Nervenzellen bilden die Grundlage jeglicher kognitiven und physiologischen Prozesse im Gehirn, wobei ihre Kommunikation und Informationsverarbeitung maßgeblich über baumartige Fortsätze, die Dendriten, gesteuert werden. Bislang ging die klassische Neuroanatomie davon aus, dass es sich bei diesen Dendriten um relativ glatte, rohrförmige Kabel handelt, deren Hauptaufgabe darin besteht, elektrische Signale von den auf ihnen sitzenden Dornen (Spines) effizient zum Zellkörper weiterzuleiten und dabei als Empfangsstruktur für synaptische Reize zu dienen. Dieses seit rund 150 Jahren etablierte und Lehrbuch-geprägte Modell erweist sich jedoch durch jüngste wissenschaftliche Untersuchungen als unvollständig. Kelly et al. (2026) konnten mithilfe fortschrittlicher und hochauflösender Bildgebungsverfahren – darunter Expansionsmikroskopie, STED-Mikroskopie, Bildabtastmikroskopie und serielle Elektronenmikroskopie – winzige, bislang übersehene Strukturen entlang der Dendriten nachweisen. Diese neu identifizierten, nanometergroßen Merkmale, die als dendritische Schaftverengungen (Dendritic Shaft Constrictions, DSCs) bezeichnet werden, besitzen einen Durchmesser von etwa 100 bis 500 Nanometern und sind damit rund 500- bis 1.000-mal dünner als ein menschliches Haar.
Dass diese Schaftverengungen in der Vergangenheit unentdeckt blieben, liegt vor allem an ihrer extrem geringen Dimension, die unter der Auflösungsgrenze der konventionellen Lichtmikroskopie liegt, sowie daran, dass solche lokalen Durchmersschwankungen in elektronenmikroskopischen Datensätzen historisch eher als zufällige Unregelmäßigkeiten statt als biologisch bedeutsame Gegebenheiten interpretiert wurden. Durch den Einsatz multipler modernster Methoden und begleitender Computersimulationen konnte nun jedoch nachgewiesen werden, dass diese DSCs keineswegs bloße Defekte oder Zufälle sind, sondern in verschiedenen Neuronentypen sowohl im Maushirn als auch im menschlichen Gehirn – etwa in kortikalen und hippokampalen Neuronen – universell vorkommen.
Die Entdeckung dieser Schaftverengungen wirft ein völlig neues Licht auf die funktionelle Organisation von Nervenzellen, da die Struktur der Dendriten eng mit ihrer elektrischen und physiologischen Funktion verknüpft ist. Die theoretischen und experimentellen Analysen deuten darauf hin, dass die dendritischen Schaftverengungen die Dendriten effektiv in distinkte elektrische Kompartimente unterteilen. Durch diese lokale Kompartimentierung verändern sich die physikalischen Eigenschaften der Signalweiterleitung gravierend: Signale, die jenseits einer solchen Verengung eintreffen, können lokal zwar an Stärke gewinnen, werden jedoch weniger effektiv zum zentralen Zellkörper weitergeleitet. Dieser Mechanismus begünstigt zudem die Aktivierung von NMDA-Rezeptoren, welche eine Schlüsselrolle bei der Modulation der synaptischen Stärke und folglich bei neuronalen Plastizitätsprozessen, dem Lernen und dem Gedächtnis einnehmen. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass Nervenzellen Informationen dank dieser neu entdeckten strukturellen Elemente nicht nur passiv weiterleiten, sondern diese offenbar lokal verarbeiten und komplexere neuronale Berechnungen durchführen als bisher angenommen.
Literatur
Kelly, T., Döngi, M., Rodriguez-Gatica, J. E., Ofer, N., Wert-Carvajal, C., Cissewski, N., Barboni, M., Bethge, P., Godale, C. M., Yaser, S., Herde, M. K., Tillmann, J., Peter, S. I., Dupraz, S., Koch, H., Stein, V., Bradke, F., Danzer, S. C., Tchumatchenko, T., Schwarz, M. K., Kubitscheck, U., Nägerl, U. V., & Beck, H. (2026). Dendritic shaft constrictions shape synaptic integration in neurons. Science Advances, 12(37), doi:10.1126/sciadv.aec4911
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