Das Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk, das alle Nervenzellen und weitere Zellen des Nervengewebes umfasst. Im Laufe der Evolution und der Höherentwicklung von Organismen wurde das Nervensystem in seinem Aufbau immer komplexer. Dieser Artikel beleuchtet den Aufbau und die Funktionen des Nervensystems von Säugetieren, wobei sowohl anatomische als auch funktionelle Aspekte berücksichtigt werden.
Anatomische Einteilung des Nervensystems
Das Nervensystem der Säugetiere, einschließlich des Menschen, lässt sich anatomisch in zwei Hauptkomponenten unterteilen:
- Zentralnervensystem (ZNS): Dieser Teil liegt anatomisch zentral im Körper und besteht aus dem Gehirn und dem Rückenmark. Das Gehirn ist das Hauptorgan des Nervensystems und für die Verarbeitung von Informationen, die Steuerung von Körperfunktionen und das Bewusstsein verantwortlich. Das Rückenmark dient als Verbindungsstelle zwischen dem Gehirn und dem peripheren Nervensystem und ist auch an Reflexen beteiligt.
- Peripheres Nervensystem (PNS): Es umfasst alle Nervenstrukturen außerhalb von Rückenmark und Gehirn. Das periphere Nervensystem hat die Aufgabe, Signale von den Sinneszellen aufzunehmen und an das zentrale Nervensystem weiterzuleiten. Dieses wiederum hat die Funktion der Signalverarbeitung.
Es ist wichtig zu betonen, dass es sich bei dem zentralen und dem peripheren Nervensystem nur um räumlich und nicht um funktionell getrennte Nervensysteme handelt: Sie können nur zusammen funktionieren.
Funktionelle Einteilung des Nervensystems
Neben der anatomischen Einteilung gibt es auch eine funktionelle Einteilung des Nervensystems. Hierbei wird zwischen dem somatischen und dem vegetativen Nervensystem unterschieden:
- Somatisches Nervensystem: Das somatische Nervensystem wird in der Biologie auch als das willkürliche Nervensystem bezeichnet. Es steuert all unsere bewussten Aktivitäten wie das Sprechen oder Laufen. Von den Sinnesorganen ausgehend gelangen Informationen über die somatischen Nervenzellen des peripheren Nervensystems ins zentrale Nervensystem.
- Vegetatives Nervensystem: Das vegetative Nervensystem hingegen steuert alle unbewussten Abläufe unseres Körpers und wird auch als autonomes oder unwillkürliches Nervensystem bezeichnet. Die Funktion der Organe, die Atmung sowie Verdauung und Stoffwechsel werden von den vegetativen Nerven gesteuert.
Das vegetative Nervensystem lässt sich weiter in zwei Hauptkomponenten unterteilen:
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- Sympathikus: Die Nerven des Sympathikus werden aktiv, wenn der Körper leistungsfähig sein muss. Das trifft zum Beispiel in Gefahren- und Stresssituationen zu, aber auch beim Sport. Es werden Herzschlag und Atmung erhöht, die Durchblutung der Muskulatur nimmt zu.
- Parasympathikus: Der Gegenspieler des Sympathikus ist der Parasympathikus. Die Nerven des Parasympathikus aktivieren in Ruhesituationen die Organe, die der Speicherung von Reservestoffen und der Erholung dienen. Die Durchblutung des Darms wird erhöht und damit wird die Verdauung gefördert. Der Herzschlag wird hingegen ebenso wie die Durchblutung der Muskulatur verringert.
Das Gehirn der Säugetiere: Eine komplexe Struktur
Das Gehirn ist das zentrale Organ des Nervensystems und für eine Vielzahl von Funktionen verantwortlich. Es besteht aus verschiedenen Regionen, die jeweils spezialisierte Aufgaben erfüllen. Zu den wichtigsten Gehirnregionen gehören:
Hirnrinde (Kortex): Die Hirnrinde ist die äußere Schicht des Gehirns und für höhere kognitive Funktionen wie Denken, Sprache und Gedächtnis verantwortlich. Bei Säugetieren ist die Hirnrinde stark gefaltet, um die Oberfläche zu vergrößern und mehr Platz für Nervenzellen zu schaffen. Forscher aus Bochum (RUB), Düsseldorf (HHU), Jülich (FZJ), und Aachen (RWTH) zeigen erstmals verblüffende Ähnlichkeiten zwischen dem Neocortex der Säugetiere und sensorischen Hirnarealen von Vögeln: Beide sind in horizontalen Schichten und vertikalen Säulen vernetzt. 150 Jahre alte Annahmen sind damit widerlegt. Entscheidende Einblicke lieferte dabei eine von Jülicher und Düsseldorfer Hirnforschern entwickelte Methode.
