Neuronale Informationsverarbeitung

• Beispiel: Berührung am Arm
• Rezeptoren/Sinneszellen in der Haut führen zu einem Potenzial an einer Nervenzelle
• Dendriten leiten elektrisches Potenzial zum Zellkörper weiter
• Ist der Reiz stark genug (z.B. starkes Antippen) entsteht ein Aktionspotenzial am Axonhügel
• Dieses Signal wird entlang des Axons zum synaptischen Endknöpfchen weitergeleitet
• An der chemischen Synapse wird dann das elektrische Signal (Aktionspotenzial) in ein chemisches Signal umgewandelt ➜ synaptische Endknöpfchen schütten Neurotransmitter aus
• Die Transmitter binden an Rezeptoren auf der postsynaptischen Seite und erzeugen wiederum ein elektrisches Signal in der nächsten Zelle
• Das Zusammenspiel von Erregung und Hemmung von Neuronen ist wichtig für die Informationsverarbeitung im Gehirn
• Neuronale Netzwerke sind in der Lage, Informationen zu verarbeiten und zu speichern, indem sie Muster erkennen und assoziative Verknüpfungen zwischen ihnen bilden
• Das menschliche Gehirn ist in verschiedene Bereiche unterteilt, die spezialisiert sind auf verschiedene Funktionen wie Wahrnehmung, Bewegung und Kognition
• Die plastischen Eigenschaften des Gehirns ermöglichen es ihm, sich an neue Erfahrungen und Veränderungen anzupassen und zu lernen
• Neurotransmitter spielen eine wichtige Rolle in der Modulation der neuronalen Aktivität und sind oft das Ziel von Medikamenten zur Behandlung neurologischer Erkrankungen
• Nach der Reizverarbeitung sendet das Gehirn ggf. einen Reiz an ein oder mehrere Effektororgan(e) z.B. eine Anweisung an die Beugemuskeln in den Beinen und den Armen: Die Person geht einen Schritt zur Seite und grüßt die Person, die sie berührt hat

Informationsaufnahme:

• Dendriten nehmen Informationen auf
• Informationen werden als Reize bezeichnet
• Reize können das Membranpotenzial erhöhen (Depolarisierung) oder erniedrigen (Hyperpolarisierung)
• Membranpotenzial erhöhende Reize sind erregend, erniedrigende Reize sind hemmend

Informationsverarbeitung:

• Informationsverarbeitung findet am Soma statt
• Depolarisierungen und Hyperpolarisierungen von den Dendriten treffen am Soma zusammen
• Es erfolgt eine Verrechnung der eintreffenden Signale am Soma
• Endergebnis entscheidet, ob und mit welcher Frequenz am Axonhügel Aktionspotenziale entstehen (z.B. 4 Depolarisationen (erregend) + 2 Hyperpolarisationen (hemmend) = Betragsmäßig 2 Erregungen)

Informationsweiterleitung:

• Bildung eines Aktionspotenzials erfolgt, wenn das Membranpotenzial am Axonhügel den Schwellenwert überschreitet
• Aktionspotenziale sind schnelle und starke Depolarisierungen des Membranpotenzials
• Erhöhung des Membranpotenzials von -70 mV auf +30 mV erfolgt innerhalb von 1 ms, Rückbildung erfolgt innerhalb weniger Millisekunden
• Aktionspotenziale werden verlustfrei vom Axonhügel bis zum synaptischen Endknöpfchen weitergeleitet
• Die Anzahl der generierten Aktionspotenziale pro Sekunde (= Frequenz) hängt vom Schwellenwert des Membranpotenzials ab: bei einem geringen Überschreiten des Schwellenwertes resultiert eine geringe Aktionspotenzialfrequenz, bei einem deutlichen Überschreiten eine hohe Aktionspotenzialfrequenz
• Aktionspotenzialfrequenz dient der Codierung von Informationen

Informationsübertragung:

• Beim Eintreffen eines Aktionspotenzials werden an den synaptischen Endknöpfchen Neurotransmitter freigesetzt
• Die Neurotransmitter wirken auf die nächste Nervenzelle als chemischer Reiz, der in ein elektrisches Potenzial umgewandelt wird, sie können erregend oder hemmend (erregende und hemmende Synapsen) wirken