Neuron

Zusammenfassung

  1. Die Nervenzelle kann als Grundelement unseres Gehirns verstanden werden.
  2. Jede Nervenzelle steht mit anderen Nervenzellen in Beziehung
  3. Die Nervenzelle kann als Schalter verstanden werden, der einen elektrischen Impuls an andere Nervenzellen weiterleitet.

Aufbau der Nervenzelle

Unser Gehirn besteht aus ca. 200 Milliarden bis einer Billion Nervenzellen1) oder Neuronen. Sie bilden damit die Grundelemente für die Funkton unseres Gehirns. Jedes Neuron verfügt neben dem Zellkern über baumartige Zellfortsätze. Man unterscheidet zwischen Dendriten (von griechisch Baum) und Axonen, durch die das Neuron mit anderen Neuronen verbunden ist. Neuronen sind durchschnittlich mit 1000-10.000 anderen Neuronen verbunden, so dass die Neuronen zusammen ein großes Netzwerk bilden, das (neuronales Netz).

Das Axon oder die Nervenleitung. ist die Outputleitung des Neurons, durch die es Signale an andere Neuronen weitergibt. Auch das Axon kann sich wie die Dendriten verzweigen und an seinem Ende sitzen die Synapsen, durch die das Neuron mit den Dendriten anderer Neuronen oder direkt mit der Zellmembran eines Neurons verbunden ist. Dendriten kann man deshalb als die Inputleitung des Neurons bezeichnen. Schematisch kann man den Aufbau einer Zelle also so formulieren:

  • Dateninput via Zellmembran oder Dendriten
  • Datentweiterleitung via Axon
  • Datenoutput über die Synapsen am Ende des Axons an andere Neuronen.

Reizweiterleitung

Im Ruhezustand besteht vom Zellkern zur Zellmembran und vom Kern des Axons zu seiner Hülle eine Potentialdifferenz von rund -70 Milivolt . Dieses Potential entsteht dadurch, dass das Neuron positiv geladene Ionen (Kalium+, Natrium+) durch die Zellmembran nach außen pumpt. Bei einem Impuls werden diese positiv geladenen Ionen angeregt in das Zellinnere zurückzukehren, so dass sich kurzfristig eine Potientalveränderung von 100 Milivolt einstellt ( von -7o mV auf +30mV im Zellkern).

Die Synapsen

Die Synapsen sind die Verbindungstellen zwischen zwei Neuronen. Die Neuronen sind jedoch nicht direkt miteinander verbunden, sondern sind durch den synaptischen Spalt voneinander getrennt (Breite ca. 20 Nanometer). Der Nervenimpuls überwindet diesen Spalt durch den Einsatz von Neurotransmittern. Diese Moleküle können die chemische Weitergabe des Signals sowohl beschleunigen (exzitatorisch) als auch hemmen (inhibitorisch). Die chemischen Prozesse an den Synapsen sind noch nicht vollständig erforscht. Es zeigt sich jedoch, dass es zwischen zwei Neuronen, die gleichzeitig angeregt sind, zu einer Ver-stärkung der Übertragungsfähigkeit an der sie verbindenden Synapse kommt. („What fires together, wires together“), die sogenannte Hebbsche Lernrgegel.12  Diese Übertragungsfähigkeit ist das chemische Gedächtnis des Gehirns. Das Gehirn merkt sich dadurch, welche Neuronen schon einmal gemeinsam aktiviert waren. Wird in Zukunft ein Neuron aktiviert, so wird durch die verbesserte Übertragungsfähigkeit der Synapsen auch das andere Neuron mitaktiviert.

