Sinn und Nerven: Definition und Zusammenspiel des Nervensystems

Das Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk, das eine entscheidende Rolle für unsere Wahrnehmung, unser Verhalten und unsere Körperfunktionen spielt. Es ermöglicht uns, mit der Umwelt zu interagieren, Sinnesreize aufzunehmen und zu verarbeiten sowie vielfältige Mechanismen im Inneren unseres Körpers zu steuern.

Aufbau und Funktion des Nervensystems

Das Nervensystem umfasst alle Nervenzellen des menschlichen Körpers, die auch als Neuronen bezeichnet werden. Allein im Gehirn befinden sich etwa 100 Milliarden dieser Zellen. Jede Nervenzelle besteht aus einem Zellkörper und verschiedenen Fortsätzen. Die kürzeren Fortsätze, die Dendriten, empfangen Signale von anderen Nervenzellen und leiten diese zum Zellkörper weiter.

Das Nervensystem lässt sich nach der Lage der Nervenbahnen in zwei Hauptbereiche unterteilen:

• Zentrales Nervensystem (ZNS): Es umfasst die Nervenbahnen in Gehirn und Rückenmark und ist somit der Hauptsteuerungsbereich. Das ZNS ist sicher im Schädel und dem Wirbelkanal der Wirbelsäule eingebettet. Das ZNS dient der Reizaufnahme und Reizverarbeitung. Die weiße Substanz bildet im Gehirn das innenliegende Gewebe aus Nervenfasern (Axone). Hier sind Nervenzellen durch millionenfache Verbindungen verschaltet und für die Reizweiterleitung verantwortlich. Als Kontroll- und Schaltzentrale ist das zentrale Nervensystem für uns lebenswichtig, denn es steuert die bewusste Koordination der Bewegung (Motorik), vermittelt Nachrichten aus der Umwelt oder unserem Körperinneren und reguliert das Zusammenspiel aller Körpersysteme (Atmung, Hormonhaushalt, vegetatives und peripheres Nervensystem, innere Organe, Herz-Kreislauf-System, Muskulatur). Darüber hinaus ermöglicht uns das zentrale Nervensystem komplexe Funktionen wie Gedächtnis (Lernen, Erinnerung), Bewusstsein, Gefühle, Verstand und Vernunft.
• Peripheres Nervensystem (PNS): Es umfasst alle Nerven, die außerhalb des Gehirns und des Rückenmarks liegen. Das periphere Nervensystem nimmt über die Sinne Informationen von außen auf und leitet sie zum ZNS weiter. Die Hirnnerven verknüpfen unsere Sinnesorgane mit dem Gehirn und der Muskulatur im Kopf- und Rumpfbereich. Entsprechend der Reihenfolge, in der sie aus dem Gehirn austreten, werden sie mit römischen Zahlen nummeriert. Zu den Hirnnerven gehören beispielsweise unser Riechnerv (I. Hirnnerv; Nervus olfactorius), der Sehnerv (II. Hirnnerv; Nervus opticus) und unser Gesichtsnerv (VII. Hirnnerv; Nervus facialis). Rund die Hälfte der Hirnnerven sind sogenannte gemischte Nerven, d. h. sie enthalten sowohl motorische als auch sensorische Fasern. Die Spinalnerven sind ebenfalls gemischte Nerven. Sie bilden sich aus den Nervenwurzeln im Rückenmark und verzweigen sich nach ihrem Austritt aus dem Wirbelkanal in 3-4 Äste, um verschiedene Körperbereiche versorgen zu können. Der vordere Ast z. B. Um sensorische Informationen zu übertragen und Körperfunktionen sowie Reaktionen zu koordinieren, arbeiten unser peripheres und zentrales Nervensystem als perfektes Team zusammen. Nicht immer wird dabei das Gehirn involviert. Bei Reflexen wie z. B. die Regulation innerer Prozesse wie z. B. die Interaktion mit der Umwelt, d. h. Viele der Funktionen, die unser Nervensystem übernimmt, können wir bewusst steuern. Auf manches haben wir allerdings keinen Einfluss. Sowohl bei bewussten als auch bei unbewussten Reaktionen spielen die Sinneszellen als Übermittler der Informationen eine zentrale Rolle. Denn sie nehmen Sinnesreize (Sehen, Hören, Riechen usw.) aus der Umwelt wahr und leiten sie über das periphere Nervensystem an unser Gehirn. Abhängig vom Sinnesreiz werden verschiedene Arten von Rezeptoren erregt. Im Gehirn angekommen wird der Sinnesreiz dann schließlich mit übergeordneten Hirnprozessen wie z. B.

Funktionell wird das Nervensystem in zwei weitere Bereiche unterteilt:

• Willkürliches Nervensystem (somatisches Nervensystem): Es steuert alle Vorgänge, die uns bewusst sind und die wir willentlich beeinflussen können, wie zum Beispiel gezielte Bewegungen von Muskeln. Das somatische (willkürliche) Nervensystem steuert die Motorik der Skelettmuskulatur und damit alle bewussten, willentlichen Körperreaktionen und Reflexe, die als Reaktion auf unsere Umwelt erfolgen. Wenn wir also im Sommer nach draußen gehen und realisieren, dass es uns zu hell ist, leiten die Sinneszellen der Augen die Information über sensorische Nervenfasern an das Gehirn weiter. Dort wird die Information dann zur Entscheidung umgewandelt, eine Sonnenbrille zu tragen - und der Befehl „Sonnenbrille aufsetzen“ wird über motorische Nervenfasern an die Hand weitergeleitet.
• Vegetatives Nervensystem (autonomes Nervensystem): Es reguliert die Abläufe im Körper, die wir nicht willentlich steuern können, wie Atmung, Herzschlag und Stoffwechsel. Im Gegensatz zum somatischen Nervensystem haben wir über das vegetative Nervensystem keinerlei Kontrolle. Die Tatsache, dass wir es nicht beeinflussen können, bedeutet aber nicht, dass es weniger wichtig für uns ist. Im Gegenteil: Das vegetative Nervensystem innerviert unser Herz, die Gefäße sowie Drüsen und die glatte Muskulatur der Eingeweide und steuert so sämtliche „Vitalfunktionen“ (u. a. Wenn sich beim Sport unser Puls erhöht und wir zu schwitzen beginnen, verdanken wir das der Arbeit des vegetativen Nervensystems. Darüber hinaus beeinflusst das vegetative Nervensystem auch einzelne Organe und Muskeln, darunter unsere Sexualorgane oder den inneren Augenmuskel, der u.a. Diese werden durch übergeordnete Schaltzentren im verlängerten Rückenmark und Hypothalamus reguliert.

Das vegetative Nervensystem im Detail

Das vegetative Nervensystem besteht aus drei Teilen:

