Der Zusammenhang zwischen Nerven, Körper, Geschwindigkeit, Reaktion und Zeit

Die Fähigkeit, schnell auf Reize zu reagieren, ist sowohl im Alltag als auch im Sport von entscheidender Bedeutung. Reaktionszeit und -fähigkeit sind eng miteinander verbunden und beeinflussen unsere Leistungsfähigkeit in verschiedenen Situationen. Dieser Artikel beleuchtet den komplexen Zusammenhang zwischen Nerven, Körper, Geschwindigkeit, Reaktion und Zeit und gibt Einblicke in die Mechanismen, die diesen Prozessen zugrunde liegen.

Reaktionsfähigkeit: Definition und Bedeutung

Reaktionstraining zielt darauf ab, die Reaktionsfähigkeit eines Sportlers zu verbessern. Diese wird definiert als die Fähigkeit, möglichst schnell und zielgerichtet auf einen oder mehrere Reize aus der Umwelt zu reagieren. Eine gute Reaktionsfähigkeit und kurze Reaktionszeiten sind sowohl im Alltag als auch beim Ausüben sportlicher Aktivitäten wichtig. Im Sport kann die Reaktionsgeschwindigkeit über Sieg oder Niederlage entscheiden, wie beispielsweise im Fußball, wo ein geübter Torwart in etwa einer Viertelsekunde entscheiden muss, in welche Ecke er springt, um den Ball abzuwehren. Aber auch im Alltag ist eine schnelle Reaktionsfähigkeit von Vorteil, etwa wenn man versehentlich ein Glas umstößt und es schnell genug auffängt, bevor es vom Tisch fällt.

Arten von Reaktionen

Es gibt verschiedene Arten von Reaktionen, die sich in ihrer Komplexität unterscheiden:

1. Einfache Reaktion: Die motorische Reaktion wird durch ein einfaches Signal ausgelöst, wie beispielsweise der Startschuss in der Leichtathletik oder beim Schwimmen.
2. Wahlreaktion: Bei dieser Art von Reaktion muss sich der Sportler für eine von mehreren möglichen Reaktionen entscheiden, nachdem ein Signal aufgetreten ist.
3. Komplexe motorische Reaktion: Hier treten mehrere Signale gleichzeitig auf, was eine komplexe motorische Reaktion erfordert.

Signale können auf unterschiedliche Weise wahrgenommen werden: optisch (durch den Sehsinn), akustisch (durch den Hörsinn) oder taktil (durch den Tastsinn).

Reaktion vs. Reflex: Ein wesentlicher Unterschied

Es ist wichtig, zwischen einer Reaktion und einem Reflex zu unterscheiden. Stellen Sie sich vor, Sie laufen einen Hundertmeterlauf. Beim Startschuss nimmt Ihr Ohr den Knall wahr und leitet das Signal über Nervenbahnen an Ihr Gehirn weiter. Ihr Gehirn weiß, dass Sie bei diesem Knall so schnell wie möglich loslaufen müssen und schickt ein Signal an Ihre Beinmuskeln.

Lesen Sie auch: Diagnose von Schmerzen an der Außenseite des Knies

Im Gegensatz dazu, wenn Ihre Hand eine heiße Herdplatte berührt, senden Ihre Nerven ein Notsignal, das nicht nur ins Gehirn, sondern auch ins Rückenmark gelangt. Dort wird ein Reflex ausgelöst, der Ihre Armmuskeln sofort in Bewegung setzt, sodass Sie Ihren Arm zurückziehen, bevor Ihr Gehirn den Schmerz vollständig realisiert.

Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass eine Reaktion eine bewusste Handlung ist, die vom Gehirn gesteuert wird, während ein Reflex eine unbewusste, automatische Handlung ist, die vom Rückenmark gesteuert wird, um den Körper vor Gefahren zu schützen.

Die Rolle der Reaktionszeit

Die Reaktionszeit ist die Zeitspanne zwischen der Wahrnehmung eines Reizes und der Reaktion darauf. Eine schnelle Reaktionszeit setzt voraus, dass der Reiz sicher gesehen, gehört oder gefühlt wird. Konzentration und das Verständnis des Reizes sind ebenfalls elementar. Ein Läufer muss beispielsweise den Startschuss von Hintergrundgeräuschen unterscheiden können. Zudem muss ein Sportler in der Lage sein, aus verschiedenen Körperpositionen schnell, kraftvoll und explosiv zu agieren.

