Das Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk, das es dem Körper ermöglicht, Informationen zu empfangen, zu verarbeiten und darauf zu reagieren. Es spielt eine entscheidende Rolle bei der Steuerung von Körperfunktionen, der Wahrnehmung der Umwelt und der Ermöglichung von Verhalten. In diesem Artikel werden wir eine kurze Definition der Nervenbiologie geben und die Struktur, Funktion und Bedeutung des Nervensystems untersuchen.
Einführung in die Nervenbiologie
Die Nervenbiologie ist ein Teilgebiet der Biologie, das sich mit dem Studium des Nervensystems befasst. Es umfasst die Untersuchung der Struktur, Funktion, Entwicklung, Genetik, Biochemie, Physiologie und Pathologie des Nervensystems. Die Nervenbiologie zielt darauf ab, die Mechanismen zu verstehen, die der neuronalen Aktivität und dem Verhalten zugrunde liegen.
Aufbau des Nervensystems
Das Nervensystem kann auf verschiedene Arten eingeteilt werden. Nach der Anatomie unterscheidet man zwischen dem zentralen und dem peripheren Nervensystem. Das Nervensystem kann zum einen in das zentrale (ZNS) und das periphere System (PNS) unterteilt werden. Das ZNS besteht aus Gehirn und Rückenmark, das PNS aus allen anderen Nervenbahnen. Zum anderen kann in das somatische und das vegetative Nervensystem unterteilt werden.
Zentralnervensystem (ZNS)
Das zentrale Nervensystem (ZNS) besteht aus dem Gehirn und dem Rückenmark. Es ist das Hauptsteuerungszentrum des Körpers und für die Verarbeitung von Informationen und die Entscheidungsfindung verantwortlich. Das Gehirn ist der komplexeste Teil des Nervensystems und steuert eine Vielzahl von Funktionen, darunter Denken, Gedächtnis, Emotionen und Bewegung. Das Rückenmark ist eine lange, dünne Struktur, die sich vom Gehirn bis zum unteren Rücken erstreckt. Es leitet Informationen zwischen dem Gehirn und dem peripheren Nervensystem.
Im ZNS können zwei Gewebetypen deutlich unterschieden werden:
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- weiße Substanz und
- graue Substanz
Die graue Substanz liegt im Gehirn außen, im Rückenmark innen. Die graue Substanz wird vorwiegend aus den Zellkörpern der Nervenzellen gebildet, während die weiße Substanz überwiegend aus den Nervenzellfortsätzen oder Axonen besteht.
Das Gehirn
Die oberste Schaltzentrale im Wirbeltier (Beispiel Mensch) bringt im erwachsenen „Durchschnittsmenschen" ca. 1330 g auf die Waage. Dieser kleine Anteil des Körpers benötigt täglich ca. 75 Liter Sauerstoff und 1,2 Kilogramm Glukose.
Das Gehirn ist sehr komplex aufgebaut, aber in klare Strukturen gegliedert:
- Großhirn
- Zwischenhirn
- Mittelhirn
- Kleinhirn
- Epiphyse
- Nachhirn
Großhirn: Ort der willentlichen Entscheidungen, Sitz des Gedächtnisses, Sitz der Sprache, Motivation, Emotion. Stark vergrößerte Oberfläche durch Windungen und Fuchen, zwei Hemisphären, verbunden über den „Balken".
Zwischenhirn: Liegt vom Großhirn umschlossen „innen" im Gehirn und beherbergt Hypophyse, Hypothalamus und Thalamus. Zentrum für unbewusste Prozesse und Sinneswahrnehmung. Der Thalamus steuert unbewusstes Verhalten wie Mimik, Gestik und Sprache. Der Hypothalamus: Regulation des körperlichen Grundzustands; Biorhythmus
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Mittelhirn: Aufnahme und Verarbeitung sensorischer Informationen, teilweise Verarbeitung visueller Eindrücke auf „Reflexebene".
Kleinhirn: Bewegungskoordination, Aufnahme von Informationen aus Auge und Ohr.
Nachhirn: Oder verlängertes Rückenmark.
Peripheres Nervensystem (PNS)
Das periphere Nervensystem (PNS) besteht aus allen Nerven und Nervenzellen, die sich außerhalb des ZNS befinden. Es verbindet das ZNS mit den Organen, Gliedmaßen und der Haut. Das PNS ist in zwei Hauptteile unterteilt: das somatische Nervensystem und das autonome Nervensystem. Das Periphere Nervensystem kann als Filiale des ZNS betrachtet werden. Gehirn und Rückenmark (ZNS) können nicht überall sein. Die zu- und ableitenden Nervenfasern schon!
Die Aufnahme und Weiterleitung eines Reizes kannst Du Dir in dieser Reihenfolge merken: erst PNS, dann ZNS und zum Schluss wieder PNS.
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Somatisches Nervensystem (SNS)
Das somatische Nervensystem (SNS) steuert die willkürlichen Bewegungen des Körpers. Es besteht aus Nerven, die die Skelettmuskulatur versorgen. Das somatische Nervensystem (SNS) umfasst alle Anteile des Nervensystems, sowohl des PNS als auch des ZNS, die willkürlich beeinflussbar sind.
