Nervenzellen: Menschliche Neuronen 70% komplexer als Ratten-Zellen

Und die ist weitaus komplexer als bislang angenommen.

Neuronen: Kleine Kraftpakete mit überraschender Leistung

Eine am 10. Juli in Science veröffentlichte Studie belegt: Menschliche Neuronen haben eine rund 70 Prozent höhere funktionale Komplexität als die von Ratten. Gemessen wird das mit dem Functional Complexity Index (FCI). Menschliche Zellen erreichen einen Wert von 0,3803, Ratten-Neuronen liegen bei 0,2244.

Die Ursache liegt in der Struktur der dendritischen Bäume und den spezifischen Eigenschaften der NMDA-Rezeptoren. Besonders in den kortikalen Schichten 2 und 3 zeigen menschliche Zellen außergewöhnliche Verzweigungen.

Forscher der Hebräischen Universität Jerusalem und der VU Amsterdam gehen noch einen Schritt weiter. In einer Studie vom 9. Juli in PNAS berichten sie: Einzelne menschliche kortikale Neuronen können Berechnungen durchführen, die mit ganzen tiefen neuronalen Netzen vergleichbar sind. Zellen sind demnach keine simplen Signalweiterleiter, sondern komplexe Subprozessoren.

Wie Nervenzellen ihre Form finden

Doch nicht nur die Rechenleistung fasziniert die Wissenschaft. Auch die Frage, wie Nervenzellen ihre typische Architektur entwickeln, liefert neue Erkenntnisse.

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Eine Untersuchung des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) in Nature zeigt: Die Ausbildung des Axons – des langen Fortsatzes einer Nervenzelle – wird nicht primär von außen gesteuert. Sie erfolgt intrinsisch aus dem Zellkörper (Soma) heraus.

Der Arp2/3-Komplex treibt dort einen zytoskelettalen Oszillator an. Dieser erzeugt rhythmische Aktin-Wellen. Die Wellen bewirken, dass sich ungenutzte Fortsätze zurückziehen, während das Wachstum an der Spitze eines ausgewählten Fortsatzes gefördert wird. Innerhalb von rund 48 Stunden stabilisiert sich eine dieser Neuriten und wird dauerhaft als Axon definiert. Die Polarität der Nervenzelle ist also das Ergebnis interner physikalischer Prozesse.

Neue Therapieansätze für Parkinson und ALS

Die Erkenntnisse über zelluläre Komplexität finden direkt Anwendung in der Medizin. Forscher der FAU, der RWTH Aachen sowie aus Maastricht und Leuven testeten magnetische Nanopartikel gegen Parkinson.

In einer 2026 in Advanced Science veröffentlichten Studie injizierten sie die Partikel in den Nucleus subthalamicus von Mäusen. Unter Einwirkung eines Magnetfeldes verbesserten sich motorische Defizite – über mehrere Monate hinweg ohne Entzündungen. Das Verfahren könnte eine weniger invasive Alternative zu herkömmlichen Hirnschrittmachern bieten.

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Auch in der sensorischen Hardware gibt es Fortschritte: Ein neuartiger Memtransistor auf Basis von Molybdändisulfid erkennt Anomalien im EKG doppelt so schnell wie bisherige Systeme. Und der Wirkstoff XL20 zeigt in Modellen der Amyotrophen Lateralsklerose (ALS) vielversprechende Ergebnisse: Er greift das Protein TDP-43 an und verlängert die Lebensdauer.

Die neuesten Studien zeichnen ein klares Bild: Die Steuerung und Kapazität des menschlichen Gehirns erweist sich auf zellulärer Ebene als deutlich differenzierter, als es die Modelle der vergangenen Jahrzehnte vermuten ließen.

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