Biologie > Neurobiologie > Grundlagen > Synaptische Übertragung > Verschaltung von Synapsen

Räumliche Summation

Beispiele für räumliche Summation

Auf dieser Schemazeichnung sieht man verschiedene Fallbeispiele für räumliche Summation. Ich möchte Ihnen diese fünf Beispiele jetzt näher erklären.

Fallbeispiel A

Hier handelt es sich noch nicht um eine räumliche Summation. Die Empfängerzelle ist nur mit einer Senderzelle verknüpft. Die 100 AP/s an der erregenden Synapse depolarisieren die Somamembran der Empfängerzelle lokal. Es entsteht ein EPSP von -50 mV. Am Axonhügel der Empfängerzelle ist dieses EPSP bereits stark abgeschwächt, es beträgt nur noch -60 mV, damit wird der Schwellenwert für die Ausbildung neuer Aktionspotenziale am Axonhügel nicht erreicht.

Fallbeispiel B

Auch hier liegt noch keine räumliche Summation vor. Die Empfängerzelle wird nur auf -60 mV depolarisiert, am Axonhügel kommt von dieser Depolarisierung gar nichts an; das Membranpotenzial bleibt hier bei -70 mV.

Fallbeispiel C

Hier haben wir eine echte räumliche Summation vorliegen. Die Empfängerzelle wird gleichzeitig von zwei Senderzellen erregt. An jeder Synapse kommen 100 AP/s an, beide Stellen der postsynaptischen Membran werden auf -50 mV depolarisiert. Die beiden EPSPs bzw. Depolarisierungs-Wellen (elektrostatische Ausbreitung der Depolarisierung ähnlich wie die Wellen eines Steins im Wasser) summieren sich zu einem stärkeren EPSP, das dann den Axonhügel erreicht und den Schwellenwert für Aktionspotenziale überschreitet. Am Axonhügel entstehen Aktionspotenziale, und zwar um so mehr pro Sekunde, je mehr das Summen-EPSP den Schwellenwert übersteigt.

Fallbeispiel D

Auch hier haben wir eine echte räumliche Summation vorliegen. Die Empfängerzelle wird gleichzeitig von zwei Senderzellen erregt. An jeder Synapse kommen allerdings nur 50 AP/s an, beide Stellen der postsynaptischen Membran werden auf -60 mV depolarisiert. Die beiden EPSPs addieren sich zu einem Summen-EPSP, das dann den Axonhügel erreicht, hier den Schwellenwert für Aktionspotenziale aber nicht überschreitet.

Fallbeispiel E

Auch hier haben wir eine echte räumliche Summation vorliegen. Die Empfängerzelle wird gleichzeitig von zwei Senderzellen beeinflusst. Eine Senderzelle erregt die Empfängerzelle und erzeugt an der postsynaptischen Membran ein EPSP, die andere Senderzelle hemmt die Empfängerzelle und erzeugt ein IPSP. Allerdings ist die Hemmung schwächer als die Erregung, so dass sich in der Summe ein EPSP bildet, das den Axonhügel aber höchstwahrscheinlich nicht erreicht, weil es sehr schwach ist. Sollte es dennoch den Axonhügel erreichen, wird hier der Schwellenwert für Aktionspotenziale nicht überschritten.

Räumliche Lage der Synapsen

Bei der Summation der von den einzelnen Synapsen ausgelösten EPSPs und IPSPs spielt auch die räumliche Lage der jeweiligen Synapse eine wichtige Rolle. Je weiter die Synapse vom Axonhügel der Empfängerzelle entfernt ist, desto stärker schwächt sich das EPSP bzw. IPSP auf dem Weg zum Axonhügel ab, und desto geringer ist der Einfluss dieser Synapse auf das Zustandekommen von Aktionspotenzialen am Axonhügel.

Hier sehen Sie, wie sich die Lage der beiden erregenden Synapsen a und b auf das Membranpotenzial am Axonhügel auswirkt. Wenn nur Synapse a Neurotransmitter abgibt, steigt das Membranpotenzial am Axonhügel ein wenig an. Gibt nur Synapse b Neurotransmitter ab, so wird ebenfalls ein EPSP erzeugt, allerdings kommt davon am Axonhügel etwas mehr an, und das EPSP erreicht den Axonhügel auch etwas eher als das EPSP der Synapse a.

Wenn beide Synapsen gleichzeitig Neurotransmitter abgeben, summieren sich die beiden EPSPs, und das Membranpotenzial am Axonhügel wird stark depolarisiert.

Der Einfluss der Synapse b ist hier wegen der Nähe zum Axonhügel deutlich größer als der Einfluss der Synapse a.

Komplexeres Fallbeispiel

Wenn Sie sich für ein komplexeres Fallbeispiel mit neun Nervenzelle interessieren, dann habe ich für Sie eine interessante Vertiefungsseite angelegt, die ich Ihnen ans Herz lege. Für LK-Schüler sollte diese Seite sowieso Pflicht sein!

Jede Nervenzelle wird gleichzeitig von vielen Synapsen erregt oder gehemmt. Bei der räumlichen Summation werden die von den verschiedenen Synapsen gebildeten EPSPs und IPSPs am Zellkörper verrechnet. Synapsen, die nahe am Axonhügel liegen, haben dabei einen größeren Einfluss als weit vom Axonhügel entfernte Synapsen. Überschreitet die Depolarisieung am Axonhügel einen Schwellenwert, so bilden sich dort neue Aktionspotenziale.

Vertiefung:

Ein komplexeres Fallbeispiel

Externe Links: