Mit der Verleihung des Nobelpreises 1970 für Physiologie und Medizin an drei Neurophysiologen, den an der Londoner Universität lehrenden deutschstämmigen Bernhard Katz, den schwedischen Nervenforscher Ulf von Euler vom berühmten Karolinischen Institut in Stockholm und den Amerikaner Julius Axelrod vom Nationalen Gesundheitsinstitut in Bethesda (Maryland), hat das Stockholmer Nobelkomitee in diesem Jahr drei Forscher ausgezeichnet, deren grundlegende Arbeiten auf dem Gebiet der Nervenphysiologie den Molekularbiologen einen ersten entscheidenden Zugang zum schwierigsten, geheimnisvollsten und faszinierendsten Rätsel der Natur verschafft haben, vor das sich der menschliche Geist je gestellt sah: Wie funktioniert das Zentralnervensystem, der Sitz des Geistes selbst? Die Molekularbiologie schickt sich an, das Geheimnis des Nervensystems zu enträtseln, des großartigsten Kunstwerkes, das die Natur im Laufe der Evolution geschaffen hat.

Nach Schätzungen der Morphologen baut sich das menschliche Zentralnervensystem aus etwa Zehn Billionen Einzelelementen auf. Jedes einzelne dieser Elemente in Gestalt einer Nervenzelle steht über etwa je 50 000 sehr feine, oft dezimeterlange, spezifische Zellfortsätze, die sogenannten „Dendriten“ oder „Axons“, mit ebenso vielen weiteren Nerven- und auch anderen, beispielsweise Muskelzellen in Kontakt. Auf diese Weise durchzieht ein feines, weitverzweigtes System von Nervenfortsätzen in einer Gesamtlänge von 300 000 bis 400 000 Kilometern (dies entspricht etwa der Entfernung Erde–Mond) den ganzen Körper. Es sorgt dafür, daß jedes Organ zu jeder Zeit und, wenn nötig, innerhalb kürzester Zeit – Nervenimpulse werden mit einer Geschwindigkeit von bis zu 100 Metern in der Sekunde übertragen – mit der Schaltzentrale im Gehirn oder im Rückenmark Kontakt aufnehmen, also Informationen übermitteln oder Befehle erhalten kann.

Angesichts solch imponierender – und zugleich entmutigender – Fakten ist verständlich, daß es derzeit und wahrscheinlich auch noch in nächster Zukunft nahezu aussichtslos scheint, den eigentlichen Betriebsgeheimnissen der komplizierten Gehirnmaschinerie auf die Spur kommen zu wollen. Fragen wie etwa die nach den molekularbiologischen Grundlagen des Bewußtseins bleiben wohl noch lange unbeantwortbar.

Indes, nicht alle in diese Richtung weisende Fragen erscheinen heute noch hoffnungslos schwierig. Gerade auf der Suche nach einer Antwort auf die scheinbar simple Frage nach der mechanischen Funktion einer einzelnen Nervenzelle, haben neuere Forschungen überraschende und vielversprechende Befunde gezeitigt, die möglicherweise, gewissermaßen durch die Hintertüre, Ansatzpunkte für die Erforschung auch komplexer Probleme wie etwa das des Lernens oder des Gedächtnisses liefern werden.

Schon seit geraumer Zeit weiß man, daß Nervenerregungen innerhalb einer Nervenfaser in Form von elektrischen Impulsen weitergeleitet werden. Solch ein Impuls ist die Folge einer Kette von physikalisch-chemischen Reaktionen, die zwar keineswegs völlig erforscht, den Neurophysiologen aber schon gut bekannt sind.

Voraussetzung dafür, daß eine Nervenzelle überhaupt erregt werden kann, ist eine ungleiche Verteilung von Kalium- und Natriumionen innerhalb und außerhalb der Nervenzellmembran. Dieses Ungleichgewicht wird von der Zellmembran – sie ist etwa zehn millionstel Millimeter dick – aufrechterhalten; sie grenzt das Zellplasma von der Außenflüssigkeit ab. Die Zellmembran sorgt dafür, daß lebenswichtige Stoffe selektiv eingeschleust und nicht benötigte Moleküle aktiv ins Außenmedium abgegeben werden; kurz: die Membran hält das Zellplasma in einer definierten, konstanten Zusammensetzung, die sich von derjenigen der Außenflüssigkeit unterscheidet.

Eine Konsequenz dieses aktiven Selektionsvermögens der Zellwand ist die Tatsache, daß wegen der ungleichen Ionenverteilung diesseits und jenseits der Membran eine Nervenzelle ständig elektrisch geladen ist, wobei das Zellinnere den negativen Pol, das Außenmedium den positiven Pol darstellt. Die daraus resultierende elektrische Spannung von etwa einem zehntel Volt ist das sogenannte „Ruhepotential“.