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35.1A: Neuronen und Gliazellen - Biologie

35.1A: Neuronen und Gliazellen - Biologie


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Neuronen und Glia koordinieren Aktionen und übertragen Signale im ZNS und PNS.

Lernziele

  • Erinnern Sie sich an die Unterschiede in Struktur und Funktion zwischen dem zentralen und peripheren Nervensystem

Wichtige Punkte

  • Das zentrale Nervensystem enthält das Gehirn und das Rückenmark; Das periphere Nervensystem besteht aus Nerven, Motoneuronen, dem autonomen Nervensystem und dem enterischen Nervensystem.
  • Das Nervensystem koordiniert die willkürlichen und unwillkürlichen Handlungen des Körpers, indem es Signale vom Gehirn an die anderen Körperteile überträgt und auf Rückmeldungen horcht.
  • Nervensysteme variieren bei verschiedenen Tieren; einigen Wirbellosen fehlt ein echtes Nervensystem oder ein echtes Gehirn, während andere Wirbellose ein Gehirn und ein Nervensystem haben.
  • Im Gegensatz zu Wirbeltieren haben nicht alle Wirbellosen sowohl ein ZNS als auch ein PNS; ihre Nervenstränge liegen eher ventral als dorsal.
  • Die Funktionen des Nervensystems werden von zwei Arten von Zellen ausgeführt: Neuronen, die Signale zwischen ihnen und von einem Teil des Körpers zum anderen übertragen, und Glia, die die Homöostase regulieren und die Funktion der Neuronen unterstützen und schützen.

Schlüsselbegriffe

  • Neuron: Zelle des Nervensystems, die Nervenimpulse leitet; bestehend aus einem Axon und mehreren Dendriten
  • nervöses System: ein Organsystem, das die willkürlichen und unwillkürlichen Handlungen des Körpers koordiniert und Signale zwischen verschiedenen Körperteilen überträgt
  • Gliazelle: Zelle im Nervensystem, die Neuronen unterstützt und schützt

Das Nervensystem: Einführung

Das Nervensystem koordiniert die willkürlichen und unwillkürlichen Handlungen des Körpers und überträgt Signale zwischen verschiedenen Körperteilen. Nervengewebe entstand erstmals vor etwa 550 bis 600 Millionen Jahren in wurmartigen Organismen. Bei den meisten Wirbeltieren besteht es aus zwei Hauptteilen: dem zentralen Nervensystem (ZNS) und dem peripheren Nervensystem (PNS). Das ZNS enthält das Gehirn und das Rückenmark. Das PNS besteht hauptsächlich aus Nerven, das sind lange Fasern, die das ZNS mit jedem anderen Teil des Körpers verbinden. Das PNS umfasst Motoneuronen (die willkürliche Bewegungen vermitteln), das autonome Nervensystem (bestehend aus Sympathikus und Parasympathikus, die unwillkürliche Funktionen regulieren) und das enterische Nervensystem (ein halb-unabhängiger Teil des Nervensystems, dessen Funktion ist die Kontrolle des Magen-Darm-Systems).

Das Nervensystem führt mehrere Funktionen gleichzeitig aus. Während Sie beispielsweise lesen, verarbeitet das visuelle System, was auf der Seite zu sehen ist. das Motorsystem steuert das Umblättern der Seiten (oder den Mausklick); Der präfrontale Kortex hält die Aufmerksamkeit aufrecht. Sogar grundlegende Funktionen wie Atmung und Regulierung der Körpertemperatur werden vom Nervensystem gesteuert. Ein Nervensystem ist die Schaltzentrale eines Organismus: Es verarbeitet sensorische Informationen von außerhalb (und innerhalb) des Körpers und steuert alle Verhaltensweisen, vom Essen über den Schlaf bis zur Partnersuche.

Nervensysteme im gesamten Tierreich variieren in Struktur und Komplexität. Einige Organismen, wie zum Beispiel Meeresschwämme, haben kein echtes Nervensystem. Anderen, wie Quallen, fehlt ein echtes Gehirn. Stattdessen haben sie ein System von getrennten, aber verbundenen Nervenzellen (Neuronen), das als „Nervennetz“ bezeichnet wird. Stachelhäuter, wie Seesterne, haben Nervenzellen, die in Fasern, die Nerven genannt werden, gebündelt sind. Plattwürmer des Stammes Platyhelminthes haben sowohl ein zentrales Nervensystem, das aus einem kleinen „Gehirn“ und zwei Nervensträngen besteht, als auch ein peripheres Nervensystem, das ein Nervensystem enthält, das sich durch den ganzen Körper erstreckt. Das Insektennervensystem ist komplexer, aber auch ziemlich dezentralisiert. Es enthält ein Gehirn, ein ventrales Nervenstrang und Ganglien (Cluster verbundener Neuronen). Diese Ganglien können Bewegungen und Verhaltensweisen ohne Eingaben vom Gehirn steuern. Octopi kann das komplizierteste Nervensystem von Wirbellosen haben. Sie haben Neuronen, die in spezialisierten Lappen und Augen organisiert sind, die strukturell den Wirbeltierarten ähneln.

Im Vergleich zu Wirbellosen sind die Nervensysteme von Wirbeltieren komplexer, zentralisierter und spezialisierter. Obwohl die verschiedenen Nervensysteme von Wirbeltieren sehr unterschiedlich sind, teilen sie alle eine Grundstruktur: ein ZNS und ein PNS. Ein interessanter Unterschied zwischen dem Nervensystem von Wirbellosen und Wirbeltieren besteht darin, dass die Nervenstränge vieler Wirbelloser ventral (in der Nähe des Abdomens) liegen, während das Rückenmark der Wirbeltiere dorsal (in der Nähe des Rückens) liegt. Unter Evolutionsbiologen gibt es Diskussionen darüber, ob sich diese verschiedenen Nervensystempläne getrennt voneinander entwickelt haben oder ob die Anordnung des Körperplans der Wirbellosen während der Evolution der Wirbeltiere irgendwie „umgekippt“ ist.

Das Nervensystem besteht aus Neuronen, spezialisierten Zellen, die chemische oder elektrische Signale empfangen und übertragen können, und Gliazellen, die den Neuronen unterstützende Funktionen bieten, indem sie eine zu den Neuronen komplementäre Informationsverarbeitungsrolle spielen. Ein Neuron kann mit einem elektrischen Draht verglichen werden: Es überträgt ein Signal von einem Ort zum anderen. Glia kann mit den Arbeitern des Elektrounternehmens verglichen werden, die dafür sorgen, dass die Kabel an die richtigen Stellen gelangen, die Kabel warten und kaputte Kabel entfernen. Obwohl Gliazellen Neuronen unterstützen, deuten neuere Erkenntnisse darauf hin, dass sie auch einige der Signalfunktionen von Neuronen übernehmen.


35.1A: Neuronen und Gliazellen - Biologie

Nervensysteme im gesamten Tierreich variieren in Struktur und Komplexität, wie die Vielfalt der Tiere in Abbildung 1 veranschaulicht. Einige Organismen, wie zum Beispiel Meeresschwämme, haben kein echtes Nervensystem. Andere, wie Quallen, haben kein echtes Gehirn und haben stattdessen ein System separater, aber verbundener Nervenzellen (Neuronen), das als "Nervennetz" bezeichnet wird. Stachelhäuter wie Seesterne haben Nervenzellen, die in Fasern gebündelt sind, die Nerven genannt werden. Plattwürmer des Stammes Platyhelminthes haben sowohl ein zentrales Nervensystem (ZNS), das aus einem kleinen „Gehirn“ und zwei Nervensträngen besteht, als auch ein peripheres Nervensystem (PNS), das ein Nervensystem enthält, das sich durch den ganzen Körper erstreckt. Das Nervensystem der Insekten ist komplexer, aber auch ziemlich dezentralisiert. Es enthält ein Gehirn, ein ventrales Nervenstrang und Ganglien (Cluster verbundener Neuronen). Diese Ganglien können Bewegungen und Verhaltensweisen ohne Eingaben vom Gehirn steuern. Octopi haben möglicherweise das komplizierteste Nervensystem von Wirbellosen – sie haben Neuronen, die in spezialisierten Lappen und Augen organisiert sind, die strukturell den Wirbeltierarten ähneln.

Abbildung 1. Nervensysteme unterscheiden sich in Struktur und Komplexität. Bei (a) Nesseltieren bilden Nervenzellen ein dezentralisiertes Nervennetz. In (b) Stachelhäuter sind Nervenzellen zu Fasern gebündelt, die Nerven genannt werden. Bei Tieren mit bilateraler Symmetrie, wie (c) Planarien, gruppieren sich Neuronen zu einem vorderen Gehirn, das Informationen verarbeitet. Zusätzlich zu einem Gehirn (d) haben Arthropoden Ansammlungen von Nervenzellkörpern, die als periphere Ganglien bezeichnet werden und sich entlang des ventralen Nervenstrangs befinden. Weichtiere wie Tintenfische und (e) Tintenfische, die jagen müssen, um zu überleben, haben komplexe Gehirne mit Millionen von Neuronen. Bei (f) Wirbeltieren umfassen das Gehirn und das Rückenmark das zentrale Nervensystem, während Neuronen, die sich in den Rest des Körpers erstrecken, das periphere Nervensystem umfassen. (Credit e: Änderung der Arbeit von Michael Vecchione, Clyde F.E. Roper und Michael J. Sweeney, NOAA Credit f: Änderung der Arbeit von NIH)

Im Vergleich zu Wirbellosen sind die Nervensysteme von Wirbeltieren komplexer, zentralisierter und spezialisierter. Obwohl die verschiedenen Nervensysteme von Wirbeltieren sehr unterschiedlich sind, teilen sie alle eine Grundstruktur: ein ZNS, das Gehirn und Rückenmark enthält, und ein PNS, das aus peripheren sensorischen und motorischen Nerven besteht. Ein interessanter Unterschied zwischen den Nervensystemen von Wirbellosen und Wirbeltieren besteht darin, dass die Nervenstränge vieler Wirbelloser ventral gelegen sind, während das Rückenmark der Wirbeltiere dorsal liegt. Unter Evolutionsbiologen gibt es Diskussionen darüber, ob sich diese verschiedenen Nervensystempläne getrennt voneinander entwickelt haben oder ob die Anordnung des Körperplans der Wirbellosen während der Evolution der Wirbeltiere irgendwie „umgekippt“ ist.

Sehen Sie sich dieses Video an, in dem der Biologe Mark Kirschner über das „Flipping“-Phänomen der Wirbeltierevolution spricht.

Das Nervensystem besteht aus Neuronen, spezialisierte Zellen, die chemische oder elektrische Signale empfangen und übertragen können, und glia, Zellen, die den Neuronen unterstützende Funktionen bieten, indem sie eine zu den Neuronen komplementäre Informationsverarbeitungsrolle spielen. Ein Neuron kann mit einem elektrischen Draht verglichen werden – es überträgt ein Signal von einem Ort zum anderen. Glia kann mit den Arbeitern des Elektrounternehmens verglichen werden, die dafür sorgen, dass die Kabel an die richtigen Stellen gelangen, die Kabel warten und kaputte Kabel entfernen. Obwohl Glia mit Arbeitern verglichen wurde, deuten neuere Erkenntnisse darauf hin, dass sie auch einige der Signalfunktionen von Neuronen an sich reißen.

Es gibt eine große Vielfalt in den Arten von Neuronen und Glia, die in verschiedenen Teilen des Nervensystems vorhanden sind. Es gibt vier Haupttypen von Neuronen, die mehrere wichtige zelluläre Komponenten gemeinsam haben.


Neuronen und Gliazellen

Nervensysteme im gesamten Tierreich variieren in Struktur und Komplexität, wie die Vielfalt der Tiere in Abbildung zeigt. Einige Organismen, wie Meeresschwämme, haben kein echtes Nervensystem. Andere, wie Quallen, haben kein echtes Gehirn und haben stattdessen ein System separater, aber verbundener Nervenzellen (Neuronen), das als "Nervennetz" bezeichnet wird. Stachelhäuter wie Seesterne haben Nervenzellen, die in Fasern gebündelt sind, die Nerven genannt werden. Plattwürmer des Stammes Platyhelminthes haben sowohl ein zentrales Nervensystem (ZNS), das aus einem kleinen „Gehirn“ und zwei Nervensträngen besteht, als auch ein peripheres Nervensystem (PNS), das ein Nervensystem enthält, das sich durch den ganzen Körper erstreckt. Das Nervensystem der Insekten ist komplexer, aber auch ziemlich dezentralisiert. Es enthält ein Gehirn, ein ventrales Nervenstrang und Ganglien (Cluster verbundener Neuronen). Diese Ganglien können Bewegungen und Verhaltensweisen ohne Eingaben vom Gehirn steuern. Octopi haben möglicherweise das komplizierteste Nervensystem von Wirbellosen – sie haben Neuronen, die in spezialisierten Lappen und Augen organisiert sind, die strukturell den Wirbeltierarten ähneln.

Nervensysteme unterscheiden sich in Struktur und Komplexität. Bei (a) Nesseltieren bilden Nervenzellen ein dezentralisiertes Nervennetz. In (b) Stachelhäuter sind Nervenzellen zu Fasern gebündelt, die Nerven genannt werden. Bei Tieren mit bilateraler Symmetrie, wie (c) Planarien, gruppieren sich Neuronen zu einem vorderen Gehirn, das Informationen verarbeitet. Zusätzlich zu einem Gehirn (d) haben Arthropoden Ansammlungen von Nervenzellkörpern, die als periphere Ganglien bezeichnet werden und sich entlang des ventralen Nervenstrangs befinden. Weichtiere wie Tintenfische und (e) Tintenfische, die jagen müssen, um zu überleben, haben komplexe Gehirne mit Millionen von Neuronen. Bei (f) Wirbeltieren umfassen das Gehirn und das Rückenmark das zentrale Nervensystem, während Neuronen, die sich in den Rest des Körpers erstrecken, das periphere Nervensystem umfassen. (Credit e: Änderung der Arbeit von Michael Vecchione, Clyde F.E. Roper und Michael J. Sweeney, NOAA Credit f: Änderung der Arbeit von NIH)

Im Vergleich zu Wirbellosen sind die Nervensysteme von Wirbeltieren komplexer, zentralisierter und spezialisierter. Obwohl die verschiedenen Nervensysteme von Wirbeltieren sehr unterschiedlich sind, teilen sie alle eine Grundstruktur: ein ZNS, das Gehirn und Rückenmark enthält, und ein PNS, das aus peripheren sensorischen und motorischen Nerven besteht. Ein interessanter Unterschied zwischen den Nervensystemen von Wirbellosen und Wirbeltieren besteht darin, dass die Nervenstränge vieler Wirbelloser ventral gelegen sind, während das Rückenmark der Wirbeltiere dorsal liegt. Unter Evolutionsbiologen gibt es Diskussionen darüber, ob sich diese verschiedenen Nervensystempläne getrennt voneinander entwickelt haben oder ob die Anordnung des Körperplans der Wirbellosen während der Evolution der Wirbeltiere irgendwie „umgekippt“ ist.


26.1 Neuronen und Gliazellen

In diesem Abschnitt gehen Sie den folgenden Fragen nach:

  • Welche Funktionen haben die strukturellen Komponenten eines Neurons?
  • Welche vier Haupttypen von Neuronen gibt es?
  • Welche Funktionen haben verschiedene Arten von Gliazellen?

Anschluss für AP ® Kurse

Viele Informationen über die verschiedenen Organsysteme von Tieren sind nicht Gegenstand von AP ® . Das Nervensystem wurde jedoch für eine eingehende Untersuchung ausgewählt, da die Fähigkeit eines Tieres, Informationen zu erkennen, zu übertragen und darauf zu reagieren, für das Überleben entscheidend ist. Das Nervensystem interagiert mit allen anderen Organsystemen, um Reaktionen zu koordinieren. Die Informationen in diesem Kapitel ermöglichen es uns, die zuvor untersuchten Konzepte anzuwenden, darunter Struktur- und Funktionsbeziehungen, Homöostase, die Bewegung von Substanzen durch Zellmembranen, Zellsignalisierung und -kommunikation sowie die Verwendung von ATP.

Nervensysteme bei Tieren reichen von relativ einfachen Nervennetzen bei Quallen bis hin zu einem komplexen Gehirn, Rückenmark und peripheren Nerven beim Menschen. (Für die Zwecke von AP ® benötigen Sie keine detaillierten Informationen über unzählige Arten von Nervensystemen bei anderen Tieren. Konzentrieren Sie sich stattdessen einfach auf das komplexe Nervensystem des Menschen.) Die Grundstruktur des Nervensystems, die die Funktion widerspiegelt, ist das Neuron, von dem es drei Typen gibt: sensorisches, motorisches und Interneuron. Ein typisches Neuron besteht aus Dendriten, ein Zellkörper und ein Axon um Signalinformationen zu erkennen, zu erzeugen, zu übertragen und zu integrieren. Viele Neuronen sind umgeben von Schwann-Zellen (eine Art von Gliazelle), die a . bilden myelin Mantel, der als elektrischer Isolator fungiert, wie die Plastikhülle, die die Kupferdrähte in einem Haushaltsgerätekabel umgibt. Die Schwann-Zellen sind durch Lücken von nicht myelinisierten Fasern getrennt, die als bezeichnet werden Knoten von Ranvier über den der Nervenimpuls wandert, während das Signal das Neuron entlangläuft, wodurch die Übertragungsgeschwindigkeit erhöht wird. (Wie wir im Abschnitt über Störungen des Nervensystems erfahren werden, resultieren einige Erkrankungen des Nervensystems aus dem Verlust von Myelin.) Gliazellen – oft als „unterstützende Form“ des Nervensystems angesehen – sind den Neuronen zahlenmäßig überlegen und spielen eine Rolle in die Entwicklung von Neuronen, puffern schädliche Ionen und Chemikalien und bilden Myelinscheiden um Neuronen. Die meisten Hirntumore werden durch Mutationen in Gliazellen verursacht.

Die präsentierten Informationen und die hervorgehobenen Beispiele im Abschnitt unterstützen die Konzepte, die in Big Idea 3 des AP ® Biology Curriculum Framework skizziert sind. Die im Curriculum Framework aufgeführten AP ® -Lernziele bieten eine transparente Grundlage für den AP ® -Biologiekurs, eine forschungsbasierte Laborerfahrung, Unterrichtsaktivitäten und AP ® -Prüfungsfragen. Ein Lernziel verbindet erforderliche Inhalte mit einer oder mehreren der sieben wissenschaftlichen Praktiken.

Große Idee 3 Lebende Systeme speichern, rufen, übertragen und reagieren auf Informationen, die für Lebensprozesse unerlässlich sind.
Beständiges Verständnis 3.E Die Informationsübertragung führt zu Veränderungen innerhalb und zwischen biologischen Systemen.
Grundlegendes Wissen 3.E.2 Tiere haben Nervensysteme, die externe und interne Signale erkennen, Informationen übertragen und integrieren und Reaktionen erzeugen.
Wissenschaftliche Praxis 1.2 Der Student kann Darstellungen und Modelle von natürlichen oder vom Menschen geschaffenen Phänomenen und Systemen in der Domäne beschreiben.
Lernziel 3.44 Der Student ist in der Lage zu beschreiben, wie Nervensysteme äußere und innere Signale erkennen.
Grundlegendes Wissen 3.E.2 Tiere haben Nervensysteme, die externe und interne Signale erkennen, Informationen übertragen und integrieren und Reaktionen erzeugen.
Wissenschaftliche Praxis 1.1 Der Student kann Darstellungen und Modelle von natürlichen oder vom Menschen geschaffenen Phänomenen und Systemen in der Domäne erstellen.
Lernziel 3.48 Der Student ist in der Lage, eine visuelle Darstellung zu erstellen, um zu beschreiben, wie Nervensysteme externe und interne Signale erkennen.

Nervensysteme im gesamten Tierreich variieren in Struktur und Komplexität, wie die Vielfalt der Tiere in Abbildung 26.2 veranschaulicht. Einige Organismen, wie Meeresschwämme, haben kein echtes Nervensystem. Andere, wie Quallen, haben kein echtes Gehirn und haben stattdessen ein System separater, aber verbundener Nervenzellen (Neuronen), das als "Nervennetz" bezeichnet wird. Stachelhäuter wie Seesterne haben Nervenzellen, die in Fasern gebündelt sind, die Nerven genannt werden. Plattwürmer des Stammes Platyhelminthes haben sowohl ein zentrales Nervensystem (ZNS), das aus einem kleinen „Gehirn“ und zwei Nervensträngen besteht, als auch ein peripheres Nervensystem (PNS), das ein Nervensystem enthält, das sich durch den ganzen Körper erstreckt. Das Nervensystem der Insekten ist komplexer, aber auch ziemlich dezentralisiert. Es enthält ein Gehirn, ein ventrales Nervenstrang und Ganglien (Cluster verbundener Neuronen). Diese Ganglien können Bewegungen und Verhaltensweisen ohne Eingaben vom Gehirn steuern. Octopi haben möglicherweise das komplizierteste Nervensystem von Wirbellosen – sie haben Neuronen, die in spezialisierten Lappen und Augen organisiert sind, die strukturell den Wirbeltierarten ähneln.

