In diesem Video geht es um die räumliche und zeitliche Summation. Zwei Begriffe, die im Kontext der Erregungsweiterleitung an der Synapse und bei diesem Vorgang vor allem bei der Integration der Information an der postsynaptischen Membran eine wesentliche Rolle spielen. Wie wir im letzten Video ausführlich besprochen haben, wird bei der Erregungsweiterleitung der vom Axon kommende Nervenimpuls bzw.
Aktionspotential als elektrisches Signal an der Synapse in ein chemisches Signal umgewandelt, ehe dieses von der nächsten Nervenzelle wieder in ein elektrisches Signal transformiert wird. Auf diese Weise kommunizieren Nervenzellen miteinander. Eine einzelne Nervenzelle kann etliche Dendriten haben und dadurch auch über die präsynaptischen Endegungen vieler weiterer Nervenzellen in Kontakt treten. Dadurch kann Eine Nervenzelle bis zu 1000 Eingangssignale anderer Nervenzellen empfangen, wenngleich sie nur ein einziges Ausgangssignal erzeugt, und zwar ein sich fortpflanzendes Aktionspotential in einem einzelnen Axon.
Was entscheidet darüber, ob und wann ein elektrisches Signal in Form eines Aktionspotentials generiert wird? Oder noch präziser gefragt, was entscheidet darüber, ob ein elektrisches Signal die postsynaptische Zelle so ausreichend stark erregt, dass sich ihr Membranpotential, das im Ruhezustand bei ca. minus 70 Millivolt liegt, verringert.
Das heißt depolarisiert. Und zwar so weit depolarisiert, dass es einen bestimmten Schwellenwert überschreitet und ein Aktionspotential auslöst. Die Nervenzelle, die wir uns betrachten und die die vielen Eingangssignale von anderen Nervenzellen empfängt, ist in der Lage, die Eingangssignale miteinander zu verrechnen, zu summieren.
Diese einkommenden Signale können sowohl erregend, excitatorisch oder hemmend, inhibitorisch auf die postsynaptische Membran wirken. Ein erregendes postsynaptisches Potential wird mit EPSP abgekürzt, ein inhibitorisches postsynaptisches Potential mit IPSP. Während erregende Synapsen infolge des Einstroms positiv geladener Ionen in die postsynaptische Membran kurzzeitig ein Membranpotential hervorrufen, Das positiver ist als das ursprüngliche Ruhepotential, also eine Depolarisation bewirken, tragen hemmende Synapsen infolge des Einstroms negativ geladener Ionen zur Hyperpolarisation der Postsynapse bei, einem Vorgang, bei dem das Membranpotential negativer ist als das eigentliche Ruhepotential. Der Schwellenwert, der für das Auslösen eines Aktionspotentials erreicht werden muss, liegt bei ungefähr minus 55 Millivolt.
Das Ruhepotential ist ca. bei minus 70 mV. Insgesamt muss die postsynaptische Zelle also mehr erregende als hemmende Signale empfangen. Erregende und hemmende Signale können sowohl räumlich als auch zeitlich summiert werden.
Bei der räumlichen Summation addieren sich die zur gleichen Zeit eintreffenden, erregenden bzw. hemmenden Signale am Axonhügel. Von mehreren Synapsen treffen beispielsweise erregende postsynaptische Potenziale ein. Während das Signal einer einzelnen Synapse nicht ausreicht, um am Axonhügel ein Aktionspotential auszulösen und damit die Information weiterzuleiten, in diesem Zusammenhang spricht man auch von einem unterschwelligen Potential, wird die depolarisierende Wirkung mehrerer erregender Potentiale, zum Beispiel die von drei Synapsen gleichzeitig eintreffenden Potentiale, zu einem überschwelligen, erregenden, postsynaptischen Potential summiert. das am Axonhügel der jeweiligen Nervenzelle ein Aktionspotential auslöst.
Im Gegensatz dazu addieren sich bei der zeitlichen Summation die postsynaptischen Potentiale, die am selben Ort in rascher Folge erzeugt werden. Hier ist es also nur ein und dieselbe Synapse, die in so rascher Folge postsynaptische Potentiale generiert, hier gekennzeichnet durch die drei Pfeile, dass die Membran überschwellig depolarisiert und ein Aktionspotential auslöst. Die Fähigkeit zur räumlichen und zeitlichen Summation bietet einen entscheidenden Vorteil, wenn man sich vor Augen führt, dass die meisten Nervenzellen ihre erregenden bzw. hemmenden Potenziale erst am Axonhügel summieren, also an der Basis des Axons. Synapsen an der Spitze eines Dendriten würden für sich alleine nur wenig Einfluss auf die Ausbildung eines Aktionspotenzials haben, weil sich ihr Potenzial mit zunehmender Entfernung von ihrem Ursprungsort, wenn sich das Potenzial also in Richtung Axonhügel bewegt, deutlich abschwächt.
Die Fähigkeit zur Summation wirkt dieser Abschwächung jedoch entgegen.