Neuronen kommunizieren über Aktionspotenziale – kurze, alles-oder-nichts elektrische Impulse, die sich ohne Abschwächung entlang des Axons fortpflanzen. Dieser elektrochemische Prozess beruht auf Ionengradienten und spannungsgesteuerten Kanälen.
- Ruhemembranpotential (~ -70 mV): Aufrechterhalten durch Na⁺/K⁺-ATPase (3 Na⁺ raus, 2 K⁺ rein) und Leckkanäle. Innen negativ relativ zu außen; hohe [K⁺] innen, hohe [Na⁺] außen.
- Depolarisation (steigende Phase): Reiz öffnet spannungsgesteuerte Na⁺-Kanäle → Na⁺-Instrom → Membranpotential steigt schnell auf +30 mV.
- Repolarisation (fallende Phase): Na⁺-Kanäle inaktivieren; spannungsgesteuerte K⁺-Kanäle öffnen → K⁺-Ausstrom → Membranpotential kehrt zu negativ zurück.
- Hyperpolarisation (Unterschwung): K⁺-Kanäle schließen langsam; Membran kurzzeitig negativer als Ruhespannung.
- Refraktärzeiträume: Absolut (Na⁺-Kanäle inaktiviert – kein neues AP möglich); Relativ (K⁺-Leitfähigkeit hoch – stärkerer Reiz benötigt).
- Fortpflanzung: Lokale Ströme depolarisieren benachbarte Membran, öffnen Na⁺-Kanäle sequenziell. Bei myelinisierten Axonen springt saltatorische Leitung zwischen Ranvierschen Schnürringen (schnell, energieeffizient).
- Synaptische Übertragung: AP erreicht Axonterminal → spannungsgesteuerte Ca²⁺-Kanäle öffnen → Ca²⁺-Instrom → Vesikelverschmelzung → Neurotransmitterfreisetzung in synaptischen Spalt → bindet an Rezeptoren auf postsynaptischer Zelle → erregendes oder hemmendes postsynaptisches Potenzial.
Dieser elegante Mechanismus liegt aller neuronalen Kommunikation zugrunde – Empfindung, Bewegung, Gedanke und Gedächtnis.
