Nervenzelle: Aufbau, Funktion und Bedeutung einfach erklärt

Das menschliche Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk, das für die gesamte Informationsverarbeitung im Körper verantwortlich ist. Es besteht aus dem zentralen Nervensystem (ZNS), welches das Gehirn und das Rückenmark umfasst, und dem peripheren Nervensystem (PNS). Das ZNS ist das Kontroll- und Steuerungszentrum deines Körpers und verantwortlich für Denken, Fühlen und Erinnern. Es verarbeitet Informationen aus dem Körper und der Umwelt. Das PNS sendet Signale an das ZNS, die aus der Umwelt (z.B. Sehen, Spüren) oder dem Körperinneren (z.B. Hunger, Müdigkeit) stammen. Außerdem leitet das ZNS Signale an das PNS weiter, also motorische Befehle (z.B. Hebe die Hand, Sage „Hallo“).

Aufgaben und Funktionen des zentralen Nervensystems

Das zentrale Nervensystem hat einige wichtige Aufgaben und Funktionen im Körper des Menschen:

• Integration: Zusammenbringen aller Reize, die der Organismus vom Körperinneren und von der Umwelt aufnimmt (Beispiel: Essen sehen und gleichzeitig Hungergefühl verspüren).
• Koordination: Abstimmung der motorischen Bewegungen des Organismus (Beispiel: Winken und gleichzeitig grüßen).
• Regulation: Anpassung der lebensnotwendigen Prozesse, die im Körper ablaufen (Beispiel: Hormone regulieren, Atmung beruhigen).

Darüber hinaus ist das zentrale Nervensystem für alle kognitiven Funktionen zuständig - also für die Sprache, das Bewusstsein, das Denken und Lernen, für Erinnerungen, für Aufmerksamkeit und für das Vorstellungsvermögen.

Aufbau des Nervensystems

Das Nervensystem lässt sich nach seinem Aufbau in das zentrale Nervensystem (ZNS) und das periphere Nervensystem (PNS) gliedern. Das ZNS besteht aus Gehirn und Rückenmark, während das PNS alle Nerven umfasst, die außerhalb des ZNS liegen. Gemeinsam sind die beiden Teile für die Übertragung von Informationen und für die Koordination der Körperfunktionen zuständig. Das ZNS bekommt seine Informationen vom peripheren Nervensystem, verarbeitet sie und schickt Befehle mit passenden Reaktionen an das periphere Nervensystem zurück. Informationen gelangen zum zentralen Nervensystem, also vom PNS zum ZNS (afferent).

Funktionell lässt sich das Nervensystem in das somatische und das vegetative Nervensystem einteilen. Das somatische Nervensystem, auch animalisches oder willkürliches Nervensystem genannt, umfasst alle bewussten und willentlichen Prozesse im Körper. Das vegetative Nervensystem (viszerales oder autonomes Nervensystem) steuert alle unwillkürlichen Prozesse, die außerhalb des Bewusstseins ablaufen.

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Die Nervenzelle (Neuron): Baustein des Nervensystems

Das Nervensystem besteht aus Milliarden von Nervenzellen, den sogenannten Neuronen. Nervenzellen sind also die Bausteine der Nervensysteme. Alle Nervenzellen zusammen bilden in deinem Körper das Nervensystem. Das Gehirn besteht aus etwa 100 Milliarden Neuronen.

Aufbau einer Nervenzelle

Eine Nervenzelle (Neuron) besteht aus verschiedenen Abschnitten:

• Zellkörper (Soma): Enthält den Zellkern und die meisten Zellorganellen.
• Dendriten: Verzweigte Fortsätze, die wie Antennen Signale von benachbarten Nervenzellen über Synapsen empfangen und zum Zellkörper weiterleiten. Sie ermöglichen die Aufnahme von elektrischen Signalen. Dendriten sind aus vielen, verzweigten Strukturen aufgebaut, die von einem zentralen Zellkörper ausgehen. Diese verzweigten Fortsätze, auch dendritische Bäume genannt, vergrößern die Oberfläche der Nervenzelle. Ein besonderes Merkmal von Dendriten sind die dendritischen Dornen. Du kannst sie dir als kleine, pilzförmige Ausstülpungen auf den Dendriten vorstellen. Dendriten sind mitverantwortlich dafür, dass das Gehirn neue Inhalte lernen kann. Dendriten kommen in verschiedenen Typen von Neuronen vor. Du kannst sie anhand ihres Aufbaus unterscheiden.
  • Bipolare Neuronen: Bipolare Nervenzellen sind spezielle Nervenzellen in deinem Körper. Sie bestehen aus einem Dendrit und einem Axon. Ein Beispiel für bipolare Nervenzellen findest du im Auge. In der Netzhaut helfen sie dabei, die visuellen Signale zu sammeln und weiterzugeben.
  • Pseudounipolare Neuronen: Sie haben einen Zellkörper mit einem Abgang. Der teilt sich t-förmig in zwei Äste auf. Einer empfängt Signale, wie ein Dendrit. Der andere sendet Signale, wie ein Axon. Die Zellen sitzen in den Spinalganglien.
  • Multipolare Neuronen: Sie sind die häufigsten Nervenzellen in deinem Körper. Aufbau und Funktion: Dendriten sind kurz und stark verzweigt, um viele Signale von anderen Nervenzellen zu empfangen. Signalweiterleitung: Elektrische Signale werden von Dendriten aufgenommen und zum Zellkörper weitergeleitet.
• Axonhügel: Übergang vom Soma zum Axon, wo elektrische Signale gesammelt und summiert werden, bis eine bestimmte Schwelle (Schwellenpotential) überschritten wird. Erst dann wird ein Signal an das Axon weitergeleitet. Diese Signale nennst du Aktionspotentiale. Das verhindert, dass unser Körper jedes kleinste Signal weiterleitet.
• Axon (Neurit): Langer Fortsatz, der aus dem Axonhügel hervorgeht und Aktionspotentiale zu Nerven- oder Muskelzellen weiterleitet. Der lange Fortsatz der Nervenzelle, der aus dem Axonhügel hervorgeht, heißt Axon oder Neurit. Die Aufgabe des Axons ist die Weiterleitung der Aktionspotentiale zu Nerven- oder Muskelzellen. Damit die Weiterleitung der elektrischen Signale möglichst schnell und ohne Verluste funktioniert, ist das Axon sozusagen wie ein elektrisches Kabel isoliert. Dazu wird der Fortsatz durch Stütz- oder Hüllzellen umhüllt.
• Myelinscheide: Isolierende Schicht um das Axon, die aus Gliazellen (Oligodendrozyten im ZNS, Schwann'sche Zellen im PNS) besteht und eine schnelle und verlustfreie Weiterleitung der elektrischen Signale ermöglicht. Die Umhüllung ist immer wieder durch freiliegende Axonbereiche unterbrochen.
• Ranviersche Schnürringe: Freiliegende Axonbereiche zwischen den Myelinscheiden, die die Geschwindigkeit der Erregungsleitung erhöhen. Denn die Erregung kann auch von einem Schnürring zum nächsten „springend“ weitergeleitet werden.
• Synaptische Endknöpfchen: Enden des Axons, wo das elektrische Signal auf die nächste Nervenzelle oder Zielzelle (z.B. Sinnes- oder Muskelzelle) übertragen wird.

Funktion der Nervenzelle

Nervenzellen sind für die Reizweiterleitung in unserem Körper verantwortlich. Nehmen wir an, jemand tippt dir von hinten auf die Schulter. Die Dendriten der Nervenzelle leiten den Reiz zum Zellkörper weiter. Die Erregung durch das Antippen ist stark genug, dass am Axonhügel ein Aktionspotential entsteht. An der chemischen Synapse wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt. Dazu setzen die synaptischen Endknöpfchen chemische Moleküle (Neurotransmitter) in den synaptischen Spalt frei. Die Moleküle binden an Rezeptoren auf der anderen Seite des Spalts. Das führt zur Entstehung eines elektrischen Signals in der nächsten Zelle. Das Signal wird so über Nervenzellen bis in dein Gehirn geleitet. Dort wird es verarbeitet und das Gehirn erhält das Signal „Du wurdest berührt“.

Signalübertragung an der Synapse

Die elektrischen Signale müssen aber nicht nur innerhalb einer Nervenzelle weitergeleitet werden, sondern auch auf die nächste Zelle übertragen werden. An allen Synapsen wird das ankommende elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt. Die synaptischen Endknöpfchen setzen chemische Moleküle in den synaptischen Spalt - die Lücke zwischen den zwei Zellen - frei. Dort binden sie an Rezeptoren und geben die Erregung weiter. Die Nervenzellen sind also für die Weiterleitung von Reizen verantwortlich.