Im Vergleich zu Wirbellosen sind die Nervensysteme von Wirbeltieren komplexer, zentralisierter und spezialisierter. Obwohl die verschiedenen Nervensysteme von Wirbeltieren sehr unterschiedlich sind, teilen sie alle eine Grundstruktur: ein ZNS, das Gehirn und Rückenmark enthält, und ein PNS, das aus peripheren sensorischen und motorischen Nerven besteht. Ein interessanter Unterschied zwischen den Nervensystemen von Wirbellosen und Wirbeltieren besteht darin, dass die Nervenstränge vieler Wirbelloser ventral gelegen sind, während das Rückenmark der Wirbeltiere dorsal liegt. Unter Evolutionsbiologen gibt es Diskussionen darüber, ob sich diese verschiedenen Nervensystempläne getrennt voneinander entwickelt haben oder ob die Anordnung des Körperplans der Wirbellosen während der Evolution der Wirbeltiere irgendwie „umgekippt“ ist.

Link zum Lernen

Sehen Sie sich dieses Video an, in dem der Biologe Mark Kirschner über das „Flipper“-Phänomen der Wirbeltierevolution spricht.

Das Nervensystem besteht aus Neuronen, spezialisierte Zellen, die chemische oder elektrische Signale empfangen und übertragen können, und glia, Zellen, die den Neuronen unterstützende Funktionen bieten, indem sie eine zu den Neuronen komplementäre Informationsverarbeitungsrolle spielen. Ein Neuron kann mit einem elektrischen Draht verglichen werden – es überträgt ein Signal von einem Ort zum anderen. Glia kann mit den Arbeitern des Elektrounternehmens verglichen werden, die dafür sorgen, dass die Kabel an die richtigen Stellen gelangen, die Kabel warten und kaputte Kabel entfernen. Obwohl Glia mit Arbeitern verglichen wurde, deuten neuere Erkenntnisse darauf hin, dass sie auch einige der Signalfunktionen von Neuronen an sich reißen.

Es gibt eine große Vielfalt der Arten von Neuronen und Glia, die in verschiedenen Teilen des Nervensystems vorkommen. Es gibt vier Haupttypen von Neuronen, die mehrere wichtige zelluläre Komponenten gemeinsam haben.

Neuronen

Das Nervensystem der gewöhnlichen Laborfliege, Drosophila melanogaster, enthält etwa 100.000 Neuronen, so viele wie ein Hummer. Diese Zahl steht im Vergleich zu 75 Millionen bei der Maus und 300 Millionen beim Oktopus. Ein menschliches Gehirn enthält etwa 86 Milliarden Neuronen. Trotz dieser sehr unterschiedlichen Zahlen kontrollieren die Nervensysteme dieser Tiere viele der gleichen Verhaltensweisen – von grundlegenden Reflexen bis hin zu komplizierteren Verhaltensweisen wie Nahrungssuche und Partnersuche. All diesen Verhaltensweisen liegt die Fähigkeit von Neuronen zugrunde, sowohl untereinander als auch mit anderen Zelltypen zu kommunizieren.

Die meisten Neuronen teilen die gleichen zellulären Komponenten. Aber Neuronen sind auch hochspezialisiert – verschiedene Arten von Neuronen haben unterschiedliche Größen und Formen, die sich auf ihre funktionellen Rollen beziehen.

Teile eines Neurons

Wie andere Zellen hat jedes Neuron einen Zellkörper (oder Soma), der einen Kern, ein glattes und raues endoplasmatisches Retikulum, einen Golgi-Apparat, Mitochondrien und andere zelluläre Komponenten enthält. Neuronen enthalten auch einzigartige Strukturen, die in Abbildung 26.3 dargestellt sind, um die elektrischen Signale zu empfangen und zu senden, die die neuronale Kommunikation ermöglichen. Dendriten sind baumartige Strukturen, die sich vom Zellkörper weg erstrecken, um Nachrichten von anderen Neuronen an spezialisierten Verbindungsstellen namens . zu empfangen Synapsen. Obwohl einige Neuronen keine Dendriten haben, haben einige Neuronentypen mehrere Dendriten. Dendriten können kleine Vorsprünge haben, die als dendritische Stacheln bezeichnet werden, die die Oberfläche für mögliche synaptische Verbindungen weiter vergrößern.

Sobald ein Dendriten ein Signal empfängt, wandert es passiv zum Zellkörper. Der Zellkörper enthält eine spezialisierte Struktur, die Axonhügel die Signale von mehreren Synapsen integriert und als Verbindungsstelle zwischen dem Zellkörper und einem Axon dient. Ein Axon ist eine röhrenartige Struktur, die das integrierte Signal zu spezialisierten Enden namens . ausbreitet Axon-Terminals. Diese Terminals wiederum synapsen mit anderen Neuronen, Muskeln oder Zielorganen. Chemikalien, die an Axonterminals freigesetzt werden, ermöglichen die Übertragung von Signalen an diese anderen Zellen. Neuronen haben normalerweise ein oder zwei Axone, aber einige Neuronen, wie die Amakrinzellen in der Netzhaut, enthalten keine Axone. Einige Axone sind mit Myelin bedeckt, das als Isolator wirkt, um die Dissipation des elektrischen Signals auf seinem Weg durch das Axon zu minimieren, wodurch die Übertragungsgeschwindigkeit stark erhöht wird. Diese Isolierung ist wichtig, da das Axon eines menschlichen Motoneurons bis zu einem Meter lang sein kann – von der Basis der Wirbelsäule bis zu den Zehen. Die Myelinscheide ist nicht wirklich Teil des Neurons. Myelin wird von Gliazellen produziert. Entlang des Axons gibt es periodische Lücken in der Myelinscheide. Diese Lücken werden Ranvier-Knoten genannt und sind Orte, an denen das Signal auf seinem Weg entlang des Axons „aufgeladen“ wird.

Es ist wichtig zu beachten, dass ein einzelnes Neuron nicht allein agiert – die neuronale Kommunikation hängt von den Verbindungen ab, die Neuronen untereinander (und mit anderen Zellen wie Muskelzellen) eingehen. Dendriten eines einzelnen Neurons können synaptischen Kontakt von vielen anderen Neuronen erhalten. Zum Beispiel wird angenommen, dass Dendriten aus einer Purkinje-Zelle im Kleinhirn Kontakt von bis zu 200.000 anderen Neuronen erhalten.

Visuelle Verbindung

Arten von Neuronen

Es gibt verschiedene Arten von Neuronen, und die funktionelle Rolle eines bestimmten Neurons hängt eng von seiner Struktur ab. Es gibt eine erstaunliche Vielfalt von Neuronenformen und -größen, die in verschiedenen Teilen des Nervensystems (und zwischen verschiedenen Arten) zu finden sind, wie die Neuronen in Abbildung 26.4 zeigen.

Obwohl es viele definierte Untertypen von Neuronenzellen gibt, werden Neuronen grob in vier Grundtypen unterteilt: unipolar, bipolar, multipolar und pseudounipolar. Abbildung 26.5 veranschaulicht diese vier grundlegenden Neuronentypen. Unipolare Neuronen haben nur eine Struktur, die sich vom Soma weg erstreckt. Diese Neuronen kommen nicht in Wirbeltieren vor, sondern in Insekten, wo sie Muskeln oder Drüsen stimulieren. Ein bipolares Neuron hat ein Axon und einen Dendriten, die vom Soma ausgehen. Ein Beispiel für ein bipolares Neuron ist eine bipolare Zelle der Netzhaut, die Signale von lichtempfindlichen Photorezeptorzellen empfängt und diese Signale an Ganglienzellen weiterleitet, die das Signal zum Gehirn weiterleiten. Multipolare Neuronen sind die häufigste Art von Neuronen. Jedes multipolare Neuron enthält ein Axon und mehrere Dendriten. Multipolare Neuronen finden sich im zentralen Nervensystem (Gehirn und Rückenmark). Ein Beispiel für ein multipolares Neuron ist eine Purkinje-Zelle im Kleinhirn, die viele verzweigte Dendriten, aber nur ein Axon besitzt. Pseudounipolare Zellen teilen Eigenschaften sowohl mit unipolaren als auch mit bipolaren Zellen. Eine pseudounipolare Zelle hat einen einzigen Prozess, der sich vom Soma aus erstreckt, wie eine unipolare Zelle, aber dieser Prozess verzweigt sich später in zwei verschiedene Strukturen, wie eine bipolare Zelle. Die meisten sensorischen Neuronen sind pseudounipolar und haben ein Axon, das sich in zwei Verlängerungen verzweigt: eine ist mit Dendriten verbunden, die sensorische Informationen empfangen, und eine andere, die diese Informationen an das Rückenmark überträgt.

Alltagsverbindung

Neurogenese

Früher glaubten Wissenschaftler, dass Menschen mit all den Neuronen geboren wurden, die sie jemals haben würden. Forschungen der letzten Jahrzehnte zeigen, dass die Neurogenese, die Geburt neuer Neuronen, bis ins Erwachsenenalter andauert. Neurogenese wurde erstmals bei Singvögeln entdeckt, die beim Erlernen von Liedern neue Neuronen produzieren. Auch für Säugetiere spielen neue Neuronen eine wichtige Rolle beim Lernen: Im Hippocampus (einer Gehirnstruktur, die am Lernen und Gedächtnis beteiligt ist) entwickeln sich täglich etwa 1000 neue Neuronen. Während die meisten der neuen Neuronen sterben werden, fanden die Forscher heraus, dass eine Zunahme der Anzahl der überlebenden neuen Neuronen im Hippocampus damit korrelierte, wie gut Ratten eine neue Aufgabe lernten. Interessanterweise fördert Bewegung auch die Neurogenese im Hippocampus. Stress hat den gegenteiligen Effekt. Während die Neurogenese im Vergleich zur Regeneration in anderen Geweben ziemlich begrenzt ist, kann die Forschung auf diesem Gebiet zu neuen Behandlungsmethoden für Erkrankungen wie Alzheimer, Schlaganfall und Epilepsie führen.

