Thema 1.1.1.2:
Informationsverarbeitung an einer Nervenzelle
Wir betrachten eine Nervenzelle nun unter funktionalen Aspekten.
Die Abbildung rechts zeigt den Grundbauplan eines typischen Neurons (einer Nervenzelle). Grundsätzlich kann man vier verschiedene Funktionsabschnitte bei einer Nervenzelle unterscheiden:
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).
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 beispielsweise viele Depolarisierungen gleichzeitig ein, aber nur wenige , so ist es wahrscheinlich, dass auch am Axonhügel eine , also eine Erhöhung des Membranpotenzials, festzustellen ist. Wird die Nervenzelle aber insgesamt stärker gehemmt als erregt, so wird auch der Axonhügel eher hyperpolarisiert sein. Halten sich Depolarisierung und Hyperpolarisierungen die Waage, so wird sich das Membranpotenzial des Axonhügels nicht verändern.
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 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). Solche 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 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.
Grundstruktur einer Nervenzelle
(C) Ulrich Helmich 2005
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