Als Dendriten (dendrites) bezeichnet man die vielfach verzweigten Erweiterungen einer Nervenzelle, mit denen Informationen empfangen und Impulse an den Zellkörper weitergegeben werden. Der Dendrit erzeugt als Reaktion auf den Anstoß durch die an ihm anliegende Synapse ein elektrisches Signal und leitet es weiter.
In den meisten Fällen dienen Dendriten als Eingangsregion von synaptisch übertragener Information, die dann im Zellkörper aufsummiert und über das Axon an andere Nervenzellen weitergeleitet wird. Signale können aber auch von Dendriten auf andere Dendriten (dendro-dendritischer Kontakt), von Dendriten auf Axone (dendro-axonischer Kontakt) oder von Dendriten auf einen Zellkörper (dendro-somatischer Kontakt) übertragen werden. In der Regel sind die Dendriten kürzer als das Axon und stärker verzweigt, sie sind an ihrem Ursprung reit und verjüngen sich mit jeder Abzweigung, während Axone meist über ihre gesamte Länge den gleichen Durchmesser aufweisen. Je nach Nervenzelltyp können die Verzweigungsmuster der Fortsätze jedoch so mannigfaltig sein, dass Dendriten und Axon nur schwer voneinander zu unterscheiden sind.
Ein Dendrit ist also die baumartige Struktur einer Nervenzelle, an der alle eintreffenden Signale aufgenommen und erstmals miteinander verrechnet werden. Nach neueren Forschungen findet in den menschlichen Nervenzellen schon viel Rechenarbeit an den Dendriten der Nervenzelle statt, also bevor die Zelle ihre Signale noch weiter ins Nervennetzwerk sendet. Diese Rechenoperationen ermöglichen es den Nervenzellen, ein äußerst effiziente Signalvorverarbeitung durchzuführen und damit komplexe Funktionen zu vereinfachen, was etwa bei der Steuerung von Verhalten, aber auch bei kognitiven Prozessen, nötig ist.
Dendritische Dornen
Neuere Untersuchungen (Knobloch et al., 2023) haben gezeigt, dass dendritische Dornen Schlüsselstrukturen für neuronale Kommunikation, Lernen und Gedächtnis sind, wobei Größe und Form der Dornen wahrscheinlich die synaptische Stärke und das Lernen widerspiegeln. Noch nie zuvor konnten so viele dieser dendritischen Dornen einer einzelnen Nervenzelle gleichzeitig und so detailliert untersucht werden. Die Abbildung der detaillierten Form der meisten Dornen einzelner Nervenzellen im Cortex der Schildkröte (Trachemys scripta elegans) mit superauflösender STED-Mikroskopie ergab mehrere unterscheidbare Formklassen. Die Bilder der STED-Mikroskopie lösen dabei kleinste Details der dendritischen Dornen auf, die scharf fokussiert werden können, was mit den bisher üblichen Methoden nicht möglich war. Dendritische Dornen einer bestimmten Klasse waren dabei aber nicht zufällig verteilt, sondern zierten einige Dendriten deutlich häufiger als andere. Die Individualität der Dendriten wurde durch signifikante Unterschiede zwischen den Dendriten in anderen Parametern wie Stacheldichte und -länge bestätigt. Es war bereits bekannt, dass die Dornen eine wichtige Rolle bei der Weiterleitung und Speicherung von Informationen an die nächste Zelle spielen, denn hier bilden sich die Verbindungen zwischen den Nervenzellen des Gehirns, die Synapsen, und an den Dendriten, die sich vom Zellkörper aus verzweigen und den Kontakt zu anderen Zellen herstellen, wachsen diese Dornen. Es gibt verschiedene Arten von Dornen, von kleinen, stumpfen und pilzförmigen über dünne Fäden mit runden Köpfen bis hin zu verzweigten Exemplaren, aber die Übergänge sind fließend. Die Untersuchungen zeigten auch, dass diese Stacheln nicht zufällig auf den Nervenzellen verteilt sind, sondern dass auf manchen Dendriten mehr von einer Sorte und auf anderen mehr von einer anderen Sorte sitzen. Wenn man nun im Mikrokosmos der Gehirnnervenzellen die Stacheln und ihre Verteilung genau und von allen Seiten betrachten kann, könnte das helfen, besser zu verstehen, warum sie so verteilt sind, und auch mehr über ihre unterschiedlichen Formen und Funktionen herauszufinden.
