Synapse - Was ist das und wie funktioniert es?
Das Gehirn ist für jeden Gedanken, jedes Gefühl und jede Handlung verantwortlich. Aber wie schaffen die Milliarden von Zellen, die sich im Gehirn befinden, diese Leistungen?
Sie tun dies durch einen Prozess, der Neurotransmission genannt wird. Einfach ausgedrückt ist Neurotransmission die Art und Weise, wie Gehirnzellen kommunizieren. Und der Großteil dieser Kommunikation findet an einem Ort statt, der Synapse genannt wird. Neurowissenschaftler verstehen jetzt, dass die Synapse eine entscheidende Rolle in einer Vielzahl von kognitiven Prozessen spielt - insbesondere bei denen, die mit Lernen und Gedächtnis zu tun haben.
Was ist eine Synapse?
Das Wort Synapse stammt von den griechischen Wörtern "syn" (zusammen) und "haptein" (um zu umschließen). Dies könnte Sie denken lassen, dass eine Synapse der Ort ist, an dem sich Gehirnzellen berühren oder zusammen befestigen, aber das ist nicht ganz richtig. Die Synapse ist vielmehr die kleine Raumtasche zwischen zwei Zellen, in der sie Nachrichten zur Kommunikation weitergeben können. Ein einzelnes Neuron kann Tausende von Synapsen enthalten. Tatsächlich kann eine Art von Neuron namens Purkinje-Zelle, die im Kleinhirn des Gehirns gefunden wird, bis zu hunderttausend Synapsen haben.
Wie groß ist eine Synapse?
Synapsen sind winzig – man kann sie mit bloßem Auge nicht sehen. Gemessen mit ausgeklügelten Werkzeugen können Wissenschaftler sehen, dass die kleinen Lücken zwischen den Zellen etwa 20-40 Nanometer breit sind. Wenn man bedenkt, dass die Dicke eines einzelnen Blattes Papier etwa 100.000 Nanometer breit ist, kann man anfangen zu verstehen, wie klein diese funktionellen Kontaktpunkte zwischen Neuronen wirklich sind. Mehr als 3.000 Synapsen würden allein in diesen Raum passen!
Wie viele Synapsen befinden sich im menschlichen Gehirn?
Die kurze Antwort ist, dass Neurowissenschaftler nicht genau sicher sind. Es ist sehr schwer, an lebenden Menschen zu messen. Aber aktuelle Post-Mortem-Studien, in denen Wissenschaftler die Gehirne verstorbener Individuen untersuchen, deuten darauf hin, dass das durchschnittliche männliche menschliche Gehirn etwa 86 Milliarden Neuronen enthält. Wenn jedes Neuron Hunderte oder sogar Tausende von Synapsen beherbergt, muss die geschätzte Anzahl dieser Kommunikationspunkte in die Billionen gehen.
Aktuelle Schätzungen liegen irgendwo bei 0,15 Billiarden Synapsen - oder 150.000.000.000.000 Synapsen.
Was ist synaptische Übertragung?
Im Allgemeinen ist es nur eine andere Art, Neurotransmission zu sagen. Aber es spezifiziert, dass die Kommunikation zwischen Gehirnzellen an der Synapse im Gegensatz zu einem anderen Kommunikationspunkt stattfindet. Ein Neuron, das oft als präsynaptische Zelle bezeichnet wird, setzt einen Neurotransmitter oder eine andere Neurochemikalie aus speziellen Beuteln frei, die in der Nähe der Zellmembran, den sogenannten synaptischen Vesikeln, in den Raum zwischen den Zellen gruppiert sind. Diese Moleküle werden dann von Membranrezeptoren auf der postsynaptischen oder benachbarten Zelle aufgenommen. Wenn diese Nachricht zwischen den beiden Zellen an der Synapse weitergeleitet wird, hat sie die Macht, das Verhalten beider Zellen zu ändern. Chemikalien aus dem präsynaptischen Neuron können die postsynaptische Zelle anregen und ihr sagen, dass sie ihre eigenen Neurochemikalien freisetzen soll. Es kann der postsynaptischen Zelle sagen, dass sie die Signalisierung verlangsamen oder alles zusammen stoppen soll. Oder es kann ihm einfach sagen, dass es die Nachricht ein wenig ändern soll. Aber Synapsen bieten die Möglichkeit der bidirektionalen Kommunikation. Als solche können postsynaptische Zellen ihre eigenen Nachrichten an präsynaptische Zellen zurücksenden und ihnen sagen, dass sie ändern sollen, wie viel oder wie oft ein Neurotransmitter freigesetzt wird.
Gibt es verschiedene Arten von Synapsen?
Ja! Synapsen können in Größe, Struktur und Form variieren. Und sie können an verschiedenen Stellen auf einem Neuron gefunden werden. Zum Beispiel kann es Synapsen zwischen dem Axon einer Zelle und dem Dendriten einer anderen geben, die als axendritische Synapsen bezeichnet werden. Sie können vom Axon zum Zellkörper gehen, oder Soma - das ist eine axosomatische Synapse. Oder sie können zwischen zwei Axone gehen. Das ist eine axaxonische Synapse.
Es gibt auch eine spezielle Art von elektrischer Synapse, die als Gap Junction bezeichnet wird. Sie sind kleiner als herkömmliche chemische Synapsen (nur etwa 1-4 Nanometer breit) und leiten elektrische Impulse zwischen Zellen bidirektional. Gap Junctions kommen ins Spiel, wenn neuronale Schaltkreise schnell und sofort reagieren müssen.
Während Gap Junctions im alltäglichen neurowissenschaftlichen Gespräch nicht oft auftauchen, verstehen Wissenschaftler jetzt, dass sie eine wichtige Rolle bei der Schaffung, Aufrechterhaltung und Stärkung neuronaler Schaltkreise spielen. Einige Hypothesen vermuten, dass Gap Junctions die neuronale Signalübertragung "verstärken" können, um sicherzustellen, dass sich die Signale weit und breit über den Kortex bewegen.
Was ist synaptische Plastizität?
Synaptische Plastizität ist nur eine Änderung der Stärke. Vor einiger Zeit glaubten Neurowissenschaftler noch, dass alle Synapsen fixiert seien - sie arbeiteten die ganze Zeit auf dem gleichen Niveau. Aber jetzt ist es klar, dass Aktivität oder deren Fehlen Synapsen stärken oder schwächen oder sogar die Anzahl und Struktur von Synapsen im Gehirn verändern kann. Je mehr eine Synapse verwendet wird, desto stärker wird sie und desto mehr Einfluss kann sie auf ihre benachbarten, postsynaptischen Neuronen ausüben.
Eine Art synaptischer Plastizität wird als Langzeitpotenzierung (LTP) bezeichnet. LTP tritt auf, wenn Gehirnzellen auf beiden Seiten einer Synapse wiederholt und beharrlich chemische Signale aushandeln und die Synapse im Laufe der Zeit stärken. Diese Stärkung führt zu einer verstärkten Reaktion in der postsynaptischen Zelle. Als solches verbessert LTP die Zellkommunikation, was zu einer schnelleren und effizienteren Signalübertragung zwischen Zellen an der Synapse führt. Neurowissenschaftler glauben, dass LTP dem Lernen und Gedächtnis in einem Bereich des Gehirns, dem Hippocampus, zugrunde liegt. Die Stärkung dieser Synapsen ermöglicht das Lernen und folglich die Bildung von Erinnerungen.
