Neuronen zijn het belangrijkste type cel in het zenuwstelsel en kunnen elektrochemische signalen genereren en verzenden. Ze communiceren voornamelijk met elkaar via neurotransmitters op specifieke kruispunten, synapsen genaamd. Neuronen zijn er in vele vormen die vaak verband houden met hun functie. De meeste neuronen bezitten drie hoofdstructuren: een axon en dendrieten die zich uitstrekken vanuit een cellichaam.
Het neuronale cellichaam – de soma – herbergt de kern en organellen die essentieel zijn voor de cellulaire functie. Vanaf het cellichaam strekken zich dunne structuren uit die gespecialiseerd zijn in het ontvangen en verzenden van signalen. Dendrieten ontvangen typisch signalen terwijl het axon de signalen doorgeeft aan andere cellen, zoals andere neuronen of spiercellen. Het punt waarop een neuron verbinding maakt met een andere cel, wordt een synaps genoemd.
Neuronen ontvangen inputs voornamelijk op postsynaptische terminals, die zich vaak op stekels bevinden – kleine uitstulpingen op de dendrieten. Deze gespecialiseerde structuren bevatten receptoren voor neurotransmitters en andere chemische signalen. Dendrieten zijn vaak sterk vertakt, waardoor sommige neuronen tienduizenden inputs kunnen ontvangen. Neuronen ontvangen meestal signalen op hun dendrieten, maar ze kunnen ook synapsen hebben in andere gebieden, zoals het cellichaam.
Het signaal dat bij de synapsen wordt ontvangen, gaat door de dendriet naar de soma, waar de cel het kan verwerken en kan bepalen of de informatie moet worden doorgestuurd of niet. Het actiepotentiaal is het belangrijkste elektrische signaal dat wordt gegenereerd door neuronen. Het draagt de informatie over naar de volgende cel. Het wordt voor het eerst gegenereerd op de axonheuvel – de kruising tussen de soma en het axon.
Axonen variëren in lengte, maar kunnen behoorlijk lang zijn. Sommige strekken zich bijvoorbeeld uit van het ruggenmerg helemaal tot aan de voet. Langere axonen zijn meestal verpakt in een vette myeline-omhulling die het axon isoleert en helpt het elektrische signaal te behouden. De myelineschede wordt gemaakt door glia – een ander type cel in het zenuwstelsel. In gemyeliniseerde axonen wordt het actiepotentiaal geregenereerd op elk knooppunt van Ranvier – herhaalde openingen in de myeline – totdat het het uiteinde van het axon, ofwel het presynaptisch uiteinde, bereikt.
Het presynaptische uiteinde heeft blaasjes die neurotransmitters bevatten. Actiepotentialen zetten de blaasjes aan om exocytose te ondergaan door te versmelten met het celmembraan en neurotransmitter vrij te geven in de synaptische spleet – de opening tussen de synapsen van cellen. Verschillende neurotransmitters kunnen verschillende effecten hebben op de postsynaptische cel. Een exciterende neurotransmitter verhoogt de kans op het initiëren van een actiepotentiaal op de postsynaptische cel, terwijl een remmende neurotransmitter de kans op een actiepotentiaal verkleint.
De algehele vorm van neuronen – hun morfologie – kan dramatisch variëren en heeft vaak betrekking op hun functie. Sommige neuronen hebben weinig dendritische processen en een enkele axon, andere neuronen hebben zeer ingewikkelde dendritische takken. Sommige axonen zijn zelfs zo lang als het organisme. De diverse morfologieën worden vaak gebruikt om het type neuron te definiëren. Het aantal inputs – synaptische verbindingen – kan van invloed zijn op hoe een cel op signalen reageert. Daarom is de morfologie van de dendrieten en het aantal synapsen dat ze bevatten een belangrijk kenmerk voor het bepalen van het type neuron. In het perifere zenuwstelsel kunnen de dendrieten ook het receptieve veld van een cel bepalen – de fysieke ruimte op het lichaam waarvoor ze gevoelig zijn.
De Spaanse anatoom Santiago Ramon y Cajal, werkzaam aan het einde van de 19e en het begin van de 20e eeuw, was een pionier in het opsporen van individuele neuronen en verschafte fundamentele inzichten in hun morfologie. Hij maakte verbluffende afbeeldingen van cellen die nog steeds een aanzienlijke hoeveelheid detail bieden. Met behulp van de kleurtechnieken, die ontwikkeld en vernoemd zijn naar de Italiaanse bioloog Camillo Golgi, was hij in staat om de structuur van veel verschillende soorten cellen in de hersenen te traceren. Hij schetste ook enkele van de basisverbindingen van neuronale circuits – netwerken van neuronen die samen worden geactiveerd om specifieke informatie te verwerken.
