Ein Neuron (eine Nervenzelle) ist der Grundbaustein des Nervensystems. Wenn Neuronen Signale durch den Körper übertragen, beinhaltet ein Teil des Übertragungsprozesses einen elektrischen Impuls, der als Aktionspotential bezeichnet wird.
Dieser Prozess, der während des Abfeuerns der Neuronen stattfindet, ermöglicht es einer Nervenzelle, ein elektrisches Signal durch das Axon (einen Teil des Neurons, der Nervenimpulse vom Zellkörper weg transportiert) zu anderen Zellen zu übertragen. Dies sendet eine Nachricht an die Muskeln, um eine Reaktion zu provozieren.
Angenommen, Sie möchten ein Glas hochheben, damit Sie einen Schluck Wasser trinken können. Das Aktionspotential spielt eine Schlüsselrolle bei der Übertragung dieser Botschaft vom Gehirn auf die Hand.
Vor dem Aktionspotential
Wenn ein Neuron keine Signale sendet, ist das Innere des Neurons relativ zur positiven Ladung außerhalb der Zelle negativ geladen.
Elektrisch geladene Atome, die als Ionen bekannt sind, halten das positive und negative Ladungsgleichgewicht aufrecht. Calcium enthält zwei positive Ladungen, Natrium und Kalium enthalten eine positive Ladung und Chlorid enthält eine negative Ladung.
Im Ruhezustand lässt die Zellmembran des Neurons bestimmte Ionen durch, während andere Ionen daran gehindert oder eingeschränkt werden, sich zu bewegen. In diesem Zustand können Natrium- und Kaliumionen die Membran nicht leicht passieren. Chloridionen können jedoch die Membran frei passieren. Die negativen Ionen innerhalb der Zelle können die Barriere nicht überwinden.
Das Ruhepotential des Neurons bezieht sich auf die Differenz zwischen der Spannung innerhalb und außerhalb des Neurons. Das Ruhepotential des durchschnittlichen Neurons beträgt etwa -70 Millivolt, was darauf hinweist, dass das Innere der Zelle 70 Millivolt weniger beträgt als das Äußere der Zelle.
Zu diesem Zeitpunkt hat das Gehirn noch nicht die Nachricht an die Hand gesendet, das Glas aufzuheben, aber das Neuron ist bereit, das Signal zu empfangen.
Während des Aktionspotentials
Sie haben sich entschieden, dass Sie durstig sind und etwas Wasser trinken möchten. Ihr Gehirn startet die Ereigniskette, um den Muskeln in Ihrer Hand eine Nachricht zu senden, dass Sie das Glas aufheben müssen.
Wenn ein Nervenimpuls (so kommunizieren Neuronen miteinander) von einem Zellkörper ausgesendet wird, öffnen sich die Natriumkanäle in der Zellmembran und die positiven Natriumzellen strömen in die Zelle.
Sobald die Zelle einen bestimmten Schwellenwert erreicht, wird ein Aktionspotential ausgelöst, das das elektrische Signal durch das Axon sendet. Die Natriumkanäle spielen eine Rolle bei der Erzeugung des Aktionspotentials in erregbaren Zellen und bei der Aktivierung einer Übertragung entlang des Axons.
Aktionspotentiale treten entweder auf oder nicht; es gibt kein "partielles" Feuern eines Neurons. Dieses Prinzip ist als Alles-oder-nichts-Gesetz bekannt.
Das bedeutet, dass Neuronen immer mit ihrer vollen Stärke feuern. Dadurch wird sichergestellt, dass die volle Intensität des Signals durch die Nervenfaser geleitet und an die nächste Zelle übertragen wird und das Signal nicht abschwächt oder verloren geht, je weiter es sich von der Quelle entfernt.
Die Nachricht vom Gehirn wandert nun über die Nerven zu den Muskeln in der Hand.
Nach dem Aktionspotential
Nachdem das Neuron gefeuert hat, gibt es eine Refraktärzeit, in der ein weiteres Aktionspotential nicht möglich ist. Die Refraktärzeit dauert im Allgemeinen eine Millisekunde.
Während dieser Zeit öffnen sich die Kaliumkanäle wieder und die Natriumkanäle schließen sich, wodurch das Neuron allmählich zu seinem Ruhepotential zurückkehrt. Sobald sich das Neuron "aufgeladen" hat, kann ein weiteres Aktionspotential auftreten und das Signal über die Länge des Axons übertragen.
Durch diesen kontinuierlichen Prozess des Feuerns und dann des Wiederaufladens sind die Neuronen in der Lage, die Nachricht vom Gehirn zu übertragen, um den Muskeln zu sagen, was sie tun sollen, um das Glas zu halten, einen Schluck zu nehmen oder es abzustellen.