Neuronale Kommunikation

Allgemein bekannt ist, dass neuronale Reizübertragung auf elektrischem Wege erfolgt. Ein weit verbreiteter Irrtum besteht allerdings in der Annahme, unser Gehirn wäre so etwas, wie ein sehr komplizierter elektrischer Schaltkreis, in dem über Leiterbahnen elektrische Impulse fließen würden. Auch wenn diese Annahme naheliegend erscheint, so ist sie dennoch weitgehend falsch. Neurone sind zwar leitfähig und übertragen an ihrer Oberfläche auch elektrische Ströme. Doch ist der Leitungswiderstand relativ hoch, was eine Informationsverarbeitung auf diesem Wege einerseits sehr ineffizient machen würde. Andererseits wären unter solchen Gegebenheiten nur vergleichsweise einfache Schaltkreise möglich, vergleichbar einer Elektroinstallation in einem Wohnhaus, nicht jedoch eine derart komplexe und hoch spezialisierte Informationsverarbeitung, wie jene des menschlichen Gehirns. Doch wie funktioniert dieser Prozess?

Um sich die Funktionsweise von Neuronen zu veranschaulichen, kann man sich ein Neuron ähnlich wie einen Baum vorstellen, dessen Zweige wiederum mit den Wurzeln anderer Bäume in Verbindung stehen. Jeder dieser Bäume hat Wurzeln (Dendriten), einen kräftigen Fuß (Soma), einen Stamm (Axon), einige Äste (Kollateralen bzw. Terminalen) und viele kleine Zweige (Prä-Synapsen). Die Zweige haben wiederum Verbindungen (Post-Synapsen) zu den Wurzeln (Dendriten) anderer Bäume (Neurone). An den Verbindungsstellen (Synapsen) befindet sich jeweils ein schmaler Zwischenraum (synaptischer Spalt). An seinen Zweigen (Prä-Synapsen) hat jeder Baum (Neuron) kleine Blütenknospen (Vesikel) mit darin befindlichen Pollen (Transmittern).

Die Wurzeln (Dendriten) dagegen verfügen an ihren Verbindungsstellen (Post-Synapsen) zu den Zweigen (Präs-Synapsen) vorgeschalteter Bäume (Neurone) über direkte (ionotrope) Kanäle (Rezeptoren). Diese Kanäle sind zumeist geschlossen (inaktiv), werden jedoch geöffnet (aktiviert), sobald Pollen (Transmitter) von der Gegenseite andocken. Um diese Kanäle (Rezeptoren) zu öffnen, ist es daher notwendig, dass sich die Blütenknospen (Vesikel) an den Zweigen (Prä-Synapsen) des vorgeschalteten (prä-synaptischen) Baums (Neurons) öffnen, um ihre Pollen (Transmitter) in den Zwischenraum (synaptischen Spalt) zu entlassen. Erst wenn dies geschieht, ist ein Baum (Neuron) in der Lage, durch die Kanäle (Rezeptoren) an seinen Wurzeln (Dendriten) einen Stoffwechsel (Ionen-Transport) zu realisieren.

Die Blütenknospen (Vesikel) des vorgeschalteten (prä-synaptischen) Baums (Neurons) wiederum öffnen sich erst, wenn Wasser (Natrium-Ionen-Einstrom) aus den Wurzeln (Dendriten) durch den Fuß (Soma) und den Stamm (Axon) bis in die Zweige (Terminalen) aufsteigt. Allerdings nimmt ein Baum (Neuron) an seinen Wurzeln (Dendriten) nicht nur Wasser (Kalzium-Ionen und Natrium-Ionen) auf, sondern auch diverse Nährstoffe (u.a. Chlorid-Ionen und organische Ionen). Welche das jeweils sind, ist abhängig von der Art (Typ bzw. Subtyp) des jeweils geöffneten Kanals (Rezeptors). Welche Kanäle jeweils geöffnet werden, hängt wiederum von der Art (Typ bzw. Subtyp) der Pollen (Transmitter) im Zwischenraum (synaptischen Spalt) ab.

Zusätzlich ist ein solcher Baum (Neuron) in der Lage, im Rahmen der Selbstregulation (Homöostase) einen Teil des aufgenommenen Wassers (Kalzium-Ionen) in seinem Speicher (Endoplasmatisches Reticulum) im Fuß (Soma) einzulagern. Diese Wasserspeicherung (Kalzium-Homöostease) wird durch interne Prozesse (Second Messenger) im Fuß (Soma) des Baums (Neurons) verstärkt (Steigerung der Adenylatcyclase) oder verringert (Hemmung der Adenylatcyclase), die über indirekte (metabotrope) Kanäle (G-Proteine) an den Verbindungsstellen (Postsynapsen) vermittelt werden. Ob und wann ein Baum (Neuron) blüht (ein Aktionspotential generiert und feuert), hängt demnach einerseits davon ab, wie viel Wasser (Kalzium-Ionen und Natrium-Ionen) er jeweils über seine Wurzeln (Dendriten) aufnimmt, andererseits auch davon, wie viel davon er jeweils zeitgleich speichert (Kalzium-Homöostease) bzw. aus seinem Speicher (Endoplasmatisches Reticulum) zusätzlich frei gibt.

Obwohl die Artenvielfalt unter den Neuronen sehr groß ist, so verwenden diese doch insgesamt nur eine recht überschaubare Zahl verschiedener Transmitter. Deshalb ist es sinnvoll, die Neurone entsprechend der von ihnen jeweils verwendeten Transmitter in Gruppen einzuteilen. Über den jeweils von einem Neuron verwendeten Transmitter definiert sich seine Wirkung auf das jeweilige Zielneuron, was wiederum Rückschlüsse auf seine spezifische Aufgabe im neuronalen Netzwerk ermöglicht. Die aus Sicht des Autors für die Handlungssteuerung wichtigsten Transmitter im ZNS sind Glutamat, GABA, Acethylcholin, Serotonin, Dopamin, Noradrenalin, Histamin und Aspart. Darüber hinaus gibt es noch eine ganze Reihe weiterer Transmitter und Co-Transmitter, die an dieser Stelle zunächst keine oder nur am Rande Berücksichtigung finden sollen.