Neuronen: Was sind sie? Was Sie über Typen und Aufgaben wissen müssen

Das menschliche Gehirn enthält Milliarden von Neuronen, die verschiedene Funktionen erfüllen.

Das Nervensystem ist das interne Kommunikationssystem des Körpers. Es gibt viele Nervenzellen in diesem System. Informationen werden von Nervenzellen durch die Sinne des Körpers empfangen: Berührung, Geschmack, Geruch, Sehen und Hören. Diese sensorischen Signale werden vom Gehirn interpretiert, um festzustellen, was innerhalb und außerhalb des Körpers vor sich geht.

Überall in Ihrem Körper senden und empfangen Nervenzellen elektrische Signale über ein ausgedehntes Nervennetzwerk an ihre Zielzellen. Zu den vom Nervensystem gesteuerten Funktionen gehören:

• Blutdruck und Herzfrequenz
• Atmung
• Bewegungen der Muskeln
• Emotionen, Erinnerungen und Lernen
• Schlaf, Erholung und Altern
• Stress-Reaktion
• Hormonregulierung
• Verdauung, Hunger und Durst
• die Sinne

Das menschliche Nervensystem besteht aus zwei Teilen. Das zentrale Nervensystem (ZNS) und das periphere Nervensystem (PNS) werden durch ihre Lage im Körper unterschieden. Im Schädel und Spinalkanal befindet sich das zentrale Nervensystem. Es gibt Nerven im Gehirn und im Rückenmark, die dieses System bilden. Periphere Nerven bilden den Rest der Nerven des Körpers.

Jeder menschliche Körper hat ein ZNS und ein PNS sowie ein willkürliches und ein unwillkürliches Nervensystem. Ein freiwilliges Nervensystem steuert Handlungen, die einer Person bewusst sind und die sie bewusst steuern kann, wie z. B. das Bewegen von Kopf, Händen, Füßen und anderen Körperteilen. Ein unwillkürliches Nervensystem steuert Prozesse, die vom Individuum nicht bewusst gesteuert werden. Herzfrequenz, Atmung, Stoffwechsel und andere lebenswichtige Körperfunktionen werden ständig von diesem System reguliert.

Es gibt willkürliche und unwillkürliche Anteile des zentralen und peripheren Nervensystems. Das zentrale Nervensystem verbindet diese Teile. Sympathisches, parasympathisches und enterisches Nervensystem bilden den unwillkürlichen Teil des PNS.

Das sympathische Nervensystem signalisiert dem Körper, sich auf körperliche und geistige Aktivität vorzubereiten. Als Ergebnis dieses Systems schlägt das Herz stärker und schneller und die Atemwege werden für eine leichtere Atmung geöffnet. Darüber hinaus stoppt das System vorübergehend die Verdauung, damit sich der Körper auf schnelles Handeln konzentrieren kann. Wenn eine Person in Ruhe ist, steuert das parasympathische Nervensystem die Körperfunktionen. Es regt unter anderem die Verdauung an, aktiviert den Stoffwechsel und entspannt den Körper.

Nur der Darm wird vom Nervensystem des Körpers gesteuert. Während der Verdauung reguliert das enterische Nervensystem den Stuhlgang automatisch.

Um Gehirnzellen mit Licht zu steuern, entwickeln Wissenschaftler Möglichkeiten, das Nervensystem zu hacken. Licht kann genetisch in Zellen programmiert werden. Wissenschaftler können mehr darüber erfahren, wie verschiedene Neuronen funktionieren, indem sie das Nervensystem hacken. Mehrere Gehirnzellen können gleichzeitig aktiviert und ihre Wirkung beobachtet werden.

Neuronen: Was sind sie?

Das Gehirn sendet und empfängt Signale durch Neuronen. Neuronen haben viele Ähnlichkeiten mit anderen Zelltypen, aber ihre Struktur und Funktion sind einzigartig.