Wie identifizieren Wissenschaftler neue Neuronen? Ein Forscher kann einem Tier eine Verbindung namens Bromdesoxyuridin (BrdU) injizieren. Während alle Zellen BrdU ausgesetzt werden, wird BrdU nur in die DNA neu generierter Zellen eingebaut, die sich in der S-Phase befinden. Eine Technik namens Immunhistochemie kann verwendet werden, um eine fluoreszierende Markierung an das eingebaute BrdU anzubringen, und ein Forscher kann Fluoreszenzmikroskopie verwenden, um das Vorhandensein von BrdU und damit von neuen Neuronen im Hirngewebe sichtbar zu machen. 26.6 ist eine Mikroaufnahme, die fluoreszenzmarkierte Neuronen im Hippocampus einer Ratte zeigt.

Link zum Lernen

Diese Seite enthält weitere Informationen zur Neurogenese, darunter eine interaktive Laborsimulation und ein Video, das erklärt, wie BrdU neue Zellen markiert.


Arten von Neuronen

Es gibt verschiedene Arten von Neuronen, und die funktionelle Rolle eines bestimmten Neurons hängt eng von seiner Struktur ab. Es gibt eine erstaunliche Vielfalt an Neuronenformen und -größen, die in verschiedenen Teilen des Nervensystems (und bei allen Arten) zu finden sind, wie die Neuronen in [link] zeigen.


Obwohl es viele definierte Untertypen von Neuronenzellen gibt, werden Neuronen grob in vier Grundtypen unterteilt: unipolar, bipolar, multipolar und pseudounipolar. [link] veranschaulicht diese vier grundlegenden Neuronentypen. Unipolare Neuronen haben nur eine Struktur, die sich vom Soma weg erstreckt. Diese Neuronen kommen nicht in Wirbeltieren vor, sondern in Insekten, wo sie Muskeln oder Drüsen stimulieren. Ein bipolares Neuron hat ein Axon und einen Dendriten, die vom Soma ausgehen. Ein Beispiel für ein bipolares Neuron ist eine bipolare Zelle der Netzhaut, die Signale von lichtempfindlichen Photorezeptorzellen empfängt und diese Signale an Ganglienzellen weiterleitet, die das Signal zum Gehirn weiterleiten. Multipolare Neuronen sind die häufigste Art von Neuronen. Jedes multipolare Neuron enthält ein Axon und mehrere Dendriten. Multipolare Neuronen finden sich im zentralen Nervensystem (Gehirn und Rückenmark). Ein Beispiel für ein multipolares Neuron ist eine Purkinje-Zelle im Kleinhirn, die viele verzweigte Dendriten, aber nur ein Axon besitzt. Pseudounipolare Zellen teilen Eigenschaften sowohl mit unipolaren als auch mit bipolaren Zellen. Eine pseudounipolare Zelle hat einen einzigen Prozess, der sich vom Soma aus erstreckt, wie eine unipolare Zelle, aber dieser Prozess verzweigt sich später in zwei verschiedene Strukturen, wie eine bipolare Zelle. Die meisten sensorischen Neuronen sind pseudounipolar und haben ein Axon, das sich in zwei Verlängerungen verzweigt: eine ist mit Dendriten verbunden, die sensorische Informationen empfangen, und eine andere, die diese Informationen an das Rückenmark überträgt.


Neurogenese
Früher glaubten Wissenschaftler, dass Menschen mit all den Neuronen geboren wurden, die sie jemals haben würden. Forschungen der letzten Jahrzehnte zeigen, dass die Neurogenese, die Geburt neuer Neuronen, bis ins Erwachsenenalter andauert. Neurogenese wurde erstmals bei Singvögeln entdeckt, die beim Erlernen von Liedern neue Neuronen produzieren. Auch für Säugetiere spielen neue Neuronen eine wichtige Rolle beim Lernen: Im Hippocampus (einer Gehirnstruktur, die am Lernen und Gedächtnis beteiligt ist) entwickeln sich täglich etwa 1000 neue Neuronen. Während die meisten der neuen Neuronen sterben werden, fanden die Forscher heraus, dass eine Zunahme der Anzahl der überlebenden neuen Neuronen im Hippocampus damit korrelierte, wie gut Ratten eine neue Aufgabe lernten. Interessanterweise fördern sowohl Bewegung als auch einige Antidepressiva die Neurogenese im Hippocampus. Stress hat den gegenteiligen Effekt. Während die Neurogenese im Vergleich zur Regeneration in anderen Geweben ziemlich begrenzt ist, kann die Forschung in diesem Bereich zu neuen Behandlungsmethoden für Erkrankungen wie Alzheimer, Schlaganfall und Epilepsie führen.

Wie identifizieren Wissenschaftler neue Neuronen? Ein Forscher kann einem Tier eine Verbindung namens Bromdesoxyuridin (BrdU) injizieren. Während alle Zellen BrdU ausgesetzt werden, wird BrdU nur in die DNA neu generierter Zellen eingebaut, die sich in der S-Phase befinden. Eine Technik namens Immunhistochemie kann verwendet werden, um eine fluoreszierende Markierung an das eingebaute BrdU anzubringen, und ein Forscher kann Fluoreszenzmikroskopie verwenden, um das Vorhandensein von BrdU und damit von neuen Neuronen im Hirngewebe sichtbar zu machen. [link] ist eine mikroskopische Aufnahme, die fluoreszenzmarkierte Neuronen im Hippocampus einer Ratte zeigt.



Diese Seite enthält weitere Informationen zur Neurogenese, darunter eine interaktive Laborsimulation und ein Video, das erklärt, wie BrdU neue Zellen markiert.

Während Glia oft als Stütze des Nervensystems angesehen wird, übersteigt die Zahl der Gliazellen im Gehirn die Zahl der Neuronen tatsächlich um den Faktor 10. Ohne die lebenswichtigen Funktionen, die diese Gliazellen erfüllen, könnten Neuronen nicht funktionieren. Glia führt sich entwickelnde Neuronen zu ihren Zielen, puffert Ionen und Chemikalien, die sonst Neuronen schädigen würden, und bilden Myelinscheiden um Axone. Wissenschaftler haben kürzlich entdeckt, dass sie auch eine Rolle bei der Reaktion auf Nervenaktivität und bei der Modulation der Kommunikation zwischen Nervenzellen spielen. Wenn Glia nicht richtig funktioniert, kann das Ergebnis katastrophal sein – die meisten Hirntumore werden durch Mutationen in Glia verursacht.


Biologie IN AKTION

Früher glaubten Wissenschaftler, dass Menschen mit all den Neuronen geboren wurden, die sie jemals haben würden. Forschungen der letzten Jahrzehnte zeigen, dass die Neurogenese, die Geburt neuer Neuronen, bis ins Erwachsenenalter andauert. Neurogenese wurde erstmals bei Singvögeln entdeckt, die beim Erlernen von Liedern neue Neuronen produzieren. Auch für Säugetiere spielen neue Neuronen eine wichtige Rolle beim Lernen: Im Hippocampus (einer Gehirnstruktur, die am Lernen und Gedächtnis beteiligt ist) entwickeln sich täglich etwa 1.000 neue Neuronen. Während die meisten der neuen Neuronen sterben werden, fanden die Forscher heraus, dass eine Zunahme der Anzahl der überlebenden neuen Neuronen im Hippocampus damit korrelierte, wie gut Ratten eine neue Aufgabe lernten. Interessanterweise fördern sowohl Bewegung als auch einige Antidepressiva die Neurogenese im Hippocampus. Stress hat den gegenteiligen Effekt. Während die Neurogenese im Vergleich zur Regeneration in anderen Geweben ziemlich begrenzt ist, kann die Forschung auf diesem Gebiet zu neuen Behandlungsmethoden für Erkrankungen wie Alzheimer, Schlaganfall und Epilepsie führen.

Wie identifizieren Wissenschaftler neue Neuronen? Ein Forscher kann einem Tier eine Verbindung namens Bromdesoxyuridin (BrdU) injizieren. Während alle Zellen BrdU ausgesetzt werden, wird BrdU nur in die DNA neu generierter Zellen eingebaut, die sich in der S-Phase befinden. Eine als Immunhistochemie bezeichnete Technik kann verwendet werden, um eine Fluoreszenzmarkierung an das eingebaute BrdU anzubringen, und ein Forscher kann Fluoreszenzmikroskopie verwenden, um das Vorhandensein von BrdU und damit von neuen Neuronen im Hirngewebe sichtbar zu machen (Abbildung 16.20).

Besuchen Sie diesen Link zum interaktiven Labor ( http://openstaxcollege.org/l/neurogenesis2 ), um weitere Informationen zur Neurogenese zu erhalten, einschließlich einer interaktiven Laborsimulation und einem Video, das erklärt, wie BrdU neue Zellen markiert.

Während Gliazellen oft als Stütze des Nervensystems angesehen werden, ist die Anzahl der Gliazellen im Gehirn tatsächlich um den Faktor 10 höher als die der Neuronen. Neuronen könnten ohne die lebenswichtigen Funktionen, die von diese Gliazellen. Glia führt die sich entwickelnden Neuronen zu ihren Zielen, puffert Ionen und Chemikalien, die sonst Neuronen schädigen würden, und bilden Myelinscheiden um Axone. Wenn Glia nicht richtig funktioniert, kann das Ergebnis katastrophal sein – die meisten Hirntumore werden durch Mutationen in Glia verursacht.


Freie Antwort

Wie sind Neuronen anderen Zellen ähnlich? Wie sind sie einzigartig?

Neuronen enthalten Organellen, die allen Zellen gemeinsam sind, wie zum Beispiel einen Zellkern und Mitochondrien. Sie sind einzigartig, weil sie Dendriten enthalten, die Signale von anderen Neuronen empfangen können, und Axone, die diese Signale an andere Zellen senden können.

Multiple Sklerose verursacht eine Demyelinisierung von Axonen im Gehirn und Rückenmark. Warum ist das problematisch?

Myelin bietet eine Isolierung für Signale, die entlang von Axonen wandern. Ohne Myelin kann sich die Signalübertragung mit der Zeit verlangsamen und verschlechtern. Dies würde die neuronale Kommunikation über das Nervensystem verlangsamen und alle nachgeschalteten Funktionen beeinträchtigen.

Viele Neuronen haben nur ein einziges Axon, aber viele Terminals am Ende des Axons. Wie unterstützt diese Endstruktur des Axons seine Funktion?

