Der Geruchssinn, oft unterschätzt, ist ein komplexes und faszinierendes Sinnessystem. Olfaktorische sensorische Neuronen (Riechzellen) spielen dabei eine zentrale Rolle. Dieser Artikel beleuchtet die Funktion dieser Neuronen, ihre anatomische Einbindung in das Riechsystem und die Bedeutung des Geruchssinns für Emotionen, Verhalten und Gedächtnis.
Einführung in den Geruchssinn
Riechen ist für uns so normal, dass wir den Geruchssinn meist erst wahrnehmen, wenn er gestört ist oder ganz verloren geht. Dabei haben Gerüche einen enormen Einfluss: auf unsere Erinnerungen, Gefühle und sogar unser Verhalten. Im Mutterleib geprägt, ist der Geruchssinn der älteste Sinn und in der Evolution vor dem Seh- und Hörvermögen entstanden.
Anatomie und Funktion des olfaktorischen Systems
Das olfaktorische System ist ein komplexes Netzwerk, das von der Nase bis zum Gehirn reicht. Die Riechschleimhaut (Regio olfactoria), die sich in den oberen Nasenmuscheln, am Nasendach und auf beiden Seiten der oberen Nasenscheidewand befindet, ist der Ausgangspunkt der Geruchswahrnehmung. Dort liegen rund 10 Millionen Riechzellen.
Riechzellen und ihre Rezeptoren
Die menschlichen Riechzellen sind spezialisierte, sensorische Nervenzellen mit zwei Fortsätzen (bipolare Nervenzellen), die eine Lebensdauer von nur einigen Wochen haben. Entsprechend müssen sie regelmäßig neu gebildet werden. Am oberen Ende der Riechzellen, an den Dendriten, sitzen die Riechkolben. Diese weisen viele Riechhärchen auf, an denen sich die Geruchsrezeptoren befinden.
In die Membran der Cilien von Riechzellen sind spezielle Rezeptorproteine eingelagert. Damit werden Duftstoffe detektiert: Die Duftstoffe binden an die Rezeptoren und aktivieren die Riechzelle. Eine Ratte verfügt über 1200 verschiedene Rezeptorproteine, Hunde besitzen 900 und Menschen 380. Eine sehr große Genfamilie - die weitaus größte Genfamilie im Erbgut der Säugetiere - stellt die Informationen für den Bau der Rezeptorproteine durch die zuständigen zellulären Proteinproduktionsstätten bereit.
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Signaltransduktion in Riechzellen
Wenn ein Geruchsstoff in die Schleimhautschicht eindringt, bindet er an spezifische Rezeptoren auf den Riechhaaren. Es gibt viele verschiedene Rezeptortypen, die bei ihrer Reizung eine Reaktionskette innerhalb der Sinneszellen auslösen.
Die Signaltransduktion in olfaktorischen Rezeptoren beginnt mit der Bindung des Geruchsmoleküls. Diese Bindung führt zur Aktivierung des olfaktorischen Rezeptors und des daran gekoppelten G-Proteins. Das G-Protein löst dann eine Kaskade von chemischen Reaktionen aus, die zu einem Anstieg der zyklischen AMP-Konzentration führt.
Weiterleitung der Signale zum Gehirn
Über die langen Fortsätze (Axone) der Riechzellen werden die elektrischen Signale an die erste Verarbeitungsstelle im Gehirn geleitet. Das ist der Riechkolben oder „Bulbus olfactorius“. Axone der Riechneuronen bilden Nervenbündel (Fila olfactoria). Viele solcher Bündel verschmelzen zum N.
Von den Rezeptorzellen in der Nasenschleimhaut laufen die Signale über den Riechkolben zur primären Riechrinde, ohne vorherige Umschaltung im Thalamus. Über die Striae olfactoriae wird die Geruchswahrnehmung in den primären Riechkortex und die Amygdala weitergeleitet.
Der olfaktorische Kortex
Der olfaktorische Kortex ist einzigartig, da er direkte sensorische Inputs von den Mitralzellen des Bulbus olfactorius empfängt. Der primäre und der sekundäre olfaktorische Cortices sind an der Verarbeitung von Geruchsinformationen beteiligt.
