Das menschliche Gehirn, ein Wunderwerk der Natur, ist ein komplexes Netzwerk aus Milliarden von Nervenzellen, die in ständiger Kommunikation stehen. Diese Kommunikation ermöglicht es uns zu denken, zu fühlen, zu handeln und unsere Umgebung wahrzunehmen. Ein faszinierendes Phänomen, das in diesem Zusammenhang von Bedeutung ist, sind Nervenspiralen, insbesondere Spreading Depression-Wellen in Spiralform. Dieser Artikel beleuchtet die Entstehung und Bedeutung dieser Spiralen für die Hirnfunktion.
Einführung in Nervenzellen und ihre Funktion
Das Nervensystem des Menschen ist das leistungsfähigste aller Wirbeltiere. Seine Grundeinheiten, die Nervenzellen oder Neuronen, können mit Zellkörper und Axon bis zu einem Meter lang werden, was eine schnelle Übertragung elektrischer Nervenimpulse ermöglicht. Der Zellkörper enthält den Zellkern, von dem verzweigte Zellfortsätze, die Dendriten, ausgehen. Jede Nervenzelle im Gehirn ist mit Tausenden anderen Nervenzellen verbunden, wobei ihre Dendriten mit unzähligen Endknöpfchen besetzt sind.
Die Übertragung von Nervenimpulsen erfolgt über den synaptischen Spalt, wobei Neurotransmitter als biochemische Botenstoffe fungieren, die elektrische Signale in biochemische umwandeln und umgekehrt. Die Synapsen stellen eine Schwachstelle dar, da die Übertragung verzögert wird. Die Reaktionszeit einer Person hängt jedoch auch von äußeren Einflüssen ab.
Die Organisation des Nervensystems
Das Nervensystem ist ein kompliziertes Nachrichtensystem des menschlichen Körpers. Die Verarbeitung der Informationen erfolgt durch das zentrale Nervensystem (ZNS) im Gehirn und im Rückenmark. Es besteht aus den Nervenzellen und den Stützzellen im Gehirn, die auch Gliazellen genannt werden. Ein menschliches Gehirn enthält im Schnitt 86 Milliarden Nervenzellen und noch sehr viel mehr Gliazellen. Das periphere Nervensystem (PNS) liegt außerhalb von Gehirn und Rückenmark. Ein Nerv besteht aus einem Bündeln von vielen Nervenfasern, die aus Stützzellen, Bindegewebe und den Axonen der Nervenzellen ihre Festigkeit erhalten.
Die Hirnnerven entspringen aus dem Gehirn, während die Spiralnerven im Rückenmark verwurzelt sind. Die Unterscheidung in somatisches und vegetatives Nervensystem erfolgt nach der Funktion: Das somatische Nervensystem umfasst die Nervenzellen, die bewusst durch Willensbeeinflussung gesteuert werden können, daher wird es manchmal auch willkürliches Nervensystem genannt. Die Nerven, die von den Sinneszellen Informationen zum Gehirn und Rückenmark leiten, nennt man sensorische Nerven. Nerven, die von dort Befehle an die Muskeln weiterleiten, werden motorische Nerven genannt. Das vom Hypothalamus gesteuerte vegetative Nervensystem (VNS) regelt zum Beispiel die Atmung, die Verdauung, den Blutkreislauf und die Funktion der Drüsen. Es arbeitet weitgehend autonom und kann willentlich nicht direkt gesteuert werden, deshalb wird es auch autonomes Nervensystem genannt.
Lesen Sie auch: Diagnose von Schmerzen an der Außenseite des Knies
Spreading Depression: Eine Welle der Erregung im Gehirn
Ein besonderes Phänomen, das im Zusammenhang mit Nervenaktivität im Gehirn steht, ist die Spreading Depression (SD). Dabei handelt es sich um eine sich langsam ausbreitende Welle der Erregung, gefolgt von einer vorübergehenden Unterdrückung (Depression) aller Nervenaktivität. Diese Welle bewegt sich etwa 10.000 Mal langsamer als die normale Kommunikation im Gehirn durch Aktionspotentiale.
Beobachtung der Spreading Depression in der Netzhaut
Die Spreading Depression kann in der Netzhaut eines Kükens beobachtet werden, die zum zentralen Nervensystem gehört und neben der Groß- und Kleinhirnrinde die einzige in Schichten aufgebaute graue Substanz ist. In Experimenten wurde die Netzhaut präpariert und in eine Nährlösung getaucht, um die Ausbreitung der SD-Welle sichtbar zu machen. Die Welle erscheint weiß, da die Netzhaut unter ihrem Einfluss vorübergehend ihre Transparenz verliert und milchig wird.