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• Sympathisches Nervensystem (Sympathikus): Es bereitet den Körper auf Aktivität und Leistung vor. Der Sympathikus wirkt erregend bzw. leistungssteigernd (ergotrop) auf die Organfunktionen und versetzt unseren gesamten Körper in eine „Stresssituation“, den sogenannten „fight-or-flight“ Modus. In der Folge weiten sich die Pupillen, der Herzschlag und die Atmung werden beschleunigt, Energie wird freigesetzt. Vorgänge, die für eine sofortige Aktivität nicht so wichtig sind (z. B. So ist unser Körper bereit, Höchstleistungen zu vollbringen. Reize, die den Sympathikus aktivieren (sogenannte Stressoren) können sowohl physischer (z. B. Lärm, Hitze) als auch psychischer Natur sein. Anatomisch hat der Sympathikus seinen Ursprung in den Nervenzellkörpern des Rückenmarks, deren Nervenfasern zwischen den Brust- und Lendenwirbeln aus dem Wirbelkanal austreten und sogenannte Ganglien (Ansammlungen von Nervenzellkörpern) bilden. Diese verbinden sich an beiden Seiten der Wirbelsäule zu einem perlschnurartigen sogenannten Grenzstrang aus, über den die Nervenfasersysteme in Verbindung stehen.
• Parasympathisches Nervensystem (Parasympathikus): Es sorgt für Ruhe und Erholung und aktiviert die Verdauung. Als „Gegenspieler“ des Sympathikus ist der Parasympathikus der Teil des vegetativen Nervensystems, der für die Ruhe -und Regenerationsphasen („rest-and-digest“) verantwortlich ist und das innere Gleichgewicht wiederherstellt. Um dies zu erreichen, beginnt der Parasympathikus nach der Aktivierung des Sympathikus dadurch gegenzusteuern, dass er beispielsweise die Herzfrequenz senkt, die Pupillen verengt und den Stoffwechsel zum Aufbau von Reserven steigert. Gleichzeitig aktiviert der Parasympathikus die Tätigkeit des Verdauungssystems. Die Nerven des Parasympathikus haben ihren Ursprung im Hirnstamm und dem zum Kreuzbein gehörigen Bereich des Rückenmarks. Anders als im Sympathikus liegen die Ganglien des Parasympathikus aber nicht neben der Wirbelsäule, sondern dicht bei den versorgten Organen.
• Eingeweide-Nervensystem (enterisches Nervensystem): Es steuert die Verdauungsprozesse im Magen-Darm-Trakt und beeinflusst auch unsere Gefühlswelt. Interessanterweise steuert das enterische Nervensystem nicht nur Verdauungsprozesse, sondern hat auch einen Einfluss auf unsere Gefühlswelt und unser Wohlbefinden. Umgekehrt scheinen aber auch Veränderungen im Magen-Darm-Trakt Auswirkungen auf Emotionen zu haben. Forschungsarbeiten der letzten Jahre deuten darauf hin, dass die Zusammensetzung der Darmflora hier eine Rolle spielt.

Rezeptoren: Die Sinnesorgane des Nervensystems

Damit wir Reize aus der Umwelt und unserem eigenen Körper wahrnehmen, aufnehmen und interpretieren können, benötigen wir Rezeptoren. Rezeptoren sind Sinneszellen oder Proteinkomplexe, die Reize empfangen und weiterleiten. Sinneszellen nehmen chemische oder physikalische Reize auf, wandeln sie in ein elektrisches Signal um und leiten es an das zentrale Nervensystem des Organismus. Das Gehirn oder das Rückenmark verarbeitet die Informationen und formuliert daraufhin eine Antwort des Organismus. Rezeptor-Proteinkomplexe dienen der Signaltransduktion, sodass ein extrazelluläres Signal über eine Zellmembran intrazellulär weitergegeben werden kann. Unter dem Begriff Signaltransduktion versteht man die Weiterleitung eines extrazellulären Signals über die Zellmembran und die Weiterleitung innerhalb der Zelle. Die Signaltransduktion kann auch Signalübertragung genannt werden.

Arten von Sinnesrezeptoren

Sinneszellen können aufgrund von verschiedenen Sinnesmodalitäten unterschieden werden. Die klassischen fünf Sinnesmodalitäten sind:

• Sehen
• Riechen
• Hören
• Schmecken
• Fühlen

Die einzelnen Sinnesmodalitäten werden nur über spezifische Sinnesrezeptoren aufgenommen. Die Sinnesrezeptoren können dabei im Gewebe verteilt auftreten, wie es bei den Schmerzrezeptoren in der Haut der Fall ist, oder in einem Sinnesorgan organisiert sein, wie die Fotorezeptoren in der Netzhaut. Die Funktion der Rezeptoren kannst Du mit einem Sensor aus der Technik vergleichen, der Informationen aufnimmt und diese weiterleitet.

Rezeptoren sind stark spezialisierte Zellen, die lediglich auf einen für den Rezeptor spezifischen Reiz reagieren. Diesen spezifischen Reiz nennt man adäquaten Reiz. Rezeptoren haben bei eintreffenden adäquaten Reizen eine niedrige Reizschwelle, sodass bereits geringe Energiemengen ausreichen, um ein Signal an das zentrale Nervensystem zu senden. Nicht adäquate Reize (= Fremdreize oder inadäquate Reize) werden von der Sinneszelle nur in ein Signal umgewandelt, wenn die Intensität des eintreffenden Reizes sehr stark ist.

Sinnesrezeptoren sind hochselektiv und reagieren nur auf einen adäquaten Reiz. Daher lassen sie sich anhand der aufgenommenen Reize in verschiedene Kategorien einordnen. So gibt es z. B. Fotorezeptoren, Mechanorezeptoren, Chemorezeptoren und Thermorezeptoren. Rezeptoren nehmen zum einen äußere Reize aus der Umwelt auf, zum anderen aber auch innere Reize. Bei den inneren Reizen handelt es sich um chemische und physikalische Reize. Zum Beispiel nimmt ein Mechanorezeptor äußere Reize wie Druck auf, aber gleichzeitig auch innere Reize wie die Änderung der Körperspannung wahr. Die einzelnen Rezeptortypen und ihre aufgenommenen Reize sind in der folgenden Tabelle dargestellt:

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Rezeptortyp	Aufgenommene äußere Reize	Aufgenommene innere Reize
Fotorezeptor	Licht
Mechanorezeptor	Druck, Geräusche (Schallwellen)	Änderung der Körperhaltung, Orientierung im Raum, Muskelspannung
Chemorezeptor	Geschmack, Geruch	Glukosegehalt, pH-Wert oder Sauerstoffsättigung des Blutes
Thermorezeptor	Außentemperatur	Körpertemperatur

Man klassifiziert Sinneszellen weiterhin, ob sie selbstständig ein Aktionspotenzial ausbilden können oder nicht:

• Primäre Sinneszellen: Primäre Sinneszellen sind Rezeptoren, welche selbst aus einer elektrischen Erregung ein Aktionspotenzial ausbilden können. Man spricht in diesem Fall auch von einem Generatorpotential. Beispiele hierfür sind die Mechanorezeptoren der Haut, welche Berührungen aufnehmen, Thermorezeptoren oder Muskelspindeln.
• Sekundäre Sinneszellen: Hingegen bilden sekundäre Sinneszellen selbstständig kein Aktionspotenzial aus. Die Depolarisierung der Zelle führt bloß zu einem Rezeptorpotenzial. In diesem Fall ist es zwingend notwendig, dass ein Neuron nachgeschaltet ist, damit ein Aktionspotenzial generiert werden kann. Ein Beispiel für eine sekundäre Sinneszelle sind die Geschmacksknospen auf der Zunge.

Funktion der Rezeptoren

Sinnesrezeptoren sind spezialisierte Zellen, welche Reize aufnehmen und diese in elektrische Signale umwandeln können. Diese elektrischen Signale werden in Form eines Aktionspotenzials an die nächste Zelle weitergegeben und somit an das zentrale Nervensystem weitergeleitet. Ein Aktionspotenzial beschreibt die kurzzeitige Umkehr des elektrischen Potenzials der Zellmembran einer Nervenzelle.

Die Intensität des Rezeptorpotentials ist proportional zur Stärke des Reizes. Je höher die Reizstärke ist, umso höher ist auch die Frequenz der aufeinanderfolgenden Aktionspotenziale. Zudem dauert das Rezeptorpotenzial so lange an, wie der Reiz auf den Rezeptor einwirkt.

Adaptation an Reize

Hält ein Reiz über einen längeren Zeitraum mit gleicher Intensität an, gewöhnt sich der Körper daran. Diesen Prozess nennt man Adaptation. Wie und ob eine Reizanpassung abläuft, hängt vom Typ des Rezeptors ab. Insgesamt kann man die Rezeptoren anhand ihrer unterschiedlichen Anpassung an lang-einwirkende Reize in drei verschiedene Gruppen unterteilen:

• Die phasischen Sinnesrezeptoren zeigen eine Adaptation bei einem konstanten Reiz. Ihre Reizantwort nimmt ab und es kommt zu einer “Gewöhnung” an den Reiz. Geruchs- und Geschmackssinn zählen beispielsweise zu den phasischen Rezeptoren.
• Bei tonischen Rezeptoren wie Schmerzrezeptoren nimmt die Aktionspotenzialfrequenz jedoch nicht mit der Zeit ab. Es findet also keine Anpassung an den Reiz statt.
• Die phasisch-tonischen Rezeptoren stellen ein Mischform dar und sind im menschlichen Körper am häufigsten zu finden. Auch wenn die Impulsfrequenz zu Beginn recht hoch ist, fällt sie bei phasisch-tonischen Rezeptoren mit der Zeit auf einen niedrigen, konstanten Wert ab. Lichtrezeptoren zählen zum Beispiel zu den phasisch-tonischen Rezeptoren, da etwa eine Anpassung der Pupille an die Lichtverhältnisse stattfindet.

