Neuronale Netze - D. Kriesel

2.2.2.1 Neuronen erhalten ein elektrisches Membranpotential aufrecht
Ein grundlegender Aspekt ist, dass die Neurone gegenüber ihrer Umwelt eine elektrische
Ladungsdifferenz, ein Potential aufweisen. Innerhalb der Membran (=Hülle) des
Neurons herrscht also eine andere Ladung vor als außen. Diese Ladungsdifferenz ist
ein zentraler Begriff, den man braucht, um die Vorgänge im Neuron zu verstehen, wir
nennen sie Membranpotential. Das Membranpotential, also der Ladungsunterschied,
entsteht durch mehrere Arten geladener Atome (Ione), die innerhalb und außerhalb
des Neurons unterschiedlich hoch konzentriert sind. Wenn wir von innen nach außen
durch die Membran stoßen, werden wir bestimmte Arten Ione häufiger oder weniger
häufig vorfinden als innen, wir nennen diesen Abfall oder Anstieg der Konzentration
einen Konzentrationsgradienten.
Betrachten wir das Membranpotential zunächst für den Ruhezustand des Neurons, nehmen
wir also an, es treffen gerade keine elektrischen Signale von außen ein. In diesem
Fall beträgt das Membranpotential −70 mV. Da wir gelernt haben, dass dieses Potential
von Konzentrationsgradienten verschiedener Ionen abhängt, ist natürlich eine zentrale
Frage, wie diese Konzentrationsgradienten aufrecht erhalten werden: Normalerweise
herrscht ja überall Diffusion vor, also sind alle Ionen bestrebt, Konzentrationsgefälle
abzubauen und sich überall gleichmäßig zu verteilen. Würde das passieren, würde das
Membranpotential gegen 0 mV gehen, schlussendlich würde also kein Membranpotential
mehr vorhanden sein. Das Neuron erhält sein Membranpotential also aktiv aufrecht,
um Informationsverarbeitung betreiben zu können. Wie geht das vonstatten?
Das Geheimnis liegt in der Membran selbst, die für manche Ione durchlässig ist, für
andere aber nicht. Um das Potential aufrecht zu erhalten, wirken hier mehrere Mechanismen
gleichzeitig:
Konzentrationsgradient: Wie schon beschrieben, versuchen die Ionen, immer möglichst
gleichverteilt vertreten zu sein. Ist innerhalb des Neurons die Konzentration
eines Ions höher als außen, versucht es nach außen zu diffundieren und umgekehrt.
Das positiv geladene Ion K + (Kalium) ist im Neuron häufig, außerhalb des Neurons
weniger anzutreffen, und diffundiert darum langsam durch die Membran aus
dem Neuron hinaus. Eine weitere Sammlung negativer Ionen, zusammenfassend
A − genannt, bleibt aber im Neuron, da die Membran hierfür nicht durchlässig
ist. Das Neuroneninnere wird also negativ: Negative A-Ionen bleiben, positive
K-Ionen verschwinden, das Innere der Zelle wird negativer. Dies führt uns zu
einem weiteren Gradienten.