Neuronale Entladung: Das All-oder-Nichts-Prinzip des Aktionspotenzials

Neuronen kommunizieren über Aktionspotenziale – kurze, stereotypische elektrische Impulse, die sich entlang der Axone ohne Abschwächung fortpflanzen. Ein grundlegendes Prinzip, das diese Signalgebung regelt, ist das All-oder-Nichts-Gesetz.

Das All-oder-Nichts-Gesetz

• Schwelle: Wenn das Membranpotential bis zu einer kritischen Schwelle (typischerweise etwa –55 mV) depolarisiert, öffnen sich spannungsgesteuerte Na⁺-Kanäle explosiv.
• Vollständige Antwort: Ein Aktionspotential feuert mit seiner vollen, charakteristischen Amplitude (~100 mV) und Dauer (~1–2 ms).
• Kein teilweises Feuern: Wenn die Schwelle nicht erreicht wird, tritt kein Aktionspotential auf – es gibt kein „kleines“ oder „teilweises“ Aktionspotential.
• Stimulusunabhängigkeit: Sobald die Schwelle erreicht ist, sind Amplitude und Form des Aktionspotentials unabhängig von der Reizstärke. Ein stärkerer Reiz erzeugt keinen größeren Spike.

Warum das wichtig ist

• Zuverlässige Fernübertragung: Das Signal degradiert nicht mit der Entfernung (im Gegensatz zu gradierten Potentialen).
• Digitale Kodierung: Informationen werden in der Frequenz (Rate) der Aktionspotenziale kodiert, nicht in ihrer Größe. Höhere Reizintensität → höhere Feuerrate.
• Refraktärzeiten (absolut und relativ) gewährleisten eine unidirektionale Fortpflanzung und begrenzen die maximale Feuerrate.

Gradierte Potentiale vs. Aktionspotenziale

Das All-oder-Nichts-Prinzip ist das Fundament der Neuralkodierung: Das Nervensystem spricht eine binäre Sprache von Spikes, wobei die Bedeutung im Timing und Muster liegt, nicht in der Amplitude.