Bemerkenswert ist, dass die Kommunikation zwischen den Nervenzellen – genau wie beim Computer – zumindest teilweise mithilfe standardisierter elektrischer Pulse erfolgt. Solche so genannten Aktionspotenziale oder „Spikes“ entsprechen relativ geringen elektrischen Spannungen (etwa 0,1 Volt) und sind verglichen mit dem elektronischen Vorbild sehr langsam. Das Ein- und Ausschalten eines solchen Pulses dauert immerhin eine tausendstel Sekunde; viel häufiger als etwa zehn Mal pro Sekunde sendet eine typische Nervenzelle nicht.
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Die standardisierten Pulse legen auf den ersten Blick einen direkten Vergleich mit dem Computer nahe – es gibt jedoch einen zentralen Unterschied: Der mögliche Zeitpunkt für das Aussenden eines Aktionspotenzials ist im biologischen System nicht durch einen zentralen Takt vorgegeben. Mit anderen Worten: Das neuronale Netzwerk ist asynchron.
Intelligente Schaltstellen statt Zentralsteuerung
Woher erhält es dann aber den Befehl zu „feuern“? Dieser Befehl kommt aus dem Netzwerk selbst. Eine Nervenzelle sammelt über ihren weit verzweigten Dendritenbaum Signale von bis zu 10.000 Neuronen auf, wobei als intelligente Schaltstellen zwischen den Nervenzellen die Synapsen fungieren. Die elektrischen Signale versuchen nun, einen „Kondensator“ – die Membran der Nervenzelle – elektrisch aufzuladen. Dabei gibt es jedoch außerordentlich viel Konkurrenz: Einige Synapsen tragen zum elektrischen Aufladen bei, andere hingegen ziehen Ladung ab (hemmende Synapsen).
Der Kondensator der Nervenzelle ist zudem etwas „undicht“ und verliert von selbst Ladung (Leckströme). Trotz dieser Wettbewerbssituation um die Ladung in der Nervenzelle erreicht die elektrische Spannung der Membran irgendwann einen magischen Wert: die „Feuerschwelle“ zum Aussenden eines Aktionspotenzials. Der elektrische Einheitspuls wird über das Axon in das Netzwerk gesandt. Anschließend beginnt der Prozess des Aufladens der Membran erneut.
Karlheinz Meier / Universität Heidelberg / Ruperto Carola
Stand: 31.10.2008
