Fühlen ohne Nervenzellen: Eine umfassende Betrachtung

Einführung

Das menschliche Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk, das für die Steuerung zahlreicher Körperfunktionen verantwortlich ist, vom Denken und Fühlen bis hin zur Bewegung und Wahrnehmung. Lange Zeit galt die Annahme, dass Nervenzellen (Neuronen) unerlässlich für Empfindungen wie Fühlen sind. Doch neueste Forschungen deuten darauf hin, dass auch ohne Nervenzellen ein gewisses Maß an Empfindung möglich ist. Dieser Artikel beleuchtet die verschiedenen Aspekte des Fühlens, die Rolle des Nervensystems und die überraschenden Erkenntnisse, die das Verständnis von Empfindungen revolutionieren könnten.

Das Nervensystem: Schaltzentrale des Körpers

Unser Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk, das den gesamten Körper durchzieht. Es besteht aus dem zentralen Nervensystem (ZNS), das Gehirn und Rückenmark umfasst, und dem peripheren Nervensystem (PNS), das die Nerven außerhalb von Gehirn und Rückenmark beinhaltet. Das Nervensystem steuert bewusste und unbewusste Aktionen wie Atmung, Körpertemperatur, Herz-Kreislauf-System, Hormon- und Schlaf-Wach-System. Es analysiert blitzschnell Körperreaktionen, steuert, koordiniert, reguliert und verarbeitet physische und psychische Reize, die Motorik sowie unzählige Abläufe in den Organsystemen.

Das Gehirn, mit seinen Milliarden von Nervenzellen, ist die Schaltzentrale für alle Informationen. Dort werden im Wach- und Schlafzustand Sinneseindrücke, Gefühle, Verhalten, Lernen, Denken, Sprechen, Gedächtnis, Reaktionen oder Reflexe ausgelöst, verarbeitet, koordiniert oder gespeichert. Das Gehirn arbeitet 24 Stunden am Tag mit einer beständig hohen Leistung.

Das periphere Nervensystem umfasst den Teil des Nervensystems, der außerhalb von Gehirn und Rückenmark liegt. Es nimmt Informationen von außen über die Sinne auf und leitet sie zum zentralen Nervensystem weiter. Dort werden die Informationen verarbeitet und entsprechende Reaktionen geplant.

Die Bausteine des Nervensystems: Nervenzellen und Gliazellen

Das Nervensystem besteht aus zwei Hauptzelltypen: Nervenzellen (Neuronen) und Stützzellen (Gliazellen). Neuronen sind für die Übertragung von Informationen zuständig, während Gliazellen unterstützende Funktionen wie Nährstoffversorgung, Reinigung und Schutz des Nervensystems übernehmen. Neuronen unterscheiden sich je nach Einsatzgebiet in Morphologie, Botenstoffen, Funktionsweise sowie Vernetzung. Jeder kennt diesen Ausdruck: „Streng mal deine grauen Zellen an!“ Aber warum bezeichnen wir unser Gehirn, oder besser gesagt: unsere Nervenzellen, als „graue Zellen“? Haben sie tatsächlich diese Farbe? Nein, nicht wirklich. Doch obwohl die einzelne Nervenzelle für sich genommen keine Farbe hat, kommt die Bezeichnung nicht von ungefähr. Es gibt einen Bereich im Gehirn mit vielzähligen Nervenzellkörpern, Mediziner bezeichnen dies als „graue Substanz“. Der Bereich bildet die äußere Schicht des Groß- und Kleinhirns, die Hirnrinde. Die graue Substanz ist aber auch in einigen Regionen tief im Inneren des Hirns vorzufinden. In all diesen Bereichen liegen die Zellkörper so dicht beieinander, dass sie mit dem bloßen Auge tatsächlich grau erscheinen. Zum scharfen Nachdenken strengt man übrigens sogar wirklich bevorzugt die Nervenzellen in der grauen Substanz an.

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Die Bedeutung des Tastsinns

Der Tastsinn ist ein Lebensprinzip, ohne ihn gibt es kein Leben. Es werden Menschen blind oder taub geboren, aber ohne den Tastsinn ist noch niemand auf die Welt gekommen. Schon Einzeller haben ein Tastsinnessystem. Wenn Sie eine wenige Mikrometer große Amöbe anpiksen, reagiert sie und versucht dem Reiz zu entkommen. Das funktioniert ohne Nervenzellen oder Nervensystem. Um fliehen zu können, aber auch für die Nahrungsaufnahme benötigt der Einzeller ein "Bewusstsein" über die eigene Körperlichkeit. Mit Hilfe von Sensoren an seinen Grenzflächen registriert die Amöbe, dass es ein Innen und ein Außen, den eigenen Körper und die Welt außerhalb des eigenen Körpers gibt.

Beim Menschen zeigt sich die Bedeutung schon während der Embryonalentwicklung. Der Tastsinn funktioniert wesentlich früher als das auditive oder das visuelle System. Der Mensch fühlt lange bevor er hört oder gar sieht. Bereits in der achten Schwangerschaftswoche reagiert ein 2,5 Zentimeter großer Fötus auf Reize im Lippenbereich mit heftigen Bewegungen. Nur wenige Wochen später kann das Ungeborene Greifbewegungen ausführen, die Nabelschnur umfassen oder beginnt, am eigenen Daumen zu lutschen. Schon im Mutterleib entdeckt der Fötus sich selbst. Er bewegt sich dort immer wieder an äußeren räumlichen Begrenzungen und weiß sehr sicher: Das bin ich, und da fängt die Außenwelt an. Meiner Meinung nach entsteht durch die vorgeburtlichen Körpererfahrungen mit Hilfe des Tastsinnessystems eine Art neuronale Basismatrix, die die Grundlage bildet für alle anderen Sinne, die sich später entwickeln.

Wir kommen bereits mit einem Körperschema auf die Welt. Wir wissen sehr genau, wie unser Körper beschaffen ist, auch ohne visuelle Kontrolle. Erfolgen sie nicht oder nur in geringem Umfang, kann das schlimme Auswirkungen auf die Entwicklung bis hin zum Tod haben. Auch später brauchen Menschen in den Wachstumsphasen immer wieder körperliche Feedbacks von der lebendigen Außenwelt, die ihnen signalisieren: Das bist du, so groß, so schwer, so warm. Diese Feedbacks können nur durch Körperkontakt zu anderen Menschen zu Stande kommen. Der Körperkontakt hilft dem wachsenden Individuum, seine körperliche Eigenart zu erfahren. Das Phänomen kann man bei allen Säugetieren beobachten. Wenn in diesen Phasen die Grundlagen nicht richtig gelegt sind, können später, zum Beispiel in der Pubertät, schwere Körperwahrnehmungsstörungen auftreten.

In der menschlichen Haut, den Gelenken, Muskeln und Sehnen befinden sich schätzungsweise 300 bis 600 Millionen Tastsinnesrezeptoren. Sie ermöglichen, dass wir uns jederzeit - auch bei geschlossenen Augen - über die Position unseres Körpers im Raum im Klaren sind. Tastsinnesrezeptoren sind in ihrer Form und Funktion vielfältig. Man kennt zum Beispiel die Vater-Pacini-Körperchen, die bis zu vier Millimeter lang sind und in der Haut, den Muskeln und den Sehnen zu finden sind. Mit ihrer Hilfe können wir Vibrationen unserer Umgebung wahrnehmen, seien sie ausgelöst durch ein Erdbeben oder ein brummendes Handy. Die meissnerschen Körperchen sind viel kleiner (rund 40 Mikrometer breit und 100 Mikrometer lang) und liegen direkt unter der Hautoberfläche. Unsere Fingerkuppen sind besonders reichlich mit diesen Rezeptoren ausgestattet. Auf einem Quadratmillimeter findet man bis zu 24 meissnersche Körperchen. Mit unseren Fingerkuppen können wir Oberflächenunterschiede von bis zu vier Mikrometern wahrnehmen. Kein Wunder, dass wir die Finger zur Hilfe nehmen, wenn wir das Ergebnis der Rasur überprüfen oder den Anfang auf der Klebebandrolle suchen. Wenn wir etwas mit den Händen ertasten, legen wir kleine, für das Auge nicht sichtbare Entdeckungsstopps ein. Der Tastsinn hält wie auch das Auge und das Ohr diese Pausen im Millisekundenbereich ein, damit die einlaufenden Informationen vom Gehirn richtig verarbeitet werden können.

Die Rolle der Nozizeptoren bei der Schmerzwahrnehmung

Die Fähigkeit, Schmerzen zu empfinden, die so genannte Nozizeption, ist von anderen Sinnen weitgehend unabhängig. Schmerzempfinden entsteht erst im Gehirn im somatosensorischen Cortex. Die Informationen hierzu werden von spezialisierten Nervenzellen, den Nozizeptoren, registriert. Nozizeptoren werden durch äußere und innere Schädigung mechanischer, thermischer oder chemischer Art aktiviert. Nozizeptoren haben Nervenendigungen in der Haut, in Gelenken und Organen und ein synaptisches Ende im Rückenmark, über das Impulse zur bewussten Schmerzwahrnehmung ins Gehirn oder zur unbewussten Reflexreaktion an motorische Nerven weitergeleitet werden. Emotionale Bewertung durch das limbische System beeinflusst die subjektive Einschätzung der Schmerzintensität und das Leiden.

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Es gibt Nozizeptoren vom A-Delta- und vom C-Typ, die jeweils unterschiedliche Aufgaben haben. Die A-Delta-Fasern sind mit Myelin-Scheiden ummantelt und leiten den Impuls mit 2 bis 30 Metern pro Sekunde schneller weiter als die myelinfreien C-Fasern, die etwa einen Meter pro Sekunde schaffen. Dadurch entsteht bei Verletzung die Empfindung eines ersten, stechend hellen Schmerzes, vermittelt über die A-Delta-Fasern, und eines zweiten, eher dumpfen brennenden C-Faser-Schmerzes. Aufgrund ihrer Spezialisierung auf eine schnellere Erregungsleitung reagieren Nozizeptoren vom A-Delta-Faser-Typ weniger auf chemische Stimulanzien wie Histamin oder Bradykinin, die bei gängigen Verletzungen erst mit einiger Verzögerung ausgeschüttet werden. Hierfür sind die C-Fasern zuständig. C-Fasern sind es auch, die den eher schwer lokalisierbaren Tiefenschmerz melden. Er geht von Gelenken, Muskeln oder Knochen aus.

Die Wahrnehmung von Schmerz verdanken wir den so genannten Nozizeptoren, freien Nervenendigungen, die bei einer Verletzung oder möglichen Schädigung des Körpers erregt werden. Überall im Körper sind diese spezialisierten Nervenzellen verteilt, ihre Signale senden sie über das Rückenmark ins Gehirn, wo die Erregung dann verarbeitet und als Schmerz gedeutet wird. Die Zahl der Nozizeptoren übersteigt die aller anderen Rezeptoren und ihr Meldesystem ist weitgehend unabhängig von anderen Sinneskanälen wie Wärmeempfinden oder Tastsinn. Das zeigt, wie zentral die Schmerzwahrnehmung für den Organismus ist.

Fühlen ohne Nervenzellen: Die Rolle von Einzellern

Schon Einzeller haben ein Tastsinnessystem. Wenn Sie eine wenige Mikrometer große Amöbe anpiksen, reagiert sie und versucht dem Reiz zu entkommen. Das funktioniert ohne Nervenzellen oder Nervensystem. Um fliehen zu können, aber auch für die Nahrungsaufnahme benötigt der Einzeller ein "Bewusstsein" über die eigene Körperlichkeit. Mit Hilfe von Sensoren an seinen Grenzflächen registriert die Amöbe, dass es ein Innen und ein Außen, den eigenen Körper und die Welt außerhalb des eigenen Körpers gibt.

