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Einleitung
Die Architektur der Neuron
– Geburt
Migration
Differenzierung
der Tod
Hoffnung Durch Forschung
Einleitung
Bis vor kurzem die meisten Neurowissenschaftler dachten, wir wurden geboren mit all den Neuronen waren wir jemals haben werden., Als Kinder könnten wir einige neue Neuronen produzieren, um die Wege – sogenannte neuronale Schaltkreise-aufzubauen, die als Informationsautobahnen zwischen verschiedenen Bereichen des Gehirns fungieren. Wissenschaftler glaubten jedoch, dass das Hinzufügen neuer Neuronen den Informationsfluss stören und das Kommunikationssystem des Gehirns deaktivieren würde, sobald ein neuronaler Kreislauf vorhanden war.
1962 stellte der Wissenschaftler Joseph Altman diesen Glauben in Frage, als er Beweise für Neurogenese (die Geburt von Neuronen) in einer Region des erwachsenen Rattenhirns namens Hippocampus sah., Er berichtete später, dass neugeborene Neuronen von ihrem Geburtsort im Hippocampus in andere Teile des Gehirns wanderten. 1979 bestätigte ein anderer Wissenschaftler, Michael Kaplan, Altmans Befunde im Rattenhirn und 1983 fand er neuronale Vorläuferzellen im Vorderhirn eines erwachsenen Affen.
Diese Entdeckungen über die Neurogenese im erwachsenen Gehirn waren für andere Forscher überraschend, die nicht dachten, dass sie beim Menschen wahr sein könnten., Aber in den frühen 1980er Jahren schlug ein Wissenschaftler, der versuchte zu verstehen, wie Vögel singen lernen, vor, dass Neurowissenschaftler die Neurogenese im erwachsenen Gehirn erneut betrachten und anfangen zu sehen, wie es sinnvoll sein könnte. In einer Reihe von Experimenten zeigten Fernando Nottebohm und sein Forschungsteam, dass die Anzahl der Neuronen in den Vorderbeinen männlicher Kanarienvögel während der Paarungszeit dramatisch zunahm. Dies war die gleiche Zeit, in der die Vögel neue Lieder lernen mussten, um Frauen anzulocken.
Warum haben diese Vogelgehirne zu einer so kritischen Lernzeit Neuronen hinzugefügt?, Nottebohm glaubte, dass es daran lag, dass frische Neuronen dazu beitrugen, neue Songmuster in den neuronalen Schaltkreisen des Vorderhirns zu speichern, dem Bereich des Gehirns, der komplexe Verhaltensweisen steuert. Diese neuen Neuronen machten das Lernen möglich. Wenn Vögel neue Neuronen machten, um sich zu erinnern und zu lernen, dachte Nottebohm, dass auch das Gehirn von Säugetieren könnte.,
Andere Wissenschaftler glaubten, dass diese Ergebnisse nicht für Säugetiere gelten könnten, aber Elizabeth Gould fand später Hinweise auf neugeborene Neuronen in einem bestimmten Bereich des Gehirns bei Affen, und Fred Gage und Peter Eriksson zeigten, dass das erwachsene menschliche Gehirn neue Neuronen in einem ähnlichen Bereich produzierte.
Für einige Neurowissenschaftler ist die Neurogenese im erwachsenen Gehirn immer noch eine unbewiesene Theorie. Aber andere denken, dass die Beweise faszinierende Möglichkeiten über die Rolle von erwachsenen erzeugten Neuronen beim Lernen und Gedächtnis bieten.,
Die Architektur des Neurons
Das zentrale Nervensystem (einschließlich Gehirn und Rückenmark) besteht aus zwei Grundtypen von Zellen: Neuronen (1) und glia (4) & (6). Glia ist in einigen Teilen des Gehirns zahlreicher als Neuronen, aber Neuronen sind die Hauptakteure im Gehirn.
Neuronen sind Informationen boten., Sie verwenden elektrische Impulse und chemische Signale, um Informationen zwischen verschiedenen Bereichen des Gehirns und zwischen dem Gehirn und dem Rest des Nervensystems zu übertragen. Alles, was wir denken und fühlen und tun, wäre ohne die Arbeit von Neuronen und ihren Stützzellen, den Gliazellen Astrozyten (4) und Oligodendrozyten (6), unmöglich.
Neuronen haben drei grundlegende Teile: einen Zellkörper und zwei Erweiterungen, die als Axon (5) und Dendrit (3) bezeichnet werden. Innerhalb des Zellkörpers befindet sich ein Kern (2), der die Aktivitäten der Zelle steuert und das genetische Material der Zelle enthält., Das axon sieht aus wie ein langer Schwanz und überträgt Nachrichten aus der Zelle. Dendriten sehen aus wie die Zweige eines Baumes und empfangen Nachrichten für die Zelle. Neuronen kommunizieren miteinander, indem sie Chemikalien, sogenannte Neurotransmitter, über einen winzigen Raum, eine Synapse, zwischen den Axonen und Dendriten benachbarter Neuronen senden.
