Wie Neuronen Signale senden: Aktionspotenziale und Synapsen

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Eine Kette aus drei Neuronen leitet elektrische Signale entlang der Axone und chemische Signale über Synapsen weiter. Ein Live-Diagramm zeigt das Membranpotenzial des gewählten Neurons mit Ruhepotenzial, Schwellenwert und den Phasen des Aktionspotenzials. Die Schülerinnen und Schüler verändern Reizstärke, Schwellenwert, Pulsfrequenz, Transmitterfreisetzung und Myelinisierung und sehen, wie sich jede Größe auf das Signal auswirkt.

Lektion: Neuronen liegen im Ruhezustand bei etwa -70 mV. Ein Reiz, der das Membranpotenzial bis zum Schwellenwert (etwa -55 mV) anhebt, löst ein Aktionspotenzial aus. Na+-Kanäle öffnen sich und das Zellinnere wird positiv (Depolarisation, bis etwa +40 mV). Danach öffnen sich K+-Kanäle und das Potenzial sinkt wieder (Repolarisation), wobei es kurz unter das Ruheniveau fällt. Während der anschließenden Refraktärzeit kann ein neuer Reiz kein weiteres Aktionspotenzial auslösen, sodass sich das Signal nur vorwärts entlang des Axons ausbreitet. Aktionspotenziale folgen dem Alles-oder-Nichts-Prinzip: Ein stärkerer Reiz macht ein Aktionspotenzial nicht höher, sondern sorgt dafür, dass es häufiger auftritt. Myelin isoliert das Axon, sodass sich das Signal schneller ausbreitet. An der Synapse überquert der Neurotransmitter den synaptischen Spalt und bindet an Rezeptoren des nächsten Neurons. Wird zu wenig freigesetzt, bleibt das nächste Neuron unter dem Schwellenwert und feuert nicht.

Von einer Lehrkraft mit der KI von Simulic erstellt und vom Simulic-Team geprüft.