Depression und synaptische Plastizität

Depressionen gehören weltweit zu den häufigsten psychischen Erkrankungen. Etwa vier Millionen Menschen in Deutschland leiden aktuell an einer Depression. Die Forscher um Prof. Dr. Christoph Nissen, Geschäftsführender Oberarzt an der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie des Universitätsklinikums Freiburg, untersuchten, wie gut die Fähigkeit des Gehirns ausgeprägt ist, die Übertragung zwischen Nervenzellen an neue Reize anzupassen. Dieser Vorgang wird als synaptische Plastizität bezeichnet und ist die Grundlage von Lernen, Gedächtnisbildung und unserer Anpassungsfähigkeit an eine sich verändernde Umwelt. Um die synaptische Aktivität zu ermitteln, untersuchten die Forscher je 27 gesunde und depressive Personen. Sie reizten mit Hilfe einer Magnetspule über dem Kopf der Probanden ein bestimmtes motorisches Areal im Gehirn, das für die Steuerung eines Daumenmuskels zuständig ist. Dann maßen sie, wie stark der Daumenmuskel dadurch aktiviert wird. Im zweiten Schritt kombinierten sie die Reizung mit einer wiederholten Stimulation eines Nervs am Arm, der Informationen ins Gehirn sendet. Hatte durch die Kopplung ein Lernvorgang in Form einer stärkeren Verknüpfung von Nervenzellen in der Gehirnrinde stattgefunden (synaptische Plastizität), war die Reaktion stärker als zu Beginn des Experiments. Der Versuchsaufbau ist für die Messung der synaptischen Plastizität bereits etabliert. Tatsächlich wiesen die depressiven Probanden eine geminderte synaptische Plastizität auf als solche ohne eine depressive Episode. War die depressive Episode bei den erkrankten Probanden bei einer Folgemessung einige Wochen später jedoch abgeklungen, zeigten sie auch eine normale Hirnaktivität. „Damit haben wir eine messbare Veränderung im Gehirn gefunden, die zeitlich mit dem klinischen Zustand übereinstimmt“, sagt Prof. Die Forscher gehen davon aus, dass es sich bei der verminderten synaptischen Plastizität um eine Ursache der Depression handelt und nicht nur um eine Folge. „Synaptische Plastizität ist ein grundlegender Prozess im Gehirn. Veränderungen könnten einen Großteil der Symptome einer Depression erklären“, sagt Prof. Nissen. Vorangegangene Untersuchungen an Tiermodellen und auch weitere Indizien beim Menschen sprechen für eine ursächliche Rolle. Neben Schlafentzug, einer etablierten Depressionstherapie, haben auch alle gängigen antidepressiv wirksamen Verfahren, einschließlich Medikamente, Elektrokrampftherapie und auch sportliche Betätigung, eine positive Wirkung auf die synaptische Plastizität. Sollten sich die Ergebnisse in weiteren Studien als zuverlässig erweisen, könnten sie auch zur weiteren Entwicklung für objektive Verfahren zur Diagnosestellung und Therapiekontrolle dienen. Bislang geschieht dies ausschließlich über ein persönliches Gespräch und durch den Ausschluss anderer Erkrankungen. „Die Patienten sind schwer betroffen und oft extrem verunsichert. Da wäre es eine große Hilfe, wenn wir objektive Messverfahren entwickeln, die zur Diagnosestellung und zur Behandlungsplanung beitragen könnten“, sagt Prof. Nissen. Darüber hinaus könnte die vorliegende Forschungslinie die Entwicklung neuer Therapieverfahren begünstigen, die die synaptische Plastizität noch direkter als bisher beeinflussen.

