Synapsen und Neurotransmitter sind beide Schlüsselkomponenten des chemischen Kommunikationsnetzwerks des zentralen Nervensystems, das für die Weiterleitung von Nachrichten zwischen Nervenzellen oder Neuronen verantwortlich ist. Bildlich gesprochen ist der Neurotransmitter der Botenstoff und die Synapse der Weg, den der Botenstoff zurücklegt. Physikalisch befinden sich sowohl Synapsen als auch Neurotransmitter im synaptischen Spalt, dem Raum zwischen dem Ende des Neurons, das eine Nachricht sendet, und dem Anfang des Neurons, das die Kommunikation empfängt.
Wenn ein Tier oder eine Person Informationen von einem Sinnesorgan oder einem Gehirnimpuls erhält, verwendet es Synapsen und Neurotransmitter, um diese nützlichen oder bedrohlichen Informationen an mehrere Nervenzellen weiterzugeben, die dann Befehle an die Muskeln senden können, sodass der physische Körper darauf reagieren kann was man sieht, hört oder denkt. Der gesamte Vorgang kann weniger als eine Millionstel Sekunde dauern. Jedes Neuron hat Zugang zu mindestens 1,000 Bahnen oder Synapsen.
Sobald Daten vom Gehirn oder den Sinnen an eine Nervenzelle gesendet werden, setzt diese Nervenzelle Neurotransmitter an ihrem terminalen Ende frei, das offiziell als Endfuß bezeichnet wird. Ein Endfuß kann 2,000 bis 5,000 Moleküle Neurotransmitter gleichzeitig freisetzen, je nachdem, wie viel Kalzium vorhanden ist. Bis zur Freisetzung werden Neurotransmitter in kreisförmigen membranösen Hüllen, den sogenannten Vesikeln, am Endfuß gespeichert. Nach der Freisetzung wandern Neurotransmitter durch die Synapsen durch Diffusion, um die Membran der nächsten Nervenzelle zu erreichen, wo sie wiederverwendet und an andere Neuronen gesendet oder zerfallen gelassen werden können.
Synapsen sind sowohl an der elektrischen als auch an der chemischen Kommunikation im Nervensystem beteiligt. Während Synapsen und Neurotransmitter für die chemische Nachrichtenübermittlung zusammenarbeiten, ist die elektrische Kommunikation nicht auf Neurotransmitter angewiesen. Bei elektrischen Nachrichten, die in der Regel ausschließlich der Gehirn- oder Augenaktivität dienen, senden Nervenzellen Ionenströme über Synapsen zueinander. In solchen Fällen werden diese Ionenströme zu Botenstoffen und ersetzen so die als Neurotransmitter bekannten Chemikalien. Neurotransmitter werden überall im Körper zur Kommunikation verwendet.
Es gibt zwei Arten von Synapsen und Neurotransmittern. Synapsen können symmetrisch oder asymmetrisch sein, während Neurotransmitter wie Glutamat erregend oder wie Gamma-Aminobuttersäure (GABA) hemmend wirken können. Einige seltene Neurotransmitter wie Dopamin sind sowohl erregend als auch hemmend.
Erregende Neurotransmitter werden aus runden Vesikel freigesetzt und wandern entlang asymmetrischer Synapsen. Hemmende Neurotransmitter werden aus flachen Vesikel freigesetzt und wandern über symmetrische Synapsen. Beispiele für Neurotransmitter sind Acetylcholin, das die Muskeltätigkeit beeinflusst, und Dopamin, das die Sinneswahrnehmung, den mentalen Fokus und die Stimmung beeinflusst. Andere Neurotransmitter sind Noradrenalin, das Schlafmuster unterstützt, und Serotonin, das bei Kognition, Appetit und Träumen hilft.