Schwierigkeiten bei der Wahrnehmung, Verarbeitung oder Reaktion auf einen Reiz können die Reaktionszeit beeinträchtigen. Wenn beispielsweise die Verarbeitung des Reizes schwerfällt, benötigt der Sportler länger, was zu einer längeren Reaktionszeit führt.

Wie das Gehirn den Zeitpunkt zukünftiger Ereignisse vorhersagt

Eine neue Studie von Neurowissenschaftlern des Ernst Strüngmann Instituts der Max-Planck-Gesellschaft, der Goethe-Universität Frankfurt, des Max-Planck-Instituts für empirische Ästhetik und der New York University erklärt, wie das menschliche Gehirn den Zeitpunkt zukünftiger Ereignisse vorhersagt. Die Forschung zeigt, dass das Gehirn kontinuierlich einschätzt, wie wahrscheinlich es ist, dass etwas innerhalb der nächsten drei Sekunden passiert - und diese Einschätzung nutzt, um schnelle und genaue Reaktionen vorzubereiten.

Lesen Sie auch: Nurvet Kautabletten Nerven: Die Inhaltsstoffe und ihre Wirkung.

Mithilfe psychophysischer Experimente haben die Forscher gemessen, wie schnell Menschen auf einfache visuelle und akustische Signale wie Blitze oder Töne reagierten, während sie sorgfältig kontrollierten, wann diese Signale wahrscheinlich auftreten würden. Aus diesen Experimenten haben sie zwei Schlüsselprinzipien identifiziert, die das Gehirn zur Vorhersage des Zeitpunkts von Ereignissen verwendet:

• Das Gehirn verwendet dieselbe grundlegende Wahrscheinlichkeitsberechnung, unabhängig davon, ob ein Ereignis in wenigen hundert Millisekunden oder in mehreren Sekunden erwartet wird. Das bedeutet, dass das Gehirn die Zukunft über verschiedene Zeitspannen hinweg - bis zu mindestens drei Sekunden - auf konsistente Weise vorhersagt.
• Gleichzeitig schärft die Wahrscheinlichkeit das Zeitgefühl. Denn wenn ein Ereignis zu einem bestimmten Zeitpunkt wahrscheinlicher ist, verfolgt das Gehirn die Zeit präziser. Ist es dagegen weniger wahrscheinlich, wird auch das Zeitgefühl ungenauer.

Das Gehirn sagt den Zeitpunkt zukünftiger Ereignisse in verschiedenen Situationen und Geschwindigkeiten auf die gleiche Weise voraus. Diese Erkenntnisse können helfen, viele Aspekte des menschlichen Verhaltens besser zu verstehen, darunter Aufmerksamkeit, Entscheidungsfindung oder auch Störungen, die das Timing und die Vorhersage beeinträchtigen.

Das Reiz-Reaktions-Schema

Das Reiz-Reaktions-Schema erklärt, wie ein Reiz von deinem Körper aufgenommen und zu einer Reaktion verarbeitet wird. Es beschreibt den Ablauf auch als Reiz-Reaktions-Kette:

1. Reizumwandlung: Der Reiz löst ein elektrisches Signal aus.
2. Erregungsweiterleitung: Das Signal wird von den sensorischen Nerven weitergeleitet.
3. Reaktion: Im letzten Schritt erhält das Zielorgan (Muskel) seinen Befehl und reagiert.

Alltäglich reagierst du auf alle möglichen Reize. Wenn dir beispielsweise ein Ball zugeworfen wird, nehmen deine Augen (Sinnesorgane) den heranfliegenden Ball (Reiz) wahr. Die Information über den Ball löst ein elektrisches Signal aus. Daraufhin leiten die sensorischen Nerven das elektrische Signal weiter an dein Gehirn. Dein Gehirn verarbeitet die Information und sendet ein Signal, um eine Reaktion hervorzurufen. Das Signal gelangt über die motorischen Nerven weiter an die Muskeln (Zielorgane) in den Armen und Beinen.

Die Rolle der Sinnesorgane und Nervenzellen

Die Sinneszellen der Sinnesorgane sind für die Wahrnehmung der Reize zuständig. Dabei nimmt jedes Sinnesorgan ganz bestimmte und unterschiedliche Reize auf. Doch wie machen die Sinnesorgane das genau? Wie entsteht in der Zelle eine Spannung, die elektrische Impulse bewirkt?