Neurologische Erkrankungen und Sensibilitätsstörungen

Rund zweieinhalb Millionen Patienten werden einer Studie der Deutschen Gesellschaft für Neurologie aus dem Jahr 2015 zufolge pro Jahr in Deutschland neurologisch behandelt. Neurologen befassen sich mit der Wissenschaft und Lehre vom Nervensystem, seinen Erkrankungen und deren medizinischer Behandlung. Sie behandeln nicht nur Erkrankungen des zentralen und peripheren Nervensystems, sondern ebenfalls der Muskulatur. Darunter fallen Volkskrankheiten wie Kopfschmerzen oder Migräne, aber auch neurodegenerative Erkrankungen wie Morbus Alzheimer und autoimmunologische Erkrankungen wie Multiple Sklerose. Auch Gehirntumor-, Epilepsie- und Schlaganfallbehandlungen gehören ebenso wie neuromuskuläre Erkrankungen und viele Seltene Erkrankungen zum Aufgabengebiet. Die Grenzen zu anderen medizinischen Disziplinen sind dabei teilweise fließend. „Dadurch, dass unser Nervensystem einen so zentralen Teil unseres Körpers ausmacht, müssen zahlreiche Erkrankungen interdisziplinär betrachtet und auch behandelt werden. In der Uniklinik in Aachen arbeiten wir eng mit anderen Fachbereichen zusammen, um den Patienten eine angemessene und qualitativ hochwertige Behandlung gewährleisten zu können“, erklärt Univ.-Prof. Dr. med. Jörg B. Schulz, Direktor der Klinik für Neurologie an der Uniklinik RWTH Aachen.

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Die therapeutischen Möglichkeiten haben sich in den letzten beiden Jahrzehnten dramatisch geändert. Galt die Neurologie vor 25 Jahren im Wesentlichen als diagnostisches Fach, werden heute in der Routineversorgung Therapien angeboten, die neue entzündliche Schübe bei der Multiplen Sklerose unterdrücken und Gefäßverschlüsse beim Schlaganfall wiedereröffnen. Andere Erkrankungen, zum Beispiel die Parkinson-Krankheit, können zwar nicht geheilt werden, aber es stehen vielfältige, an das jeweilige Stadium der Erkrankung angepasste Behandlungsmöglichkeiten zur Verfügung. „Heutzutage können wir mithilfe bildgebender Verfahren und neuer Medikamente den Krankheitsverlauf bei vielen Erkrankungen gut verfolgen und positiv beeinflussen“, weiß Prof. Schulz.

Hereditäre sensible und autonome Neuropathie (HSAN)

Bei der hereditären sensiblen und autonomen Neuropathie (HSAN) handelt es sich um eine extrem seltene Erbkrankheit, die mit einer Unempfindlichkeit gegen Schmerzen einhergeht. Infolge der äußerst seltenen HSAN sterben bestimmte Nervenzellen im Körper ab, die für das Schmerz- und Temeperaturempfinden sowie einen Teil der autonomen Regulation verantwortlich sind. „Es kann durchaus vorkommen, dass Patient:innen mit einem gebrochenen Bein oder auf einem eingetretenen Reißnagel den restlichen Tag weitergehen, ohne es zu merken“, schildert Michaela Auer-Grumbach, Neurologin an der Medizinischen Universität Wien (Österreich). Solche Verletzungen sind gleich doppelt gefährlich. Neben dem Schmerzempfinden ist auch die Wundheilung von der Erkrankung betroffen. Verletzungen heilen deshalb weniger schnell ab und können sich schwer infizieren. Meist sind mehrere Personen innerhalb einer Familie betroffen. Die genaue Prävalenz ist nicht bekannt, weltweit wurden mehrere hundert Fälle berichtet. In Österreich betrifft die Erkrankung beispielsweise etwa 50 Menschen.

HSAN kann je nach Typ in unterschiedlichen Schweregraden und in allen Altersgruppen auftreten. Bei Kleinkindern ist die Gefahr für Selbstverletzungen besonders hoch, weil sie ihre Umwelt kennenlernen, indem sie sie abtasten und Gegenstände in den Mund nehmen. „Einem gesunden Kind tut es weh, wenn es sich auf die Zunge oder Lippen beißt. Bei Kindern mit solchen seltenen Neuropathien kommt es dagegen zu schlimmen Verletzungen und sogar Verstümmelungen im Mundbereich und an den Fingern“, sagt Auer-Grumbach. Außerdem betrifft die Erkrankung Nervenzellen des autonomen Nervensystems. Andere genetische Untertypen der Erkrankung setzen später im Leben ein und betreffen vor allem das Schmerzempfinden in Händen und Füßen. Auer-Grumbach erzählt etwa von Patienten, die während des Wehrdienstes eine erste Wunde bemerkten, nachdem sie lange Zeit in groben Schuhen marschiert waren. „Durch die Reibung entsteht eine Verletzung, die bei gesunden Menschen nach ein paar Tagen abheilt. Aber bei diesen Formen der Neuropathie kann sich so eine Wunde schnell infizieren, bis auf den Knochen vordringen und sogar zu Knocheneiterungen führen“, erläutert die Expertin. Beispiele wie diese verdeutlichen die Belastung, mit der Betroffene im Alltag konfrontiert sind. „Wichtig ist, den Patient:innen präventive Verhaltensmaßnahmen mitzugeben“, so Auer-Grumbach. Sie sollen auf keinen Fall barfuß gehen, ihre Schuhe stets auf Fremdkörper untersuchen, weiches Schuhwerk tragen und auch kleinste Verletzungen vermeiden. Besonders im Fall betroffener Kinder sind solche Regeln eine tägliche Herausforderung.