Autonomes Nervensystem (VNS)
Das vegetative Nervensystem (VNS) reguliert die unwillkürlichen Funktionen des Körpers, wie Herzfrequenz, Atmung, Verdauung und Schweißproduktion. Es ist in zwei Hauptteile unterteilt: den Sympathikus und den Parasympathikus. Das vegetative Nervensystem (VNS) hingegen zeichnet sich dadurch aus, dass es nicht willkürlich gesteuert werden kann, sondern unwillkürlich beziehungsweise unbewusst abläuft. Früher wurde das VNS auch als autonomes Nervensystem bezeichnet, was nun durch die enge Zusammenarbeit mit dem ZNS als nicht mehr zeitgemäß angesehen wird. Das SNS erhält nämlich sehr wohl vom ZNS einigen Input und Signale.
Sympathikus: Der Sympathikus bereitet den Körper auf Stresssituationen vor. Er erhöht die Herzfrequenz, erweitert die Atemwege und hemmt die Verdauung. Der Gegenspieler (Anatgonist) des Parasympathikus ist der Sympathikus. Er arbeitet nach dem Prinzip "fight or flight". Dies bedeutet, dass er im Körper eine Stressreaktion auslöst, sodass dieser augenblicklich viel Energie zur Verfügung hat, welche er beispielsweise durch Muskelkraft einsetzen kann. Demzufolge ruft der Sympathikus eine Leistungssteigerung hervor.
Parasympathikus: Der Parasympathikus fördert die Entspannung und Erholung. Er senkt die Herzfrequenz, verengt die Atemwege und fördert die Verdauung. Dieser Teil ist zuständig für das Entspannungssystem und arbeitet nach dem Prinzip "rest and digest". Er regt also die Verdauung an und sorgt dafür, dass der Körper sich nach einer Stressreaktion entspannen kann.
Nervenzellen (Neuronen)
Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind die Grundeinheiten des Nervensystems. Sie sind spezialisierte Zellen, die elektrische und chemische Signale empfangen, verarbeiten und weiterleiten können. Es gibt viele unterschiedliche Arten von Nervenzellen (Neuronen), die Spezialisierungen in Form und Funktion entwickelt haben. Gewisse Gemeinsamkeiten teilen sie jedoch alle. Jedes Neuron hat einen relativ großen Zellkörper (Soma). Der deutlichste Unterschied zu anderen Zellen sind aber die langen Fortsätze, die dem Zellkörper entspringen: die Dendriten und Axone.
Aufbau einer Nervenzelle
Eine typische Nervenzelle besteht aus drei Hauptteilen:
- Zellkörper (Soma): Der Zellkörper enthält den Zellkern und andere Organellen.
- Dendriten: Dendriten sind kurze, verzweigte Fortsätze, die Signale von anderen Nervenzellen empfangen und zum Zellkörper weiterleiten. Die Dendriten sind die verästelten Ausläufer des Somas und Kontaktstelle zu Zellen oder anderen Neuronen. Bei Ihnen kommt ein Reiz zuerst an. Ihnen kommt dann die Aufgabe zu, diese Erregungen an das Soma weiterzuleiten.
- Axon: Das Axon ist ein langer, dünner Fortsatz, der Signale vom Zellkörper zu anderen Nervenzellen, Muskeln oder Drüsen weiterleitet. Bei einem Axon handelt es sich um einen langen, unverzweigten Fortsatz, der der Weiterleitung der Signale durch den Körper dient.
Funktion einer Nervenzelle
Nervenzellen kommunizieren miteinander über elektrische und chemische Signale. Elektrische Signale, sogenannte Aktionspotentiale, werden entlang des Axons weitergeleitet. Chemische Signale, sogenannte Neurotransmitter, werden an den Synapsen freigesetzt, um die Kommunikation zwischen Nervenzellen zu ermöglichen.
Das Signal, das von den Dendriten über den Zellkörper und das Axon zu den Endknöpfchen einer Nervenzelle gelangt, wird in Form eines elektrischen Impulses weitergeleitet. Wie bei jeder lebenden Zelle ist auch bei einer Nervenzelle der Innenraum der Zelle negativer geladen als ihre Umgebung. Das Besondere an Nervenzellen ist jedoch, dass sie diesen Konzentrationsunterschied (ein elektrisches Potenzial) nutzen können, um einen elektrischen Impuls weiterzuleiten.
Für die Medizin ist eine bestimmte Station in der Signalweiterleitung von besonderem Interesse: der Informationsaustausch von Nervenzelle zu Nervenzelle an der sogenannten Synapse. Bei vielen Krankheiten wie beispielsweise Parkinson oder Depression sind diese Schaltstellen aus dem Gleichgewicht geraten. Nervenzellen sind in der Regel nicht elektrisch leitend miteinander verbunden. Das heißt: Um eine Information von einer Zelle zur nächsten übertragen zu können, muss eine Lücke überwunden werden. Diese Lücke nennt sich synaptischer Spalt.