Lesen Sie auch: Warum Eltern manchmal nerven

Die im Inneren der Zelle befindlichen negativ geladenen organischen Stoffe können die Membran des Axons nicht passieren, während die positiv geladene Kaliumionen durchaus durch die Membran treten können. Kaliumionen sind in hoher Zahl im Zellinneren vorhanden und strömen naturgemäß vom Ort der höheren Konzentration weg. Gleichzeitig verlassen damit jedoch positive Ladungen das Zellinnere. Dadurch erhält das Zellinnere eine negative Ladung. Deshalb werden nach einer gewissen Zeit Kaliumionen wieder angezogen. Es entsteht ein Gleichgewicht zwischen den ausströmenden Kaliumionen und den vom negativen Zellinneren angezogenen. In der Summe stellt sich eine negative Spannung des Zellinneren gegenüber dem Zelläußeren - das Ruhepotenzial - ein. Das Ruhepotenzial einer tierischen Nervenzelle beträgt etwa -75 mV.

Bei einem Reiz wird die Ionenverteilung im Axon aktiv verändert. Beginnend am Zellkörper werden zuerst die Natriumkanäle in der Membran geöffnet und Natriumionen strömen ein, wodurch die Ladung im Inneren positiv wird. Kurz darauf öffnen sich Kaliumkanäle und Kaliumionen strömen aus. Anschließend wird das Ruhepotenzial wieder hergestellt. Die Fortführung des Aktionspotenzials entlang des Axons kann nur in eine Richtung erfolgen, da die zurück liegende Membran nicht erregt werden kann.

Die Axone mancher Neuronen sind von Hüllzellen umgeben. Sie übernehmen isolierende Funktion. In gewissen Abständen befinden sich Einschnürungen zwischen den Hüllzellen. Nur an diesen Einschnürungen kann es zum Aktionspotenzial beziehungsweise zum Ladungsausgleich zwischen den Schnürringen kommen. Die Weiterleitung ist an Axonen mit Hüllzellen springend und schnell.

Beeinträchtigungen der Reaktionsgeschwindigkeit im Alter

Nimmt im Lauf des Älterwerdens die Isolierung der Nerven im Gehirn ab, verlangsamt sich auch die Bewegung, haben Forscher beobachtet. Dieser Abbau der Nervenhüllen kann schon im mittleren Alter vom Körper nicht mehr aufgehalten werden und führt zu Einbußen in der Reaktionsgeschwindigkeit, meist bevor Arthritis ihren Teil dazu beiträgt, erklärt George Bartzokis von der Universität von Kalifornien in Los Angeles.

Nerven im Gehirn sind von einer sogenannten Myelinscheide umgeben, die der Isolationsschicht um ein Kabel gleicht und eine schnelle Reizweiterleitung ermöglicht. Bis etwa zum vierzigsten Lebensjahr schafft es der Körper, Schädigungen dieser fetthaltigen Substanz zu reparieren. Mit zunehmendem Alter lässt aber die Regenerationsfähigkeit nach, so dass die Myelinscheide immer dünner wird. Dementsprechend verringern sich auch die Leistungen, die von den betroffenen Nerven abhängen.

Um diesen Zusammenhang zwischen der Verarbeitungsgeschwindigkeit des Nervensystems und dem Zustand der Nervenhüllen zu testen, untersuchten die Wissenschaftler 72 gesunde Männer zwischen 23 und 80 Jahren. Die Forscher erfassten die Geschwindigkeit, mit der ein Proband mit dem Zeigefinger tippen konnte und verglichen das Ergebnis mit Aufnahmen der Myelinscheiden im Gehirn. Es zeigte sich, dass die Myelinscheide bei den meisten Versuchspersonen ab einem Alter von 39 Jahren dünner wurde. Das sei der Grund, warum sich ältere Menschen langsamer bewegen, auch wenn sie noch keine schmerzenden Gelenke oder Arthritis haben, erklärt Bartzokis.

Die Reizweiterleitung im Nervensystem

Die Reizweiterleitung im Nervensystem ist ein komplexer Vorgang, bei dem elektrische sowie chemische Potenziale angewandt werden - und das im Bruchteil einer Sekunde. Denn nur so können wir schnell reagieren, beispielsweise im Straßenverkehr, wenn wir einem Auto ausweichen müssen.