Reizbarkeit und Reize

Auf die verschiedensten Einflüsse aus der Umwelt reagiert man mit bestimmten Reaktionen. Der Mensch ist reizbar. Reizbarkeit ist eine Eigenschaft lebender Organismen, auf Einwirkungen (Reize) aus der Umwelt und dem Innern des Körpers mit bestimmten Reaktionen zu antworten.

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Die aus der Umwelt und dem Innern unseres Körpers kommenden Reize sind sehr verschiedenartig. Es können z. B. akustische, optische, chemische, mechanische Reize oder auch Temperaturreize sein. Die Reizaufnahme erfolgt durch einzelne Sinneszellen (Rezeptoren), die in Sinnesorganen, z. B. Auge, Ohr, konzentriert sein können, oder durch freie Nervenendigungen, die z. B. in der Haut liegen.

Sinnesorgane sind spezielle Organe zur Aufnahme von bestimmten Reizen. Sie bestehen aus zahlreichen Sinneszellen, die von Schutz- und Hilfseinrichtungen umgeben sein können. Die Sinneszellen sind für die Aufnahme bestimmter Reize spezialisiert. Beispielsweise nehmen die Sinneszellen im Innenohr akustische Reize und die Sinneszellen in der Netzhaut des Auges optische Reize auf und werden durch diese erregt.

Die Aufnahme der Reize führt in den Sinneszellen zu elektrischen Spannungsänderungen. Die Sinneszelle wird erregt. Diese Spannungsänderung breitet sich als Erregung (Nervenimpuls) über die ganze Sinneszelle aus und wird auf die anschließende Nervenzelle übertragen. Die Erregungen, die Nervenimpulse, werden von Nerven zum Rückenmark und ins Gehirn geleitet. Diese Nerven werden Empfindungsnerven (sensible Nerven) genannt. Im Gehirn bzw. im Rückenmark werden die Erregungen (Nervenimpulse) verarbeitet und auf andere Nerven, die zu den ausführenden Organen führen, übertragen. Die Nerven, die die Erregungen vom Gehirn bzw.

Die 5 Sinne des Menschen

Sehen, Hören, Riechen, Schmecken und Tasten - das sind die fünf Sinne des Menschen. Unsere Sinne funktionieren durch die Sinnesorgane. Unter einem Sinnesorgan verstehst du ein Organ, dass Reize aus der Umgebung wahrnehmen und an dein Gehirn weiterleiten kann. Damit unsere Sinne funktionieren und die Sinnesorgane Reize aus der Umgebung wahrnehmen können, enthalten sie Sinneszellen. Dabei besitzt jedes Sinnesorgan spezifische Sinneszellen, die für die Wahrnehmung von einer bestimmten Art von Reiz zuständig sind. Zum Beispiel sind die Sehsinneszellen in deinen Augen auf die Wahrnehmung von Lichtreizen ausgelegt, während die Hörsinneszellen in deinen Ohren den Schall wahrnehmen. Nach der Reizwahrnehmung wandeln die Sinneszellen den Reiz in ein elektrisches Signal (Rezeptorpotential) um.

Deine Augen sind für das Sehen - also die Wahrnehmung von Lichtreizen - zuständig. Dafür befinden sich auf der Netzhaut hinten in deinem Auge etwa 130 Millionen Sehsinneszellen. Du kannst die Sinneszellen in deinem Auge in Zapfen und Stäbchen unterteilen. Sie haben unterschiedliche Funktionen beim Sehen.