Axone: Details zum Nervenzellfortsatz

Das Axon ist der Fortsatz der Nervenzelle. Dafür besitzen sie das Axon, auch Neurit genannt. Darunter verstehst du einen schlauchartigen Fortsatz der Nervenzelle. Du kannst zwischen zwei Arten von Fortsätzen unterscheiden: umhüllte und nicht-umhüllte Axone. Ein Axon zusammen mit seiner Hüllstruktur bezeichnest du als Nervenfaser. Das Axon als Teil der Nervenfaser sieht aus wie ein langer Schlauch und kann bei uns Menschen von wenigen Millimetern bis zu einem Meter lang sein. Es hat außerdem einen relativ gleichbleibenden Durchmesser. Der Ursprung des Axons liegt am Zellkörper der Nervenzelle. Du nennst ihn Axonhügel. Von dort bildet das Axon einen langen Strang, der in bäumchenartigen Verzweigungen - den Endknöpfchen - endet. An den Endknöpfchen befindet sich dann die Verbindungsstelle von einer zur nächsten Nervenzelle. Du kannst anhand des Aufbaus der Axone zwischen den markhaltigen Nervenfasern und den marklosen Nervenfasern unterscheiden. Die Umhüllung bilden bei Nervenzellen des zentralen Nervensystems die Oligodendrozyten. Im peripheren Nervensystem dagegen sind die Schwann’schen Zellen dafür verantwortlich. Myelinisierte Axone sind also von einer schützenden Schicht mit einem hohen Lipidgehalt (Fett) umgeben. Durch sie wird der Nervenzellfortsatz wie ein elektrisches Kabel isoliert. Das ermöglicht eine deutlich schnellere Erregungsweiterleitung im Vergleich zu nicht myelinisierten Neuriten.

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Die wichtigste Aufgabe des Axons ist also die Weiterleitung elektrischer Erregungen vom Zellkörper an das Ende der Nervenzelle. Es kann aber abgesehen vom elektrischen Transport auch ein Stofftransport im Axon stattfinden. Das bezeichnest du als axonalen Transport. Dabei können Stoffe (z.B. Es kann aber auch passieren, dass die Neuriten ihre Funktion nicht mehr ausführen können. Zum Beispiel kann es infolge eines Unfalls zu einer axonalen Schädigung kommen. Die Durchtrennung von Axonen führt zur Degeneration (Abbau) von Teilen der betroffenen Neuronen. Sie können nur teilweise wieder nachwachsen, was zu Problemen in der Signalweiterleitung führen kann.

Motorische Endplatte

Die motorische Endplatte ist die Kontaktstelle zwischen einer Nerven- und einer Muskelzelle. Dazu müssen die Nervenzellen mit den Muskelzellen in Kontakt stehen. Die neuromuskuläre Endplatte ist genauso aufgebaut, wie eine „normale“ Synapse. sind stark gefaltet. So erhöhen sie ihre Oberflächen, mit denen sie in Kontakt stehen. Zunächst erreicht ein Aktionspotential das Endknöpfchen / Sohlenplatte der Nervenzelle. Darunter verstehst du eine Abweichung der Spannung von der im Ruhezustand (Ruhepotential). Daraufhin öffnen sich Calciumionenkanäle. Somit kommt es zur Freisetzung des Neurotransmitters Acetylcholin aus den Vesikeln in den synaptischen Spalt. Dazu verschmelzen die Vesikel mit der Membran. Nachdem sich der Transmitter zur postsynaptischen Membran bewegt hat, kann er dort an spezifische - sogenannte nikotinerge Acetylcholin-Rezeptoren - binden. Du bezeichnest die Art von Rezeptor als ionotrop. Das bedeutet, dass er gleichzeitig auch einen Ionenkanal bildet. (positive Ionen). Ein sogenanntes Endplattenpotential entsteht und breitet sich aus. Der Neurotransmitter Acetylcholin löst sich nach einer Weile wieder von seinem Rezeptor. , die Acetylcholinesterase, baut dann das freie Acetylcholin im synaptischen Spalt ab. Dazu spaltet sie es in Acetat und Cholin. Die Moleküle können dann von der Präsynapse wieder aufgenommen und recycelt werden. bildet daraus neues Acetylcholin und verpackt es wieder in Vesikel.