Ein einzelnes Axon bedeutet, dass ein Neuron jeweils nur ein Signal senden kann (ein elektrischer Impuls über die Länge des Axons). Da das Axon jedoch mehrere Terminals hat, kann es das Signal gleichzeitig an mehrere andere Zellen senden. Dadurch wird sichergestellt, dass das Signal schnell an den Rest des Körpers weitergegeben wird.


Format und Ziel

Jede Woche werden zwei Beiträge aus der primären Forschungsliteratur besprochen. Einer wird sich auf die Funktion eines bestimmten Gliazelltyps beziehen und der andere wird eine Krankheit diskutieren, die mit dieser Funktion in Zusammenhang steht. In jeder Klasse konzentrieren wir uns auf eine Art von Gliazellen und lernen ihren Ursprung, ihre Klassifikation und ihre Funktion kennen.

Ziel dieser Veranstaltung ist es, die Studierenden mit kritischem Denken und wissenschaftlicher Bewertung der primären Forschungsliteratur vertraut zu machen. Von den Studierenden wird erwartet, dass sie die zugewiesenen Arbeiten im Detail lesen und vor jeder Klasse zwei Fragen zur Diskussion vorschlagen.


182 Neuronen und Gliazellen

Am Ende dieses Abschnitts können Sie Folgendes tun:

  • Nennen und beschreiben Sie die Funktionen der strukturellen Komponenten eines Neurons
  • Nennen und beschreiben Sie die vier Haupttypen von Neuronen
  • Vergleichen Sie die Funktionen verschiedener Arten von Gliazellen

Nervensysteme im gesamten Tierreich variieren in Struktur und Komplexität, wie die Vielfalt der Tiere in (Abbildung) veranschaulicht. Einige Organismen, wie Meeresschwämme, haben kein echtes Nervensystem. Andere, wie Quallen, haben kein echtes Gehirn und haben stattdessen ein System separater, aber verbundener Nervenzellen (Neuronen), das als "Nervennetz" bezeichnet wird. Stachelhäuter wie Seesterne haben Nervenzellen, die in Fasern gebündelt sind, die Nerven genannt werden. Plattwürmer des Stammes Platyhelminthes haben sowohl ein zentrales Nervensystem (ZNS), das aus einem kleinen „Gehirn“ und zwei Nervensträngen besteht, als auch ein peripheres Nervensystem (PNS), das ein Nervensystem enthält, das sich durch den ganzen Körper erstreckt. Das Nervensystem der Insekten ist komplexer, aber auch ziemlich dezentralisiert. Es enthält ein Gehirn, ein ventrales Nervenstrang und Ganglien (Cluster verbundener Neuronen). Diese Ganglien können Bewegungen und Verhaltensweisen ohne Eingaben vom Gehirn steuern. Octopi haben möglicherweise das komplizierteste Nervensystem von Wirbellosen – sie haben Neuronen, die in spezialisierten Lappen und Augen organisiert sind, die strukturell den Wirbeltierarten ähneln.


Im Vergleich zu Wirbellosen sind die Nervensysteme von Wirbeltieren komplexer, zentralisierter und spezialisierter. Obwohl die verschiedenen Nervensysteme von Wirbeltieren sehr unterschiedlich sind, teilen sie alle eine Grundstruktur: ein ZNS, das Gehirn und Rückenmark enthält, und ein PNS, das aus peripheren sensorischen und motorischen Nerven besteht. Ein interessanter Unterschied zwischen den Nervensystemen von Wirbellosen und Wirbeltieren besteht darin, dass die Nervenstränge vieler Wirbelloser ventral gelegen sind, während das Rückenmark der Wirbeltiere dorsal liegt. Unter Evolutionsbiologen gibt es Diskussionen darüber, ob sich diese verschiedenen Nervensystempläne getrennt voneinander entwickelt haben oder ob die Anordnung des Körperplans der Wirbellosen während der Evolution der Wirbeltiere irgendwie „umgekippt“ ist.

Sehen Sie sich dieses Video an, in dem der Biologe Mark Kirschner über das „Flipping“-Phänomen der Wirbeltierevolution spricht.

Das Nervensystem besteht aus Neuronen, spezialisierten Zellen, die chemische oder elektrische Signale empfangen und übertragen können, und Gliazellen, die den Neuronen unterstützende Funktionen bieten, indem sie eine zu den Neuronen komplementäre Informationsverarbeitungsrolle spielen. Ein Neuron kann mit einem elektrischen Draht verglichen werden – es überträgt ein Signal von einem Ort zum anderen. Glia kann mit den Arbeitern des Elektrounternehmens verglichen werden, die dafür sorgen, dass die Kabel an die richtigen Stellen gelangen, die Kabel warten und kaputte Kabel entfernen. Obwohl Glia mit Arbeitern verglichen wurde, deuten neuere Erkenntnisse darauf hin, dass sie auch einige der Signalfunktionen von Neuronen an sich reißen.

Es gibt eine große Vielfalt in den Arten von Neuronen und Glia, die in verschiedenen Teilen des Nervensystems vorhanden sind. Es gibt vier Haupttypen von Neuronen, die mehrere wichtige zelluläre Komponenten gemeinsam haben.

Neuronen

Das Nervensystem der gewöhnlichen Laborfliege, Drosophila melanogaster, enthält etwa 100.000 Neuronen, so viele wie ein Hummer. Diese Zahl steht im Vergleich zu 75 Millionen bei der Maus und 300 Millionen beim Oktopus. Ein menschliches Gehirn enthält etwa 86 Milliarden Neuronen. Trotz dieser sehr unterschiedlichen Zahlen kontrollieren die Nervensysteme dieser Tiere viele der gleichen Verhaltensweisen – von grundlegenden Reflexen bis hin zu komplizierteren Verhaltensweisen wie Nahrungssuche und Partnersuche. All diesen Verhaltensweisen liegt die Fähigkeit von Neuronen zugrunde, sowohl untereinander als auch mit anderen Zelltypen zu kommunizieren.

Die meisten Neuronen teilen die gleichen zellulären Komponenten. Aber Neuronen sind auch hochspezialisiert – verschiedene Arten von Neuronen haben unterschiedliche Größen und Formen, die sich auf ihre funktionellen Rollen beziehen.

Teile eines Neurons

Wie andere Zellen hat jedes Neuron einen Zellkörper (oder Soma), der einen Kern, ein glattes und raues endoplasmatisches Retikulum, einen Golgi-Apparat, Mitochondrien und andere zelluläre Komponenten enthält. Neuronen enthalten auch einzigartige Strukturen, die in (Abbildung) dargestellt sind, um die elektrischen Signale zu empfangen und zu senden, die die neuronale Kommunikation ermöglichen. Dendriten sind baumartige Strukturen, die sich vom Zellkörper weg erstrecken, um Nachrichten von anderen Neuronen an spezialisierten Verbindungsstellen, den Synapsen, zu empfangen. Obwohl einige Neuronen keine Dendriten haben, haben einige Neuronentypen mehrere Dendriten. Dendriten können kleine Vorsprünge haben, die als dendritische Stacheln bezeichnet werden, die die Oberfläche für mögliche synaptische Verbindungen weiter vergrößern.

Sobald ein Dendriten ein Signal empfängt, wandert es passiv zum Zellkörper. Der Zellkörper enthält eine spezialisierte Struktur, den Axonhügel, der Signale von mehreren Synapsen integriert und als Verbindungsstelle zwischen dem Zellkörper und einem Axon dient. Ein Axon ist eine röhrenförmige Struktur, die das integrierte Signal zu spezialisierten Enden, den sogenannten Axonterminals, ausbreitet. Diese Terminals wiederum synapsen mit anderen Neuronen, Muskeln oder Zielorganen. Chemikalien, die an Axonterminals freigesetzt werden, ermöglichen die Übertragung von Signalen an diese anderen Zellen. Neuronen haben normalerweise ein oder zwei Axone, aber einige Neuronen, wie die Amakrinzellen in der Netzhaut, enthalten keine Axone. Einige Axone sind mit Myelin bedeckt, das als Isolator wirkt, um die Dissipation des elektrischen Signals auf seinem Weg durch das Axon zu minimieren und die Übertragungsgeschwindigkeit stark zu erhöhen. Diese Isolierung ist wichtig, da das Axon eines menschlichen Motoneurons bis zu einem Meter lang sein kann – von der Basis der Wirbelsäule bis zu den Zehen. Die Myelinscheide ist nicht wirklich Teil des Neurons. Myelin wird von Gliazellen produziert. Entlang des Axons gibt es periodische Lücken in der Myelinscheide. Diese Lücken werden Ranvier-Knoten genannt und sind Orte, an denen das Signal auf seinem Weg entlang des Axons „aufgeladen“ wird.

Es ist wichtig zu beachten, dass ein einzelnes Neuron nicht allein agiert – die neuronale Kommunikation hängt von den Verbindungen ab, die Neuronen untereinander (und mit anderen Zellen wie Muskelzellen) eingehen. Dendriten eines einzelnen Neurons können synaptischen Kontakt von vielen anderen Neuronen erhalten. Zum Beispiel wird angenommen, dass Dendriten aus einer Purkinje-Zelle im Kleinhirn Kontakt von bis zu 200.000 anderen Neuronen erhalten.


Welche der folgenden Aussagen ist falsch?

  1. Das Soma ist der Zellkörper einer Nervenzelle.
  2. Die Myelinscheide bietet den Dendriten eine isolierende Schicht.
  3. Axone tragen das Signal vom Soma zum Ziel.
  4. Dendriten übertragen das Signal zum Soma.

Arten von Neuronen

Es gibt verschiedene Arten von Neuronen, und die funktionelle Rolle eines bestimmten Neurons hängt eng von seiner Struktur ab. Es gibt eine erstaunliche Vielfalt an Neuronenformen und -größen, die in verschiedenen Teilen des Nervensystems (und artenübergreifend) zu finden sind, wie die Neuronen in (Abbildung) zeigen.


