Die Neurobiologie beschäftigt sich mit dem Aufbau und der Funktionsweise des Nervensystems. Sie erklärt, wie Informationen im Körper übertragen und verarbeitet werden.
Die Neurobiologie als Wissenschaft
Die Neurobiologie ist im Verhältnis zu anderen Bereichen der Biologie ein junger und multidisziplinärer Wissenschaftszweig. Erst vor ca. 100 Jahren konnte von der Wissenschaft nachgewiesen werden, dass Gehirne aus miteinander verbundenen Zellen bestehen und somit ein komplexes, verwobenes Netzwerk bilden.
In der Neurobiologie werden die Grundlagen der Informationsverarbeitung im tierischen und menschlichen Nervensystem erforscht.
Dafür werden unter anderem Gehirne und die inneren Abläufe untersucht. Das menschliche Gehirn besteht aus rund 100 Milliarden Neuronen, die über geschätzte 100 Billionen Synapsen parallel miteinander vernetzt sind. Es bildet damit die oberste Schaltzentrale unseres Körpers und ist von großem Interesse für die neurobiologische Wissenschaft. Im kleineren Maßstab sind vorwiegend die Synapsen, die Verbindungsstellen zwischen den Nervenzellen, oder auch die Zellaktivitäten der Neuronen interessant.
Das Ziel der Neurobiologie ist es zu verstehen, welche Mechanismen, Abläufe und Prinzipien im Körper wirken, die dann zu einem bestimmten Verhalten oder kognitiven Zustand führen.
Neurobiologie – Themen
In der Neurobiologie spielen unterschiedliche Organe, Zellen und Moleküle eine große Rolle. Hier findest Du einen Überblick über die zentralen Themen.
Neurobiologie – Nervensystem
Das Nervensystem umfasst die gesamten Nerven- und Sinneszellen eines Organismus.
Im Nervensystem werden die eintreffenden Reize umgewandelt und verarbeitet. Neuronen und Gliazellen übernehmen dabei im Nervengewebe eine zentrale Rolle.
Das Nervensystem kann auf Basis der Anatomie oder der Funktion unterteilt werden:
Unterteilung auf Basis der Anatomie:
Unterteilung auf Basis der Funktion:
- Somatisches Nervensystem, steuert bewusste oder willkürliche Vorgänge
- Vegetatives Nervensystem, steuert unbewusste oder unwillkürliche Vorgänge
Neurobiologie – Neuron
Mithilfe der Sinnesorgane und des Nervensystems informiert sich der Mensch über seine Umwelt. Sinneszellen wandeln Reize der Umgebung in elektrische Erregungen um. Neuronen, auch Nervenzellen genannt, leiten diese Erregung weiter.
Der menschliche Körper enthält Milliarden von Nervenzellen, die gemeinsam die Verarbeitung der Information ermöglichen. Sind die Informationen der Umwelt verarbeitet, werden Erregungen über Nervenzellen zu Erfolgsorganen geleitet. Dort lösen sie eine Reaktion aus.
Ein Neuron besteht aus drei Zellabschnitten:
- Soma (Zellkörper)
- Dendriten (kurze Fortsätze)
- Axon (langer Fortsatz) mit Endknöpfchen
Abbildung 1: Aufbau eines Neurons
Neurobiologie – Axon
Das Axon ist der Fortsatz eines Neurons, welcher die elektrischen Erregungen vom Zellkörper aufnimmt und zum Endknöpfchen weiterleitet.
Wenn wir das Axon und die umhüllenden Membranen zusammen betrachten, reden
wir von Nervenfasern. Man unterscheidet zwischen myelinisierten und nicht-myelinisierten Nervenfasern:
- Myelinisierte Nervenfaser weisen eine Markscheide aus Myelin auf, die das Axon isoliert. Sie kommen nur bei Wirbeltieren vor.
- Nicht-myelinisierte Nervenfaser fehlt diese isolierende Hülle. Sie kommen bei Wirbellosen und bei Wirbeltieren vor.
Abbildung 2: Schematische Darstellung myelinisierte Nervenfaser (links) und nicht-myelinisierte Nervenfaser (rechts)
Neurobiologie – Ruhepotential
Die Spannung einer nicht erregten oder “ruhenden” Zelle nennt man Ruhepotential.
Besonders wichtig ist dieses Ruhepotenzial bei den elektrisch erregbaren Sinneszellen, Nervenzellen und Muskelzellen. Im unerregten Zustand ist das Cytoplasma aller intakten Neuronen gegenüber ihrer Umgebung negativ geladen.
Das Ruhepotential wird von der Na-K-Pumpe unter Energieverbrauch aufrechterhalten, indem sie Natrium- und Kaliumionen entgegen ihrem Konzentrationsgefälle über die Zellmembran transportiert.
Neurobiologie – Aktionspotential
Das Aktionspotential ist das Gegenstück zum Ruhepotential. Es beschreibt die plötzliche Änderung des Ruhepotentials, sodass die Membraninnenseite des Axons kurzfristig positiv gegenüber der Außenseite geladen ist.