Das Gehirn: Die Steuerzentrale des Körpers

Das Gehirn (auch Cerebrum oder Encephalon) übernimmt lebenswichtige Aufgaben, wie die Steuerung von Atmung und Kreislauf. Dazu müssen verschiedene Strukturen zusammenarbeiten. Über hin- und wegführende Nervenbahnen sind sie mit unserem gesamten Körper verbunden. Die Länge aller Nervenbahnen unseres Gehirns zusammen beträgt ungefähr 5,8 Mio. Kilometer. Das Gehirn befindet sich bei uns Menschen im Kopf, gut geschützt durch die knöcherne Schädeldecke. Im Bereich des Hinterkopfs geht das Gehirn in das Rückenmark über.

Aufbau des Gehirns

Das Nervengewebe des Gehirns ist von drei verschiedenen Hirnhäuten (Meningen) geschützt, bevor es vom Schädel umgeben wird. Sie setzen sich außerhalb unseres Gehirns in den Rückenmarkshäuten fort. Genau wie das Rückenmark, besteht das Gehirn aus zwei verschiedenen Gewebeanteilen. Die graue Substanz enthält alle Zellkörper der Nervenzellen. Bei Groß- und Kleinhirn bildet die graue Masse die umhüllende Rinde. Außerdem befindet sie sich in der weißen Substanz. Die weiße Substanz enthält die Nervenfasern, also die Axone der Nervenzellen. Beim Gehirn befinden sich die Nervenzellkörper also vor allem in den äußeren Bereichen und die Axone liegen im inneren Teil des Gehirns.

Das Gehirn lässt sich in verschiedene Bereiche einteilen:

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• Großhirn: Das größte Gehirnareal, das für höhere kognitive Funktionen wie Denken, Sprache und Gedächtnis verantwortlich ist. Um seine Oberfläche noch weiter zu vergrößern, ist es stark gefaltet. Es bildet viele Gehirnwindungen (Gyri), die durch Gräben (Sulci) voneinander getrennt sind. - die durch eine Furche getrennt sind. Die Großhirnrinde bildet die Oberfläche des Großhirns. Darauf befinden sich 52 Rindenfelder, die nach verschiedenen Funktionen eingeteilt werden. Das sind Hirnareale mit verschiedenen Aufgaben, in denen die Nervenbahnen enden oder entspringen.
• Zwischenhirn: Liegt zwischen Großhirn und Mittelhirn. Den Thalamus kannst du dir als „Tor zum Bewusstsein“ vorstellen. Seine Funktion ist die Sammlung fast aller Sinneswahrnehmungen und die Weiterleitung an das primär sensorische Rindenfeld im Scheitellappen des Großhirns. Der Hypothalamus kontrolliert den Hormonhaushalt. Damit stellt er sozusagen die Verbindung zwischen Hormon- und Nervensystem dar. Er steuert wichtige Funktionen, wie Schlaf-Wach-Rhythmus, Körpertemperatur und Sexualverhalten. Der Hypothalamus ist verbunden mit der Hypophyse. Sie ist die Hormondrüse am Gehirn.
• Kleinhirn: Liegt unterhalb des Großhirns und hinter dem Hirnstamm. Genau wie das Großhirn, lässt sich auch das Kleinhirn in zwei Hemisphären einteilen. Zwischen den beiden Hälften liegt der Kleinhirnwurm. Das Kleinhirn ist vor allem für das Gleichgewicht und die Steuerung von erlernten Bewegungsabläufen verantwortlich.
• Hirnstamm: Bildet den untersten Teil des Gehirns. Der Hirnstamm ist für die Verschaltung von Sinneseindrücken verantwortlich. Im Nachhirn überkreuzen sich viele Nervenbahnen unserer beiden Körperhälften.