Es gibt drei Klassen von Neuronen:
- Sensorische Neuronen tragen Informationen von den Sinnesorganen (wie Augen und Ohren) zum Gehirn.
- Motoneuronen steuern freiwillige Muskelaktivität wie Sprechen und tragen Nachrichten von Nervenzellen im Gehirn zu den Muskeln.
- Alle anderen Neuronen werden Interneuronen genannt.
Wissenschaftler denken, dass Neuronen die vielfältigste Art von Zelle im Körper sind. Innerhalb dieser drei Klassen von Neuronen gibt es Hunderte verschiedener Typen mit jeweils spezifischen nachrichtentragenden Fähigkeiten.,
Wie diese Neuronen miteinander kommunizieren, indem sie Verbindungen herstellen, macht jeden von uns einzigartig darin, wie wir denken, fühlen und handeln.
Geburt
Inwieweit neue Neuronen im Gehirn entstehen, ist unter Neurowissenschaftlern umstritten. Obwohl die Mehrheit der Neuronen bereits zum Zeitpunkt unserer Geburt in unserem Gehirn vorhanden ist, gibt es Hinweise darauf, dass die Neurogenese (das wissenschaftliche Wort für die Geburt von Neuronen) ein lebenslanger Prozess ist.,
Neuronen werden in Bereichen des Gehirns geboren, die reich an Konzentrationen neuronaler Vorläuferzellen sind (auch neuronale Stammzellen genannt). Diese Zellen haben das Potenzial, die meisten, wenn nicht alle, der verschiedenen Arten von Neuronen und Glia im Gehirn zu erzeugen.
Neurowissenschaftler haben beobachtet, wie sich neuronale Vorläuferzellen im Labor verhalten. Obwohl dies möglicherweise nicht genau so ist, wie sich diese Zellen verhalten, wenn sie sich im Gehirn befinden, erhalten wir Informationen darüber, wie sie sich verhalten könnten, wenn sie sich in der Umgebung des Gehirns befinden.,
Die Wissenschaft der Stammzellen ist noch sehr neu und könnte sich mit zusätzlichen Entdeckungen ändern, aber Forscher haben genug gelernt, um beschreiben zu können, wie neuronale Stammzellen die anderen Zellen des Gehirns erzeugen. Sie nennen es die Abstammungslinie einer Stammzelle und es ist im Prinzip einem Stammbaum ähnlich.
Neuronale Stammzellen nehmen zu, indem sie sich in zwei teilen und entweder zwei neue Stammzellen oder zwei frühe Vorläuferzellen oder jeweils eine von ihnen produzieren.
Wenn sich eine Stammzelle teilt, um eine andere Stammzelle zu produzieren, soll sie sich selbst erneuern. Diese neue Zelle hat das Potenzial, mehr Stammzellen zu bilden.,
Wenn sich eine Stammzelle teilt, um eine frühe Vorläuferzelle zu produzieren, soll sie differenzieren. Differenzierung bedeutet, dass die neue Zelle in Form und Funktion spezialisierter ist. Eine frühe Vorläuferzelle hat nicht das Potenzial einer Stammzelle, viele verschiedene Zelltypen herzustellen. Es kann nur Zellen in seiner bestimmten Linie bilden.
Frühe Vorläuferzellen können sich selbst erneuern oder auf zwei Arten gehen. Ein Typ wird Astrozyten hervorrufen. Der andere Typ produziert letztendlich Neuronen oder Oligodendrozyten.,
Sobald ein Neuron geboren ist, muss es an den Ort im Gehirn reisen, an dem es seine Arbeit verrichtet.
Woher weiß ein Neuron wohin? Was hilft es, dorthin zu gelangen?
Wissenschaftler haben gesehen, dass Neuronen mindestens zwei verschiedene Methoden verwenden, um zu reisen:
- Einige Neuronen wandern, indem sie den langen Fasern von Zellen folgen, die als radiale Glia bezeichnet werden. Diese Fasern erstrecken sich von den inneren Schichten zu den äußeren Schichten des Gehirns. Neuronen gleiten entlang der Fasern, bis sie ihr Ziel erreichen.
- Neuronen reisen auch mit chemischen Signalen., Wissenschaftler haben spezielle Moleküle auf der Oberfläche von Neuronen gefunden – Adhäsionsmoleküle -, die mit ähnlichen Molekülen an nahe gelegenen Gliazellen oder Nervenaxonen binden. Diese chemischen Signale führen das Neuron zu seinem endgültigen Ort.
Nicht alle Neuronen sind auf ihrer Reise erfolgreich. Wissenschaftler denken, dass nur ein Drittel ihr Ziel erreicht. Einige Zellen sterben während des Prozesses der neuronalen Entwicklung.