Limbisches System: Oberhalb des Hirnstamms schließt sich das limbische System an. Das Limbische System entstand in der Phase der Entwicklung der Säugetiere. Darum wird es auch als Säugerhirn bezeichnet, da es allen Säugetieren gemein ist. Das limbische System ist eine Gruppe von Hirnstrukturen, die an der Verarbeitung von Emotionen, dem Gedächtnis und dem Antrieb beteiligt sind. Zu den wichtigsten Strukturen des limbischen Systems gehören der Hippocampus, die Amygdala und der Hypothalamus.
- Hippocampus: Der Hippocampus, der am Schläfenlappen (Temporallappen) unterhalb des Seitenventrikels liegt, spielt eine wichtige Rolle bei der Gedächtnisbildung. Wer keinen Hippocampus hat, der kann keine neuen Erinnerungen mehr abspeichern. Durch den Hippocampus findet dabei eine Überführung von Gedächtnisinhalten aus dem Kurz- in das Langzeitgedächtnis statt. Sind bei einem Menschen beide Hippocampi zerstört oder entfernt (z.B. durch eine Erkrankung), so kann er sich nur noch an alte Erinnerungen erinnern, aber keine neuen mehr bilden. Er registriert, wenn eine Information neu präsentiert wurde, um diese dann für die Speicherung vorzubereiten. Der Hippocampus besitzt ein hohes Maß an Plastizität, d.h. an Fähigkeit, sich selbst zu verändern und anzupassen.
- Amygdala: Die Amygdala, die ihren Namen trägt sie von ihrer Form her (Amygdala wurde aus dem griechischen Wort für Mandel abgeleitet), ist insbesondere für die Verarbeitung von Furcht und Angst zuständig. Die Amygdala ist keine einheitliche Struktur, sondern ein Kernkomplex aus ca. 13 Kernen, die ihren entwicklungsgeschichtlichen Ursprung teils im Cortex, teils im Striatum haben. Die meisten Sinneseingänge, die vom Thalamus zur Amygdala weitergeleitet werden, kommen in diesem Komplex an. Sie arbeitet auch nicht lösgelöst von den anderen Gehirnbereichen. So können Emotionen und Angst zu einem gewissen Grade unterdrückt und kontrolliert werden. Einen schweren Unfall z.B. vergisst man nicht so schnell, weil er im emotionalen Gedächtnis aufgebaut wurde.
- Hypothalamus: Der Hypothalamus ist die Steuerzentrale des inneren Milieus, d.h. der Homöostase. Er reguliert die innere Uhr, den Appetit, die Sättigung, den Energiehaushalt, das Körpergewicht, den Salz- und Wasserhaushalt und den Sexualtrieb. Er kann Informationen über die Körpertemperatur, den Salzgehalt des Blutes und den Hormonspiegel messen und über Verbindungen zum vegetativen Nervensystem und die Hormonausschüttung regulierend eingreifen.
Basalganglien: Die Basalganglien sind eine Gruppe von Hirnstrukturen, die an der Steuerung von Bewegungen, dem Lernen und der Belohnung beteiligt sind. Zu den wichtigsten Strukturen der Basalganglien gehören das Striatum, der Globus pallidus und die Substantia nigra.
Kleinhirn (Cerebellum): Das Kleinhirn ist eine Hirnregion, die an der Koordination von Bewegungen, dem Gleichgewicht und dem motorischen Lernen beteiligt ist. Es erhält Informationen von anderen Hirnregionen und dem Rückenmark und sendet Signale an die Muskeln, um Bewegungen zu koordinieren und zu verfeinern.
