Nervensystem und orale Empfindungen: Ein umfassender Überblick

Das Nervensystem spielt eine zentrale Rolle bei der Verarbeitung von Sinneswahrnehmungen, einschließlich derer, die im Mundraum entstehen. Diese oralen Empfindungen sind komplex und umfassen Geschmack, Geruch, Temperatur, Textur und Schmerz. Die Integration dieser verschiedenen sensorischen Informationen ermöglicht es uns, die Welt um uns herum zu erleben und zu genießen, insbesondere beim Essen und Trinken.

Die Bedeutung des olfaktorischen Systems

Das olfaktorische System, also unser Geruchssinn, trägt maßgeblich zu unseren Geschmacksempfindungen bei. Es besteht aus zwei Hauptkomponenten:

• Das eigentliche olfaktorische System: Es verarbeitet Gerüche, die über die Nase aufgenommen werden.
• Das nasal-trigeminale System: Es nimmt Empfindungen über Mund und Nase wahr und leitet diese an den Nervus trigeminus weiter, einen Gesichtsnerv. Dieser Nerv ist für Empfindungen wie Brennen, Stechen, Beißen, Kühlen und Schärfe verantwortlich, die über die Nase (nasal-trigeminal) wahrgenommen werden, sowie für prickelnde Empfindungen, die über den Mund (oral-trigeminal) entstehen.

Wir nehmen Gerüche durch flüchtige, in der Luft verteilte Geruchsstoffe wahr. Nichtflüchtige Substanzen hingegen werden in der Mundhöhle wahrgenommen. Viele flüchtige Substanzen lösen jedoch sowohl im olfaktorischen als auch im nasal-trigeminalen System eine Riechempfindung aus, wie z. B. Senf, Zwiebeln oder Menthol.

Der Weg der Duftmoleküle

Duftstoffmoleküle erreichen unsere Nase hauptsächlich beim Einatmen oder Riechen. Eine zweite Möglichkeit ist der retro-nasale Wahrnehmungsweg über die Mund-Nasen-Rachen-Verbindung. Hierbei werden die Geruchsstoffe beim Kauen freigesetzt und gelangen beim Schlucken und Ausatmen in den Nasen-Rachen-Raum. Interessanterweise kann auch die Körperhaut riechen, wie kürzlich für Sandelholzöl bestätigt wurde. Es ist auch möglich, dass die Zunge bis zu einem gewissen Grad riechen kann, da sie neben Geschmacks- auch Geruchsrezeptoren besitzt.

Die meisten Geruchsstoffe haben ein Molekulargewicht von unter 350 g/mol. Damit Riechen überhaupt stattfinden kann, müssen die Moleküle wasser- und lipidlöslich bzw. lipophil (fettfreundlich) sein, damit sie in die lipidhaltige Membran der Riechzellen eindringen bzw. durch die wässrige Schleimschicht zu den Rezeptoren in der Nase gelangen können. Für die Bindung an die Lipidmembran müssen die Moleküle zudem fettlöslich sein. Auch wenn bis heute nicht ganz geklärt ist, was ein Molekül zu einem „Duftstoff-Molekül“ macht, muss es flüchtig oder beim Kauen freigesetzt werden sowie wasser-, lipid- und fettlöslich sein.

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Informationsvermittlung im Riechsystem

Die Nase ermöglicht es dem Menschen, mehr als 10.000 verschiedene Gerüche zu unterscheiden. Dies beginnt mit der Riechschleimhaut in den Nasenhöhlen, die jeweils etwa fünf Quadratzentimeter groß ist. Hier befinden sich rund zehn Millionen Riechsinneszellen, die sich alle ein bis zwei Monate erneuern und an dünnen Riechhärchen Geruchsrezeptoren tragen. Diese Rezeptoren dienen als Anlegesteg für die Duftmoleküle.

