De cellen waaruit ons zenuwstelsel is opgebouwd, verschillen in vorm van andere cellen in ons lichaam. Omdat ze van de andere cellen verschillen, hebben ze een aparte naam gekregen. We noemen ze zenuwcellen of neuronen. De neuron is het basis bouwsteentje van ons zenuwstelsel. Er bestaan verschillende soorten neuronen, maar de prototypische neuron heeft een drieledige structuur en bestaat uit:  

1. meerdere dendrieten
2. een cellichaam
3. een axon

Die drie structuren worden samen omgeven door een membraan en kunnen om die reden als aparte eenheid worden beschouwd. Dat een zenuwcel één structuurtje is, was niet altijd duidelijk. Door de takachtige vorm van de dendrieten wijkt de zenuwcel sterk af van andere cellen en lange tijd wisten onderzoekers niet waar ze precies naar keken.

Dat probleem werd opgelost door de Spanjaard Santiago Ramón y Cajal. Cajal was aanvankelijk een kunstenaar en was om die reden geïnteresseerd in anatomie. Hij wou menselijke lichamen zo realistisch mogelijk tekenen. Zijn vader was chirurg en raadde hem aan om de botten van dode dieren te bestuderen om zijn tekenskills te verbeteren. Cajal volgde het advies op van zijn vader, groef dode dieren op en bestudeerde hun botten. Hij raakte hierdoor geïntrigeerd door de anatomische werking van het lichaam, en vooral door de anatomie van het brein. Vanuit deze interesse stelde hij zich als doel om een ‘rationele’ psychologie te ontwikkelen.

Het eerste wat nodig was om een 'rationele' psychologie mogelijk te maken, was een betere manier om een zenuwcel in zijn geheel te visualiseren. Rond 1890 gebruikte Cajal de golgikleuring, een techniek ontwikkeld door de Italiaan Camillo Golgi waarbij zilverchromaat werd gebruikt om een neuron donker te kleuren zodat die beter kon worden waargenomen. Cajal paste die techniek toe op de neuronen van pasgeboren dieren aangezien hun zenuwcellen groter en makkelijker te bestuderen waren dan die van volwassen dieren.

Dankzij die methode kon Cajal aantonen dat neuronen ondanks hun complexiteit toch een aparte eenheid vormden. De hele zenuwcel, inclusief zijn grillige uitsteeksels, bleek omringd te zijn door een membraan. Een membraan is een fosfolipide dubbellaag die ervoor zorgt dat de chemische samenstelling binnen het membraan van de chemische samenstelling buiten het membraan kan verschillen. Het membraan vormt op die manier een waarneembare grens tussen de intracellulaire vloeistof binnen het membraan (het cytoplasma) en de extracellulaire vloeistof buiten het membraan. Nu onderzoekers eindelijk een manier hadden gevonden om het eens te raken over de structuur van de neuron, kon de neurowetenschap pas echt beginnen. Ramón y Cajal was diegene die dat mogelijk had gemaakt en om die reden staat hij ook wel bekend als vader van de moderne neurowetenschap. De afspraak tussen biologen om de neuron als het fundamentele bouwsteentje van de neurowetenschap en neurale communicatie te beschouwen, staat bekend als de neuron doctrine. 

Er wordt zowel informatie doorgegeven binnen een neuron als tussen neuronen. De informatie-overdracht binnen een neuron gebeurt steeds in één richting. Informatie komt binnen in de dendrieten en wordt doorgegeven naar de axon.

Tussen de axon van de vorige cel en de dendrieten van de volgende cel zit een opening: de synaps. De synaps is het punt waar informatieoverdracht van de ene zenuwcel naar de andere plaatsvindt. De plek voor de synaps wordt presynaptisch genoemd. De plek na de synaps noemen we postsynaptisch.[1] Neuronen kunnen pre- of postsynaptisch zijn ten opzichte van een specifieke synaps. De meeste neuronen zijn zowel presynaptisch als postsynaptisch. Ze ontvangen in dat geval informatie en geven die vervolgens ook weer door.

Voor meer informatie over neurale communicatie, lees: Het membraan

Dendrieten komen voor in verschillende vormen. Sommige hebben complexe boomachtige vertakkingen zoals de purkinjecel, andere hebben een eenvoudigere structuur zoals spinale motorische neuronen en de neuronen van de thalamus. Dendrieten hebben spines. Spines zijn kleine knopjes op het oppervlak van de dendrieten. De synaps vindt plaats op de spines, maar synapsen komen ook voor op andere plaatsen, zoals op cellichamen die geen spines hebben.

De axon is de output van de neuron. Elektrische signalen reizen door de axon naar de axon-terminals. Op de terminals zitten eveneens synapsen. De axon-terminal heeft gespecialiseerde intracellulaire structuren die communicatie mogelijk maken. Dat doen ze door chemische moleculen genaamd neurotransmitters vrij te laten. De neurotransmitters worden in een omhulsel verpakt en losgelaten. Ze overbruggen de synaptische kloof en binden zich aan proteïnen op het oppervlak van de volgende neuron. Die proteïnen worden receptoren genoemd. 