Obwohl es viele definierte Untertypen von Neuronenzellen gibt, werden Neuronen grob in vier Grundtypen unterteilt: unipolar, bipolar, multipolar und pseudounipolar. (Abbildung) veranschaulicht diese vier grundlegenden Neuronentypen. Unipolare Neuronen haben nur eine Struktur, die sich vom Soma weg erstreckt. Diese Neuronen kommen nicht in Wirbeltieren vor, sondern in Insekten, wo sie Muskeln oder Drüsen stimulieren. Ein bipolares Neuron hat ein Axon und einen Dendriten, die vom Soma ausgehen. Ein Beispiel für ein bipolares Neuron ist eine bipolare Zelle der Netzhaut, die Signale von lichtempfindlichen Photorezeptorzellen empfängt und diese Signale an Ganglienzellen weiterleitet, die das Signal zum Gehirn weiterleiten. Multipolare Neuronen sind die häufigste Art von Neuronen. Jedes multipolare Neuron enthält ein Axon und mehrere Dendriten. Multipolare Neuronen finden sich im zentralen Nervensystem (Gehirn und Rückenmark). Ein Beispiel für ein multipolares Neuron ist eine Purkinje-Zelle im Kleinhirn, die viele verzweigte Dendriten, aber nur ein Axon besitzt. Pseudounipolare Zellen teilen Eigenschaften sowohl mit unipolaren als auch mit bipolaren Zellen. Eine pseudounipolare Zelle hat einen einzigen Prozess, der sich vom Soma aus erstreckt, wie eine unipolare Zelle, aber dieser Prozess verzweigt sich später in zwei verschiedene Strukturen, wie eine bipolare Zelle. Die meisten sensorischen Neuronen sind pseudounipolar und haben ein Axon, das sich in zwei Verlängerungen verzweigt: eine ist mit Dendriten verbunden, die sensorische Informationen empfangen, und eine andere, die diese Informationen an das Rückenmark überträgt.


Neurogenese
Früher glaubten Wissenschaftler, dass Menschen mit all den Neuronen geboren wurden, die sie jemals haben würden. Forschungen der letzten Jahrzehnte zeigen, dass die Neurogenese, die Geburt neuer Neuronen, bis ins Erwachsenenalter andauert. Neurogenese wurde erstmals bei Singvögeln entdeckt, die beim Erlernen von Liedern neue Neuronen produzieren. Auch für Säugetiere spielen neue Neuronen eine wichtige Rolle beim Lernen: Im Hippocampus (einer Gehirnstruktur, die am Lernen und Gedächtnis beteiligt ist) entwickeln sich täglich etwa 1000 neue Neuronen. Während die meisten der neuen Neuronen sterben werden, fanden die Forscher heraus, dass eine Zunahme der Anzahl der überlebenden neuen Neuronen im Hippocampus damit korrelierte, wie gut Ratten eine neue Aufgabe lernten. Interessanterweise fördern sowohl Bewegung als auch einige Antidepressiva die Neurogenese im Hippocampus. Stress hat den gegenteiligen Effekt. Während die Neurogenese im Vergleich zur Regeneration in anderen Geweben ziemlich begrenzt ist, kann die Forschung auf diesem Gebiet zu neuen Behandlungsmethoden für Erkrankungen wie Alzheimer, Schlaganfall und Epilepsie führen.

Wie identifizieren Wissenschaftler neue Neuronen? Ein Forscher kann einem Tier eine Verbindung namens Bromdesoxyuridin (BrdU) injizieren. Während alle Zellen BrdU ausgesetzt werden, wird BrdU nur in die DNA neu generierter Zellen eingebaut, die sich in der S-Phase befinden. Eine Technik namens Immunhistochemie kann verwendet werden, um eine fluoreszierende Markierung an das eingebaute BrdU anzubringen, und ein Forscher kann Fluoreszenzmikroskopie verwenden, um das Vorhandensein von BrdU und damit von neuen Neuronen im Hirngewebe sichtbar zu machen. (Abbildung) ist eine mikroskopische Aufnahme, die fluoreszenzmarkierte Neuronen im Hippocampus einer Ratte zeigt.


Diese Seite enthält weitere Informationen zur Neurogenese, darunter eine interaktive Laborsimulation und ein Video, das erklärt, wie BrdU neue Zellen markiert.

Während Glia oft als Stütze des Nervensystems angesehen wird, übersteigt die Zahl der Gliazellen im Gehirn die Zahl der Neuronen sogar um den Faktor 10. Ohne die lebenswichtigen Funktionen, die diese Gliazellen erfüllen, könnten Neuronen nicht funktionieren. Glia führt sich entwickelnde Neuronen zu ihren Zielen, puffert Ionen und Chemikalien, die sonst Neuronen schädigen würden, und bilden Myelinscheiden um Axone. Wissenschaftler haben kürzlich entdeckt, dass sie auch eine Rolle bei der Reaktion auf Nervenaktivität und bei der Modulation der Kommunikation zwischen Nervenzellen spielen. Wenn Glia nicht richtig funktioniert, kann das Ergebnis katastrophal sein – die meisten Hirntumore werden durch Mutationen in Glia verursacht.

Arten von Glias

Es gibt verschiedene Arten von Glia mit unterschiedlichen Funktionen, von denen zwei in (Abbildung) dargestellt sind. Astrozyten, gezeigt in (Abbildung)ein Kontakt sowohl mit Kapillaren als auch mit Neuronen im ZNS. Sie versorgen Neuronen mit Nährstoffen und anderen Substanzen, regulieren die Konzentrationen von Ionen und Chemikalien in der extrazellulären Flüssigkeit und bieten strukturelle Unterstützung für Synapsen. Astrozyten bilden auch die Blut-Hirn-Schranke – eine Struktur, die den Eintritt toxischer Substanzen in das Gehirn blockiert. Durch Calcium-Imaging-Experimente wurde insbesondere gezeigt, dass Astrozyten als Reaktion auf Nervenaktivität aktiv werden, Calciumwellen zwischen Astrozyten übertragen und die Aktivität der umgebenden Synapsen modulieren. Satelliten-Glia liefert Nährstoffe und strukturelle Unterstützung für Neuronen im PNS. Mikroglia fangen tote Zellen ab und bauen sie ab und schützen das Gehirn vor eindringenden Mikroorganismen. Oligodendrozyten, gezeigt in (Abbildung)B bilden Myelinscheiden um Axone im ZNS. Ein Axon kann von mehreren Oligodendrozyten myelinisiert werden und ein Oligodendrozyten kann Myelin für mehrere Neuronen bereitstellen. Dies unterscheidet sich vom PNS, bei dem eine einzelne Schwann-Zelle Myelin nur für ein Axon bereitstellt, da die gesamte Schwann-Zelle das Axon umgibt. Radiale Glia dienen als Gerüst für sich entwickelnde Neuronen, während sie zu ihren Endzielen wandern. Ependymale Zellen säumen flüssigkeitsgefüllte Ventrikel des Gehirns und des zentralen Kanals des Rückenmarks. Sie sind an der Produktion von Liquor cerebrospinalis beteiligt, der als Kissen für das Gehirn dient, die Flüssigkeit zwischen Rückenmark und Gehirn bewegt und ein Bestandteil des Plexus choroideus ist.



Abschnittszusammenfassung

Das Nervensystem besteht aus Neuronen und Glia. Neuronen sind spezialisierte Zellen, die sowohl elektrische als auch chemische Signale senden können. Die meisten Neuronen enthalten Dendriten, die diese Signale empfangen, und Axone, die Signale an andere Neuronen oder Gewebe senden. Es gibt vier Haupttypen von Neuronen: unipolare, bipolare, multipolare und pseudounipolare Neuronen. Glia sind nicht-neuronale Zellen im Nervensystem, die die neuronale Entwicklung und Signalübertragung unterstützen. Es gibt verschiedene Arten von Glia, die unterschiedliche Funktionen erfüllen.

Fragen zur visuellen Verbindung

(Abbildung) Welche der folgenden Aussagen ist falsch?

  1. Das Soma ist der Zellkörper einer Nervenzelle.
  2. Die Myelinscheide bietet den Dendriten eine isolierende Schicht.
  3. Axone tragen das Signal vom Soma zum Ziel.
  4. Dendriten übertragen das Signal zum Soma.

Rezensionsfragen

Neuronen enthalten ________, die Signale von anderen Neuronen empfangen können.

Ein (n) ________ Neuron hat ein Axon und einen Dendriten, die sich direkt aus dem Zellkörper erstrecken.

Glia, die Myelin für Neuronen im Gehirn bereitstellen, werden ________ genannt.

Meningitis ist eine virale oder bakterielle Infektion des Gehirns. Welcher Zelltyp wird bei einer Meningitis als erster in seiner Funktion gestört?

Fragen zum kritischen Denken

Wie sind Neuronen anderen Zellen ähnlich? Wie sind sie einzigartig?

Neuronen enthalten Organellen, die allen Zellen gemeinsam sind, wie zum Beispiel einen Zellkern und Mitochondrien. Sie sind einzigartig, weil sie Dendriten enthalten, die Signale von anderen Neuronen empfangen können, und Axone, die diese Signale an andere Zellen senden können.

Multiple Sklerose verursacht eine Demyelinisierung von Axonen im Gehirn und Rückenmark. Warum ist das problematisch?

Myelin bietet eine Isolierung für Signale, die entlang von Axonen wandern. Ohne Myelin kann sich die Signalübertragung mit der Zeit verlangsamen und verschlechtern. Dies würde die neuronale Kommunikation über das Nervensystem verlangsamen und alle nachgeschalteten Funktionen beeinträchtigen.

Viele Neuronen haben nur ein einziges Axon, aber viele Terminals am Ende des Axons. Wie unterstützt diese Endstruktur des Axons seine Funktion?

Ein einzelnes Axon bedeutet, dass ein Neuron jeweils nur ein Signal senden kann (ein elektrischer Impuls über die Länge des Axons). Da das Axon jedoch mehrere Terminals hat, kann es das Signal gleichzeitig an mehrere andere Zellen senden. Dadurch wird sichergestellt, dass das Signal schnell an den Rest des Körpers weitergegeben wird.

Glossar


Neuronen und Gliazellen

Nervensysteme im gesamten Tierreich variieren in Struktur und Komplexität, wie die Vielfalt der Tiere in [link] veranschaulicht. Einige Organismen, wie Meeresschwämme, haben kein echtes Nervensystem. Andere, wie Quallen, haben kein echtes Gehirn und haben stattdessen ein System separater, aber verbundener Nervenzellen (Neuronen), das als "Nervennetz" bezeichnet wird. Stachelhäuter wie Seesterne haben Nervenzellen, die in Fasern gebündelt sind, die Nerven genannt werden. Plattwürmer des Stammes Platyhelminthes haben sowohl ein zentrales Nervensystem (ZNS), das aus einem kleinen „Gehirn“ und zwei Nervensträngen besteht, als auch ein peripheres Nervensystem (PNS), das ein Nervensystem enthält, das sich durch den ganzen Körper erstreckt. Das Nervensystem der Insekten ist komplexer, aber auch ziemlich dezentralisiert. Es enthält ein Gehirn, ein ventrales Nervenstrang und Ganglien (Cluster verbundener Neuronen). Diese Ganglien können Bewegungen und Verhaltensweisen ohne Eingaben vom Gehirn steuern. Octopi haben möglicherweise das komplizierteste Nervensystem von Wirbellosen – sie haben Neuronen, die in spezialisierten Lappen und Augen organisiert sind, die strukturell den Wirbeltierarten ähneln.