Sobald ein Duftstoffmolekül an einen passenden Geruchsrezeptor bindet - das menschliche Riechorgan hat etwa 350 bis 400 unterschiedliche funktionstüchtige Rezeptoren bzw. Geruchsrezeptorentypen - wird der von außen kommende chemosensorische Reiz in ein internes elektrisches Signal umgewandelt und an das Riechhirn weitergeleitet. Diese Informationsvermittlung erfolgt durch Nervenfasern (Axone) der Sinneszellen, die gebündelt durch das Siebbein in die Schädelhöhle zum Riechkolben (Bulbus olfactorius) führen. Dort entsteht aus den einzelnen elektrischen Impulsen ein typisches Erregungsmuster bzw. ein interner elektrischer „Signal-Kombinationscode“.

Das Stichwort für die Erstleistung, die Umwandlung von chemosensorischen Reizen in interne elektrische Signale, aus denen dann ein Dufterkennungscode entsteht, lautet „chemoelektrische Transduktion“. Bei diesem Prozess geht es vor allem um die Kommunikation der Zellen. Nur so können Duftstoffmoleküle vom Riechkolben als Duftmuster und somit als spezifischer Duft (z. B. Rose) erkannt und von höheren Gehirnregionen, insbesondere dem orbitofrontalen Kortex (OFC), weiter beurteilt werden. Der OFC wird daher auch als „Maître des Parfums“ angesehen.

Der Riechkolben fungiert als Rechen- und Relaiszentrum, in dem eine Umschaltung der eingehenden Informationen stattfindet. Er sammelt die einzelnen elektrischen Impulse, die sogar aus 1000 verschiedenen Molekülen stammen können, und setzt sie zusammen. Bereits die Auswertung eines Teils des Erregungsmusters erzeugt im Gehirn einen ersten Dufteindruck. Einige Duftmoleküle wirken als Leitmoleküle und geben ein charakteristisches Signal ab, so dass das Gehirn bereits einen Hinweis auf das gesamte Duftbild erhält, bevor es als komplettes Erregungsmuster entsteht. Eine erste Dufterkennung kann bereits in weniger als 500 Millisekunden erfolgen, eine Duftunterscheidung dauert nicht länger als ein bis zwei Sekunden. Bei Rosen ist Geraniol beispielsweise das Leitmolekül für Rosenduft.

Der "Duftmanager" im Gehirn

Der piriforme Kortex ist das eigentliche Duft-Verteilersystem im Riechhirn. Er fungiert als eine Art „Duftmanager“ und sendet die jeweiligen Duftreize zu spezifischen Gehirnarealen weiter. Dieser Kortex arbeitet eng mit dem zentralen Kern unseres Emotionszentrums zusammen und verfügt über erstaunliche Fähigkeiten. Er kann nicht nur die Wirkung von Parfüm und Duft auf Bewusstsein, Stimmung und Emotion verstärken, sondern auch dem Riechkolben vorschreiben, was und wie etwas zu riechen ist. Dies kann so weit gehen, dass eine bestimmte Substanz gar nicht, nur teilweise oder gar nicht mehr beschnüffelt wird, je nachdem, was der piriforme Kortex und sein System als wichtig erachten.

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Der piriforme Kortex entscheidet auch, was, wie und wo zur Geruchsweiterverarbeitung in andere Gehirnregionen gegeben wird. Dabei hat er eine sehr emotionale Verbündete: die Amygdala. Sie riecht in der Regel immer mit und tauscht sich mit dem piriformen Kortex über den Geruchseindruck aus. Das Ergebnis kann in einer Rückschleife auch dem Riechkolben gemeldet werden. Die Wirkung von Parfüm und Geruch auf Bewusstsein, Stimmung und Emotion wird so von einem interessanten Duftmanager geleitet.

Der piriforme Kortex kann als Duftmanager entscheiden, dass ein Geruch direkt in einer Region im Gehirn, beispielsweise in den orbitofrontalen Kortex (OFC), weitergeleitet wird. Letzterer steuert im Netzwerk Persönlichkeitsmerkmale wie Extraversion und Gewissenhaftigkeit und wird laut Erkenntnissen der Neuroparfümerie durch bestimmte Parfüms und Gerüche (z. B. frische Zitrusnoten) besonders gern stimuliert. Der piriforme Kortex hat also als Duftmanager auch Einfluss auf unsere Persönlichkeit, die er mit olfaktorischen Impulsen motiviert.

