Wie funktioniert das menschliche Gehirn?

Das Gehirn fungiert als strukturelle und funktionelle Einheit, die hauptsächlich aus zwei Arten von Zellen besteht: Neuronen und Gliazellen. Es wird geschätzt, dass es rund 100 Milliarden Neuronen im gesamten menschlichen Nervensystem und etwa 1.000 Milliarden Gliazellen gibt (es gibt 10 Mal mehr Gliazellen als Neuronen).

Neuronen sind hochspezialisiert und ihre Funktionen sollen Informationen über verschiedene Schaltkreise und Systeme empfangen, verarbeiten und übertragen. Der Prozess der Übertragung der Informationen erfolgt über Synapsen, die elektrisch oder chemisch sein können.

Gliazellen regulieren mittlerweile die innere Umgebung des Gehirns und erleichtern den Prozess der neuronalen Kommunikation. Diese Zellen sind im gesamten Nervensystem angeordnet, wenn sie sich strukturieren und an den Entwicklungs- und Bildungsprozessen des Gehirns beteiligt sind.

Früher dachte man, dass Gliazellen nur die Struktur des Nervensystems bilden, daher der berühmte Mythos, dass wir nur 10% unseres Gehirns benutzen. Aber heute wissen wir, dass es viel komplexere Funktionen erfüllt, zum Beispiel in Bezug auf die Regulierung des Immunsystems und zelluläre Plastizitätsprozesse nach einer Verletzung.

Darüber hinaus sind sie essentiell für die korrekte Funktion von Neuronen, da sie die neuronale Kommunikation erleichtern und eine wichtige Rolle beim Transport von Nährstoffen zu Neuronen spielen.

Wie zu spüren ist, ist das menschliche Gehirn beeindruckend komplex. Es wird geschätzt, dass ein Erwachsene menschliches Gehirn enthält zwischen 100 und 500 Billionen Verbindungen und unsere Galaxie hat etwa 100 Billionen Sterne, so kann geschlossen werden, dass das menschliche Gehirn als eine Galaxie weit komplexer ist (Garcia Nunez, Santin, Redolar, & Valero, 2014).

Kommunikation zwischen Neuronen: Synapsen

Brain-Funktion beinhaltet die Übertragung von Informationen zwischen Neuronen, diese Übertragung erfolgt durch eine mehr oder weniger komplexe Prozedur namens Synapsen.

Die Synapsen können elektrisch oder chemisch sein. Elektrische Synapsen bestehen aus bidirektionalen Übertragung von elektrischem Strom zwischen zwei Neuronen direkt, wohingegen in der chemischen Synapsen einiger Vermittler genannt Neurotransmitter benötigt.

Grundsätzlich, wenn ein Neuron mit anderen kommuniziert nicht aktiviert, oder es für die abschließenden beobachtbaren Auswirkungen auf das Verhalten hemmen oder eines physiologischen Prozesses sind das Ergebnis der Erregung und Hemmung von mehreren Neuronen entlang einer neuronalen Schaltung.

Elektrische Synapsen

Die elektrischen Synapsen sind viel schneller und einfacher als die chemischen Synapsen. Einfach erklärt, bestehen sie aus der Übertragung von depolarisierenden Strömen zwischen zwei Neuronen, die nah genug sind, fast zusammengeklebt. Diese Art von Synapse verursacht normalerweise keine langfristigen Veränderungen in postsynaptischen Neuronen.

Diese Synapsen treten in Neuronen auf, die eine enge Verbindung haben, in der die Membranen fast berührt werden, die durch einige 2-4nm getrennt sind. Der Raum zwischen den Neuronen ist so klein, weil ihre Neuronen durch Kanäle verbunden sein müssen, die von Proteinen gebildet werden, die Connexine genannt werden.

Die von den Connexinen gebildeten Kanäle ermöglichen, dass das Innere beider Neuronen in Verbindung steht. Durch diese Poren können kleine (weniger als 1 kDa) Moleküle machen chemische Synapsen Prozesse metabolischer Kommunikation außer elektrischer Verbindung verwendet sind passieren, durch den Austausch von sekundären Botenstoffen, die in dem Synapse auftreten, wie Inositol-Triphosphat ( IP₃) oder cyclisches Adenosinmonophosphat (cAMP).

Elektrische Synapsen zwischen den Neuronen in der Regel die gleiche Art durchgeführt, jedoch kann auch beobachtet elektrische Synapsen zwischen Neuronen verschiedenen Typen oder sogar zwischen Neuronen und Astrozyten (eine Art von Gliazellen) wird.

Die elektrischen Synapsen ermöglichen Neuronen, schnell miteinander zu kommunizieren und viele Neuronen synchron zu verbinden. Dank dieser Eigenschaften können wir komplexe Prozesse durchzuführen, die eine schnelle Information der Übertragung erfordern, wie sensorische und kognitive Prozesse, Motoren (Aufmerksamkeit, Gedächtnis, Lernen ...).

Chemische Synapsen

Chemische Synapsen treten zwischen benachbarten Neuronen in einem präsynaptischen Elemente verbunden ist, in der Regel einen Axon-Terminal, das Signal, und eine postsynaptische, die in der Regel im Soma oder Dendriten empfängt Zeichen

Diese Neuronen sind nicht verbunden, zwischen ihnen befindet sich ein Raum von 20 nm, synaptischer Spalt genannt.