Im Vergleich zu Wirbellosen sind die Nervensysteme von Wirbeltieren komplexer, zentralisierter und spezialisierter. Obwohl die verschiedenen Nervensysteme von Wirbeltieren sehr unterschiedlich sind, teilen sie alle eine Grundstruktur: ein ZNS, das Gehirn und Rückenmark enthält, und ein PNS, das aus peripheren sensorischen und motorischen Nerven besteht. Ein interessanter Unterschied zwischen den Nervensystemen von Wirbellosen und Wirbeltieren besteht darin, dass die Nervenstränge vieler Wirbelloser ventral gelegen sind, während das Rückenmark der Wirbeltiere dorsal liegt. Unter Evolutionsbiologen gibt es Diskussionen darüber, ob sich diese verschiedenen Nervensystempläne getrennt voneinander entwickelt haben oder ob die Anordnung des Körperplans der Wirbellosen während der Evolution der Wirbeltiere irgendwie „umgekippt“ ist.

Sehen Sie sich dieses Video an, in dem der Biologe Mark Kirschner über das „Flipping“-Phänomen der Wirbeltierevolution spricht.

Das Nervensystem besteht aus Neuronen, spezialisierte Zellen, die chemische oder elektrische Signale empfangen und übertragen können, und glia, Zellen, die den Neuronen unterstützende Funktionen bieten, indem sie eine zu den Neuronen komplementäre Informationsverarbeitungsrolle spielen. Ein Neuron kann mit einem elektrischen Draht verglichen werden – es überträgt ein Signal von einem Ort zum anderen. Glia kann mit den Arbeitern des Elektrounternehmens verglichen werden, die dafür sorgen, dass die Kabel an die richtigen Stellen gelangen, die Kabel warten und kaputte Kabel entfernen. Obwohl Glia mit Arbeitern verglichen wurde, deuten neuere Erkenntnisse darauf hin, dass sie auch einige der Signalfunktionen von Neuronen an sich reißen.

Es gibt eine große Vielfalt in den Arten von Neuronen und Glia, die in verschiedenen Teilen des Nervensystems vorhanden sind. Es gibt vier Haupttypen von Neuronen, die mehrere wichtige zelluläre Komponenten gemeinsam haben.

Neuronen

Das Nervensystem der gewöhnlichen Laborfliege, Drosophila melanogaster, enthält etwa 100.000 Neuronen, so viele wie ein Hummer. Diese Zahl steht im Vergleich zu 75 Millionen bei der Maus und 300 Millionen beim Oktopus. Ein menschliches Gehirn enthält etwa 86 Milliarden Neuronen. Trotz dieser sehr unterschiedlichen Zahlen kontrollieren die Nervensysteme dieser Tiere viele der gleichen Verhaltensweisen – von grundlegenden Reflexen bis hin zu komplizierteren Verhaltensweisen wie Nahrungssuche und Partnersuche. All diesen Verhaltensweisen liegt die Fähigkeit von Neuronen zugrunde, sowohl untereinander als auch mit anderen Zelltypen zu kommunizieren.

Die meisten Neuronen teilen die gleichen zellulären Komponenten. Aber Neuronen sind auch hochspezialisiert – verschiedene Arten von Neuronen haben unterschiedliche Größen und Formen, die sich auf ihre funktionellen Rollen beziehen.

Teile eines Neurons

Wie andere Zellen hat jedes Neuron einen Zellkörper (oder Soma), der einen Kern, ein glattes und raues endoplasmatisches Retikulum, einen Golgi-Apparat, Mitochondrien und andere zelluläre Komponenten enthält. Neuronen enthalten auch einzigartige Strukturen, die in [Link] dargestellt sind, um die elektrischen Signale zu empfangen und zu senden, die die neuronale Kommunikation ermöglichen. Dendriten sind baumartige Strukturen, die sich vom Zellkörper weg erstrecken, um Nachrichten von anderen Neuronen an spezialisierten Verbindungsstellen namens . zu empfangen Synapsen. Obwohl einige Neuronen keine Dendriten haben, haben einige Neuronentypen mehrere Dendriten. Dendriten können kleine Vorsprünge haben, die als dendritische Stacheln bezeichnet werden, die die Oberfläche für mögliche synaptische Verbindungen weiter vergrößern.

Sobald ein Dendriten ein Signal empfängt, wandert es passiv zum Zellkörper. Der Zellkörper enthält eine spezialisierte Struktur, die Axonhügel die Signale von mehreren Synapsen integriert und als Verbindungsstelle zwischen dem Zellkörper und einem Axon. Ein Axon ist eine röhrenartige Struktur, die das integrierte Signal zu spezialisierten Enden ausbreitet, die als bezeichnet werden Axon-Terminals. Diese Terminals wiederum synapsen mit anderen Neuronen, Muskeln oder Zielorganen. Chemikalien, die an Axonterminals freigesetzt werden, ermöglichen die Übertragung von Signalen an diese anderen Zellen. Neuronen haben normalerweise ein oder zwei Axone, aber einige Neuronen, wie die Amakrinzellen in der Netzhaut, enthalten keine Axone. Einige Axone sind bedeckt mit myelin, das als Isolator wirkt, um die Dissipation des elektrischen Signals auf seinem Weg durch das Axon zu minimieren, wodurch die Übertragungsgeschwindigkeit stark erhöht wird. Diese Isolierung ist wichtig, da das Axon eines menschlichen Motoneurons bis zu einem Meter lang sein kann – von der Basis der Wirbelsäule bis zu den Zehen. Die Myelinscheide ist nicht wirklich Teil des Neurons. Myelin wird von Gliazellen produziert. Entlang des Axons gibt es periodische Lücken in der Myelinscheide. Diese Lücken heißen Knoten von Ranvier und sind Orte, an denen das Signal „aufgeladen“ wird, während es entlang des Axons wandert.

Es ist wichtig zu beachten, dass ein einzelnes Neuron nicht allein agiert – die neuronale Kommunikation hängt von den Verbindungen ab, die Neuronen untereinander (und mit anderen Zellen wie Muskelzellen) eingehen. Dendriten eines einzelnen Neurons können synaptischen Kontakt von vielen anderen Neuronen erhalten. Zum Beispiel wird angenommen, dass Dendriten aus einer Purkinje-Zelle im Kleinhirn Kontakt von bis zu 200.000 anderen Neuronen erhalten.

Welche der folgenden Aussagen ist falsch?

  1. Das Soma ist der Zellkörper einer Nervenzelle.
  2. Die Myelinscheide bietet den Dendriten eine isolierende Schicht.
  3. Axone tragen das Signal vom Soma zum Ziel.
  4. Dendriten übertragen das Signal zum Soma.

Arten von Neuronen

Es gibt verschiedene Arten von Neuronen, und die funktionelle Rolle eines bestimmten Neurons hängt eng von seiner Struktur ab. Es gibt eine erstaunliche Vielfalt an Neuronenformen und -größen, die in verschiedenen Teilen des Nervensystems (und bei allen Arten) zu finden sind, wie die Neuronen in [link] zeigen.

Obwohl es viele definierte Untertypen von Neuronenzellen gibt, werden Neuronen grob in vier Grundtypen unterteilt: unipolar, bipolar, multipolar und pseudounipolar. [link] veranschaulicht diese vier grundlegenden Neuronentypen. Unipolare Neuronen haben nur eine Struktur, die sich vom Soma weg erstreckt. Diese Neuronen kommen nicht in Wirbeltieren vor, sondern in Insekten, wo sie Muskeln oder Drüsen stimulieren. Ein bipolares Neuron hat ein Axon und einen Dendriten, die vom Soma ausgehen. Ein Beispiel für ein bipolares Neuron ist eine bipolare Zelle der Netzhaut, die Signale von lichtempfindlichen Photorezeptorzellen empfängt und diese Signale an Ganglienzellen weiterleitet, die das Signal zum Gehirn weiterleiten. Multipolare Neuronen sind die häufigste Art von Neuronen. Jedes multipolare Neuron enthält ein Axon und mehrere Dendriten. Multipolare Neuronen finden sich im zentralen Nervensystem (Gehirn und Rückenmark). Ein Beispiel für ein multipolares Neuron ist eine Purkinje-Zelle im Kleinhirn, die viele verzweigte Dendriten, aber nur ein Axon besitzt. Pseudounipolare Zellen teilen Eigenschaften sowohl mit unipolaren als auch mit bipolaren Zellen. Eine pseudounipolare Zelle hat einen einzigen Prozess, der sich vom Soma aus erstreckt, wie eine unipolare Zelle, aber dieser Prozess verzweigt sich später in zwei verschiedene Strukturen, wie eine bipolare Zelle. Die meisten sensorischen Neuronen sind pseudounipolar und haben ein Axon, das sich in zwei Verlängerungen verzweigt: eine ist mit Dendriten verbunden, die sensorische Informationen empfangen, und eine andere, die diese Informationen an das Rückenmark überträgt.

Neurogenese Früher glaubten Wissenschaftler, dass Menschen mit all den Neuronen geboren werden, die sie jemals haben würden. Forschungen der letzten Jahrzehnte zeigen, dass die Neurogenese, die Geburt neuer Neuronen, bis ins Erwachsenenalter andauert. Neurogenese wurde erstmals bei Singvögeln entdeckt, die beim Erlernen von Liedern neue Neuronen produzieren. Auch für Säugetiere spielen neue Neuronen eine wichtige Rolle beim Lernen: Im Hippocampus (einer Gehirnstruktur, die am Lernen und Gedächtnis beteiligt ist) entwickeln sich täglich etwa 1000 neue Neuronen. Während die meisten der neuen Neuronen sterben werden, fanden die Forscher heraus, dass eine Zunahme der Anzahl der überlebenden neuen Neuronen im Hippocampus damit korrelierte, wie gut Ratten eine neue Aufgabe lernten. Interessanterweise fördern sowohl Bewegung als auch einige Antidepressiva die Neurogenese im Hippocampus. Stress hat den gegenteiligen Effekt. Während die Neurogenese im Vergleich zur Regeneration in anderen Geweben ziemlich begrenzt ist, kann die Forschung auf diesem Gebiet zu neuen Behandlungsmethoden für Erkrankungen wie Alzheimer, Schlaganfall und Epilepsie führen.

