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Dendriten: Die Antennen der Nervenzellen

Um Signale empfangen, verarbeiten und filtern zu können, ­verfügt jede Nervenzelle über Dendriten. Diese "Antennen" sind ­äußerst filigrane Strukturen - und arbeiten verblüffend vielseitig
DendritenLaden...

Satellitenschüsseln, Radioantennen an Autos und die Antenne im Laptop für das drahtlose Internetsignal – wir sind von unzähligen Antennen umgeben. Die Gehäuse unserer Handys wirken ebenfalls als Antennen; Ingenieure haben erstaunlich viele Varianten erfunden, elektromagnetische Signale zu empfangen.

Ähnlich wie Handys, Autos und Wolkenkratzer besitzen die Nervenzellen in unseren Gehirnen spezielle Strukturen, um Signale einzufangen: die Dendriten. Auch diese Empfangsbauteile kommen in überraschend vielen Größen und Formen vor. Allerdings, und hier endet die Analogie, empfangen Dendriten keine elektromagnetischen Wellen, sondern chemische Signale, die ihnen andere Nervenzellen mittels spezieller Verbindungen schicken, den Synapsen. Und nach hunderten Millionen Jahren Evolution können diese Strukturen auch viel mehr, als synaptische Signale einfach einzusammeln. Sie wirken als eigenständige Informationsverarbeitungssysteme.

Die Schönheit der Dendriten beeindruckte schon den spanischen Mediziner Santiago Ramón y Cajal (1852-1934), der Ende des 19. Jahrhunderts einzelne Nervenzellen angefärbt und unter dem Mikroskop be­tr­achtet hatte. Seine Zeichnungen offenbaren das komplexe Netzwerk der dendritischen Verzweigungen.

Um die Arbeitsweise der neuronalen Empfänger besser zu verstehen, müssen wir sie uns ein wenig näher anschauen: Die feinsten dendritischen Verästelungen, die seitlich aus den dickeren Hauptästen sprießen, sind bis zu 0,1 Mikrometer dick – also etwa ein Tausendstel so dick wie ein menschliches Haar – und auch nur ­wenige Mikrometer lang. Große Nervenzellen wie die Purkinje-Zellen im Kleinhirn besitzen Tausende dieser Dornfortsätze oder "Spines" (englisch für Dornen). Mit seinem weit verzweigten Dendritenbaum weist ein Neuron eine deutlich größere Oberfläche auf als eine kugelförmige Zelle mit dem gleichen Volumen, bietet für Nachbarzellen also viel Platz zum Andocken.

Unter dem Elektronenmikroskop offenbart sich, ­wo­raus die schwarzen Äste in Ramón y Cajals Zeich­nun­gen bestehen ...

© Tiago Branco
Schwache Nervenzellerregung
Signale, die zuerst die inneren Spines eines Dendriten erreichen, führen zu einer schwachen Aktivierung der Nervenzelle. Die Zellerregung wurde mit einem durch Kalzium aktivierten Fluoreszenzfarbstoff sichtbar gemacht. Der Zellkörper des Neurons liegt unten.
© Tiago Branco
Starke Nervenzellerregung
Signale, die zuerst die äußeren Spines eines Dendriten erreichen, führen zu einer starken Aktivierung der Nervenzelle. Die Zellerregung wurde mit einem durch Kalzium aktivierten Fluoreszenzfarbstoff sichtbar gemacht. Der Zellkörper des Neurons liegt unten.
11/2015

Dieser Artikel ist enthalten in Gehirn&Geist 11/2015

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  • Quellen

Branco, T. et al.: Dendritic Discrimination of Temporal Input Sequences in Cortical Neurons. In: Science 329, S. 1671-1675, 2010

Magee, J. C.: Dendritic Ih Normalizes Temporal Summation in Hippocampal CA1 Neurons. In: Nature Neuroscience 2, S. 508-514, 1999

Schiller, J. et al.: NMDA Spikes in Basal Dendrites of Cortical Pyramidal Neurons. In: Nature 404, S. 285-289, 2000

Stuart G. et al. (Hg.): Dendrites. Oxford University Press, New York 2007

Stokes, C. C. A. et al.: Single Dendrite-Targeting Interneurons Generate Branch-Specific Inhibition. In: Frontiers in Neural Circuits 8, 139, 2014

Torben-Nielson, B., Stiefel, K. M.: Systematic Mapping between Dendritic Function and Structure. In: Network. Computation in Neural Systems 20, S. 69-105, 2009