Aufbau und Funktion von Gehirn und Nerven: Ein umfassender Überblick

Das Nervensystem ist das komplexeste System im menschlichen Körper. Es koordiniert sämtliche Körperfunktionen und ermöglicht uns, unsere Umwelt wahrzunehmen. Dies geschieht durch den ständigen Austausch von Milliarden Nervenzellen, die nach dem Prinzip des elektrischen Impulses arbeiten. Dieser dient der Reizwahrnehmung, Reizverarbeitung und Reizweiterleitung.

Das Nervensystem: Eine zentrale Informations- und Kommunikationsplattform

Das Nervensystem ist ein faszinierendes Netzwerk, das unseren gesamten Organismus durchzieht. Es dient der Erfassung, Weiterleitung und Verarbeitung von Informationen. Spezialisierte Sensoren nehmen Reize aus der Umwelt wahr und wandeln sie in elektrische Impulse um. Diese Impulse werden über Nervenfasern mit einer Geschwindigkeit von rund 400 km/h an das Gehirn weitergeleitet, wo sie verarbeitet und gespeichert werden. Auf diese Weise werden nicht nur Bewegungsabläufe und die Funktion unserer Organe gesteuert, sondern auch komplexe Funktionen wie Gedächtnis, Bewusstsein, Gefühle, Verstand und Vernunft ermöglicht. Die Entwicklung einzelner Bestandteile des Nervensystems beginnt bereits in der 3. Schwangerschaftswoche.

Die Nervenzelle (Neuron): Baustein des Nervensystems

Als kleinste funktionelle Einheit bilden die Nervenzellen (Neuronen) mit ihren umgebenden Gliazellen die Grundbausteine unseres Nervensystems. Die kleinen, meist stark verästelten Dendriten empfangen Signale, während das längere Axon die elektrische Erregung zum Ende der Nervenzelle weiterleitet. Dort angekommen, wird der Reiz durch die Synapsen zur nächsten Zelle transportiert.

Aufbau einer Nervenzelle

Das Neuron lässt sich in unterschiedliche Abschnitte gliedern:

• Zellkörper (Soma): Das runde bzw. ovale Zentrum der Zelle, das den Zellkern enthält.
• Dendriten: Kurze, verästelte Fortsätze, die vom Soma ausgehen und Signale von anderen Neuronen oder sensorischen Rezeptoren empfangen. Die Dendriten leiten den Reiz zum Zellkörper weiter.
• Axonhügel: Der Übergang vom Soma zum Axon, wo elektrische Signale gesammelt und summiert werden, bis eine bestimmte Schwelle überschritten wird.
• Axon (Neurit): Ein langer Fortsatz, der vom Axonhügel ausgeht und Aktionspotentiale zu Nerven- oder Muskelzellen weiterleitet. Das Axon ist wie ein elektrisches Kabel isoliert, um die Signalübertragung zu beschleunigen und Verluste zu vermeiden.
• Myelinscheide: Eine Isolierschicht um das Axon, die aus Stütz- oder Hüllzellen besteht (Schwann’sche Zellen außerhalb von Gehirn und Rückenmark). Die Myelinscheide ist immer wieder durch freiliegende Axonbereiche unterbrochen.
• Ranviersche Schnürringe: Nicht-umhüllte Bereiche des Axons, die die Geschwindigkeit der Erregungsleitung erhöhen, da die Erregung von einem Schnürring zum nächsten "springend" weitergeleitet wird.
• Synaptische Endknöpfchen: Das Ende des Neurons, wo das elektrische Signal auf die nächste Nervenzelle oder eine Sinnes- oder Muskelzelle übertragen wird. Hier wird das elektrische Signal meist in ein chemisches Signal umgewandelt.
• Synapse: Die Verbindung am Ende einer Nervenzelle mit einer anderen Zelle. In den meisten Fällen sind das chemische Synapsen, bei denen das Endknöpfchen chemische Moleküle (Neurotransmitter) in den synaptischen Spalt freisetzt, die an Rezeptoren binden und die Erregung weitergeben.

Funktionsweise einer Nervenzelle

Nervenzellen sind für die Weiterleitung von Reizen verantwortlich. Wenn beispielsweise jemand die Schulter berührt, leiten die Dendriten der Nervenzelle den Reiz zum Zellkörper weiter. Wenn die Erregung stark genug ist, entsteht am Axonhügel ein Aktionspotential. An der chemischen Synapse wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt, indem die synaptischen Endknöpfchen Neurotransmitter in den synaptischen Spalt freisetzen. Die Moleküle binden an Rezeptoren auf der anderen Seite des Spalts, was zur Entstehung eines elektrischen Signals in der nächsten Zelle führt. Das Signal wird so über Nervenzellen bis ins Gehirn geleitet, wo es verarbeitet wird und die Information "Du wurdest berührt" entsteht.