Ganz allgemein kann ein Reiz unterschiedlicher Natur sein: zum Beispiel das Wahrnehmen einer Temperaturveränderung, ein visueller Reiz oder Schmerz. Die Reizaufnahme im Nervensystem geschieht über die Dendriten, dünne Fortsätze der Neuronen. Der Axonhügel sammelt die bei den Dendriten eingehenden elektrischen Potenziale. Nur wenn eine bestimmte Potenzialschwelle überschritten wird, gibt der Axonhügel das elektrische Potenzial an das Axon weiter. Dies ist eine Art Schutzmaßnahme des Nervensystems, um eine Reizüberflutung, die nicht verarbeitet werden kann, zu verhindern.

Viele Axone im peripheren Nervensystem (der Teil des Nervensystems, der nicht zu Gehirn und Rückenmark gehört) werden durch einen Mantel aus speziellen Zellen (Schwann-Zellen = Hüll- und Stützzellen) elektrisch isoliert. Dabei entsteht keine durchgängige Umhüllung. Die Abschnitte, an denen das Axon frei liegt, werden Ranviersche Schnürringe genannt und dienen einer schnelleren Übertragung von Nervensignalen - die Erregung wird hierbei in Sprüngen von einem Schnürring zum nächsten weitergegeben (saltatorische Erregungsleitung).

Wenn kein Reiz weitergegeben werden muss, zeigt das Neuron folgende Verteilung elektrischer Ladung: Im Zellinneren herrscht eine hohe Konzentration an Kaliumionen (K+) und organischen Anionen (zum Beispiel Eiweiß), während außerhalb überwiegend Natrium- (Na+) und Chloridionen (Cl-) anzutreffen sind. Im Ruhezustand besteht ein Gleichgewicht zwischen der Zellinnen und -außenseite, das durch verschiedene Transportmechanismen (Kaliumkanäle und Natrium-Kalium-Pumpen) aufrechterhalten wird (Ruhepotential). Auf der Innenseite der Zellmembrane ist die Ladung zunächst negativ.

Im Falle eines elektrischen Impulses, der durch einen Reiz ausgelöst wurde, öffnen sich unter anderem die Natrium-Kanäle der Zellmembran und Natriumionen strömen vermehrt ins Zellinnere. Dies bedeutet, dass abschnittsweise die Ladung an der Innen- und Außenseite des Neurons umgekehrt wird. Durch diese lokale Ladungsänderung wird der elektrische Impuls entlang des Axons bis zum Ende weitertransportiert.

Am synaptischen Endknöpfchen, was dem Ende des Axons entspricht, wird der elektrische Impuls in ein chemisches Signal umgewandelt. Das elektrische Potenzial, das dort ankommt, löst die Ausschüttung chemischer Botenstoffe (sogenannte Neurotransmitter) aus. Dort löst der Neurotransmitter erneut einen elektrischen Impuls aus, der wieder am Axon entlangwandert und so von Zelle zu Zelle weitergegeben wird.

Methoden zur Verbesserung der Reaktionsfähigkeit

Es gibt verschiedene Übungen und Trainingsmethoden, mit denen Sie Ihre Reaktionsfähigkeit verbessern können:

1. Reflexballtraining: Ein Reflexball ist ein Ball, der unregelmäßig springt und somit die visuelle Signalverarbeitung trainiert. Sie müssen schnell einschätzen, in welche Richtung der Ball springen wird, um ihn zu fangen.
2. Sprinttraining auf Signal: Gemeinsam mit einem Partner trainieren Sie Ihre Reaktionsfähigkeit mittels Sprints auf ein Signal. Das Signal kann akustisch, visuell oder taktil sein.
3. Plyometrisches Training: Dieses Training basiert auf kraftvollen, explosiven Bewegungen und trainiert Ihre Geschwindigkeit und Reaktion. Typische Übungen sind Burpees, gesprungene Ausfallschritte oder Kniebeugen.
4. Laufen auf unebenem Untergrund: Durch das Laufen auf unebenem Untergrund trainieren Sie Ihr Gehirn darauf, schnell auf Hindernisse zu reagieren.
5. Sportliche Spiele: Fang- und Laufspiele eignen sich sehr gut, um Ihre Reaktionsfähigkeit zu trainieren. Beispiele sind Schlägerraub oder Ballspiele mit Zweikämpfen.

Weitere Faktoren, die die Reaktionszeit beeinflussen

Neben dem Alter können auch andere Faktoren die Reaktionszeit beeinflussen, wie beispielsweise Müdigkeit, geringe Aufmerksamkeit, hohe Temperaturen oder Alkoholkonsum. Auch die Art des Reizes spielt eine Rolle: Bekannte Reize führen zu kürzeren Reaktionszeiten als komplexe Reize, die eine motorisch komplexe Reaktion erfordern.