Der menschliche Körper enthält Milliarden von Nervenzellen (Neuronen). Es gibt etwa 86 Milliarden Neuronen im Gehirn und 13,5 Millionen im Rückenmark. Die Neuronen empfangen elektrische und chemische Signale und leiten sie an andere Neuronen weiter. Etwa 10 % des Gehirns bestehen aus Neuronen. Neuronen werden von Gliazellen und Astrozyten unterstützt und ernährt.

Neurogenese ist der Prozess der Produktion neuer Nervenzellen. Obwohl die Neurogenese noch wenig verstanden ist, wissen wir, dass sie während der Embryogenese viel aktiver ist. Trotzdem fand eine Studie aus dem Jahr 2013 heraus, dass eine gewisse Neurogenese auch im erwachsenen Gehirn auftritt.

Neuronen übertragen elektrische und chemische Signale durch spezielle Fortsätze, die Axone genannt werden, an andere Zellen. Auch Dendriten, die Wurzeln ähneln, können diese Signale empfangen.

Wie funktioniert ein Neuron?

Neuronen haben je nach Funktion und Ort unterschiedliche Formen, Größen und Strukturen. Fast alle Neuronen haben drei grundlegende Teile: einen Zellkörper, ein Axon und einen Dendriten.

Neuronenzellkörper: Der Neuronenzellkörper ist der zentrale Teil des Neurons, der genetische Informationen enthält, die Struktur des Neurons aufrechterhält und Energie für seine Aktivitäten bereitstellt. Der Zellkörper eines Neurons enthält einen Zellkern und spezialisierte Organellen. Eine Membran umgibt den Zellkörper und lässt ihn mit seiner Umgebung interagieren, während er ihn schützt.

Axone sind lange, schwanzartige Strukturen, die an einer Verbindungsstelle, die als „Axonstapel“ bezeichnet wird, mit dem Zellkörper verbunden sind. Myelin ist eine Fettsubstanz, die viele Axone isoliert. Axone leiten elektrische Signale mit Hilfe von Myelin. Normalerweise gibt es ein Hauptaxon pro Neuron. Ein Meter ist die maximale Länge eines Axons.

Ein Dendrit ist eine wurzelähnliche Struktur, die sich vom Zellkörper verzweigt. Die Dendriten empfangen und verarbeiten Signale von den Axonen anderer Neuronen. Es ist möglich, dass Neuronen mehr als einen Satz von Dendriten haben, die als „Dendritenbaum“ bezeichnet werden.

Die Rolle eines Neurons bestimmt die Anzahl der dendritischen Bäume. Das Kleinhirn beispielsweise enthält Purkinje-Zellen, eine besondere Art von Neuronen. Dank ihrer hochentwickelten dendritischen Bäume können diese Zellen Tausende von Signalen empfangen.

Strukturen von Neuronen

Es gibt Tausende verschiedener Arten von Neuronen, jede mit ihrer eigenen Struktur, Funktion und genetischen Ausstattung. Es gibt fünf Haupttypen von Neuronen:

Das Axon und die Dendriten multipolarer Neuronen sind symmetrisch. Im Zentralnervensystem ist dieser Neuronentyp am häufigsten vorhanden.

Wirbellose haben unipolare Neuronen, die ein einzelnes Axon haben.

In bipolaren Neuronen erstrecken sich zwei Sequenzen vom Zellkörper. Auf der einen Seite befinden sich Axone und auf der anderen Dendriten. Neuronen dieses Typs befinden sich hauptsächlich in der Netzhaut, aber sie sind auch in Teilen des Nervensystems vorhanden, die Nase und Ohren steuern.

Neuronen mit Pyramidenform haben ein Axon und mehrere Dendriten. Pyramidenneuronen befinden sich hauptsächlich in der Großhirnrinde und sind die größten Nervenzellen. Bewusste Gedanken werden im Kortex des Gehirns verarbeitet.

Dendriten treten aus dem Zellkörper von Purkinje-Neuronen aus. Hemmende Neuronen setzen Neurotransmitter frei, die andere Neuronen am Feuern hindern.