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Die Rolle des Geruchssinns im Gehirn
Ein Team aus der Neurowissenschaft der Ruhr-Universität Bochum (RUB) hat nun mit Untersuchungen an Ratten herausgefunden, dass Strukturen des Geruchssinns eng mit den Belohnungs- und Aversionssystemen des Gehirns zusammenarbeiten. So sind bei der Verarbeitung von Gerüchen neben dem Riechzentrum auch Bereiche aktiv, die für Gefühle und Werteempfinden verantwortlich sind.
Die Einbeziehung dieser nichtolfaktorischen Strukturen spielt wahrscheinlich eine Schlüsselrolle bei der Speicherung von Geruchserfahrungen.
Geruch und Emotionen
Der Geruchssinn ist der einzige Sinn, der einen direkten Zugang zum Zentrum der Erinnerung und der Emotionen im Gehirn hat, also zum Hippocampus und zum limbischen System. Mithilfe des Geruchssinnes können Gefahren erkannt, Pheromone wahrgenommen und Lebensmitteln identifiziert werden, aber auch, durch die Beteiligung der Amygdala, Emotionen verbunden werden.
Geruch und soziales Verhalten
Wie stark der Geruchssinn unser soziales Verhalten mitbestimmt, wird oft unterschätzt. Denn wir nehmen den Duft anderer Menschen oft nur unterbewusst wahr. Wenn wir jemanden "nicht riechen können", gehen wir instinktiv auf Abstand. Umgekehrt ziehen uns manche Menschen mit ihrem Körperduft nahezu unwiderstehlich an. Auch innerhalb der Familie spielt der Geruchssinn eine wichtige Rolle. Er sei entscheidend für die Inzestschranke, sagt Neurologe Peter Berlit.
Geruch und Gedächtnis
Gerüche können vielfältige Wirkungen auslösen: Bei ekelerregenden Gerüchen überkommt uns der Brechreiz, wenn wir schmackhafte Speisen wittern, läuft uns hingegen das Wasser im Mund zusammen. Nicht zuletzt sendet die Riechrinde Fasern direkt zum Hippocampus, der die Gerüche im Gedächtnis verankert.
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Störungen des Geruchssinns
Der Geruchssinn kann durch Mutationen eingeschränkt sein, aber auch durch Krankheiten verloren gehen. Zum Beispiel bei Krebs- und Asthma-Patienten durch Medikamente, durch psychische Erkrankungen wie Neurosen, Virusinfektionen, Feinstaub oder toxische Substanzen. Riechstörungen können aber auch ein Warnsignal sein und lange auftreten, bevor Krankheiten ausbrechen. Das ist bekannt bei neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer, Multipler Sklerose und Parkinson.
Arten von Geruchsstörungen
Geruchsstörungen lassen sich generell in drei Kategorien einteilen:
- Hyposmie: Betroffene können ihren Geruchssinn nur eingeschränkt wahrnehmen.
- Parosmie: Es handelt sich um eine Verzerrung des Geruchssinns.
- Anosmie: Keinerlei Gerüche mehr können wahrgenommen werden.
Behandlung von Geruchsstörungen
Riechforscherin Antje Hähner vom Universitätsklinikum Dresden empfiehlt das sogenannte Riechtraining, das durch monatelanges Üben die Neubildung von Riechzellen anregen kann: Dafür schnuppern Patienten täglich an mit verschiedenen Gerüchen ausgestatteten Fläschchen und versuchen dabei, die wahrnehmbaren Unterschiede bewusst im Gehirn zu verankern. Darüber hinaus werden derzeit auch alternative Ansätze wie die Verwendung von Vitamin A und thrombozytenreichem Eigenblutplasma erforscht, bei denen erste vielversprechende Ergebnisse vorliegen.
Forschung und Zukunft des Geruchssinns
Der Geruchssinn wurde in der Wissenschaft lange eher vernachlässigt. Das hat sich mittlerweile geändert: Seit Jahren versuchen Forscher, den genauen Vorgang zwischen Geruch, Nase und Gehirn zu entschlüsseln. Das ist nicht nur interessant für die Hirnforschung, sondern auch für die Lebensmittelindustrie und andere Bereiche.
Wissenschaftler der University of California San Francisco sind dem im März 2023 vielleicht schon einen Schritt nähergekommen. Ihnen ist es erstmalig gelungen, die Interaktion zwischen einem Geruchsmolekül und einem menschlichen Geruchsrezeptor als 3-D-Struktur abzubilden.
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