Lesen Sie auch: Gehirn: Nervenschäden erkennen und behandeln

Arten von Nervenzellen

Nervenzellen können anhand verschiedener Kriterien in Gruppen eingeteilt werden. In Bezug auf die Morphologie werden Nervenzellen in unipolare, pseudounipolare, multipolare und apolare Nervenzellen unterteilt. Funktionell werden sie in motorische, sensorische und Interneurone unterteilt.

Organisation des Nervensystems

Alle Nervenzellen zusammen bilden in deinem Körper das Nervensystem. Häufig wird der Begriff „Nervenzelle“ bzw. Neuron mit „Nerv“ gleichgesetzt, auch wenn dies anatomisch nicht richtig ist. Ein Nerv besteht vielmehr aus einem Zusammenschluss mehrerer, parallel verlaufender, gebündelter Nervenfasern (Axone). Je nachdem, welche Aufgabe der Nerv erfüllt bzw. in welche Richtung er die Informationen weiterleitet, wird er als efferenter (motorischer), afferenter (sensorischer) oder gemischter Nerv bezeichnet. Efferente Nerven leiten elektrische Impulse vom Zentrum (Gehirn, Rückenmark) zur Peripherie, beispielweise zur Skelettmuskulatur. Afferente Nerven hingegen senden den Reiz von der Peripherie (z. B. Haut) zum Gehirn oder Rückenmark.

Innerhalb des Nervensystems werden aber nicht nur die Nervenfasern aufgrund spezieller Eigenschaften unterteilt. Auch das Nervensystem als Ganzes lässt sich in verschiedene Bereiche untergliedern:

• Zentralnervensystem (ZNS): Umfasst Gehirn und Rückenmark.
• Peripheres Nervensystem (PNS): Umfasst alle Nerven, die außerhalb des ZNS liegen.
• Somatisches (willkürliches) Nervensystem: Steuert die bewussten Körperfunktionen, insbesondere die Bewegung der Skelettmuskulatur.
• Vegetatives (unwillkürliches) Nervensystem: Reguliert unbewusste Körperfunktionen wie Atmung, Herzschlag, Verdauung und Stoffwechsel.

Sowohl peripheres und zentrales Nervensystem als auch das somatische und vegetative Nervensystem sind in ihrer Funktion miteinander gekoppelt.

Zentralnervensystem (ZNS)

Unser Gehirn und das Rückenmark bilden gemeinsam das zentrale Nervensystem, kurz ZNS. Bei Betrachtung der Gewebestruktur ist zu erkennen, dass sowohl Gehirn als auch Rückenmark aus einer grauen und weißen Substanz bestehen. Die graue Substanz, die vor allem aus Nervenzellkörpern besteht, befindet sich in der Großhirnrinde (Kortex) und im schmetterlingsförmigen Teil des Rückenmarks. Sie dient der Reizaufnahme und Reizverarbeitung. Die weiße Substanz bildet im Gehirn das innenliegende Gewebe aus Nervenfasern (Axone). Hier sind Nervenzellen durch millionenfache Verbindungen verschaltet und für die Reizweiterleitung verantwortlich. Als Kontroll- und Schaltzentrale ist das zentrale Nervensystem für uns lebenswichtig, denn es steuert die bewusste Koordination der Bewegung (Motorik), vermittelt Nachrichten aus der Umwelt oder unserem Körperinneren und reguliert das Zusammenspiel aller Körpersysteme (Atmung, Hormonhaushalt, vegetatives und peripheres Nervensystem, innere Organe, Herz-Kreislauf-System, Muskulatur). Darüber hinaus ermöglicht uns das zentrale Nervensystem komplexe Funktionen wie Gedächtnis (Lernen, Erinnerung), Bewusstsein, Gefühle, Verstand und Vernunft.