Funktionen verschiedener Arten von Neuronen

Wissenschaftler teilen Neuronen aufgrund ihrer Funktion in drei allgemeine Typen ein: sensorische Neuronen, motorische Neuronen und Interneuronen.

Sie können Ihre Umgebung durch Ihre sensorischen Neuronen schmecken, riechen, hören, sehen und fühlen.

Physikalische und chemische Einflüsse aus der Umwelt stimulieren sensorische Neuronen. Physikalische Inputs umfassen Schall, Berührung, Wärme und Licht, während chemische Inputs Geruch und Geschmack umfassen. Wenn Sie beispielsweise auf heißen Sand treten, werden die sensorischen Neuronen an Ihren Fußsohlen aktiviert und senden eine Nachricht an das Gehirn.

Willkürliche und unwillkürliche Bewegungen werden von Motoneuronen gesteuert. Über diese Neuronen kommunizieren Gehirn und Rückenmark mit Muskeln, Organen und Drüsen.

Untere Motoneuronen und obere Motoneuronen sind zwei Arten von Motoneuronen. Signale werden vom Rückenmark durch untere Motoneuronen zu glatten Muskeln und Skelettmuskeln geleitet. Zwischen Gehirn und Rückenmark werden Signale von oberen Motoneuronen übertragen. Untere Motoneuronen im Rückenmark senden beim Essen Signale an die glatten Muskeln in der Speiseröhre, im Magen und im Darm. Wenn sich Nahrung durch den Verdauungstrakt bewegt, ziehen sich diese Muskeln zusammen.

Interstitielle Neuronen sind Nervenmediatoren im Gehirn und Rückenmark. Neuronen dieses Typs sind die häufigsten. Sensorische Neuronen und andere Interneuronen übertragen Signale an Motoneuronen und andere Interneuronen durch Interneuronen. Infolgedessen bilden sie komplexe Schaltkreise, die Ihnen helfen, auf äußere Reize zu reagieren.

Wenn Sie ein scharfes Objekt wie einen Kaktus berühren, senden sensorische Neuronen in Ihren Fingerspitzen ein Signal an Interneuronen in Ihrem Rückenmark. Interneurone senden Signale an Motoneuronen in Ihrer Hand, die es Ihnen ermöglichen, Ihre Hand zu bewegen. Sie empfinden Schmerz, wenn andere Interneurone ein Signal an das Schmerzzentrum des Gehirns senden.

Schwann-Zellen: Was sind sie?

Im peripheren Nervensystem stammen Schwann-Zellen aus der Neuralleiste und spielen eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung und Reproduktion sensorischer und motorischer Neuronen. Axone von Neuronen des peripheren Nervensystems benötigen sie hauptsächlich zur Isolierung (Produktion von Myelinscheiden) und zur Ernährung.

Die axonale Leitungsgeschwindigkeit erhöht sich aufgrund von Myelin, das die Übertragung elektrischer Signale durch das gesamte Nervensystem erleichtert. Damit sich Neuronen des peripheren Nervensystems reproduzieren können, sind Schwann-Zellen notwendig. Zusätzlich zur Myelinisierung liefern Schwann-Zellen Nährstoffe und schützen Axone, denen Myelin fehlt.

Wie funktioniert der Ranoye-Knoten?

Einige Neuronen haben periodische Lücken in ihrer isolierenden Hülle (Myelin), die die schnelle Weiterleitung von Nervenimpulsen erleichtern.

Die Myelinscheide besteht aus konzentrischen Lipidschichten, darunter Cholesterin, Cerebroside und Phospholipide, die durch dünne Proteinschichten getrennt sind. Durch diese konstruktive Anordnung hat die Isolation einen hohen Widerstand und eine geringe elektrische Kapazität. Trotzdem sind die Knoten des Knotens nicht in Intervallen isoliert, wodurch Impulse von einem Knoten zum anderen springen können.

