Studieneinstieg Nervensystem: Ein umfassender Überblick

Das menschliche Nervensystem ist ein komplexes und faszinierendes System, das nahezu alle Körperfunktionen steuert und koordiniert. Es ermöglicht uns, die Welt wahrzunehmen, zu denken, zu fühlen und zu handeln. Dieser Artikel bietet einen umfassenden Überblick über die Makroanatomie des Nervensystems, die zentralen Funktionen der wichtigsten Strukturen sowie die anatomischen Verbindungen, die diesen Funktionen zugrunde liegen. Ziel ist es, einen fundierten Einstieg in das Studium des Nervensystems zu ermöglichen und die Komplexität dieses biologischen Supercomputers zu verdeutlichen.

Die Bedeutung des Nervensystems

Ohne das Nervensystem wäre keine Interaktion mit der Umwelt möglich, kein Bewusstsein, keine gezielte Handlung - kurz gesagt: kein Leben, wie wir es kennen. Es ist das übergeordnete Steuer-, Kommunikations- und Regulationssystem des Körpers. Das Nervensystem nimmt Reize aus der Umgebung und dem Inneren des Körpers wahr, verarbeitet diese Informationen, speichert sie gegebenenfalls im Gedächtnis und reagiert darauf mit passenden motorischen oder vegetativen Antworten.

Gliederung des Nervensystems

Das Nervensystem lässt sich nach verschiedenen Gesichtspunkten unterteilen, vor allem nach seiner Lage im Körper und seiner Funktion.

Zentrales Nervensystem (ZNS)

Das zentrale Nervensystem (ZNS) umfasst das Gehirn und das Rückenmark. Es ist verantwortlich für die zentrale Verarbeitung von Reizen, die aus der Körperperipherie eintreffen, und für die Koordination aller motorischen, sensorischen und vegetativen Funktionen.

• Gehirn: Das Gehirn stellt das oberste Steuerorgan dar und ist Sitz des Bewusstseins, der Sprache, der Emotionen, des Denkens, Lernens und Erinnerns.
• Rückenmark: Das Rückenmark dient als Verbindung zwischen Gehirn und peripherem Nervensystem und ist für die Durchführung von Reflexen zuständig.

Anatomisch lässt sich das ZNS in graue und weiße Substanz unterteilen. Die graue Substanz enthält die Zellkörper der Nervenzellen und bildet im Gehirn die äußere Rinde, während sie im Rückenmark zentral liegt.

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Peripheres Nervensystem (PNS)

Das periphere Nervensystem (PNS) besteht aus sämtlichen Nerven, die außerhalb von Gehirn und Rückenmark liegen. Es verbindet das ZNS mit Organen, Muskeln, Haut und Sinnesorganen. Dazu zählen die Hirnnerven (mit Ursprung im Gehirn) und die Spinalnerven (mit Ursprung im Rückenmark). Auch im PNS gibt es Ansammlungen von Nervenzellkörpern, sogenannte Ganglien, die insbesondere im vegetativen Nervensystem eine wichtige Rolle spielen.

Funktionelle Unterteilung

Funktionell lässt sich das Nervensystem in das somatische und das vegetative Nervensystem unterteilen.

• Somatisches Nervensystem: Das somatische Nervensystem ermöglicht bewusste Wahrnehmung und willkürliche Bewegungen. Es steuert die Skelettmuskulatur und ist für die Weiterleitung von sensorischen Informationen aus der Umwelt - wie etwa Berührung, Temperatur oder Schmerz - verantwortlich.
• Vegetatives Nervensystem: Das vegetative Nervensystem reguliert die unwillkürlichen Körperfunktionen, wie Atmung, Verdauung, Stoffwechsel oder Herzschlag. Es agiert unabhängig vom bewussten Willen und funktioniert weitgehend autonom. Das vegetative Nervensystem wird weiter unterteilt in:
  • Sympathikus: Er aktiviert den Körper in Stresssituationen (zum Beispiel durch Erhöhung der Herzfrequenz oder Hemmung der Verdauung).
  • Parasympathikus: Er fördert die Erholung und Regeneration (zum Beispiel durch Senkung des Blutdrucks oder Anregung der Verdauung).
  • Enterisches Nervensystem (ENS): Auch als „Bauchhirn“ bekannt, steuert es weitgehend selbstständig die Bewegungen und Sekretionen des Magen-Darm-Trakts.

Zelluläre Bestandteile des Nervensystems

Das Nervengewebe besteht primär aus zwei Zelltypen: Nervenzellen (Neuronen) und Gliazellen.

• Neuronen: Sie sind die funktionellen Grundeinheiten des Nervensystems. Sie bestehen aus einem Zellkörper (Soma), kurzen Fortsätzen (Dendriten) zur Reizaufnahme und einem langen Fortsatz (Axon) zur Weiterleitung der elektrischen Erregung.
• Gliazellen: Sie erfüllen unterstützende und versorgende Funktionen. Sie stabilisieren das neuronale Netzwerk, isolieren Axone (zum Beispiel durch Myelinscheiden), versorgen Neuronen mit Nährstoffen und beteiligen sich an der Regulation des extrazellulären Milieus.