Diese Ladungsumkehr dient dazu, die Erregung einer Nerven-, Sinnes- oder Muskelzelle weiterleiten zu können. Aktionspotentiale sind entscheidend für die Reizübertragung im Nervensystem.
Neurobiologie – Synapse
Als Synapse bezeichnet man die Verbindungsstelle zwischen Neuronen und einer anderen Zelle (Nerven-, Muskel- oder einer Drüsenzelle).
Wenn das Endknöpfchen eines Neurons mit einem Dendriten, dem Soma oder dem Axon einer anderen Nervenzelle verbunden ist, spricht man von einer zentralen oder chemisch-interneuralen Synapse. Erfolgt die Erregungsübertragung von einer Nerven- auf eine Muskelzelle, handelt es sich um eine chemisch-neuromuskuläre Synapse.
Weiterhin unterscheiden wir zwischen erregenden und hemmenden Synapsen.
- Erregende Synapsen erzeugen in der postsynaptischen Zelle ein Potential, das stärker positiv als das Ruhepotential der Zelle ist (erregendes postsynaptisches Potential, kurz EPSP).
- Hemmende Synapsen verringern das Ruhepotential der postsynaptischen Zelle (inhibitorisches postsynaptisches Potential, kurz IPSP).
Um ein Aktionspotential auszulösen, muss die Verrechnung von EPSPs und IPSPs durch räumliche und zeitliche Summation ein Membranpotenzial ergeben, das die Membran des Axonhügels über den Schwellenwert depolarisiert.
Neurobiologie – Neurotransmitter
Neurotransmitter werden in winzigen Bläschen, den synaptischen Vesikeln, gespeichert. Dabei gibt es unterschiedliche Transmitter, die verschiedene Bedeutungen und Wirkungen haben. Transmittermoleküle und Rezeptoren passen nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip zueinander.
Unter den Neurotransmittern unterscheiden wir zwischen echten Transmittern und Neurohormonen. Echte Transmitter sind eher kurzlebige Botenstoffe, während Neurohormone eine höhere Lebensdauer aufweisen.
Neurobiologie – Gehirn
Das Gehirn ist der im Kopf liegende Teil des zentralen Nervensystems. Es ist für die Verarbeitung von Sinneswahrnehmungen und die Koordination des Verhaltens von Mensch oder Tier zuständig.
Das Gehirn kann in fünf Teile untergliedert werden.
- Nachhirn
- Kleinhirn
- Mittelhirn
- Zwischenhirn
- Großhirn
Die Bereiche des Gehirns tragen alle dazu bei, dass das Gehirn zu unglaublichen Verrechnungsvorgängen fähig ist und wir Informationen speichern können. Darüber hinaus ist unser Gehirn auch in der Lage, auf Veränderungen in der Anatomie und der Funktion zu reagieren. Wir nennen das die Neuroplastizität.
Neurobiologie – Rezeptoren
Rezeptoren, auch Sinneszellen genannt, sind “umgebaute” Neuronen. Ihre Aufgabe ist es, sowohl Umweltreize wie Licht oder Schall als auch Reize, die ihren Ursprung innerhalb des Organismus haben, aufzunehmen und in elektrische Impulse umzuwandeln. Rezeptoren sind oft in spezialisierten Sinnesorganen zusammengefasst.
Rezeptoren sind spezifisch für den Reiz, den sie aufnehmen und verarbeiten können. Nach der Art des aufgenommenen (adäquaten) Reizes werden Rezeptoren in vier Gruppen eingeteilt:
Neurobiologie – Fotorezeptoren
Wir finden Fotorezeptoren auf der Netzhaut des Auges. Die größte Konzentration an Fotorezeptoren auf der Netzhaut findet sich im Bereich der optischen Achse, im sogenannten Gelben Fleck. Im Bereich des abgehenden Sehnervs befinden sich keine Fotorezeptoren, weshalb man vom Blinden Fleck spricht.
Man unterscheidet zwei Sorten von Fotorezeptoren:
- Stäbchen für das Hell-Dunkel-Sehen und das Sehen bei Dämmerung
- Zapfen für das Sehen bei Tageslicht und die Farbwahrnehmung
Neurobiologie – Sinnesorgane
Sinnesorgane sind die Organe eines Lebewesens, welche äußere Reize aufnehmen und weiterleiten.
Der Mensch hat fünf Sinnesorgane, die die Umwelt regelrecht nach Informationen filtern und die Reize als Erregungsmuster an die Nervenzellen weitergeben:
Neurobiologie - Das Wichtigste
- Die Neurobiologie beschäftigt sich mit Aufbau und Funktionsweise des Nervensystems.
- Untersucht werden verschiedenste Konzepte und Organe:
- Das Gehirn stellt die zentrale Instanz des Nervensystems dar.
Erklärungen 
Magazine 