Ranoye-Knoten sind etwa einen Mikrometer breit und legen die Neuronenmembran nach außen frei. Während der Erzeugung eines Aktionspotentials werden diese Lücken mit Ionenkanälen gefüllt, die Natrium- und Chloridionen austauschen. Das Aktionspotential eines Neurons tritt auf, wenn sich die elektrische Polarisierung der Membran umkehrt, wodurch eine Erregungswelle entlang des Axons wandert. Wenn sich ein Aktionspotential von einem Nervenknoten zum nächsten ausbreitet, wird es entlang des Axons wiederholt, wodurch das Aktionspotential schnell wandert.

Welche Funktion haben Neuronen?

Aktionspotentiale werden von Neuronen verwendet, um Signale zu senden. Wenn geladene Teilchen in die und aus der Neuronenmembran fließen, ändert das Aktionspotential die elektrische potentielle Energie des Neurons. Ein präsynaptisches Terminal empfängt ein Aktionspotential, das entlang des Axons wandert.

Durch Aktionspotentiale können chemische und elektrische Synapsen ausgelöst werden. Neuronen übertragen elektrische und chemische Botschaften über Synapsen. Eine Synapse besteht aus drei Teilen: einem präsynaptischen Terminal, einem synaptischen Spalt und einem postsynaptischen Terminal.

Neurotransmitter sind chemische Botenstoffe, die von Neuronen an chemischen Synapsen freigesetzt werden. Molekulare Rezeptoren am postsynaptischen Ende eines Dendriten binden an diese Moleküle über den synaptischen Spalt.

Ein Aktionspotential kann von einem postsynaptischen Neuron erzeugt werden, wenn Neurotransmitter eine Reaktion hervorrufen. Postsynaptische Neuronen können auch am Feuern gehindert werden. In diesem Fall wird vom postsynaptischen Neuron kein Aktionspotential erzeugt.

Elektrische Synapsen sind nur erregbar. Gap Junctions verbinden zwei Neuronen, um diese Synapsen zu bilden. Durch diese Lücke, die viel kleiner ist als die chemische Synapse, wird das elektrische Signal übertragen. Aufgrund der Art und Weise, wie diese Signale übertragen werden, übertragen elektrische Synapsen Signale viel schneller als chemische Synapsen. Obwohl diese Signale von einem Neuron zum anderen abgeschwächt werden können. Infolgedessen sind sie weniger effizient bei der Übertragung häufiger Signale.

Die Neurotransmitter

Ihr Körper kann ohne Neurotransmitter nicht funktionieren. Ihre Aufgabe ist es, chemische Signale (Botschaften) von einer Nervenzelle zur anderen zu übertragen. Die Zielzelle kann eine Nervenzelle, eine Muskelzelle oder eine Drüse sein.

Axonterminals enthalten Neurotransmitter. Synaptische Vesikel sind dünnwandige Säckchen, die synaptische Peptide speichern. Neurotransmitter-Moleküle können zu Tausenden in jedem Vesikel gefunden werden.

Die elektrische Ladung eines Signals wandert entlang einer Nervenzelle und bewirkt, dass Vesikel, die Neurotransmitter enthalten, mit der Neuronenmembran verschmelzen. Sobald die Neurotransmitter die Nachricht tragen, werden sie vom Axonterminal in den mit Flüssigkeit gefüllten Raum zwischen den Neuronen freigesetzt. Synaptische Verbindungen sind Räume, in denen Neurotransmitter Nachrichten über weniger als 40 Nanometer übertragen (zum Vergleich: Eine menschliche Haarsträhne ist 75.000 Nanometer breit).

Neurotransmitter binden an spezifische Rezeptoren auf Zielzellen. Durch die Bindung an eine Zielzelle bewirkt der Neurotransmitter eine Aktion oder Veränderung, wie z. B. die Erzeugung eines elektrischen Signals in einer anderen Nervenzelle, die Kontraktion von Muskeln oder die Freisetzung von Hormonen.