Zweimal riechen für eine bessere Wahrnehmung

Offenbar riechen wir im Gehirn das meiste zweimal. Zunächst unbewusst mit dem Emotionszentrum und dort im Besonderen mit der Amygdala. Sie trifft die Vorentscheidung, ob ihr ein Duft gefühlsmäßig zusagt oder nicht. Danach wird in höheren Gehirnregionen, wie dem orbitofrontalen Kortex (OFC), bewusst gerochen. Hier geht es unter anderem in einer eher kognitiven Entscheidung darum, ob z. B. ein Parfüm seinen Preis wert ist.

In der Forschung wird diskutiert, ob an der Amygdala vorbeigerochen werden kann. Zumindest ist es physiologisch möglich. Zwischen dem PC und dem OFC bestehen direkte neuronale Verbindungen und sogar umgekehrt, die vor allem beim „Duftneulernen“ aktiviert werden. Theoretisch wäre es daher möglich, dass wir auch ohne den emotionalen Input der Amygdala riechen können. Sicherlich ist es auch möglich, dass nur die Amygdala und ihr Netzwerk riechen, ohne dass der Dufteindruck dem OFC weitergegeben wird. Das scheint besonders der Fall, wenn die Amygdala einen Duftreiz als nicht relevant empfindet. Die Amygdala und ihr Netzwerk sind eine Art emotionales Frühwarnsystem, dass aber auch auf positive Empfindungen anspricht und sie sucht.

Häufig liegen Amygdala und OFC bei der Duftentscheidung deshalb miteinander im Streit. Die Amygdala fühlt sich z. B. mit dem Parfüm wohl, der OFC jedoch signalisiert, dass man sich das Parfüm eigentlich nicht leisten kann. Raten Sie mal, wer gewinnt, wenn ein Parfüm die Amygdala wirklich fasziniert und der Kauf finanziell noch ganz knapp möglich ist. Richtig, die Amygdala! Die Vernunft kommt gegen das Gefühl wieder einmal - wie so oft im Leben - nicht an.

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Taktile Wahrnehmung im Mundraum

Neben dem Geruchssinn spielt auch die taktile Wahrnehmung eine wichtige Rolle für die oralen Empfindungen. Sie bezeichnet die Oberflächensensibilität der Haut, den Tast- und Empfindungssinn. Über unterschiedliche Rezeptoren der Haut nehmen wir verschiedene Reize wie Berührung, Druck, Temperatur und Schmerz wahr.

• Schmerzrezeptoren: Sie sind freie Nervenendigungen in den oberflächlichen Epithelschichten der Haut, die bei Erregung zu dem Gefühl von Schmerz führen.
• Thermorezeptoren: Sie sind Nervenendkörperchen in der Leder- und Unterhaut, die auf Temperatur und deren Änderung reagieren.
• Mechanorezeptoren: Sie sind Nervenendkörperchen, die auf mechanische Reize wie Dehnung und Druck reagieren. Beispiele hierfür sind Meissnerkörperchen (Berührungssensoren), Vater-Pacini-Körperchen (Vibrationssensoren), Merkelzellen (Drucksensoren) und Ruffini-Körperchen (Dehnungssensoren).

Die taktile Wahrnehmung dient dem Erfassen und Erkunden der Umwelt. So sammeln wir beispielsweise über die taktile Wahrnehmung von Gegenständen, die wir mit der Hand oder dem Fuß erkunden, Informationen darüber. Kleinkinder können bis zu ihrem ersten Lebensjahr Gegenstände am besten mit dem Mund erkennen, der sehr viele Rezeptoren besitzt. Die Sinneszellen der Haut, die taktile Reize an das Zentralnervensystem weiterleiten, können uns auch vor Schaden bewahren, wenn wir etwa auf Schmerz- oder Hitzereize entsprechend reagieren.