Einige Neuronen überleben die Reise, landen aber dort, wo sie nicht sein sollten., Mutationen in den Genen, die die Migration steuern, erzeugen Bereiche falsch platzierter oder seltsam geformter Neuronen, die Störungen wie Epilepsie im Kindesalter verursachen können. Einige Forscher vermuten, dass Schizophrenie und die Lernstörung Legasthenie teilweise das Ergebnis fehlgeleiteter Neuronen sind.
Differenzierung
Sobald ein Neuron sein Ziel erreicht hat, muss es sich zur Arbeit niederlassen., Dieser letzte Schritt der Differenzierung ist der am wenigsten verstandene Teil der Neurogenese.
Neuronen sind für den Transport und die Aufnahme von Neurotransmittern verantwortlich-Chemikalien, die Informationen zwischen Gehirnzellen weitergeben.
Je nach Lokalisation kann ein Neuron die Aufgabe eines sensorischen Neurons, eines Motoneurons oder eines Interneurons erfüllen und spezifische Neurotransmitter senden und empfangen.,
Im sich entwickelnden Gehirn hängt ein Neuron von molekularen Signalen anderer Zellen wie Astrozyten ab, um seine Form und seinen Ort, die Art des Senders, den es produziert, und mit welchen anderen Neuronen es verbunden ist, zu bestimmen. Diese frisch geborenen Zellen stellen neuronale Schaltkreise – oder Informationspfade, die Neuron mit Neuron verbinden-her, die während des gesamten Erwachsenenalters vorhanden sein werden.
Aber im erwachsenen Gehirn sind bereits neuronale Schaltkreise entwickelt und Neuronen müssen einen Weg finden, sich anzupassen. Wenn sich ein neues Neuron ansiedelt, sieht es aus wie umgebende Zellen., Es entwickelt ein Axon und Dendriten und beginnt mit seinen Nachbarn zu kommunizieren.
Tod
Obwohl Neuronen die am längsten lebenden Zellen im Körper sind, sterben viele von ihnen während der Migration und Differenzierung.
Das Leben einiger Neuronen kann abnormale Wendungen nehmen. Einige Erkrankungen des Gehirns sind das Ergebnis des unnatürlichen Todes von Neuronen.,
– Bei der Parkinson-Krankheit sterben Neuronen, die den Neurotransmitter Dopamin produzieren, in den Basalganglien ab, einem Bereich des Gehirns, der die Körperbewegungen steuert. Dies führt zu Schwierigkeiten beim Auslösen der Bewegung.
– Bei der Huntington-Krankheit verursacht eine genetische Mutation eine Überproduktion eines Neurotransmitters namens Glutamat, der Neuronen in den Basalganglien abtötet. Infolgedessen drehen und schreiben sich die Menschen unkontrolliert.
– Bei der Alzheimer-Krankheit bauen sich ungewöhnliche Proteine in und um Neuronen im Neokortex und Hippocampus auf, Teile des Gehirns, die das Gedächtnis kontrollieren., Wenn diese Neuronen sterben, verlieren die Menschen ihre Erinnerungsfähigkeit und ihre Fähigkeit, alltägliche Aufgaben zu erledigen. Körperliche Schäden am Gehirn und anderen Teilen des Zentralnervensystems können auch Neuronen töten oder deaktivieren.
– Schläge auf das Gehirn oder die durch einen Schlaganfall verursachten Schäden können Neuronen direkt töten oder sie langsam von dem Sauerstoff und den Nährstoffen verhungern lassen, die sie zum Überleben benötigen.
– Eine Rückenmarksverletzung kann die Kommunikation zwischen Gehirn und Muskeln stören, wenn Neuronen ihre Verbindung zu Axonen verlieren, die sich unterhalb der Verletzungsstelle befinden., Diese Neuronen können noch leben, aber sie verlieren ihre Fähigkeit zu kommunizieren.
Hoffe durch Forschung
Wissenschaftler hoffen, dass sie durch das Verständnis von mehr über das Leben und den Tod von Neuronen neue Behandlungen und möglicherweise sogar Heilmittel für Gehirnerkrankungen und-störungen entwickeln können, die das Leben von Millionen von Amerikanern betreffen.
Die aktuellste Forschung legt nahe, dass neuronale Stammzellen viele, wenn nicht alle der verschiedenen Arten von Neuronen im Gehirn und im Nervensystem erzeugen können., Das Lernen, wie man diese Stammzellen im Labor in bestimmte Neuronentypen manipuliert, könnte eine neue Versorgung mit Gehirnzellen erzeugen, um diejenigen zu ersetzen, die gestorben sind oder beschädigt wurden.
Therapien könnten auch geschaffen werden, um Wachstumsfaktoren und andere Signalmechanismen im Gehirn zu nutzen, die Vorläuferzellen anweisen, neue Neuronen zu bilden. Dies würde es ermöglichen, das Gehirn von innen zu reparieren, umzugestalten und zu erneuern.,
Für Informationen zu anderen neurologischen Störungen oder Forschungsprogrammen, die vom National Institute of Neurological Disorders and Stroke finanziert werden, wenden Sie sich an das Brain Resources and Information Network (BRAIN) des Instituts unter:
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