Zeitliche Summation
Dieselbe Synapse wird kurz hintereinander aktiv. Die Wirkung des ersten Eingangs ist noch nicht abgeklungen, wenn der nächste eintrifft. Bei größeren Zeitabständen bleibt weniger Überlagerung.
Biologie · Verstehen und üben
Räumliche und zeitliche Summation
Wie aus vielen synaptischen Eingängen eine gemeinsame Wirkung entsteht: Entdecke Erregung, Hemmung und die Bedeutung von Ort und Zeit.
Das kannst du danach
EPSP und IPSP einordnenRäumlich und zeitlich unterscheidenModellwerte begründet auswerten
Wie entscheidet eine Nervenzelle, ob sie ein Signal weitergibt?
Eine Nervenzelle erhält über ihre Synapsen viele Eingänge. Einige erhöhen die Wahrscheinlichkeit eines Aktionspotenzials, andere verringern sie. Entscheidend ist, wie diese Wirkungen am auslösenden Membranabschnitt zusammenkommen – bei vielen Nervenzellen am Axoninitialsegment.
Ein EPSP ist ein erregendes postsynaptisches Potenzial. Es verschiebt die Spannung in Richtung der Auslöseschwelle. Ein IPSP ist ein hemmendes postsynaptisches Potenzial. Hemmung erschwert das Erreichen der Schwelle. Postsynaptische Potenziale sind abgestuft, breiten sich passiv aus und klingen ab.
Summiert werden postsynaptische Potenziale. Aktionspotenziale werden nicht zu einem größeren Aktionspotenzial addiert. Die Vorgänge vor der Auslösung und das danach entstehende Aktionspotenzial gehören zu verschiedenen Schritten.
Räumlich oder zeitlich: Was überlagert sich?
Räumliche Summation
Verschiedene Synapsen liefern Eingänge, deren Wirkungen sich zeitlich überlappen. Erregende und hemmende Einflüsse können dabei zusammenwirken.
| Frage | Zeitliche Summation | Räumliche Summation |
|---|---|---|
| Woher stammen die Eingänge? | Wiederholt von derselben Synapse | Von verschiedenen Synapsen |
| Was ist entscheidend? | Zeitabstand und Abklingen | Ort, Stärke und zeitliche Überlappung |
| Können beide zusammen auftreten? | Ja: mehrere Synapsen können jeweils wiederholt aktiv werden. | Ja: beide Begriffe beschreiben unterschiedliche Aspekte. |
Summationslabor: Reicht die gemeinsame Wirkung?
Wähle eine Situation. Wir betrachten jeweils einen festgelegten Zeitpunkt. Die Zahlen sind bereits am Initialsegment wirksame Beiträge; sie sind für dieses Rechenmodell gewählt.
Vereinfachtes additives Modell mit Ruhewert −70 mV und Schwelle −55 mV. In einer echten Zelle verändern Entfernung, Membraneigenschaften und geöffnete Ionenkanäle die Wirkung. Das Modell zeigt weder den zeitlichen Verlauf noch das entstehende Aktionspotenzial.
Warum die Nervenzelle mehr ist als ein Taschenrechner
Entfernung und Zeit verändern den Einfluss
Ein Potenzial wird bei passiver Ausbreitung meist kleiner. Deshalb erzeugen gleich starke Synapsen an verschiedenen Stellen nicht automatisch dieselbe Spannungsänderung am Initialsegment. Auch die Gestalt der Dendriten und aktive Membraneigenschaften können eine Rolle spielen.
Hemmung kann Erregung abschwächen, ohne stark zu hyperpolarisieren
Geöffnete hemmende Kanäle können die Membranleitfähigkeit erhöhen und die Wirkung erregender Ströme verringern. Diese Shunting-Hemmung lässt sich nicht immer als festes negatives Millivolt-Paket beschreiben. Ob ein Eingang erregend oder hemmend wirkt, hängt unter anderem von Rezeptor, beteiligten Ionen und deren Gleichgewichtspotenzialen ab.
Ein Beispiel zum Begründen
Zwei Eingänge treffen fast gleichzeitig ein. Allein liegt jeder unter der Schwelle. Gemeinsam können sie die Schwelle erreichen. Treffen sie weit auseinander ein, kann die erste Wirkung schon so weit abgeklungen sein, dass kein Aktionspotenzial ausgelöst wird.