Schnelligkeit im Sport

Es gibt verschiedene Ausprägungen von Schnelligkeit im Sport. Bei den meisten Sportarten geht es zum Beispiel um kurze, wiederholte Sprints und nicht um die reine Höchstgeschwindigkeit. Deshalb muss das Gehirn zuerst entscheiden, welche Art von Reaktion der Reiz erfordert. Sobald das sensorische System (der Teil des Nervensystems, der für die Verarbeitung sensorischer Informationen zuständig ist) einen Reiz erhalten hat, verarbeitet das Gehirn die Informationen schnell und reagiert darauf.

Die komplexe Reaktionszeit (Wahlreaktionszeit oder zusammengesetzte Reaktionszeit) beschreibt die Zeit, die benötigt wird, um auf einen einzigen richtigen Reiz aus vielen Reizen zu reagieren und ihn bestmöglich zu beantworten.

Komponenten der Schnelligkeit

Die Schnelligkeit im Sport setzt sich aus verschiedenen Komponenten zusammen:

• Beschleunigung: Die Beschleunigung ist eine vektorielle Größe, die beschreibt, wie schnell ein Objekt seine Geschwindigkeit ändert. Um dies zu erreichen, muss der Sportler eine erhebliche Kraft auf den Boden ausüben, um auf eine höhere Geschwindigkeit zu beschleunigen. Die Anfangsbeschleunigungsphase beschreibt die ersten paar Sekunden der Beschleunigung, in denen du dich vorwärts bewegen und so schnell wie möglich an Geschwindigkeit gewinnen musst. Die Übergangsbeschleunigungsphase bezieht sich auf das Plateau, auf dem du dich der Höchstgeschwindigkeit näherst und daher nicht mehr viel weiter beschleunigen kannst.
• Maximale Schnelligkeit: Andererseits ist man sich weitgehend einig, dass die Maximale Schnelligkeit in hohem Maße von der Menge und der Geschwindigkeit abhängt, mit der die Kraft erzeugt wird. Technik und Bewegungseffizienz sind für die Sprintleistung ebenso wichtig. Stattdessen sollte man sich darauf konzentrieren, die optimale Schrittlänge zu finden, bei der der Schritt so lang wie möglich ist, die Füße aber unter dem Körperschwerpunkt des Sportlers landen.
• Schnelligkeitsausdauer: Die Schnelligkeitsausdauer (anaerobe Ausdauer) bezeichnet die Fähigkeit, die Sprintgeschwindigkeit über einen längeren Zeitraum bei nahezu maximaler Geschwindigkeit zu halten. Die Ansammlung von Laktat erhöht den Wasserstoffionengehalt im Blut und macht es saurer. Die Schnelligkeitsausdauer erfordert ähnliche technische Fähigkeiten wie die maximale Schnelligkeit (z. B.

Genetische Faktoren der Schnelligkeit

Neben der Verteilung der Muskelfasern wurden auch mehrere "Leistungsgene" untersucht. Zwei der bekanntesten sind die ACE- und ACTN3-Gene.

• ACE-Gen: Das ACE-Gen (das Angiotensin I-konvertierende Enzym) ist das erste Gen, von dem angenommen wird, dass es die körperliche Leistungsfähigkeit beeinflusst. Es hat zwei Varianten: die ACE-Insertion (ACE I) und die ACE-Deletion (ACE D). Das I-Allel hat eine Insertion von 287 Basenpaaren. Dieses längere Allel erhöht die Enzymaktivität, was mit einer erhöhten Ausdauerleistung und Bewegungseffizienz in Verbindung gebracht wird. Die kürzere ACE-Genvariante (D-Allel) ist mit einer höheren ACE-Aktivität und einem erhöhten Angiotensin-II-Spiegel verbunden.
• ACTN3-Gen: Das ACTN3-Gen kodiert das sarkomerische Protein α-Actinin-3 in Skelettmuskelfasern. Es kommt ausschließlich in schnellen glykolytischen (Typ IIb/IIx) Muskelfasern vor, die in der Lage sind, explosive, kraftvolle Kontraktionen zu erzeugen. Insbesondere der RR-Genotyp dieses Gens wird mit einer Verbesserung der Kraft sowie mit einem Schutz vor durch exzentrisches Training verursachten Muskelschäden und Verletzungen in Verbindung gebracht.

tags: #nerven #korper #geschwindigkeit #reaktion #zeit