Ook neuronen komen voor in verschillende vormen. Sommige neurowetenschappers onderzoeken de vorm of morfologie van neuronen. Zij gaan op zoek naar zichtbare verschillen in het uiterlijk van de neuronen. Op basis daarvan proberen ze verschillen in de functies van de neuronen te achterhalen.  

Vroege onderzoekers maakten een onderscheid tussen vier grote klassen van neuronen op basis van de vorm. Deze verschillen hebben te maken met de manier waarop de dendrieten en de axon georiënteerd zijn in verhouding tot het cellichaam. Zo werd een onderscheid gemaakt tussen unipolaire, bipolaire, pseudo-polaire en multipolaire neuronen. 

Unipolaire neuronen hebben slechts één structuur die van de soma wegbeweegt. Ze komen vaak voor in zenuwstelsels van ongewervelden. Bipolaire neuronen hebben twee zichtbare structuren: één axon en één dendriet. In bipolaire neuronen komt informatie binnen via de dendrieten en gaat van daaruit verder naar de axon. Bipolaire neuronen spelen vaak een rol bij sensorische processen zoals het vervoeren van informatie in auditorische, visuele of olifactorische systemen. Pseudo-unipolair neuronen lijken op unipolaire neuronen; het waren oorspronkelijk bipolaire sensorische neuronen, maar de dendrieten en de axon ervan zijn gefuseerd. Multipolaire neuronen komen voor in verschillende gebieden van het zenuwstelsel. Ze maken bijvoorbeeld deel uit van motorische en sensorische processen. Multisensorische neuronen hebben één axon maar verschillende dendrieten die uit het cellichaam komen. Het is dat type dat het vaakst wordt afgebeeld.

Gliacellen zijn veel talrijker dan neuronen, ze nemen meer dan de helft van het hersenvolume in beslag. Waarschijnlijk geleiden ze zelf geen signalen maar ze zijn wel essentieel voor neurale communicatie. Ze komen voor in het centrale zenuwstelsel (= hersenen en het ruggenmerg)  en in het perifere zenuwstelsel (= sensorische en motorische in- en output van het brein naar het ruggenmerg). De soorten gliacellen die er voorkomen verschillen.

We beperken ons in dit overzicht tot de gliacellen in het centrale zenuwstelsel:

• astrocyten
• oligodendrocyten
• microgliacellen

Astrocyten zijn grote gliacellen met een ronde of symmetrische vorm. Ze omringen neuronen en komen dicht in de buurt van het vaatstelsel van de hersenen. Astrocyten maken contact met bloedvaten op gespecialiseerde locaties waar ze ionen over de vasculaire muur heen transporteren. Op die manier creëren ze een barrière tussen het centrale zenuwstelsel en het bloed. Die barrière wordt de bloed-brein barrière genoemd, afgekort BBB.

De bloed-brein barrière speelt een belangrijke rol bij de bescherming van het centrale zenuwstelsel. Het zorgt ervoor dat niet alles wat ons lichaam binnenkomt, ook in de hersenen terecht kan komen. Sommige chemische componenten kunnen probleemloos langs de bloed-brein barrière heen, andere niet. Er moet daarom ook rekening gehouden worden met de BBB bij het zoeken naar geschikte medicijnen.  Dopamine bijvoorbeeld is één van de neurotransmitters die voorkomt in de hersenen. Maar wanneer we dopamine gewoon innemen, komt de chemische structuur niet voorbij de BBB. Zijn voorganger L-dopa daarentegen, kan de BBB wel passeren, en wordt daarom ook als medicijn gebruikt tegen bijvoorbeeld de ziekte van Parkinson, een ziekte die te wijten is aan het langzaam afsterven van de hersenstructuur die dopamine in het brein produceert.

Microgliale cellen zijn klein en onregelmatig van vorm. Ze spelen een rol bij beschadigd weefsel. Beschadigd weefsel wordt omgeven door microgliacellen. Zij halen het beschadigde weefsel weg zodat er nieuwe weefsel kan worden gevormd.

De belangrijkste functie van gliacellen is wellicht het maken van myeline. Myeline is een vette substantie die axonen en neuronen omgeeft. In het centrale zenuwstelsel wordt myeline gevormd door oligodendrocyten. In het perifere zenuwstelsel voeren Schwann cellen die taak uit. Het doel van myelinering is het voorzien van een laagje isolatie rond de axon. Vloeistof geleid, vetten stoten water af. Informatie binnen de neuron komt tot stand door veranderingen in elektrische lading. Myeline komt voor op axonen en neuronen, en vormt er een isolator, zodat de elektrische activiteit in de neuron en in de axon zo min mogelijk verloren gaat. Er zijn axonen met myelinelaagjes, en axonen zonder. Myeline wordt op bepaalde locaties onderbroken. Die locaties worden de nodes van Ranvier genoemd naar Louis-Antoine Nodes, de ontdekker van deze structuren. 

Voetnoten

• 1. Pre betekent ‘voor’, post betekent ‘na’ in het Latijn.