Abhängig von ihren morphologischen Eigenschaften gibt es verschiedene chemische Synapsen. Nach Grey (1959) lassen sich chemische Synapsen in zwei Gruppen einteilen.

• Chemische Synapsen vom Typ I (asymmetrisch) In diesen Synapsen präsynaptischen Komponente durch Axonterminalen enthalten abgerundeten Vesikel und postsynaptischen Dendriten sind sehr dicht, und es postsynaptischen Rezeptoren gebildet wird.
• Typ II chemische Synapsen (symmetrisch)In diesen Synapsen präsynaptischen Komponente durch Axonterminalen enthält oval Vesikeln und postsynaptischen gebildet wird, kann sowohl in Soma und Dendriten und eine verringerte Dichte von postsynaptischen Rezeptoren in den Synapsen vom Typ I. Andere Unterschiede dieses gefunden werden Die Art der Synapse im Vergleich zu Typ I ist, dass der synaptische Spalt schmaler ist (ca. 12 nm).

Die Art der Synapse ist abhängig von den in diesem beteiligt Neurotransmitter, so dass an den Synapsen beteiligt Typ I erregenden Neurotransmitter wie Glutamat sind, während in der Typ-II-inhibitorische Neurotransmitter wie GABA wirken.

Obwohl dies nicht im gesamten Nervensystem auftritt, in einigen Bereichen wie dem Rückenmark, der Substantia nigra, Basalganglien und dem Colliculus, Synapse dort GABAergen mit einer Struktur vom Typ I.

Ein anderer Weg, um die Synapsen zu klassifizieren, ist nach den präsynaptischen und postsynaptischen Komponenten, die sie bilden. Wenn beispielsweise sowohl die präsynaptischen Komponente ein Axon und Dendriten sind postsynaptischen Synapsen genannt axodendríticas so axoaxónicas Synapsen finden, axosomatic, dendroaxónicas, dendrodendríticas ...

Die Synapsenart, die am häufigsten im zentralen Nervensystem vorkommt, sind axospinöse Synapsen vom Typ I (asymmetrisch). Es wird geschätzt, dass zwischen 75-95% der Synapsen der Großhirnrinde Typ I sind, während nur zwischen 5 und 25% Typ II Synapsen sind.

Chemische Synapsen können einfach wie folgt zusammengefasst werden:

1. Ein Aktionspotential erreicht das Axonende, es öffnet die Kalziumionenkanäle (Ca²⁺) und ein Strom von Ionen wird in den synaptischen Spalt freigesetzt.
2. Ionenfluss löst einen Prozess, in dem der Vesikel mit Neurotransmittern gefüllt, an den postsynaptischen Membran binden und eine Porenöffnung von seinem gesamten Inhalt in den synaptischen Spalt zu verlassen.
3. Die freigesetzten Neurotransmitter binden an den für diesen Neurotransmitter spezifischen postsynaptischen Rezeptor.
4. Die Bindung des Neurotransmitters an das postsynaptische Neuron reguliert die Funktionen des postsynaptischen Neurons.

Neurotransmitter und Neuromodulatoren

Das Neurotransmitter-Konzept umfasst alle Substanzen, die in der chemischen Synapse freigesetzt werden und die neuronale Kommunikation ermöglichen. Neurotransmitter erfüllen die folgenden Kriterien:

• Sie werden innerhalb der Neuronen synthetisiert und sind in den Axonterminals vorhanden.
• Wenn eine ausreichende Menge des Neurotransmitters freigesetzt wird, übt er seine Wirkung auf benachbarte Neuronen aus.
• Wenn sie ihre Aufgabe erfüllt haben, werden sie durch Degradations-, Inaktivierungs- oder Wiederaufnahmemechanismen eliminiert.

Neuromodulatoren sind Substanzen, die die Wirkung von Neurotransmittern durch Erhöhung oder Verringerung ihrer Wirkung ergänzen. Sie tun dies, indem sie bestimmte Stellen innerhalb des postsynaptischen Empfängers verbinden.

Es gibt zahlreiche Arten von Neurotransmittern, die wichtigsten sind:

• Aminosäuren, die exzitatorische sein kann, wie Glutamat oder Inhibitoren wie γ-Aminobuttersäure, bekannt als GABA.
• Acetylcholin
• Katecholamide, wie Dopamin oder Noradrenalin
• Indolamine, wie Serotonin.
• Neuropeptide.

Referenzen

1. García, R., Núñez, Santin, L., Redolar, D., und Valero, A. (2014). Neuronen und neurale Kommunikation. In D. Redolar, Kognitive Neurowissenschaften (S. 27-66). Madrid: Panamericana Medizin.
2. Gary, E. (1959). Axo-somatische und axodendritische Synapse der Hirnrinde: eine elektronenmikroskopische Untersuchung. J.Anat, 93, 420-433.
3. Praktikanten, H. (s.f.). Wie funktioniert das Gehirn? Allgemeine Grundsätze Abgerufen am 1. Juli 2016 von Science for All.