Funktion des Gehirns

Das Gehirn übernimmt alle lebenswichtigen Funktionen unserer Körpers, wie die Atmung, den Kreislauf oder das Schlaf-Wach-Verhalten. Dazu nimmt das Gehirn alle Informationen von den Organen und aus der Umwelt auf, speichert und verarbeitet sie. Auch komplexe Funktionen wie Denken, Lernen, Emotionen oder Handlungsabläufe werden dort gesteuert. Das Gehirn ist also sehr komplex und übernimmt viele unterschiedliche Aufgaben. Daher gibt es viele verschiedene Gehirnregionen mit speziellen Aufgaben, die zusammen arbeiten müssen. - miteinander verbunden. Die Synapsen können dabei nutzungsabhängig optimiert und verändert werden. Der Prozess heißt auch neuronale oder synaptische Plastizität. Das beantwortet zum Beispiel die Frage „Wie lernt das Gehirn?“. Denn Lernfähigkeit kommt dadurch zustande, dass durch ständiges Wiederholen entsprechende Synapsen verstärkt werden.

Entwicklung des Gehirns

Das Gehirn eines Embryos entwickelt sich etwa ab der vierten Schwangerschaftswoche. Dazu bilden sich aus dem vorderen Teil Neuralrohr drei bläschenförmige Erweiterungen aus. Bereits in dieser frühen Entwicklungsphase wird das Gehirn also in unterschiedliche Abschnitte eingeteilt. Aus den drei ersten Bläschen bilden sich das Vorder-, das Mittel- und das Rautenhirn. Im Laufe der Entwicklung gehen daraus dann weitere Hirnbläschen hervor, welche die restlichen Gehirnabschnitte bilden.

Energieversorgung des Gehirns

Da der Energieverbrauch des Gehirns so hoch und der Stoffwechsel dort so aktiv ist, benötigt es sehr viel Sauerstoff und Glucose (Energielieferant). Denn obwohl das Gehirn nur 2% des Körpergewichts ausmacht, geht ungefähr ein Fünftel unseres gesamten Sauerstoffbedarfs an das Gehirn. Die Durchblutung des Gehirns läuft über zwei große, jeweils in Paaren angelegte Arterien ab. Seitlich am Hals entlang verläuft die innere Halsschlagader (Arteria carotis interna), die aus der Halsschlagader (Arteria carotis communis) entspringt.

Um zu verhindern, dass schädliche Stoffe aus dem Blut ins Gehirn gelangen, gibt es eine Schranke. Die sogenannte Blut-Hirn-Schranke stellt eine Barriere zwischen den Blutgefäßen und den Nervenzellen dar.

Neurologische Erkrankungen

Neurologische Erkrankungen sind Erkrankungen des Nervensystems. Sie sind entweder durch einen Gendefekt angeboren oder entstehen im Laufe des Lebens. Hierfür können zum Beispiel eine Infektion, ein Trauma oder eine Rückbildung (Degeneration) verantwortlich sein.

Das Gehirn kann aber auch durch verschiedene Ursachen in seiner Funktion gestört oder beschädigt werden. Am besten können Schädigungen durch ein Gehirn-MRT festgestellt werden. Bei der Magnetresonanztomographie (MRT) wird der Kopf sozusagen gescannt und ein Bild erstellt. Je nachdem, welcher Bereich des Gehirns beschädigt wird, können ganz unterschiedliche Symptome auftreten.

Einige Beispiele für neurologische Erkrankungen sind:

• Schlaganfall: Eine Durchblutungsstörung im Gehirn durch den Verschluss eines Blutgefäßes, die zu Sauerstoffunterversorgung im entsprechenden Gebiet führt.
• Hirntumor: Es gibt gutartige und bösartige Hirntumore.
• Demenz: Unter Demenz versteht man die Abnahme von Gedächtnis- und Denkleistungen. Eine Art der Demenz ist Alzheimer.
• Parkinson: Bei Parkinson kommt es zum Absterben einer bestimmten Art von Nervenzellen im Gehirn. Dadurch herrscht eine geringere Konzentration des Botenstoffs Dopamin vor.

Die hier genannten Erkrankungen treten also alle im ersten Teil des zentralen Nervensystems (ZNS) - dem Gehirn - auf. Den zweiten Teil des ZNS bildet das Rückenmark.

Prozesse ohne bewusste Steuerung

In deinem Körper gibt es auch Prozesse, die zwar mit Bewegungen deines Körpers zusammenhängen und somit eine Reaktion auf deine Umwelt sind, die aber nicht bewusst gesteuert werden.

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