mehreren synaptischen Endigungen. (Häcker & Stapf, 1994, S.512).

Wachstumsrichtung der Neuronen durch Proteine gesteuert

Damit übrigens Nervenfasern wissen, wohin sie wachsen sollen und mit welchen der anderen Nervenzellen des Gehirns sie eine Verbindung eingehen müssen, reguliert ein molekulares Programm durch die beiden Proteine Satb2 und Ctip2 die Entstehung der intra-kortikalen Nervenbahnen. Durch ein kompliziertes Zusammenspiel mit zwei weiteren Proteinen reagieren die wachsenden Axone auf das Vorhandensein verschiedener Konzentrationen des Proteins Netrin. Während ihrer Entwicklung orientieren sich die wachsenden Axone also an chemischen Botenstoffen in ihrer Umgebung, wobei diese anziehend sein können, um Axone in eine bestimmte Richtung zu lenken, oder abstoßend wirken können und Axone dann fernhalten. Diese beiden Proteine dienen als eine Art molekularer Schalter und geben der wachsenden Nervenfaser ihren Weg vor. Netrin wird im Gehirn in einer Region unterhalb des Neokortex hergestellt, sodass wenn eine Nervenzelle der Großhirnrinde Satb2 produziert, diese von Netrin abgestoßen und sich von der Quelle des Proteins hin zu der anderen Hemisphäre bewegt und so das Corpus callosum formt. Werden die Axone von Nervenzellen, die Ctip2 produzieren, hingegen von Netrin angezogen, formieren sie die intra-korticalen Verbindungen wie etwa die zur Wirbelsäule (Srivatsa et al., 2014).

Überspringen der Reizleitung

Übrigens kann es im Hirnstamm zu Übertretung der Reizleitung von einer Nervenbahn zu anderen kommen, wie man beim Niesreflex auf helles Sonnenlicht feststellen kann. Sonnenlicht sollte eine Kontraktion der Pupille verursachen, doch der Reiz springt auf benachbarte Nervenbahnen oder Neuronen über, die ein Kitzeln in der Nase weiterleiten.

Kuriosum

Die Signalübertragung bei Pflanzen funktioniert nicht wie bei Tieren, obwohl die Nervenzellen der ihren Namen aus der Flora ableiten, denn Neuron kommt vom griechischen Wort für Pflanzenfaser. Auch bei Pflanzen gibt es elektrische Wege zur Informationsweiterleitung, aber langsamere, denn die Zellwände sind viel dicker, auf ihnen meldet etwa ein angeknabbertes Blatt dem Rest der Pflanze die Verletzung, woraufhin überall die Abwehr hochgefahren wird. Auch die Wasserversorgung wird als Informationsmedium genutzt, denn kommt von den Wurzeln wenig nach, wird dies von den Blättern gemessen und sie schließen daraufhin ihre Stomata, also die Öffnungen, aus denen sie ausdünsten. Es gibt bei Pflanzen aber auch Botenstoffe, etwa Auxin, ein Hormon, das generell das Wachstum von Pflanzen steuert, indem es diese zum Licht hin orientiert und registriert, wenn andere Pflanzen Schatten werfen, sodass die Auxinproduktion angeworfen wird, solange noch ein Platz am Licht frei ist.

Literatur & Quellen
Aamodt, Sandra & Wang, Samuel (2008). Welcome to your brain. Ein respektloser Führer durch die Welt unseres Gehirns. München: C. H. Beck Verlag.
Cohen, D. (1995). Lexikon der Psychologie. München: Wilhelm Hayne Verlag.
Dorsch, F., Becker-Carus, C., Bergius, R., Graichen, J., Häcker, H., Kaminski, G., Mikula, G., Mittenecker, E., Mühle, E. & Roth, A. (1976). Psychologisches Wörterbuch. Bern: Verlag Hans-Huber.
Häcker, H. & Stampf, K. (1994). Dorsch Psychologisches Wörterbuch. Bern: Verlag Hans Huber.
Hu, Hua &  Jonas, Peter (2014). A supercritical density of Na+ channels ensures fast signaling in GABAergic interneuron axons. Nature Neuroscience, doi:10.1038/nn.3678.
Lapray, Damien, Lasztoczi, Balint, Lagler, Michael, Viney, Tim James, Katona, Linda, Valenti, Ornella, Hartwich, Katja, Borhegyi,Zsolt, Somogyi, Peter & Klausberger, Thomas (2012). Behavior-dependent specialization of identified hippocampal interneuron. Nature Neuroscience, 1546-1726.
O.A. (1986). Die grosse Bertelsmann Lexikothek – Band 10. Gütersloh: Bertelsmann Lexikothek Verlag GMBH.
Ritzau-Jost, A., Delvendahl, I., . A. Rings, Byczkowicz, N., Harada, H., Shigemoto, R., Hirrlinger, J., Eilers, J. & Hallermann, S. (2014). Ultrafast Action Potentials Mediate Kilohertz Signaling at a Central Synapse. Neuron, 84, 152–163.
Srivatsa, S., Parthasarathy, S., Britanova, O., Bormuth, I., Donahoo, A.L., Ackerman, S.L., Richards, L.J. & Tarabykin, V. (2014). Unc5C and DCC act downstream of Ctip2 and Satb2 and contribute to corpus callosum formation. Nat Commun, doi:10.1038/ncomms4708.
Stangl, W. (2015). Neuronen – Nervenzellen. [werner stangl]s arbeitsblätter.
WWW:  http://arbeitsblaetter.stangl-taller.at/GEHIRN/Gehirn-Neuronen.shtml (15-04-18)




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