Hirnorganoide: Ethische Fragestellungen

Man nehme menschliche Stammzellen, gebe ihnen in einer Art Gelee voller Nährstoffe und Wachstumsfaktoren eine neue Heimat und nach ein paar Wochen oder Monaten entwickeln sich Nervenzellen, die unter einander Kontakt aufnehmen und irgendwann auch elektrische Signale austauschen. Ein Hirnorganoid, erbsengroß und faszinierend, findet Jürgen Knoblich vom Institut für Molekulare Biotechnologie in Wien, in dessen Labor einige der ersten Hirnorganoide entstanden. "Ich glaube, das Organoide ein unglaubliches Potenzial haben, dass sie Tierversuche ersetzen können, dass sie es uns erlauben werden, Medikamente zu entwickeln auf eine Art und Weise, wie wir es bisher nicht können." Auf der Tagung der Society for Neuroscience in Chicago wurden Organoide zum Studium der ersten Schritte der Hirnentwicklung vorgestellt. Sie dienen der Untersuchung von Autismus und Alzheimer, Muskellähmung und Mikrozephalie, Parkinson, Schlaganfall und Drogensucht. Hirnorganoide bieten großes Potential für die Wissenschaft, aber genau darin sehen manche auch Probleme, fürchten die Nervenzellklumpen könnten ein eigenes Bewusstsein in der Petrischale entwickeln.

Amyotrophe Lateralsklerose (ALS)

Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine schwere, bisher nicht heilbare Erkrankung des motorischen Nervensystems. Bei der ALS verlieren die motorischen Nervenzellen, die für die willkürliche Steuerung der Muskulatur verantwortlich sind, fortschreitend ihre Funktion.

Die geschädigten motorischen Nervenzellen (Motoneurone) befinden sich im Gehirn und im Rückenmark. Das “Erste Motoneuron” (“obere Motoneuron”) beginnt im Gehirn und reicht mit einem langen Nervenfortsatz (Axon) bis zum Rückenmark (Myelon). Dort haben sie Kontakt mit den Nervenzellen des “Zweiten Motoneurons” (“unteres Motoneuron”). Das zweite Motoneuron ist durch einen weiteren Nervenfortsatz mit der Muskulatur verbunden.

Der Abbau von Nervenzellen (Neurodegeneration) stellt sich für Menschen mit ALS vor allem als Kraftminderung und Muskelschwäche, Muskelschwund oder Steifigkeit dar. Der Nervenzellverlust hat zur Folge, dass die Mobilität der Hände, Arme, Beine sowie des Rumpfes und der Zunge im Laufe der Krankheit eingeschränkt wird oder verloren geht. Nicht betroffen von der ALS sind die Körperwahrnehmung und Sinneswahrnehmungen (Sehen, Hören, Schmecken, Riechen, Gleichgewichtssinn, Tastsinn). Auch die Herzmuskulatur und die Kontrolle von Urin und Stuhl bleiben meist unberührt. Im fortgeschrittenen Krankheitsverlauf kann es zur vollständigen Lähmung der Skelettmuskulatur kommen. Die ALS zählt daher zu einer der schwersten Erkrankungen des Menschen. Sie ist nicht heilbar, durch eine Behandlung können ihre Symptome jedoch gelindert werden.

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