Lesen Sie auch: Unser Denkorgan unter der Lupe

Peripheres Nervensystem (PNS)

Als peripheres Nervensystem werden all jene Nerven zusammengefasst, die nicht zum ZNS gehören. Die Hirnnerven verknüpfen unsere Sinnesorgane mit dem Gehirn und der Muskulatur im Kopf- und Rumpfbereich. Entsprechend der Reihenfolge, in der sie aus dem Gehirn austreten, werden sie mit römischen Zahlen nummeriert. Zu den Hirnnerven gehören beispielsweise unser Riechnerv (I. Hirnnerv; Nervus olfactorius), der Sehnerv (II. Hirnnerv; Nervus opticus) und unser Gesichtsnerv (VII. Hirnnerv; Nervus facialis). Rund die Hälfte der Hirnnerven sind sogenannte gemischte Nerven, d. h. sie enthalten sowohl motorische als auch sensorische Fasern. Die Spinalnerven sind ebenfalls gemischte Nerven. Sie bilden sich aus den Nervenwurzeln im Rückenmark und verzweigen sich nach ihrem Austritt aus dem Wirbelkanal in 3-4 Äste, um verschiedene Körperbereiche versorgen zu können. Der vordere Ast z. B. Um sensorische Informationen zu übertragen und Körperfunktionen sowie Reaktionen zu koordinieren, arbeiten unser peripheres und zentrales Nervensystem als perfektes Team zusammen. Nicht immer wird dabei das Gehirn involviert. Bei Reflexen wie z. B. die Regulation innerer Prozesse wie z. B. die Interaktion mit der Umwelt, d. h.

Somatisches Nervensystem

Viele der Funktionen, die unser Nervensystem übernimmt, können wir bewusst steuern. Auf manches haben wir allerdings keinen Einfluss. Sowohl bei bewussten als auch bei unbewussten Reaktionen spielen die Sinneszellen als Übermittler der Informationen eine zentrale Rolle. Denn sie nehmen Sinnesreize (Sehen, Hören, Riechen usw.) aus der Umwelt wahr und leiten sie über das periphere Nervensystem an unser Gehirn. Abhängig vom Sinnesreiz werden verschiedene Arten von Rezeptoren erregt. Im Gehirn angekommen wird der Sinnesreiz dann schließlich mit übergeordneten Hirnprozessen wie z. B. Je nachdem, ob unser Körper Reize der Umwelt verarbeitet oder Körperfunktionen im Inneren koordiniert, unterscheidet man zwischen somatischem (willkürlichem) Nervensystem und vegetativem (unwillkürlichem) Nervensystem. Das somatische (willkürliche) Nervensystem steuert die Motorik der Skelettmuskulatur und damit alle bewussten, willentlichen Körperreaktionen und Reflexe, die als Reaktion auf unsere Umwelt erfolgen. Wenn wir also im Sommer nach draußen gehen und realisieren, dass es uns zu hell ist, leiten die Sinneszellen der Augen die Information über sensorische Nervenfasern an das Gehirn weiter. Dort wird die Information dann zur Entscheidung umgewandelt, eine Sonnenbrille zu tragen - und der Befehl „Sonnenbrille aufsetzen“ wird über motorische Nervenfasern an die Hand weitergeleitet.

Vegetatives Nervensystem

Im Gegensatz zum somatischen Nervensystem haben wir über das vegetative Nervensystem keinerlei Kontrolle. Die Tatsache, dass wir es nicht beeinflussen können, bedeutet aber nicht, dass es weniger wichtig für uns ist. Im Gegenteil: Das vegetative Nervensystem innerviert unser Herz, die Gefäße sowie Drüsen und die glatte Muskulatur der Eingeweide und steuert so sämtliche „Vitalfunktionen“ (u. a. Atmung, Verdauung, Stoffwechsel). Wenn sich beim Sport unser Puls erhöht und wir zu schwitzen beginnen, verdanken wir das der Arbeit des vegetativen Nervensystems. Darüber hinaus beeinflusst das vegetative Nervensystem auch einzelne Organe und Muskeln, darunter unsere Sexualorgane oder den inneren Augenmuskel, der u.a. Diese werden durch übergeordnete Schaltzentren im verlängerten Rückenmark und Hypothalamus reguliert.

Das vegetative Nervensystem besteht aus drei Teilen:

• Sympathikus: Ist erregend bzw. leistungssteigernd (ergotrop) auf die Organfunktionen und versetzt unseren gesamten Körper in eine „Stresssituation“, den sogenannten „fight-or-flight“ Modus. In der Folge weiten sich die Pupillen, der Herzschlag und die Atmung werden beschleunigt, Energie wird freigesetzt. Vorgänge, die für eine sofortige Aktivität nicht so wichtig sind (z. B. Verdauung), werden gehemmt. So ist unser Körper bereit, Höchstleistungen zu vollbringen. Reize, die den Sympathikus aktivieren (sogenannte Stressoren) können sowohl physischer (z. B. Lärm, Hitze) als auch psychischer Natur sein. Anatomisch hat der Sympathikus seinen Ursprung in den Nervenzellkörpern des Rückenmarks, deren Nervenfasern zwischen den Brust- und Lendenwirbeln aus dem Wirbelkanal austreten und sogenannte Ganglien (Ansammlungen von Nervenzellkörpern) bilden. Diese verbinden sich an beiden Seiten der Wirbelsäule zu einem perlschnurartigen sogenannten Grenzstrang aus, über den die Nervenfasersysteme in Verbindung stehen.
• Parasympathikus: Ist der Teil des vegetativen Nervensystems, der für die Ruhe -und Regenerationsphasen („rest-and-digest“) verantwortlich ist und das innere Gleichgewicht wiederherstellt. Um dies zu erreichen, beginnt der Parasympathikus nach der Aktivierung des Sympathikus dadurch gegenzusteuern, dass er beispielsweise die Herzfrequenz senkt, die Pupillen verengt und den Stoffwechsel zum Aufbau von Reserven steigert. Gleichzeitig aktiviert der Parasympathikus die Tätigkeit des Verdauungssystems. Die Nerven des Parasympathikus haben ihren Ursprung im Hirnstamm und dem zum Kreuzbein gehörigen Bereich des Rückenmarks. Anders als im Sympathikus liegen die Ganglien des Parasympathikus aber nicht neben der Wirbelsäule, sondern dicht bei den versorgten Organen.
• Enterisches Nervensystem: Durchzieht als Geflecht von Nervenzellen den Verdauungstrakt. Interessanterweise steuert das enterische Nervensystem nicht nur Verdauungsprozesse, sondern hat auch einen Einfluss auf unsere Gefühlswelt und unser Wohlbefinden. Umgekehrt scheinen aber auch Veränderungen im Magen-Darm-Trakt Auswirkungen auf Emotionen zu haben. Forschungsarbeiten der letzten Jahre deuten darauf hin, dass die Zusammensetzung der Darmflora hier eine Rolle spielt.

Sympathikus und Parasympathikus werden oft als Gegenspieler bzw. Antagonisten bezeichnet.

Lesen Sie auch: Gehirn und Nerven verstehen

Akuter vs. chronischer Stress

Akuter Stress ist eine natürliche, zeitlich begrenzte Reaktion des Sympathikus, um uns in Situationen, in denen wir gefordert sind, aufmerksamer und leistungsfähiger zu machen. In Urzeiten diente akuter Stress z.B. der Flucht vor einem wilden Tier oder der Jagd.. Und auch heute kann akuter Stress helfen, Herausforderungen zu meistern. Wird der Organismus jedoch in eine Art „Daueralarm-Zustand“ versetzt und der Parasympathikus kann nicht bzw. nur wenig zu Regenerationszwecken eingreifen, wird die Gesundheit früher oder später negativ beeinflusst. Denn chronischer Stress zehrt sowohl an den körperlichen als auch psychischen Reserven. Wer sich dauernd gestresst fühlt, tut daher gut daran, belastende Auslöser zu finden und diese nach Möglichkeit auszuschalten.

Das Gehirn: Die Schaltzentrale des Körpers

Das Gehirn ist das komplizierteste Organ, das die Natur je hervorgebracht hat. Es arbeitet wie ein großer Computer. Es verarbeitet Sinneseindrücke und Informationen des Körpers und schickt Botschaften in alle Bereiche des Körpers zurück. Mit dem Gehirn denkt und fühlt der Mensch, hier liegen die Wurzeln seiner Intelligenz. Das Gehirn ist ungefähr so groß wie zwei geballte Fäuste und wiegt etwa 1,5 Kilogramm. Von außen ähnelt das Gehirn durch Windungen und enge Spalten einer überdimensionalen Walnuss. Das Großhirn besteht aus einer rechten und einer linken Gehirnhälfte. Beide sind durch ein dickes Bündel aus Nervenfasern verbunden, dem Balken. Jede Gehirnhälfte besteht wiederum aus sechs Bereichen (Lappen) mit unterschiedlichen Funktionen. Das Großhirn kontrolliert Bewegungen und verarbeitet Sinneseindrücke von außen. Hier entstehen bewusste und unbewusste Handlungen und Gefühle. Es ist außerdem für Sprache und Hören, Intelligenz und Gedächtnis verantwortlich.