Das Neuron als elektronischer Schalter

Damit lässt sich das Neuron als elektronischer Schalter verstehen. Es erhält eine Vielzahl von Eingangsimpulsen. Diese können entweder „0“ sein, wenn sich das Axon des verbundenen Neurons im Ruhezustand befindet oder „1“, wenn das Axon einen Nervenimpuls weiterleitet. Ist die Summe der Eingangssignale stark genug, wird das Neuron selbst angeregt und gibt über sein Axon den Impuls an andere Neuronen weiter. Entscheidend ist dabei die chemische Konfiguration der Synapsen. Sie können den Impuls entweder hemmen oder verstärken. Schon einmal gleichzeitig aktivierte Neuronen weisen dabei eine stärkere Verbindung auf.Die Veränderung der Signalweitergabe an den Synapsen wird dabei als Synapsengewicht bezeichnet. Man kann sie mit einem Wert von „- 1“ bis „1“ angeben.

/

SynapsengewichtWirkung
1Impuls wird vollständig weitergegeben
0 bis 1Impuls wird entsprechend abgeschwächt
0Impuls wird neutralisiert
-1 bis 0Impuls wirkt hemmend

nicht überschritten verharrt es in seinem Ruhezustand.15 Die Beschreibung der Nervenzelle als einfacher Schalter ist jedoch eine Vereinfachung. Die Vorgänge innerhalb der Nervenzelle lassen sich nur unzureichend mit Modellen der klassischen deterministischen Mechanik beschreiben, vielmehr müssen Modelle der Quantenphysik16 hinzugezogen werden, um eine adäquate Beschreibung zu liefern.17  Für die Simulation einfacher Gehirnfunktionen reicht die Simulation der Nervenzelle durch das Modul „Schalter“ wohl aus, für kompliziertere Simulationen, etwa für die Simulation des menschlichen Bewusstseins, müssen wir aber mit der Unzulänglichkeit dieser Simulation rechnen. Mit Hilfe der Annahme, dass das Neuron als Schalter funktioniert, lassen sich Gehirnfunktionen als neuronale Netze in Computerprogrammen simulieren, indem man ihre Funktionsweise nachbaut.

Gehirnströme oder die Feuerfrequenz der Neuronen

Die Schaltfrequenz der Neuronen lassen sich als Gehirnströme messen. Sie geben darüber Auskunft, in welchem Zustand sich das Gehirn befindet.

FrequenzbandFrequenzZustand
Delta0,5-4 HzTiefschlaf, Trance
Theta niedrig4-6,5 HzHypnagogisches Bewusstsein (Einschlafen) Hypnose, Wachträumen
Theta hoch6,5-8 HzTiefe Entspannung, Meditation, Wachträumen
Alpha8-13 HzLeichte Entspannung, Super Learning, nach innen gerichtete Aufmerksamkeit
Beta niedrig13-15 HzEntspannte nach außen gerichtete Aufmerksamkeit
Beta mittel15-21 Hz
Beta hoch21-38 HzHektik, Stress, Angst oder Überaktivierung
Gamma38-70 HzAnspruchsvolle Tätigkeit mit hohem InformationsflussBei niedrigen Frequenzen

Es ist ist interessant, dass es im Bereich der hohen Betafreqzenz (21-38Hz) eine Zone der Überaktivierung gibt, die sich durch Hektik, Stress, Angst und sprunghafte Gedankenführung auszeichnet. Diesen Zustand gilt es zu vermeiden. 

Darüber gib es allerdings noch den Bereich der Gammafrequenz (38-70Hz), der sich bei anspruchsvollen geistigen Tätigkeiten und z.B. auch bei der Meditation einstellt.21

Durch meditative Techniken lässt sich also der Bewusstseinszustand verschieben entweder durch eine Deaktivierung oder Verlangsamung (Entschleunigung) der Gehirnströme, z.B. durch eine Atemübung. Hier sind es die Alphafrequenz (8-13Hz) und die Theta -2-Frequenz (6,5-8 Hz), die zu einer Entspannung und zu einer erhöhten Kreativität und Aufmerksamkeit führen.

Es ist aber genauso möglich durch Meditation in den hochfrequenten Gammabereich zu kommen, um eine Menge von Daten zu bewältigen und um Transformationen und neuronale Neuorganisationen durchzuführen. Dies wäre also eine bewusste Beschleunigung der Hirntätigkeit.