Neuronen kommunizieren miteinander, indem sie ihre elektrischen Signale an andere Neuronen weitergeben. Eine Synapse ist der Ort, an dem sich zwei Neuronen treffen, um Signale auszutauschen. An der Synapse wird das Neuron, welches das Signal sendet, als präsynaptische Zelle bezeichnet und das Neuron, welches die Nachricht empfängt, die postsynaptische Zelle bezeichnet. Man beachte, dass die meisten Neuronen sowohl präsynaptisch als auch postsynaptisch sein können, da sie sowohl Informationen senden und empfangen.
Eine elektrische Synapse ist ein Typ der Synapsen, bei dem die prä- und postsynaptischen Zellen durch Proteine, sogenannte Gap Junctions, physikalisch miteinander verbunden sind. Dadurch können elektrische Signale direkt an die postsynaptische Zelle übertragen werden. Eine Eigenschaft dieser Synapsen ist, dass sie elektrische Signale extrem schnell übertragen können, manchmal in einem Bruchteil einer Millisekunde und dazu keine Energiezufuhr benötigen. Dies ist oft nützlich in Netzwerken, die Teil des Fluchtverhaltens sind, wie zum Beispiel in Krebsen, wo die Wahrnehmung eines Raubtieres an die Aktivierung einer motorischen Reaktion gekoppelt ist.
Im Gegensatz dazu ist die Übertragung bei chemischen Synapsen ein schrittweiser Prozess. Wenn ein Aktionspotential das Ende des Axon-Terminus erreicht, öffnen sich spannungsgesteuerte Kalziumkanäle und lassen Kalzium-Ionen einströmen. Diese Ionen führen zu der Verschmelzung von Vesikeln, die Neurotransmitter enthalten, mit der Zellmembran. Dadurch werden die Neurotransmitter in dem kleinen Spalt zwischen den beiden Neuronen, dem so genannten synaptischen Spalt, freigesetzt. Diese Neurotransmitter wie Glutamat, GABA, Dopamin und Serotonin stehen dann zur Verfügung, um spezifische Rezeptoren an der postsynaptischen Zellmembran zu binden. Nach der Bindung der Rezeptoren werden die Neurotransmitter recycelt oder abgebaut oder diffundieren vom synaptischen Spalt weg.
Chemische Synapsen überwiegen im menschlichen Gehirn und haben aufgrund der mit der Neurotransmitterfreisetzung verbundenen Verzögerung Vorteile gegenüber elektrischen Synapsen. Erstens können einige oder viele Vesikel freigesetzt werden, was eine Vielzahl an postsynaptischen Reaktionen ermöglicht. Zweitens kann die Bindung an verschiedene Rezeptoren zu einer Erhöhung oder Verringerung des Membranpotentials in der postsynaptischen Zelle führen. Zusätzlich wird die Verfügbarkeit der Neurotransmitter im synaptischen Spalt durch Recycling und Diffusion reguliert. Auf diese Weise erreichen chemische Synapsen neuronale Signale, die hochgradig reguliert und fein abgestimmt werden können.