Arten von Neurotransmittern

Wissenschaftlern sind mindestens 100 Neurotransmitter bekannt, und in Zukunft werden wahrscheinlich noch viele weitere entdeckt. Neurotransmitter können chemisch in verschiedene Typen eingeteilt werden. Zu den bekanntesten Typen gehören:

• Der Körper produziert Monoamine wie Adrenalin, Noradrenalin, Dopamin, Serotonin und Histamin.
• Die Aminosäuren Gamma-Aminobuttersäure (GABA), Glycin und Glutamat
• Endorphine sind Peptide
• Adenosin und Adenosintriphosphat (ATP) sind Purine
• Cholin Acetylcholin

Neurotransmitter-Dysfunktion: Was verursacht sie?

• Ein oder mehrere Neurotransmitter werden zu viel oder zu wenig produziert oder freigesetzt.
• Es gibt ein Problem mit dem Rezeptor auf der Zelle.
• Entzündungen und Schäden am synaptischen Spalt verhindern, dass Zellrezeptoren genügend Neurotransmitter aufnehmen.
• Es gibt eine schnelle Resorption von Neurotransmittern.
• Neurotransmitter können Zielzellen nicht erreichen, wenn Enzyme vorhanden sind.

Neurowissenschaftliche Forschung der letzten Jahre

Die Forschung des letzten Jahrhunderts hat unser Verständnis von Neuronen erweitert, aber es gibt noch viel zu lernen. Bis vor kurzem glaubten Forscher, dass Neuronen im Hippocampus des Gehirns von Erwachsenen produziert werden. Lernen und Gedächtnis werden durch den Hippocampus erleichtert. Eine Studie aus dem Jahr 2018 ergab jedoch, dass der Hippocampus nach der Geburt weniger Neuronen produziert und im Erwachsenenalter fast keine mehr produziert werden. Die Neurogenese wurde aufgrund dieser Entdeckung als Hindernis für die Behandlung von Krankheiten wie Alzheimer und Parkinson angesehen. Es ist sowohl das Ergebnis der Schädigung von Neuronen als auch das Ergebnis ihres Todes, das diese Krankheiten verursacht.

Es ist jedoch immer noch möglich, mit neuralen Stammzellen neue Neuronen zu erzeugen. Neue Neuronen können von neuralen Stammzellen produziert werden. Wissenschaftler versuchen immer noch, einen Weg zu finden, diese Stammzellen zu verwenden, um bestimmte Arten von Neuronen im Labor zu erzeugen. Durch die Regeneration von Nervenzellen können wir diejenigen ersetzen, die durch Alterung, Verletzung und Krankheit zerstört wurden.

Es gibt laufende klinische Studien

Frische Nervenzellen werden in vielen klinischen Studien getestet. Eine dieser Studien zielt auf Menschen ab, die einen ischämischen Schlaganfall erlitten haben. Darüber hinaus wurden in einer Studie aus dem Jahr 2019 fluoreszierende Sonden verwendet, um die Nervenzellaktivität in Mäusen in Echtzeit zu beobachten. Mit dieser Technologie könnten wir die Gehirnaktivität abbilden, Probleme entdecken, die zu neurologischen Störungen führen, und die künstliche Intelligenz vorantreiben.

Abschließend

Neuronen sind die Zellen des Nervensystems. Eine Zelle besteht aus drei verschiedenen Teilen: ihrem Körper, ihrem Axon und ihren Dendriten. Sie verwenden diese Teile, um chemische und elektrische Signale zu senden und zu empfangen. Es gibt Milliarden von Neuronen und Tausende verschiedener Arten, aber sie können basierend auf ihrer Funktion in drei Hauptgruppen eingeteilt werden: motorische Neuronen, sensorische Neuronen und Interneuronen.

Neuronen und ihre Rolle bei bestimmten Erkrankungen des Gehirns sind noch weitgehend unbekannt. Es laufen jedoch eine Reihe von Forschungsprojekten und klinischen Studien, um Antworten auf diese Fragen zu finden.