Geschmack: Mehr als nur fünf Qualitäten

Was man allgemein unter „Geschmack“ versteht, ist im Grunde ein Paket aus Sinneseindrücken: Nicht nur die Geschmacksqualitäten, die von der Zunge wahrgenommen werden, sondern auch der Geruch, die Beschaffenheit und die Temperatur einer Speise spielen eine Rolle. Die „Färbung“ des Geschmacks erfolgt über die Nase, erst zusammen mit dem Geruch entsteht das Aroma eines Lebensmittels.

Ausgehend von den Informationen, die von der Zunge an das Gehirn weitergegeben werden, geht man von mindestens fünf Grundqualitäten für Geschmack aus:

• Süß: Wird vor allem von Zucker und seinen Abkömmlingen ausgelöst.
• Sauer: Wird vor allem von sauren Lösungen wie Zitronensaft oder organischen Säuren ausgelöst.
• Salzig: Wird vor allem von Nahrungsmitteln ausgelöst, die mit Speisesalz versetzt sind.
• Bitter: Wird durch zahlreiche, sehr unterschiedlich gebaute Stoffe ausgelöst.
• Umami: Der an Fleischbrühe erinnernde Geschmackseindruck wird vor allem durch Glutamin- oder Asparaginsäure ausgelöst.

Manchmal wird Glutamat, das Salz der Glutaminsäure, als Geschmacksverstärker eingesetzt. Übrigens: Sehr häufig wird die Empfindung „scharf“ als Geschmacksrichtung beschrieben. Genau genommen ist dies nur ein Schmerzsignal der Nerven, die Tast- und Temperaturempfindung weiterleiten. Neben den mittlerweile fünf nachgewiesenen Grundqualitäten wird zurzeit nach weiteren speziellen Sinneszellen geforscht. Neueren Erkenntnissen zufolge gibt es vermutlich eigene Rezeptoren, die auf Fett reagieren. Fettig wäre dann die sechste Grundqualität für den Geschmack.

Hartnäckig hält sich die Vorstellung, dass es je nach Geschmacksrichtung bestimmte Zonen auf der Zunge gibt, durch die man besonders gut beispielsweise süß oder sauer schmecken könne. Doch diese Annahme beruht darauf, dass eine Abbildung falsch interpretiert wurde. Diese Zonen werden in vielen Lehrbüchern noch immer abgebildet. Tatsächlich können die Geschmäcke süß, sauer, salzig, bitter und würzig von allen Bereichen der Zunge wahrgenommen werden. Einzig die seitlichen Bereiche der Zunge sind insgesamt empfindlicher als die mittleren. Das gilt für alle Geschmacksrichtungen - mit einer Ausnahme: Vor allem die Empfindung „bitter“ wird sehr empfindlich im hinteren Bereich der Zunge wahrgenommen.

Die Geschmackspapillen: Lupen für den Geschmack

Der gelöste chemische Stoff, der für den Geschmack verantwortlich ist, trifft im Mund auf eine Nervenzelle. Diese kann er aktivieren, indem er in der Zellwand der Sinneszelle spezielle Eiweiße verändert. In den zahlreichen warzenähnlichen Erhebungen der Zungenschleimhaut findet die Umwandlung des Geschmacksstoffs in ein Nervenzellsignal statt. In der Mitte auf der oberen Seite befindet sich eine kleine Vertiefung, die mit Flüssigkeit gefüllt ist. In diesen flüssigkeitsgefüllten Trichter werden die chemischen Stoffe hineingespült, die den Geschmack ausmachen.

Zahlreiche warzenähnliche Erhebungen unter der Schleimhaut bilden die Geschmackspapillen. Sie vergrößern die Oberfläche der Zunge um ein Vielfaches und sorgen dafür, dass die einzelnen Geschmacksqualitäten verstärkt wahrgenommen werden. Dies wird auch als „Lupenwirkung der Zunge“ bezeichnet. Es gibt verschiedene Arten von Geschmackspapillen:

• Pilzpapillen: Sie kommen am häufigsten vor und sind über die gesamte Zungenoberfläche verstreut. Vor allem an der Zungenspitze und am Zungenrand sorgen sie dafür, dass dort die Geschmacksempfindung besonders sensibel ist. Die Pilzpapillen können nicht nur Geschmack erkennen, sondern enthalten auch Sinneszellen für den Tast- und Temperatursinn.
• Wallpapillen: Sie sind sehr groß und liegen an der Grenze zum Rachen am Zungengrund. Jeder Mensch hat nur 7 bis 12 Wallpapillen, doch in diesen Papillen sind jeweils mehrere Tausend Geschmacksknospen eingelagert. Wallpapillen sind rundlich, erhaben und mit bloßem Auge sichtbar. Sie sind V-förmig im hinteren Zungenbereich angeordnet.
• Blätterpapillen: Sie kann man ebenfalls mit bloßem Auge am hinteren Seitenrand der Zunge sehen. Erkennbar sind dort mehrere dicht hintereinander liegende Falten.

Die Geschmacksknospen: Das eigentliche Geschmacksorgan

Die Geschmacksknospen sind das eigentliche Geschmacksorgan mit zahlreichen Sinneszellen, die wiederum mit vielen Geschmacksnerven verbunden sind. Jede Knospe hat etwa 10 bis 50 Sinneszellen. Diese formen eine Kapsel ähnlich einer Blumenknospe oder einer Orange. An der Spitze dieser Kapsel befindet sich ein flüssigkeitsgefüllter Trichter, der sogenannte Porus. In diesen Trichter ragen feine, fingerförmige Fortsätze der Sinneszellen, auch Geschmacksstiftchen genannt. Die Knospen liegen in den Wänden und Gräben der Papillen. Insgesamt haben Erwachsene zwischen 2000 und 4000 Geschmacksknospen. Die Sinneszellen einer Geschmacksknospe erneuern sich wöchentlich.

Die meisten Geschmacksknospen liegen auf der Zunge. Doch auch im restlichen Mundraum befinden sich „geschmackserkennende“ Zellen: im Rachen, Kehldeckel, Nasenraum und sogar in der oberen Speiseröhre. Säuglinge und Kleinkinder haben zusätzlich noch Sinneszellen auf dem harten Gaumen, in der Zungenmitte sowie in der Lippen- und Wangenschleimhaut.

Weiterleitung der Geschmacksinformationen

Der letzte Schritt für die Geschmackswahrnehmung ist die Weiterleitung an das Nervensystem. Diese Aufgabe übernehmen mehrere Hirnnerven. Alle Informationen werden von den Hirnnerven an ein Gebiet im verlängerten Rückenmark geleitet. Von dort erfolgt eine Aufteilung: Ein Teil der Fasern wird mit anderen Sinneswahrnehmungen wie Schmerz, Temperatur oder Berührung über mehrere Schaltstellen an das Bewusstsein weitergeleitet. Der andere Teil umgeht die Schaltzentrale der bewussten Wahrnehmungen und gelangt direkt zu Hirngebieten, die mit Sinneswahrnehmungen verbunden sind und die das Überleben sichern sollen.

Ungefähr die Hälfte der Sinneszellen reagiert auf mehrere der fünf Grundqualitäten. Sie unterscheiden sich nur darin, dass sie für die Grundqualitäten unterschiedlich empfindlich sind. Dadurch hat jede Zelle ein spezielles Geschmacksmuster mit einer festen Rangordnung. So reagiert zum Beispiel eine bestimmte Zelle am empfindlichsten auf süß, gefolgt von sauer, salzig und bitter, eine andere Zelle auf die ihr eigene Reihenfolge. Erst die Kombination aller Sinneszellprofile in den verschiedenen Regionen der Zunge ergibt zusammen den Gesamteindruck einer Geschmacksqualität.

Die andere Hälfte der Sinneszellen und Nervenfasern ist spezialisiert und reagiert nur auf einen Geschmack. Die Aufgabe dieser Zellen: Mit ihnen wird die Information über die Stärke des Reizes weitergegeben - wie salzig oder sauer etwas schmeckt. Geht man von 5 Grundqualitäten und 10 möglichen Intensitätsstufen aus, macht dies schon 100.000 verschiedene Geschmacksrichtungen möglich.

