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Decoded: Neurone, die Autobahnen des Nervensystems

Unser Gehirn besteht aus Milliarden von Nervenzellen, die ständig Informationen austauschen. Sie ermöglichen uns etwa zu gehen oder zu riechen. Wie sie das schaffen, erklärt das Video.
Decoded: Neurone

Nervenzellen, auch Neurone genannt, verarbeiten Informationen im Nervensystem. Neurone gibt es im ganzen Körper – allein im Gehirn sind es rund 86 Milliarden. Über dünne Fortsätze schicken sie elektrische oder chemische Signale hin und her. Immer wenn wir etwas sehen oder hören, leiten Tausende von Sinneszellen die Eindrücke an das Rückenmark und das Gehirn. Dort werden die Reize weiterverarbeitet, so dass sie einen Sinn ergeben. Dann können wir passend auf sie reagieren.

Das Gehirn fasziniert die Menschen seit jeher: Schon vor 4000 Jahren beschrieb das wohl älteste wissenschaftliche Dokument Hirnverletzungen.

Das Gehirn ist extrem schwierig zu untersuchen. Eine Gewebeprobe sieht unter dem Mikroskop erst einmal so aus wie ein verworrenes Netz aus Zellen. Im Jahr 1873 entwickelte der italienische Arzt Camillo Golgi eine Methode, um Hirnschnitte anzufärben. Das Bild unterm Mikroskop bekam so viel mehr Details. Der spanische Forscher Santiago Ramón y Cajal fand mit Golgis Methoden heraus, dass das Hirngewebe aus einzelnen verbundenen Zellen besteht – den Neuronen. Cajals Entdeckungen bildeten die Grundlage für die Neurowissenschaften des folgenden Jahrhunderts. Er und Golgi teilten sich im Jahr 1906 den Nobelpreis für Medizin.

© Spektrum der Wissenschaft/Scientific American
Nervenzellen, Kommunikationsleitungen des Gehirns
Die meisten Neurone haben Menschen von Geburt an. Zugleich verändert sich das Gehirn ständig: Die kleinen Zellen verdrahten es immer wieder neu. Dadurch kann man sich Neues merken und an Erlebtes erinnern.

Was genau ist ein Virus? Wie lernen Maschinen? Und was passiert in einem Schwarzen Loch? In der Videoserie »Decoded« von »Scientific American« und »Spektrum der Wissenschaft« entschlüsseln wir grundlegende Fragen aus Forschung und Wissenschaft.

See the English-language version at »Scientific American«.

Neurone sind winzige Bausteine in einem riesigen System. Das Besondere an ihnen ist, dass sie über kleine Lücken hinweg miteinander kommunizieren können, die Synapsen. Je häufiger Synapsen Signale übertragen, desto besser werden sie darin. Das geschieht andauernd und überall im Gehirn. So verdrahtet sich das Gehirn ständig neu. Diese grundlegende Fähigkeit des Gehirns, sich zu verändern, heißt Neuroplastizität. Sie ist die Voraussetzung dafür, dass wir etwas lernen und Erinnerungen bilden können.

Der Mensch hat die meisten seiner Neurone von Geburt an. Sie entstehen aus Stammzellen und teilen sich auf verschiedene Hirnregionen auf, wo sie ihre jeweiligen Aufgaben erfüllen. Während das Gehirn sich entwickelt, kappt es überflüssige Neurone und ihre Verbindungen. Nur die stärksten bleiben übrig. Einige von ihnen werden Teil des Geruchssinns, andere ermöglichen uns, uns zu bewegen. Im Gegensatz zu anderen Zellen, die sich regelmäßig erneuern und irgendwann absterben, überleben die meisten Neurone ein Leben lang. Zumindest im Idealfall.

Neurone in ungenutzten Hirnregionen sterben ab. Wer etwa nie wieder vor die Tür geht, würde wahrscheinlich die Neurone verlieren, die an der räumlichen Orientierung beteiligt sind. Sterben Neurone im großen Stil ab, gehen grundlegende Hirnfunktionen und motorische Fähigkeiten verloren. Das ist bei Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson der Fall: Die Nervenzellen funktionieren nicht mehr richtig und sterben daraufhin ab. Es gibt Hinweise darauf, dass diese Krankheiten durch Proteinverklumpungen im Gehirn verursacht werden. Die auslösenden Mechanismen werden noch erforscht. Sie könnten dabei helfen, wirksame Medikamente zu entwickeln – von denen gibt es bisher kaum welche.

Neurologische Veränderungen müssen nicht für immer bleiben. Studien deuten darauf hin, dass sich das Gehirn von Erwachsenen nicht nur ständig anpasst, es kann auch neue Neurone bilden. Dieser Vorgang wird Neurogenese genannt. Forscher untersuchen derzeit, bis zu welchem Grad er bei Erwachsenen stattfindet. Denn: Neurogenese könnte wichtig für ein gesundes Gehirn sein.

Neurone geben Informationen in Form elektrischer Signale weiter. Deshalb lassen sich die Schaltkreise im Gehirn mit elektrischen Stimulationen beeinflussen: Durch gezielte Reize können gelähmte Muskeln wieder bewegt und chronische Schmerzen gelindert werden. Auch private Unternehmen bieten Geräte an, die das Gehirn stimulieren. Angeblich verbessern sie die Lernfähigkeit und das Gedächtnis der Nutzer. Allerdings ist bisher nicht geklärt, was genau wirkt: die Stromstöße oder der Placeboeffekt. Dem eigenen Gehirn Stromstöße zu verpassen ist vielleicht nicht ungefährlich. Das beste Nerventraining bietet daher immer noch herkömmliches Lernen.

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