Das Ohr ist für das Hören von Geräuschen zuständig. Dabei kannst du dir vorstellen, dass deine Ohrmuschel wie eine Art Trichter wirkt und so viel Schall wie möglich einfängt. Sie leitet ihn dann an dein Mittelohr weiter. Dort befindet sich dein Trommelfell. Wie das Fell einer richtigen Trommel, beginnt es durch die Schallwellen zu schwingen. Es steht in Verbindung mit den drei Gehörknöchelchen Hammer, Amboss und Steigbügel. Dadurch kann der Reiz bis an die Hörsinneszellen in deinem Innenohr, genauer gesagt der Gehörschnecke, weitergeleitet werden.

Deine Nase ist für das Riechen, das heißt die Wahrnehmung von Gerüchen, zuständig, die von etwa 350 verschiedenen Rezeptoren in unserer Nase wahrgenommen werden. Die Wahrnehmung von Gerüchen ist wichtig, um zum Beispiel verdorbenes Essen oder die Gefahr giftiger Stoffe zu erkennen. Außerdem spielen Duftmoleküle und der Körpergeruch auch im Sozialverhalten eine wichtige Rolle.

Die Haut ist das größte Organ des Menschen. Mithilfe der Haut kannst du ganz verschiedene Reize, wie Druck, Temperatur oder Schmerz empfinden. Daher befinden sich in deiner Haut zum Beispiel Tast-, Schmerz- oder Temperaturrezeptoren. Das Empfinden von Hitze, Kälte oder Schmerzen ist wichtig, damit dein Körper im besten Fall eine Schädigung wie zum Beispiel eine Verbrennung verhindern kann.

Es gibt allerdings noch mehr als die fünf „klassischen“ Sinne des Menschen. Dazu gehören zum Beispiel der Gleichgewichtssinn oder die sogenannte Tiefensensibilität. Dein Gleichgewicht und die räumliche Orientierung erlangst du durch das Gleichgewichtsorgan in deinem Innenohr. Unter der Tiefensensibilität verstehst du die Wahrnehmung deines eigenen Körpers, also das Empfinden über die Position und Bewegung deiner Körperteile. Dafür sind Rezeptoren in deinen Gelenken, Muskeln und Sehnen verantwortlich.

Reiztypen und Reiz-Reaktionskette

Der Reiz, auch als Stimulus bezeichnet, ist eine Größe physikalischer oder chemischer Natur der Umwelt oder des Körperinneren, die auf lebende Systeme einwirkt. In der Regel werden Reize dort durch Sinneszellen integriert und wahrgenommen. Eine Sinneszelle nimmt als Rezeptor den Stimulus auf, setzt diesen in ein chemisches oder direkt in elektrisches Signal um, welches dann als Aktionspotential im Nervensystem weiterverarbeitet wird.

Man unterscheidet zwischen folgenden Reiztypen:

• unterschwellige Reize: Energiemenge führt nicht zu einem AP
• überschwellige Reize: Energiemenge löst ein AP aus
• adäquate Reize: Geringste Energiemenge führt zur Ausbildung eines AP
• inadäquate Reize: Hohe Energiemenge zur AP-Auslösung notwendig, Art des Stimulus entspricht nicht der Sinneszelle

Eine Reiz-Reaktionskette beschreibt den Weg eines Reizes von der Aufnahme bis zur Reaktion: Ein Reiz wirkt auf einen Rezeptor oder Akzeptoren und wird dort in ein Signal umgesetzt. Durch sensorische Neuronen wird dieses Signal afferent zum ZNS geleitet und dort integriert verarbeitet. Die Information wird dann über efferente Fasern zu dem Umsetzungsorgan weitergeleitet, z.B. motorische Neuronen für eine Muskelkontraktion, dem Erfolgsorgan.

Das Nervensystem im Alltag

Das Nervensystem ist ständig aktiv und ermöglicht uns, auf Reize aus der Umwelt zu reagieren und unser Verhalten anzupassen. Es spielt eine entscheidende Rolle für unsere Sinneswahrnehmung, unsere Bewegungen, unsere Emotionen und unsere kognitiven Fähigkeiten.

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