Wie übertragen Neuronen elektrochemische Impulse an das Gehirn?

Neuronen übertragen elektrochemische Impulse, auch Aktionspotentiale genannt, über einen Prozess namens neuronale Kommunikation an das Gehirn. Dieser Prozess beinhaltet die koordinierte Aktivität verschiedener Zellkomponenten und Neurotransmitter. Hier ist eine vereinfachte Erklärung, wie Neuronen elektrochemische Impulse übertragen:

1. Ruhepotential:

Jedes Neuron behält ein Ruhepotential bei, das einen stabilen elektrischen Ladungsunterschied über seine Zellmembran darstellt. Dieser Potenzialunterschied ist auf die ungleiche Verteilung von Ionen (wie Natrium, Kalium und Chlorid) innerhalb und außerhalb des Neurons zurückzuführen.

2. Depolarisation:

Wenn ein Neuron einen Reiz erhält (z. B. einen von einem anderen Neuron freigesetzten Neurotransmitter), wird die Zellmembran für Natriumionen durchlässiger. Dieser Zustrom von Natriumionen führt zu einer Änderung der elektrischen Ladung durch die Membran, was zu einer Depolarisation führt.

3. Aktionspotenzialgenerierung:

Erreicht die Depolarisation eine bestimmte Schwelle, löst sie ein Aktionspotential aus. Dabei handelt es sich um ein sich selbst ausbreitendes elektrisches Signal, das sich entlang des Axons des Neurons, der langen, schlanken Projektion des Neurons, ausbreitet. Bei einem Aktionspotential öffnen sich die Natriumkanäle in der Membran vollständig, was zu einem noch stärkeren Einstrom von Natriumionen und einer Umkehr der elektrischen Ladung führt.

4. Repolarisierung:

Nach der Depolarisation wird die Membran des Neurons für Natriumionen weniger durchlässig und für Kaliumionen durchlässiger. Anschließend strömen Kaliumionen aus dem Neuron, wodurch das Membranpotential in den Ruhezustand zurückkehrt. Dieser Vorgang wird Repolarisation genannt.

5. Hyperpolarisation:

Unmittelbar nach der Repolarisation wird das Membranpotential kurzzeitig negativer als das Ruhepotential. Dies wird als Hyperpolarisation bezeichnet. Während dieser Phase ist das Neuron weniger erregbar und es ist weniger wahrscheinlich, dass es ein weiteres Aktionspotential erzeugt.

6. Refraktärzeiten:

Nach einem Aktionspotential tritt das Neuron in eine Refraktärzeit ein. Die absolute Refraktärzeit ist ein kurzer Zeitraum, in dem das Neuron unabhängig von der Stärke des Reizes kein weiteres Aktionspotential erzeugen kann. Darauf folgt eine relative Refraktärzeit, in der ein überdurchschnittlich starker Reiz erforderlich ist, um ein Aktionspotential zu erzeugen.

7. Neurotransmitter-Freisetzung:

Wenn ein Aktionspotential das Ende des Axons (Axonterminal) erreicht, löst es die Freisetzung von Neurotransmittern aus. Diese chemischen Botenstoffe durchqueren die synaptische Lücke (den Raum zwischen Neuronen) und binden an Rezeptoren auf den Dendriten (rezeptiven Strukturen) benachbarter Neuronen.

8. Postsynaptisches Potenzial:

Die Bindung von Neurotransmittern an Rezeptoren auf dem postsynaptischen Neuron kann entweder eine Depolarisierung (exzitatorisches postsynaptisches Potenzial oder EPSP) oder eine Hyperpolarisierung (inhibitorisches postsynaptisches Potenzial oder IPSP) des Membranpotenzials verursachen. Wenn die Depolarisation den Schwellenwert erreicht, löst sie im postsynaptischen Neuron ein Aktionspotential aus und setzt die Übertragung des elektrochemischen Impulses fort.

Dieser Prozess der elektrochemischen Impulsübertragung ermöglicht es Neuronen, miteinander zu kommunizieren, Informationen zu verarbeiten und verschiedene Körperfunktionen zu steuern. Das Gehirn integriert diese Impulse zahlreicher Neuronen, um Gedanken, Emotionen, Verhaltensweisen und Wahrnehmungen zu erzeugen.