Schaftverengungen prägen die neuronale Informationsverarbeitung
Bislang ging die klassische Neuroanatomie davon aus, dass es sich bei Dendriten um relativ glatte, rohrförmige Kabel handelt, deren Hauptaufgabe darin besteht, elektrische Signale von den auf ihnen sitzenden Dornen (Spines) effizient zum Zellkörper weiterzuleiten und dabei als Empfangsstruktur für synaptische Reize zu dienen. Dieses seit rund 150 Jahren etablierte und Lehrbuch-geprägte Modell erweist sich jedoch durch jüngste wissenschaftliche Untersuchungen als unvollständig. Kelly et al. (2026) konnten mithilfe fortschrittlicher und hochauflösender Bildgebungsverfahren – darunter Expansionsmikroskopie, STED-Mikroskopie, Bildabtastmikroskopie und serielle Elektronenmikroskopie – winzige, bislang übersehene Strukturen entlang der Dendriten nachweisen. Diese neu identifizierten, nanometergroßen Merkmale, die als dendritische Schaftverengungen (Dendritic Shaft Constrictions, DSCs) bezeichnet werden, besitzen einen Durchmesser von etwa 100 bis 500 Nanometern und sind damit rund 500- bis 1.000-mal dünner als ein menschliches Haar. Dass diese Schaftverengungen in der Vergangenheit unentdeckt blieben, liegt vor allem an ihrer extrem geringen Dimension, die unter der Auflösungsgrenze der konventionellen Lichtmikroskopie liegt, sowie daran, dass solche lokalen Durchmersschwankungen in elektronenmikroskopischen Datensätzen historisch eher als zufällige Unregelmäßigkeiten statt als biologisch bedeutsame Gegebenheiten interpretiert wurden. Durch den Einsatz multipler modernster Methoden und begleitender Computersimulationen konnte nun jedoch nachgewiesen werden, dass diese DSCs keineswegs bloße Defekte oder Zufälle sind, sondern in verschiedenen Neuronentypen sowohl im Maushirn als auch im menschlichen Gehirn – etwa in kortikalen und hippokampalen Neuronen – universell vorkommen. Die Entdeckung dieser Schaftverengungen wirft ein völlig neues Licht auf die funktionelle Organisation von Nervenzellen, da die Struktur der Dendriten eng mit ihrer elektrischen und physiologischen Funktion verknüpft ist. Die theoretischen und experimentellen Analysen deuten darauf hin, dass die dendritischen Schaftverengungen die Dendriten effektiv in distinkte elektrische Kompartimente unterteilen. Durch diese lokale Kompartimentierung verändern sich die physikalischen Eigenschaften der Signalweiterleitung gravierend: Signale, die jenseits einer solchen Verengung eintreffen, können lokal zwar an Stärke gewinnen, werden jedoch weniger effektiv zum zentralen Zellkörper weitergeleitet. Dieser Mechanismus begünstigt zudem die Aktivierung von NMDA-Rezeptoren, die eine Schlüsselrolle bei der Modulation der synaptischen Stärke und folglich bei neuronalen Plastizitätsprozessen, dem Lernen und dem Gedächtnis einnehmen.
Heute wird der Begriff Dendrit übrigens auch bei künstlichen neuronalen Netzen verwendet.
Literatur
Kelly, T., Döngi, M., Rodriguez-Gatica, J. E., Ofer, N., Wert-Carvajal, C., Cissewski, N., Barboni, M., Bethge, P., Godale, C. M., Yaser, S., Herde, M. K., Tillmann, J., Peter, S. I., Dupraz, S., Koch, H., Stein, V., Bradke, F., Danzer, S. C., Tchumatchenko, T., Schwarz, M. K., Kubitscheck, U., Nägerl, U. V., & Beck, H. (2026). Dendritic shaft constrictions shape synaptic integration in neurons. Science Advances, 12(37), doi:10.1126/sciadv.aec4911
Knobloch, Jan A., Laurent, Gilles & Lauterbach, Marcel A. (2023). STED microscopy reveals dendrite-specificity of spines in turtle cortex. Progress in Neurobiology, 231, doi:10.1016/j.pneurobio.2023.102541.
https://www.spektrum.de/lexikon/neurowissenschaft/dendriten/2715 (17-12-12)