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Hirnstamm: Der Hirnstamm ist der untere Teil des Gehirns, der das Gehirn mit dem Rückenmark verbindet. Er ist für lebenswichtige Funktionen wie Atmung, Herzschlag und Blutdruck verantwortlich. Der Hirnstamm besteht aus dem Mittelhirn, der Brücke und dem verlängerten Mark (Medulla oblongata).
Neuronale Kommunikation: Das Zusammenspiel der Nervenzellen
Das Nervensystem der Säugetiere besteht aus einer enormen Anzahl von Nervenzellen, die ständig miteinander kommunizieren müssen. Die Neuronen dienen der Erzeugung elektrischer Erregung unter Aufnahme chemischer, mechanischer oder elektrischer Reize und der Umwandlung dieser Reize. Die Information wird in Form von elektrischen Impulsen über lange Zell-Ausläufer, sogenannte Axone, an andere Zellen weitergegeben. Die Nervenzellen können nicht nur mit ihren direkten Nachbarn verbunden sein, sondern auch mit Partnerzellen in weit entfernen Regionen. Fehlerhafte Verbindungen können zu massiven Störungen des Nervensystems führen. Während der Entwicklung orientieren sich wachsende Axone an chemischen Signalen in ihrer Umgebung. Diese Botenstoffe können anziehend sein und Axone in eine bestimmte Richtung locken, oder sie können abstoßend wirken und Axone von einer Stelle fernhalten.
Die Kommunikation zwischen Nervenzellen erfolgt über Synapsen, spezielle Kontaktstellen, an denen Neurotransmitter freigesetzt werden. Diese Neurotransmitter binden an Rezeptoren auf der Zielzelle und lösen dort eine Reaktion aus, die entweder erregend oder hemmend sein kann.
Neuroplastizität: Die Anpassungsfähigkeit des Nervensystems
Das Nervensystem von Säugetieren ist in hohem Maße plastisch, d.h. es kann sich im Laufe des Lebens verändern und anpassen. Diese Fähigkeit ermöglicht es dem Gehirn, neue Informationen zu lernen, sich an veränderte Umweltbedingungen anzupassen und sich von Verletzungen zu erholen. Die Grundlage der Neuroplastizität ist die synaptische Plastizität, die Fähigkeit der Synapsen, ihre Stärke zu verändern. Synaptische Verbindungen können sich verringern oder verstärken. Neue Verbindungen zwischen Nervenzellen können nach dem gleichen Prinzip ausbilden und alte, nicht mehr benutzte Verbindungen abgebaut werden.
Besonderheiten in sensorischen Systemen
Gleichzeitig wird bei Säugetieren in den Haarzellen ein Protein namens Prestin freigesetzt, das die äußeren Zellbereiche kontrahieren lässt. Dadurch wird die Wirkung der Cilienschwingung maximiert und der Schall verstärkt. Während bei den Säugern dadurch sowohl die Cilien als auch die Zelle selbst vibrieren, besitzen Nicht-Säugetiere dieses Protein nicht und können daher auch ihre Haarzellen nicht kontrahieren.
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Nervensysteme im Vergleich: Vögel und Säugetiere
Vögel und Säugetiere haben gemessen an ihrer Körpergröße die größten Gehirne. Ansonsten hätten sie allerdings wenig gemeinsam, so die Überzeugung der Wissenschaft seit mehr als hundert Jahren: Säugetiergehirne verfügen über eine Hirnrinde, die aus sechs Schichten aufgebaut und senkrecht zu diesen Schichten in Säulen hochgradig geordnet ist. „Angesichts der erstaunlichen kognitiven Leistungen, die Vögel vollbringen können, lag der Verdacht allerdings nahe, dass ihr Gehirn organisierter aufgebaut ist als gedacht“, so Prof. Dr. Und tatsächlich, die Gehirne von Vögeln und Säugetieren sehen sich in ihrer Organisation überraschend ähnlich.
Beruhigendes Verhalten: Ein Blick in die Evolution
The origins of soothing behaviours (those comforting actions that calm and connect us) are written deep in our evolutionary history. Scientists believe that these behaviours, mediated by hormones such as oxytocin and vasopressin, emerged at least 200 million years ago with the rise of the first mammals. Comparative studies show that soothing behaviours in humans and other mammals are far from random. They follow structured, deeply ingrained patterns. Knowing when, why, and how to soothe is hardwired into our nervous systems-because survival once depended on it.
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