Im Axon-Endknöpfchen befinden sich kleine Bläschen (Vesikel), die chemische Botenstoffe (Neurotransmitter) enthalten. Wenn ein elektrischer Impuls im Endknöpfchen ankommt, verschmelzen die Vesikel mit der Zellmembran und die Botenstoffe werden in den synaptischen Spalt ausgeschüttet. Aus dem elektrischen Signal wird also ein chemisches. An der Zellmembran der Empfängerzelle sitzen spezielle Andockstellen (Rezeptormoleküle) für die Botenstoffe. Wenn ein Transmitter an ein Rezeptormolekül bindet, wird in der Empfängerzelle wieder ein elektrisches Signal ausgelöst, das sich entlang der Zelle fortpflanzen kann. So werden Nervenimpulse von Zelle zu Zelle weitergegeben.
Ein System, das so komplex ist wie die Vorgänge an der Synapse, ist natürlich empfindlich gegenüber Einflüssen von außen. Psychoaktive Substanzen können an unterschiedlichen Stellen des Ablaufs eingreifen. Dazu gehören diverse Rauschmittel (Kokain, Ecstasy) und Medikamente (Antidepressiva, Beruhigungsmittel), aber auch Kaffee und Zigaretten. Manche Stoffe bewirken beispielsweise, dass die Neurotransmitter länger im synaptischen Spalt bleiben (indem ihr Abbau oder die Wiederaufnahme in die Senderzelle gehemmt werden). Das ist bei manchen Krankheiten, wie zum Beispiel bei Depressionen, erwünscht, da dort die Konzentration bestimmter Neurotransmitter zu niedrig ist.
Eine der vielleicht wichtigsten Funktionen der Nervenzellen für unser Selbstverständnis ist die Fähigkeit zu lernen. Auch dabei spielen die Synapsen eine entscheidende Rolle. Unser Gedächtnis wird einem bestimmten Hirnareal zugeschrieben, dem Hippocampus. Bei Lernvorgängen kommt es hier zu funktionellen Veränderungen an bestimmten Synapsen, die dazu führen, dass die elektrischen Antworten in den Empfängerzellen stärker werden. Man kann sich das wie einen Trampelpfad durch den Wald vorstellen: Je häufiger er benutzt wird, desto leichter zugänglich wird er - man kann ihn leichter wiederfinden und sich immer besser auf ihm fortbewegen. Genauso kann er aber wieder zuwuchern, wenn er nicht gebraucht wird. Das passiert auch im Gehirn - Neues lernen lässt neue Verbindungen entstehen, werden sie nicht gebraucht, werden sie auch wieder abgebaut.
Gliazellen
Neben den Neuronen gibt es im Nervensystem auch Gliazellen. Gliazellen sind nicht-neuronale Zellen, die die Neuronen unterstützen und schützen. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Homöostase im Nervensystem, der Bildung der Myelinscheide und der Immunabwehr. Am Aufbau des Nervengewebes sind beim Menschen (und anderen höheren Vielzellern) die Gliazellen beteiligt. Gliazellen umgeben die Nervenzellen und füllen vor allem im Gehirn die Räume zwischen den Nervenzellen aus. Deshalb werden sie auch als "Nervenleim" bezeichnet.
Funktionen des Nervensystems
Das Nervensystem hat viele wichtige Funktionen, darunter:
- Sensorische Wahrnehmung: Das Nervensystem ermöglicht es uns, die Welt um uns herum wahrzunehmen, indem es Informationen von unseren Sinnesorganen empfängt und verarbeitet. Wenn Du dich stößt, etwas berührst oder einen Gegenstand siehst, dann werden sogenannte Reize erzeugt. Dein Körper ist in der Lage, diese Reize, man nennt sie auch Erregungen, erfahrbar zu machen. Jede Erregung wird zum menschlichen Gehirn geleitet, dort entschlüsselt und interpretiert. So ist man in der Lage zu riechen, sehen, schmecken, hören und zu fühlen. Ganz entscheidend für diesen Vorgang sind die Nervenzellen, die man auch unter dem Begriff Neuronen kennt. Diese sind für die Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung aller Reize und ihrer Informationen verantwortlich.
- Motorische Kontrolle: Das Nervensystem steuert die Bewegungen unseres Körpers, indem es Signale an unsere Muskeln sendet.
- Regulation der Körperfunktionen: Das Nervensystem reguliert viele wichtige Körperfunktionen, wie Herzfrequenz, Atmung, Verdauung und Schweißproduktion.
- Kognitive Funktionen: Das Nervensystem ist für kognitive Funktionen wie Denken, Gedächtnis, Lernen und Sprache verantwortlich.
- Emotionen: Das Nervensystem spielt eine Rolle bei der Entstehung und Verarbeitung von Emotionen.
Bedeutung des Nervensystems
Das Nervensystem ist für unser Überleben und unser Wohlbefinden unerlässlich. Es ermöglicht es uns, mit der Welt um uns herum zu interagieren, uns an unsere Umwelt anzupassen und komplexe Verhaltensweisen auszuführen. Störungen des Nervensystems können zu einer Vielzahl von neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen führen.
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