Entstehung von Spiralen aus Spreading Depression-Wellen
Interessanterweise können aus Spreading Depression-Wellen Spiralen entstehen. Dies geschieht, wenn eine anfänglich kreisrunde Welle aufgebrochen wird, beispielsweise durch mechanische Stimulation oder die Applikation von Magnesiumionen (Mg2+). Diese Aufbrechung führt dazu, dass sich die Welle in eine Spiralform verwandelt.
Die Rolle von Nervenspiralen bei Migräne
Die Erforschung von Nervenspiralen im Gehirn ist besonders im Zusammenhang mit Migräne von Bedeutung. Es wird vermutet, dass bei Migräne eine Spreading Depression-Welle mit zwei offenen Enden abläuft, die sich jedoch nicht zur Spirale aufwickeln. Stattdessen wird die Erregungswelle im Keim erstickt, möglicherweise durch eine Flaschenhals-Situation.
Die Hörbahn: Ein Beispiel für komplexe Nervenverschaltungen
Ein weiteres Beispiel für die komplexe Funktionsweise des Nervensystems ist die Hörbahn. Schallwellen werden zunächst mechanisch aufbereitet, bevor sie in elektrische Nervenimpulse umgewandelt werden. Dieser Prozess beginnt am Trommelfell, dessen Schwingungen von den Gehörknöchelchen des Mittelohrs auf das ovale Fenster übertragen werden. Dahinter befindet sich die Hörschnecke (Cochlea), in der die Basilarmembran die Schwingung aufnimmt.
Lesen Sie auch: Nurvet Kautabletten Nerven: Die Inhaltsstoffe und ihre Wirkung.
Die Cochlea ist so aufgebaut, dass jeder Abschnitt der Basilarmembran nur von einem bestimmten Frequenzbereich des Schalls in Schwingungen versetzt wird. Auf der Basilarmembran liegt das Corti-Organ, das die analogen Schallsignale in digitale Nervenimpulse umwandelt. Dies geschieht durch die Haarzellen, die an ihrer Spitze haarähnliche Fortsätze (Stereocilien) besitzen. Werden die Härchen abgebogen, öffnen sich Ionenkanäle in der Zellmembran, was zu einer Ladungsänderung führt.
Jede Haarzelle ist über eine Synapse mit einer Spiralganglienzelle verbunden, deren Fortsätze den Hörnerv bilden. Das Signal wird dann zu verschiedenen Bereichen im Hirnstamm geleitet, bevor es über das Mittelhirn zum Thalamus und schließlich zur Hörrinde im Schläfenlappen gelangt.
Plastizität des Gehirns: Lernen und Anpassung
Das Gehirn ist nicht statisch, sondern unterliegt ständigen Veränderungen. Diese Plastizität ermöglicht es uns zu lernen, uns anzupassen und Schäden zu kompensieren. Synapsen können verstärkt oder abgeschwächt werden, und in einigen Bereichen des Gehirns können sogar neue Nervenzellen gebildet werden.
Synaptische Plastizität und Langzeitpotenzierung
Lernen findet an den Synapsen statt, wo die Effektivität der Übertragung variiert werden kann. Durch einen Vorgang namens Langzeitpotenzierung (LTP) kann eine Synapse verstärkt werden, indem sie mehr Botenstoff ausschüttet oder mehr Botenstoffrezeptoren bildet.
Die Rolle des Hippocampus beim räumlichen Gedächtnis
Ein Beispiel für die Plastizität des Gehirns ist der Hippocampus, eine für das Ortsgedächtnis zentrale Region. Bei Londoner Taxifahrern wurde festgestellt, dass der Hippocampus im Laufe der Jahre größer wird, was auf die tägliche Beanspruchung des räumlichen Gedächtnisses zurückzuführen ist.
Lesen Sie auch: Warum Eltern manchmal nerven
Kompensation von Schäden nach einem Schlaganfall
Die Plastizität des Gehirns ermöglicht es auch, Schäden zumindest teilweise zu reparieren. Sterben beispielsweise bei einem Schlaganfall Nervenzellen ab, können benachbarte Hirnregionen die Aufgaben des betroffenen Gebiets zum Teil übernehmen.
Hirnaktivität und Selbstorganisation
Die Hirnrinde, die für höhere geistige Fähigkeiten verantwortlich ist, entwickelt sich durch dynamische Prozesse der Selbstorganisation. Benachbarte Nervenzellen aktivieren sich gegenseitig, während weiter entfernte Gruppen von ihnen unterdrückt werden. Diese Umwandlung von unstrukturiertem Input in hochorganisierte Aktivitätsmuster findet anscheinend vollständig im Kortex selbst statt.
Die 12 Hirnnerven
Im Medizinstudium sind die 12 Hirnnerven ein wesentlicher Bestandteil bezüglich der Themen des Gehirns sowie des Nervensystems. Die 12 Hirnnerven entspringen direkt aus dem Gehirn und versorgen die Kopf- und Halsregion. Sie werden mit römischen Ziffern nummeriert.