Die beiden Gehirnhälften haben zum Teil unterschiedliche Funktionen: Während die linke Hälfte bei den meisten Menschen auf Sprache und abstraktes Denken spezialisiert ist, kommt die rechte in der Regel dann zum Einsatz, wenn es um räumliches Denken oder bildhafte Zusammenhänge geht. Die rechte Gehirnhälfte steuert die linke Körperseite, die linke Hälfte ist für die rechte Seite zuständig. Im Großhirn ist die Hirnrinde der linken Gehirnhälfte für die Sprache verantwortlich. Die Hirnrinde der rechten Gehirnhälfte vermittelt dem Gehirn die räumliche Stellung des Körpers - beispielsweise, wo sich der Fuß gerade befindet. Der Thalamus teilt dem Großhirn unter anderem Sinneseindrücke der Haut, der Augen und der Ohren mit. Der Hypothalamus reguliert zum Beispiel Hunger, Durst und Schlaf und kontrolliert zusammen mit der Hirnanhangdrüse (Hypophyse) den Hormonhaushalt.

Der Hirnstamm schaltet Informationen vom Gehirn zum Kleinhirn und dem Rückenmark um und kontrolliert Bewegungen der Augen sowie die Mimik. Das Gehirn muss ständig mit genügend Sauerstoff, Glukose und weiteren Nährstoffen versorgt werden. Deshalb ist es besonders gut durchblutet. Die vordere Hirnarterie (Arteria cerebri anterior) versorgt das Gewebe hinter der Stirn und im Bereich des Scheitels.

Die mittlere Hirnarterie (Arteria cerebri media) ist für die Seite und weiter innen liegende Gehirnbereiche wichtig. Die vordere und die mittlere Hirnarterie zweigen von der inneren Halsschlagader ab.

Die hintere Hirnarterie (Arteria cerebri posterior) versorgt den Hinterkopf und den unteren Bereich des Gehirns sowie das Kleinhirn. Sie wird mit Blut aus den Wirbelarterien gespeist.

Bevor die drei Arterien in „ihre“ Hirnregionen ziehen und sich dort in kleinere Äste verzweigen, liegen sie nahe beieinander unterhalb des Gehirns. Hier sind sie über kleinere Blutgefäße miteinander verbunden - ähnlich wie in einem Kreisverkehr. Auch an weiter entfernten Stellen gibt es Verbindungswege zwischen den einzelnen Arterien. Das hat den Vorteil, dass Durchblutungsstörungen im Gehirn bis zu einem gewissen Grad ausgeglichen werden können: Wenn zum Beispiel ein Arterienast allmählich immer enger wird, kann über diese „Umwege“ (sogenannte Kollateralen) trotzdem Blut in den betroffenen Hirnbereich fließen.

Die feinsten Aufzweigungen (Kapillaren) der Hirnarterien geben zwar Sauerstoff und Nährstoffe aus dem Blut an die Gehirnzellen ab - für andere Stoffe sind sie jedoch weniger durchlässig als vergleichbare Blutgefäße im übrigen Körper. Fachleute nennen diese Eigenschaft „Blut-Hirn-Schranke“. Sie kann das empfindliche Gehirn zum Beispiel vor im Blut gelösten Schadstoffen schützen.

„Verbrauchtes“ - also sauerstoffarmes - Blut wird über die Gehirnvenen abtransportiert. Sie leiten es in größere Blutgefäße, die sogenannten Sinusse. Die Sinuswände sind durch harte Hirnhaut verstärkt, die die Gefäße gleichzeitig aufspannen.

Bereiche des Gehirns und ihre Funktionen

Das Gehirn lässt sich in verschiedene Bereiche unterteilen, die alle ihre eigenen Funktionen erfüllen:

• Großhirn (Telencephalon): Der größte und wichtigste Teil des Gehirns, der die Gesamtheit aller Organe miteinander verbindet, für deren Abstimmung sorgt und innere sowie äußere Reize verarbeitet. Es ist zuständig für höhere kognitive Funktionen wie Denken, Lernen, Gedächtnis, Sprache und bewusste Handlungen.
• Zwischenhirn (Diencephalon): Besteht unter anderem aus Thalamus und Hypothalamus. Der Thalamus leitet Sinneseindrücke an das Großhirn weiter, während der Hypothalamus wichtige Körperfunktionen wie Hunger, Durst, Schlaf und Hormonhaushalt reguliert.
• Mittelhirn (Mesencephalon): Der kleinste Abschnitt des Gehirns, der an der Steuerung von Augenbewegungen, Hören und Motorik beteiligt ist.
• Kleinhirn (Cerebellum): Koordiniert Bewegungen und das Gleichgewicht und speichert erlernte Bewegungen.
• Hirnstamm: Der entwicklungsgeschichtlich älteste Teil des Gehirns, der lebenswichtige Funktionen wie Herzfrequenz, Atmung und Blutdruck steuert.

#

tags: #gehirn #und #nerven