Wie identifizieren Wissenschaftler neue Neuronen? Ein Forscher kann einem Tier eine Verbindung namens Bromdesoxyuridin (BrdU) injizieren. Während alle Zellen BrdU ausgesetzt werden, wird BrdU nur in die DNA neu generierter Zellen eingebaut, die sich in der S-Phase befinden. Eine Technik namens Immunhistochemie kann verwendet werden, um eine fluoreszierende Markierung an das eingebaute BrdU anzubringen, und ein Forscher kann Fluoreszenzmikroskopie verwenden, um das Vorhandensein von BrdU und damit von neuen Neuronen im Hirngewebe sichtbar zu machen. [link] ist eine mikroskopische Aufnahme, die fluoreszenzmarkierte Neuronen im Hippocampus einer Ratte zeigt.

Diese Seite enthält weitere Informationen zur Neurogenese, darunter eine interaktive Laborsimulation und ein Video, das erklärt, wie BrdU neue Zellen markiert.

Während Glia oft als Stütze des Nervensystems angesehen wird, übersteigt die Zahl der Gliazellen im Gehirn die Zahl der Neuronen tatsächlich um den Faktor 10. Ohne die lebenswichtigen Funktionen, die diese Gliazellen erfüllen, könnten Neuronen nicht funktionieren. Glia führt die sich entwickelnden Neuronen zu ihren Zielen, puffert Ionen und Chemikalien, die sonst Neuronen schädigen würden, und bilden Myelinscheiden um Axone. Wissenschaftler haben kürzlich entdeckt, dass sie auch eine Rolle bei der Reaktion auf Nervenaktivität und bei der Modulation der Kommunikation zwischen Nervenzellen spielen. Wenn Glia nicht richtig funktioniert, kann das Ergebnis katastrophal sein – die meisten Hirntumore werden durch Mutationen in Glia verursacht.

Arten von Glias

Es gibt verschiedene Arten von Glia mit unterschiedlichen Funktionen, von denen zwei in [link] gezeigt werden. Astrozyten, gezeigt in [Link]ein Kontakt sowohl mit Kapillaren als auch mit Neuronen im ZNS. Sie versorgen Neuronen mit Nährstoffen und anderen Substanzen, regulieren die Konzentrationen von Ionen und Chemikalien in der extrazellulären Flüssigkeit und bieten strukturelle Unterstützung für Synapsen. Astrozyten bilden auch die Blut-Hirn-Schranke – eine Struktur, die den Eintritt toxischer Substanzen in das Gehirn blockiert. Durch Calcium-Imaging-Experimente wurde insbesondere gezeigt, dass Astrozyten als Reaktion auf Nervenaktivität aktiv werden, Calciumwellen zwischen Astrozyten übertragen und die Aktivität der umgebenden Synapsen modulieren. Satelliten-Glia liefern Nährstoffe und strukturelle Unterstützung für Neuronen im PNS. Mikroglia fangen und abbauen tote Zellen und schützen das Gehirn vor eindringenden Mikroorganismen. Oligodendrozyten, gezeigt in [Link]B bilden Myelinscheiden um Axone im ZNS. Ein Axon kann von mehreren Oligodendrozyten myelinisiert werden und ein Oligodendrozyten kann Myelin für mehrere Neuronen bereitstellen. Dies unterscheidet sich vom PNS, wo ein einzelner Schwann-Zellen liefert Myelin nur für ein Axon, da die gesamte Schwann-Zelle das Axon umgibt. Radiale Glia dienen als Gerüste für sich entwickelnde Neuronen, während sie zu ihren Endzielen wandern. Ependym Zellen säumen flüssigkeitsgefüllte Ventrikel des Gehirns und des zentralen Kanals des Rückenmarks. Sie sind an der Produktion von Liquor cerebrospinalis beteiligt, der als Kissen für das Gehirn dient, die Flüssigkeit zwischen Rückenmark und Gehirn bewegt und ein Bestandteil des Plexus choroideus ist.

Abschnittszusammenfassung

Das Nervensystem besteht aus Neuronen und Glia. Neuronen sind spezialisierte Zellen, die sowohl elektrische als auch chemische Signale senden können. Die meisten Neuronen enthalten Dendriten, die diese Signale empfangen, und Axone, die Signale an andere Neuronen oder Gewebe senden. Es gibt vier Haupttypen von Neuronen: unipolare, bipolare, multipolare und pseudounipolare Neuronen. Glia sind nicht-neuronale Zellen im Nervensystem, die die neuronale Entwicklung und Signalübertragung unterstützen. Es gibt verschiedene Arten von Glia, die unterschiedliche Funktionen erfüllen.


Arten von Neuronen

Es gibt verschiedene Arten von Neuronen, und die funktionelle Rolle eines bestimmten Neurons hängt eng von seiner Struktur ab. Es gibt eine erstaunliche Vielfalt von Neuronenformen und -größen, die in verschiedenen Teilen des Nervensystems (und zwischen verschiedenen Arten) zu finden sind, wie die Neuronen in Abbildung zeigen.

Es gibt eine große Vielfalt in Größe und Form von Neuronen im gesamten Nervensystem. Beispiele umfassen (a) eine Pyramidenzelle aus der Großhirnrinde, (b) eine Purkinje-Zelle aus der Kleinhirnrinde und (c) Riechzellen aus dem Riechepithel und dem Riechkolben.

Obwohl es viele definierte Untertypen von Neuronenzellen gibt, werden Neuronen grob in vier Grundtypen unterteilt: unipolar, bipolar, multipolar und pseudounipolar. Die Abbildung veranschaulicht diese vier grundlegenden Neuronentypen. Unipolare Neuronen haben nur eine Struktur, die sich vom Soma weg erstreckt. Diese Neuronen kommen nicht in Wirbeltieren vor, sondern in Insekten, wo sie Muskeln oder Drüsen stimulieren. Ein bipolares Neuron hat ein Axon und einen Dendriten, die vom Soma ausgehen. Ein Beispiel für ein bipolares Neuron ist eine bipolare Zelle der Netzhaut, die Signale von lichtempfindlichen Photorezeptorzellen empfängt und diese Signale an Ganglienzellen weiterleitet, die das Signal zum Gehirn weiterleiten. Multipolare Neuronen sind die häufigste Art von Neuronen. Jedes multipolare Neuron enthält ein Axon und mehrere Dendriten. Multipolare Neuronen finden sich im zentralen Nervensystem (Gehirn und Rückenmark). Ein Beispiel für ein multipolares Neuron ist eine Purkinje-Zelle im Kleinhirn, die viele verzweigte Dendriten, aber nur ein Axon besitzt. Pseudounipolare Zellen teilen Eigenschaften sowohl mit unipolaren als auch mit bipolaren Zellen. Eine pseudounipolare Zelle hat einen einzigen Prozess, der sich vom Soma aus erstreckt, wie eine unipolare Zelle, aber dieser Prozess verzweigt sich später in zwei verschiedene Strukturen, wie eine bipolare Zelle. Die meisten sensorischen Neuronen sind pseudounipolar und haben ein Axon, das sich in zwei Verlängerungen verzweigt: eine ist mit Dendriten verbunden, die sensorische Informationen empfangen, und eine andere, die diese Informationen an das Rückenmark überträgt.

Neuronen werden grob in vier Haupttypen unterteilt, basierend auf der Anzahl und Anordnung der Axone: (1) unipolar, (2) bipolar, (3) multipolar und (4) pseudounipolar.

Alltagsverbindung

Neurogenese Früher glaubten Wissenschaftler, dass Menschen mit all den Neuronen geboren wurden, die sie jemals haben würden. Forschungen der letzten Jahrzehnte zeigen, dass die Neurogenese, die Geburt neuer Neuronen, bis ins Erwachsenenalter andauert. Neurogenese wurde erstmals bei Singvögeln entdeckt, die beim Erlernen von Liedern neue Neuronen produzieren. Auch für Säugetiere spielen neue Neuronen eine wichtige Rolle beim Lernen: Im Hippocampus (einer Gehirnstruktur, die am Lernen und Gedächtnis beteiligt ist) entwickeln sich täglich etwa 1000 neue Neuronen. Während die meisten der neuen Neuronen sterben werden, fanden die Forscher heraus, dass eine Zunahme der Anzahl der überlebenden neuen Neuronen im Hippocampus damit korrelierte, wie gut Ratten eine neue Aufgabe lernten. Interessanterweise fördern sowohl Bewegung als auch einige Antidepressiva die Neurogenese im Hippocampus. Stress hat den gegenteiligen Effekt. Während die Neurogenese im Vergleich zur Regeneration in anderen Geweben ziemlich begrenzt ist, kann die Forschung in diesem Bereich zu neuen Behandlungsmethoden für Erkrankungen wie Alzheimer, Schlaganfall und Epilepsie führen.

Wie identifizieren Wissenschaftler neue Neuronen? Ein Forscher kann einem Tier eine Verbindung namens Bromdesoxyuridin (BrdU) injizieren. Während alle Zellen BrdU ausgesetzt werden, wird BrdU nur in die DNA neu generierter Zellen eingebaut, die sich in der S-Phase befinden. Eine Technik namens Immunhistochemie kann verwendet werden, um eine fluoreszierende Markierung an das eingebaute BrdU anzubringen, und ein Forscher kann Fluoreszenzmikroskopie verwenden, um das Vorhandensein von BrdU und damit von neuen Neuronen im Hirngewebe sichtbar zu machen. Die Abbildung ist eine mikroskopische Aufnahme, die fluoreszenzmarkierte Neuronen im Hippocampus einer Ratte zeigt.

Diese mikroskopische Aufnahme zeigt fluoreszenzmarkierte neue Neuronen in einem Ratten-Hippocampus. Zellen, die sich aktiv teilen, haben Bromdoxyuridin (BrdU) in ihre DNA eingebaut und sind rot markiert. Zellen, die glial fibrillary acidic Protein (GFAP) exprimieren, sind grün markiert. Astrozyten, aber keine Neuronen, exprimieren GFAP. Somit sind Zellen, die sowohl rot als auch grün markiert sind, sich aktiv teilende Astrozyten, wohingegen Zellen, die nur rot markiert sind, sich aktiv teilende Neuronen sind. (Kredit: Modifikation der Arbeit von Dr. Maryam Faiz et al., Maßstabsbalkendaten der Universität Barcelona von Matt Russell)

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Diese Seite enthält weitere Informationen zur Neurogenese, darunter eine interaktive Laborsimulation und ein Video, das erklärt, wie BrdU neue Zellen markiert.