Erregungsleitung und Signalübertragung

Die Erregung von Neuronen basiert auf elektrischen Signalen, die durch Änderungen des Membranpotentials (Depolarisation) entstehen. Diese Aktionspotenziale entstehen, wenn ein Reiz eine bestimmte Schwelle überschreitet, und breiten sich entlang des Axons fort. Myelinisierte Axone leiten Signale durch saltatorische Erregungsleitung besonders schnell.

An Synapsen wird das elektrische Signal in ein chemisches umgewandelt. Botenstoffe wie Acetylcholin, Dopamin oder Serotonin überqueren den synaptischen Spalt und binden an Rezeptoren der Zielzelle, wo sie eine neue Erregung auslösen können.

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Entwicklung des Nervensystems

Das Nervensystem entsteht im Verlauf der Embryonalentwicklung aus dem äußeren Keimblatt, dem Ektoderm. Bereits in der dritten Schwangerschaftswoche formt sich die Neuralplatte, aus der sich die Neuralrinne und schließlich das Neuralrohr bildet. Dieses entwickelt sich weiter zum zentralen Nervensystem. Die Neuralleiste, eine Zellstruktur seitlich der Neuralrinne, differenziert sich zum peripheren Nervensystem.

Differenzierung im Laufe der Evolution

Im Verlauf der Evolution hat sich das Nervensystem erheblich differenziert. Während einfache Tiere wie Quallen über ein diffuses Nervennetz verfügen, entwickelten sich bei komplexeren Organismen zentrale Steuerungsstrukturen, sogenannte Ganglien. Bei Wirbeltieren mündete dieser Prozess in einer hochgradigen Zentralisierung mit Ausbildung eines Gehirns und eines segmentierten Rückenmarks.

Erkrankungen des Nervensystems

Das Nervensystem kann von einer Vielzahl angeborener und erworbener Erkrankungen betroffen sein. Viele davon beeinträchtigen die Lebensqualität erheblich oder führen zu dauerhaften Behinderungen.

• Schlaganfall (Apoplex): Eine plötzliche Durchblutungsstörung im Gehirn führt zu neurologischen Ausfällen.
• Morbus Parkinson: Eine neurodegenerative Erkrankung mit Untergang dopaminerger Neurone in der Substantia nigra.
• Multiple Sklerose (MS): Eine chronisch-entzündliche Erkrankung des ZNS mit Entmarkung von Axonen.

Lernmethoden und Vertiefung des Wissens

Um das Verständnis des Nervensystems zu vertiefen, können verschiedene Lernmethoden eingesetzt werden.

• Übungen und Testaufgaben: Durch Übungen und Testaufgaben kann das Wissen gefestigt und angewendet werden.
• Rollenspiele: Rollenspiele können als Einstieg in das Thema dienen und komplexe Sachverhalte veranschaulichen.
• Arbeitsblätter und Simulationen: Arbeitsblätter und Simulationen können helfen, die Funktionsweise des Nervensystems zu verstehen. Beispielsweise kann die Erregungsleitung von Nervenfasern mit einer Domino-Simulation verdeutlicht werden.
• Filme und interaktive Unterrichtseinheiten: Filme und interaktive Unterrichtseinheiten können das Thema auf anschauliche Weise vermitteln. So kann beispielsweise der Film „Das Gehirn“ von Planet Schule (online abrufbar) genutzt werden, um die Funktionsweise des Gehirns zu erklären.
• Selbstständige Erarbeitung: Die Schüler können mit Schulbüchern oder dem Internet in Partnerarbeit ihre Kenntnisse über das Nervensystem und dessen Funktion wiederholen und gegebenenfalls ergänzen.

Das Gehirn im Fokus

Das Gehirn ist das komplexeste Organ des Nervensystems und spielt eine zentrale Rolle für unser Denken, Fühlen und Handeln.

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Gedächtnis und Lernen

Gedächtnissportler verwenden verschiedene Methoden, um sich eine Abfolge von Gegenständen oder Fakten zu merken. Zwei dieser Methoden werden in dem Film „Das Gehirn“ vorgestellt. Mithilfe des Arbeitsblattes 5 „Wie viele Dinge kannst du dir merken? - Gedächtnissport im Klassenraum“ können die Schüler die Loci-Methode ausprobieren. Mit Hilfe des Films füllen die Schüler auch das Arbeitsblatt 6 „Wie merken sich Gedächtnissportler Fakten?“ aus.

Schlaf und Gehirn

In der Sendung erfahren die Schüler, was in ihrem Gehirn passiert, wenn sie schlafen. Mit Hilfe des Lückentextes auf dem Arbeitsblatt 8 „Was macht dein Gehirn, wenn du schläfst?“ und Arbeitsblatt 9 „Superhirne?

Instrument lernen und Gehirn

Durch die Sendung wird den Schülern auch deutlich, dass man das Gehirn dazu benötigt, um ein Instrument zu erlernen. Mithilfe des passenden Arbeitsblattes 10 „Wie lernst du, über Jahre, ein Instrument?“ erstellen die Schüler ein Flussdiagramm zum Thema.

Pubertät und Gehirn

Während der Arbeit mit dem Arbeitsblatt 11 „Pubertät: Umbau im Gehirn - warum die Pubertät so anstrengend ist…“ finden die Schüler heraus, dass Jugendliche so anstrengend sind, weil ihr Gehirn während der Pubertät umgebaut wird.

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