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Informationsverarbeitung an einer Nervenzelle

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Inhalt

Die Abbildung unten zeigt den Grundbauplan eines typischen Neurons (einer Nervenzelle). Grundsätzlich kann man vier verschiedene Funktionsabschnitte bei einer Nervenzelle unterscheiden:

Bau einer Nervenzelle in drei Abschnitten

Bau einer Nervenzelle

1. Informationsaufnahme

Mit den Dendriten nimmt die Nervenzelle Informationen aus ihrer Umwelt auf. Solche Informationen werden auch als Reize bezeichnet. Ein Reiz kann das Membranpotenzial, also die elektrische Spannung, die an der Membran des Dendriten oder des Somas messbar ist, entweder erhöhen (Depolarisierung) oder erniedrigen (Hyperpolarisierung). Im ersten Fall spricht man von einem erregenden Reiz, im zweiten Fall von einem hemmenden Reiz.

Damit möglichst viele Informationen aufgenommen werden können, hat die Nervenzelle sehr viele stark verzweigte Dendriten (Prinzip der Oberflächenvergrößerung).

Soma mit Dendriten

Soma mit Dendriten

2. Informationsverarbeitung

Am Soma findet die Informationsverarbeitung statt. Die von den Dendriten eintreffenden Depolarisierungen und Hyperpolarisierungen werden miteinander verrechnet. Vom Endergebnis hängt es nun ab, ob und in welcher Intensität am Axonhügel Aktionspotentiale entstehen.

Treffen am Axonhügel viele Depolarisierungen gleichzeitig oder kurz nacheinander ein, aber nur wenige Hyperpolarisierungen, so ist auch am Axonhügel eine Depolarisierung, also eine Erhöhung des Membranpotenzials, festzustellen. Je stärker diese Depolarisierung, desto mehr Aktionspotenziale werden pro Sekunde gebildet.

Wenn aber am Axonhügel nur wenige Depolarisierungen eintreffen und womöglich auch noch Hyperpolarisierungen, so passiert am Axonhügel nichts weiter. Neue Aktionspotenziale werden nicht gebildet.

3. Informationsweiterleitung

Wenn das Membranpotenzial am Axonhügel einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, so kommt es dort zur Bildung von Aktionspotenzialen.

Aktionspotentiale sind schnelle und starke Depolarisierungen des Membranpotenzials. Das Membranpotenzial erhöht sich von Werten um -70 mV auf Werte im Bereich um +30 mV. Ein solches Aktionspotenzial kann innerhalb von 1 ms entstehen und sich innerhalb der nächsten Millisekunde wieder zurückbilden (Repolarisierung). Aktionspotenziale werden mit hoher Geschwindigkeit und verlustfrei vom Axonhügel bis zum synaptischen Endknöpfchen weitergeleitet (Erregungsweiterleitung) .

Liegt das Membranpotenzial am Axonhügel nur knapp über dem Schwellenwert, so werden nur wenige Aktionspotenziale pro Sekunde gebildet, beispielsweise 50. Liegt das Membranpotenzial des Axonshügels aber weit über dem Schwellenwert, so steigt die Aktionspotenzialfrequenz stark an, zum Beispiel auf 170 Aktionspotenziale pro Sekunde (Codierung von Informationen).

4. Informationsübertragung

Wenn an dem synaptischen Endknöpchen (siehe Bau einer typischen Synapse) Aktionspotentiale ankommen, führt das dazu, dass das Endknöpchen eine chemische Verbindung freisetzt, einen sogenannten Neurotransmitter. Dieser Neurotransmitter wirkt dann als chemischer Reiz auf die nächste Nervenzelle und kann diese erregen oder auch hemmen, so dass auch dort eine Depolarisierung bzw. eine Hyperpolarisierung entsteht (erregende und hemmende Synapsen).

Die Information, die bisher also auf elektrischem Wege übermittelt wurde (Ruhepotenzial, Aktionspotenzial), wird an den Synapsen auf chemischem Weg übertragen.