Synapsenaktivität

Synapsenaktivität bezeichnet die Aktivität an den Verbindungen zwischen Nervenzellen, die der Weiterleitung von Signalen dient. An chemischen Synapsen erfolgt die Kommunikation über Neurotransmitter, die vom präsynaptischen Endknöpfchen in den synaptischen Spalt frei gesetzt werden und an Rezeptoren der postsynaptischen Zelle binden. Elektrische Synapsen übertragen Signale direkter über Gap Junctions als elektrische Ströme, was eine schnelle, bidirektionale Übertragung ermöglicht. Synaptische Aktivität ist grundlegend für die Informationsverarbeitung im Gehirn und für das kooperative Funktionieren neuronaler Netzwerke.

Der Ablauf an chemischen Synapsen beginnt mit einem Aktionspotenzial, das den präsynaptischen Endknopf erreicht. Spannungsgesteuerte Kalziumkanäle öffnen sich, Kalzium strömt ein und löst die Fusion von Vesikeln mit der Präsynaptikalseite aus. Freigesetzte Neurotransmitter diffundieren über den Spalt und binden an postsynaptische Rezeptoren. Der resultierende Ligandenkanal öffnet sich (amplitudeneutrale oder inhibitorische Reaktion) und erzeugt entweder EPSP (erregendes postsynaptisches Potenzial) oder IPSP (hemmendes postsynaptisches Potenzial). Metabotrope Rezeptoren lösen zusätzlich G-Protein- oder second-m messenger-Kaskaden aus, die langsamer wirken und die Reaktionsweite modulieren. Neurotransmitter werden anschließend durch Wiederaufnahme, enzymatische Abbauprozesse oder Gliazellen aus dem Spalt entfernt.

Synaptische Aktivität variiert zeitlich und kann durch Plastizität verändert werden. Kurze Phasen der Facilitation oder Depression betreffen oft die Verfügbarkeit von Kalzium und Vesikelpools. Langfristige Potenzierung oder Depression (LTP/LTD) gelten als zentrale Hinweise für Lern- und Gedächtnisprozesse, wobei sich Rezeptorendichte, Signalwege und neuronale Strukturen dauerhaft verändern können.

Typische Transmitter umfassen Glutamat (erregend) und GABA (hemmend) im Zentralnervensystem, Acetylcholin an muskulären Synapsen sowie weitere chemische Signalstoffe. Messungen der Synapsenaktivität erfolgen durch Elektrophysiologie, Bildgebung, Kalzium-Imaging oder optogenetische Ansätze und finden Anwendung in Grundlagenforschung bis zu klinischen Kontexten. Dysfunktionen der Synapsen stehen im Zusammenhang mit verschiedenen neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen.