Wie wandert ein Signal durch ein Neuron?

Die Signalübertragung durch ein Neuron, bekannt als Aktionspotential, umfasst mehrere Schlüsselprozesse:

1. Ruhepotential: Neuronen behalten ein Ruhepotential bei, bei dem das Innere der Zelle im Vergleich zum Äußeren negativ ist. Dieser Unterschied im elektrischen Potenzial wird durch Ionenpumpen wie die Natrium-Kalium-Pumpe aufrechterhalten, die Ionen aktiv durch die Zellmembran bewegen.

2. Depolarisation: Wenn ein Reiz oder Signal ein Neuron erreicht, öffnet es bestimmte Ionenkanäle in der Zellmembran. Die wichtigsten dieser Kanäle sind die Natriumkanäle. Wenn sich Natriumkanäle öffnen, strömen Natriumionen in das Neuron, was zu einer schnellen Depolarisation der Membran führt. Dies bedeutet, dass das Innere der Zelle relativ zum Äußeren weniger negativ oder positiver wird.

3. Aktionspotenzial: Erreicht die Depolarisation eine bestimmte Schwelle, löst sie ein Aktionspotential aus. Während eines Aktionspotentials kehrt sich das Membranpotential des Neurons schnell um und wird im Inneren positiver. Dies wird auch als „Feuern“ eines Neurons bezeichnet.

4. Natrium-Kalium-Austausch: Während eines Aktionspotentials ermöglicht die Öffnung von Natriumkanälen, dass Natriumionen in das Neuron gelangen, während die Öffnung von Kaliumkanälen dafür sorgt, dass Kaliumionen das Neuron verlassen. Der Zufluss von Natriumionen ist für die schnelle Depolarisation verantwortlich, während der Ausfluss von Kaliumionen dazu beiträgt, die Membran wieder in Richtung des Ruhepotentials zu repolarisieren.

5. Repolarisierung: Nach einem Aktionspotential schließen sich die Natriumkanäle und die Kaliumkanäle bleiben für längere Zeit geöffnet. Dadurch können mehr Kaliumionen das Neuron verlassen, wodurch das Membranpotential wieder negativer wird. Dieser Vorgang wird Repolarisation genannt und stellt das Ruhepotential wieder her.

6. Hyperpolarisation: In einigen Fällen kann das Membranpotential nach einem Aktionspotential negativer werden als das Ruhepotential. Dies nennt man Hyperpolarisation. Sie resultiert aus einem kontinuierlichen Ausfluss von Kaliumionen und der Aktivierung zusätzlicher Kaliumkanäle.

7. Refraktärzeiten: Nach einem Aktionspotential gibt es zwei Refraktärzeiten:die absolute Refraktärzeit und die relative Refraktärzeit. Während der absoluten Refraktärzeit kann ein Neuron kein weiteres Aktionspotential erzeugen, egal wie stark der Reiz ist. Während der relativen Refraktärzeit kann ein Aktionspotential erzeugt werden, dafür ist jedoch ein stärkerer Reiz als üblich erforderlich. Diese Refraktärzeiten stellen sicher, dass Signale in eine Richtung entlang des Neurons übertragen werden.

Die Abfolge von Depolarisation, Aktionspotentialerzeugung, Repolarisation und Refraktärperioden ermöglicht die Ausbreitung elektrischer Signale im Neuron und ermöglicht so die Kommunikation zwischen verschiedenen Teilen des Nervensystems.