Störungen der oralen Empfindungen

Verschiedene Faktoren können die oralen Empfindungen beeinträchtigen. Dazu gehören:

• Burning-Mouth-Syndrom (BMS): Eine chronische Schmerzerkrankung, bei der ein brennender Schmerz im Mund oder auf der Zunge ohne erkennbare Ursache auftritt.
• Polyneuropathie: Eine Erkrankung, die das periphere Nervensystem schädigt und zu Empfindungsstörungen, Schmerzen und Muskelschwäche führen kann.
• Vitamin-B1-Mangel: Ein Mangel an diesem wichtigen Vitamin kann zu neurologischen Störungen führen, einschließlich Empfindungsstörungen im Mundraum.
• Psychische Störungen: Angststörungen, Depressionen oder Persönlichkeitsstörungen können die Wahrnehmung von Schmerz und anderen Empfindungen im Mundraum beeinflussen.
• Andere Erkrankungen: Schleimhauterkrankungen im Mund, Mangel an bestimmten Nährstoffen, Mundtrockenheit, Diabetes, Sjögren-Syndrom, Schädigungen des Trigeminusnervs oder Zähneknirschen können ebenfalls orale Empfindungen beeinträchtigen.

Amyotrophe Lateralsklerose (ALS)

Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine fortschreitende neurodegenerative Erkrankung, die das motorische Nervensystem betrifft. Obwohl ALS hauptsächlich die Muskelkontrolle beeinträchtigt, können auch die oralen Empfindungen betroffen sein, insbesondere im fortgeschrittenen Stadium der Erkrankung.

Bei ALS sind sowohl das zentrale als auch das periphere Nervensystem betroffen, wobei die motorischen Nervenzellen im Gehirn, Rückenmark und den peripheren Nervenbahnen dauerhaft geschädigt werden. Im Gegensatz dazu bleiben das sensorische und das vegetative Nervensystem intakt, sodass die Empfindung für Berührung, Schmerz, Temperatur, das Sehen, Hören und Riechen zunächst normal bleiben.

Allerdings können im Verlauf der ALS Sprach- und Schluckstörungen (Dysarthrie und Dysphagie) auftreten, insbesondere bei bulbärem Beginn der Erkrankung. Dysphagie kann zu langsamen Essen, Gewichtsabnahme, Husten während und nach dem Essen, Speichelfluss aus dem Mund und Essensrückständen im Mundraum führen. Dies kann wiederum die Geschmackswahrnehmung und die Fähigkeit, Speisen zu genießen, beeinträchtigen.

Obwohl ALS derzeit nicht heilbar ist, gibt es vielversprechende Forschungsansätze zur Behandlung der Erkrankung. Ein Forschungsteam der Universität Heidelberg hat beispielsweise einen neuen Wirkstoff namens FP802 entdeckt, der in präklinischen Tests den Zelltod der Bewegungsneuronen im Rückenmark von Mäusen verhindert, die motorischen Fähigkeiten der Tiere verbessert und deren Lebenserwartung erhöht.

Das "zweite Gehirn": Die Rolle des Darms

Neueste Forschungen deuten darauf hin, dass psychische Prozesse und das Verdauungssystem enger miteinander verbunden sind, als bisher angenommen. Der Darm ist von mehr als 100 Millionen Nervenzellen umhüllt und wird daher oft als "zweites Gehirn" bezeichnet.

Der Darm analysiert und koordiniert nicht nur die Verdauung, sondern kommuniziert auch mit dem Gehirn. So "fühlt" das Darmhirn beispielsweise Gefahren zuerst und schickt Alarmsignale ins Gehirn. Es gibt auch Hinweise darauf, dass der Darm eine Rolle bei der Entstehung von Emotionen und der Verarbeitung von Stress spielt.

Störungen im Darmhirn können sich auf die oralen Empfindungen auswirken. So können beispielsweise Reizdarmsyndrom (IBS) oder andere Verdauungsbeschwerden zu Veränderungen der Geschmackswahrnehmung oder zu einem unangenehmen Gefühl im Mundraum führen.

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