Kurzer Wissenscheck
Welche Aussage beschreibt zeitliche Summation?
Wähle eine Antwort und begründe sie zunächst selbst.
12 Aufgaben: verstehen, anwenden und begründen
Versuche jede Aufgabe zuerst selbst. Nutze bei Bedarf den Tipp und vergleiche erst danach mit der Lösung.
1 · Was wird bei der Summation überlagert?
Tipp
Unterscheide Eingang und Ausgang.
Lösung mit Erklärung
Postsynaptische Potenziale beziehungsweise deren Wirkungen auf die Membranspannung; nicht die Höhe mehrerer Aktionspotenziale.
2 · Erkläre zeitliche Summation.
Tipp
Denke an dieselbe Synapse.
Lösung mit Erklärung
Mehrere Eingänge folgen so dicht, dass frühere postsynaptische Wirkungen noch nicht abgeklungen sind.
3 · Erkläre räumliche Summation.
Tipp
Denke an verschiedene Kontaktstellen.
Lösung mit Erklärung
Die zeitlich überlappenden Wirkungen verschiedener Synapsen werden integriert.
4 · Warum hilft ein kurzer Zeitabstand?
Tipp
Was passiert zwischen zwei Eingängen?
Lösung mit Erklärung
Das erste Potenzial klingt ab. Bei kurzem Abstand bleibt ein größerer Restbeitrag, wenn der nächste Eingang eintrifft.
5 · Berechne −70 mV + 8 mV. Wird −55 mV erreicht?
Tipp
Vergleiche die negativen Zahlen.
Lösung mit Erklärung
−62 mV. Die Spannung bleibt unter −55 mV; im Modell wird die Schwelle nicht erreicht.
6 · Zwei Beiträge von je +8 mV: Wie lautet die Modellspannung?
Tipp
Beginne bei −70 mV.
Lösung mit Erklärung
−70 + 8 + 8 = −54 mV. Damit wird die angenommene Schwelle von −55 mV erreicht beziehungsweise überschritten.
7 · Ergänze im vorigen Beispiel einen Beitrag von −6 mV.
Tipp
Rechne vom Ruhewert aus.
Lösung mit Erklärung
−70 + 8 + 8 − 6 = −60 mV. Die Modellschwelle wird nicht erreicht.
8 · Sind drei EPSPs immer ausreichend?
Tipp
Welche Angaben fehlen?
Lösung mit Erklärung
Nein. Stärke, Abstand, Ort, zeitliche Überlappung, Hemmung und Ausgangszustand sind entscheidend; allein die Anzahl genügt nicht.
9 · Können räumliche und zeitliche Summation gemeinsam vorkommen?
Tipp
Mehrere Synapsen feuern wiederholt.
Lösung mit Erklärung
Ja. An einzelnen Synapsen können zeitliche Überlagerungen entstehen, während verschiedene Synapsen räumlich zusammenwirken.
10 · Warum sind gleich starke entfernte und nahe Synapsen nicht gleich wirksam?
Tipp
Verfolge die passive Ausbreitung.
Lösung mit Erklärung
Potenziale werden auf dem Weg meist abgeschwächt. Lage und Membraneigenschaften beeinflussen den Beitrag am Initialsegment.
11 · Muss Hemmung die Spannung deutlich negativer machen?
Tipp
Denke an die Leitfähigkeit.
Lösung mit Erklärung
Nein. Shunting-Hemmung kann erregende Spannungsänderungen abschwächen, ohne eine starke Hyperpolarisation zu erzeugen.
12 · Korrigiere: Viele EPSPs erzeugen ein besonders hohes Aktionspotenzial.
Tipp
Was bedeutet Alles-oder-nichts?
Lösung mit Erklärung
Die Integration beeinflusst die Auslösung und gegebenenfalls die Folge von Aktionspotenzialen. Deren Höhe wird nicht durch Addition der EPSPs immer größer.
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Neuroscience Online, UTHealth: Synaptic Transmission – Vertiefung zu postsynaptischen Potenzialen und Integration. Die Rechenbeispiele auf dieser Seite sind eigene vereinfachte Lernmodelle.