Das Sinnes- und Nervensystem: Funktion, Aufbau und Bedeutung

Das Sinnes- und Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk, das es dem Körper ermöglicht, mit der Umwelt zu interagieren und vielfältige Mechanismen im Inneren zu steuern. Es nimmt Sinnesreize auf, verarbeitet diese und löst entsprechende Reaktionen aus, wie beispielsweise Muskelbewegungen oder Schmerzempfindungen.

Aufbau und Unterteilung des Nervensystems

Betrachtet man die Anatomie, so hat das Nervensystem des Menschen einen ganz bestimmten Aufbau. Es besteht aus Nervenzellen, den sogenannten Neuronen, und Gliazellen. Das Gehirn allein besteht aus etwa 100 Milliarden Neuronen. Die Nervenzellen sind miteinander verbunden und geben elektrische Signale weiter. Für die Weiterleitung eines Signals an der Synapse wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt.

Das Nervensystem lässt sich in zwei Hauptteile unterteilen:

• Zentrales Nervensystem (ZNS): Es umfasst das Gehirn und das Rückenmark. Das ZNS erhält Informationen vom peripheren Nervensystem, verarbeitet sie und sendet Befehle mit passenden Reaktionen an das periphere Nervensystem zurück.
• Peripheres Nervensystem (PNS): Es beinhaltet alle Nervenbahnen außerhalb des Gehirns und Rückenmarks. Zum zentralen Nervensystem, also vom PNS zum ZNS (afferent).

Beide Teile sind gemeinsam für die Übertragung von Informationen und für die Koordination der Körperfunktionen verantwortlich.

Funktionelle Unterteilung des peripheren Nervensystems

Funktionell wird das periphere Nervensystem in zwei weitere Bereiche unterteilt:

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• Somatisches Nervensystem: Auch animalisches oder willkürliches Nervensystem genannt. Es umfasst alle bewussten und willentlichen Prozesse im Körper, die man absichtlich steuern und beeinflussen kann, wie beispielsweise gezielte Bewegungen von Gesichtsmuskeln, Armen, Beinen und Rumpf.
• Vegetatives Nervensystem: Auch viszerales oder autonomes Nervensystem genannt. Es steuert alle unwillkürlichen Prozesse des Körpers, die außerhalb des Bewusstseins ablaufen. Das vegetative Nervensystem kontrolliert die Muskulatur aller Organe und regelt lebenswichtige Körperfunktionen wie Herztätigkeit, Atmung, Kreislauf, Stoffwechsel, Verdauung, Ausscheidung, Schweißbildung, Körpertemperatur und Fortpflanzung.

Das vegetative Nervensystem besteht aus dem Sympathikus und seinem Gegenspieler, dem Parasympathikus. Der Sympathikus sorgt für eine Erhöhung des Herzschlages und der Atemtätigkeit, verbessert die Durchblutung in der Muskulatur und fördert das Schwitzen. Durch den Parasympathikus hingegen schlägt das Herz langsamer, die Atmung wird ruhiger und die Verdauung wird gefördert.

Die Nervenzelle (Neuron)

Nervenzellen, auch Neuronen genannt, bilden zusammen mit den Gliazellen das Nervensystem. Die Aufgabe der Nervenzellen besteht darin, Signale aufzunehmen und an andere Nervenzellen oder Muskel- und Drüsenzellen weiterzuleiten. Entlang einer Nervenzelle werden die Signale elektrisch fortgeleitet. Die Geschwindigkeit solcher Signale kann bis zu 360 km pro Stunde erreichen.

Eine typische Nervenzelle besteht aus:

• Dendriten: Sie nehmen Signale aus dem Körper auf.
• Zellkörper (Soma): Enthält den Zellkern und andere Organellen.
• Axon: Es leitet Signale zu einem anderen Axon, zu einer Drüsenzelle oder einer Muskelfaser weiter. Umgeben ist das Axon von Gliazellen.
• Synapsen: Kontaktstellen zwischen zwei Nervenzellen, an denen die Übertragung des elektrischen Signals von einer Nervenzelle zur nächsten mit Hilfe von Botenstoffen, die auch als Transmitter bezeichnet werden, erfolgt.

Gelangt das elektrische Signal zum Axonende einer Nervenzelle, wird dort der jeweilige Botenstoff in den winzigen Spalt zwischen den beiden Zellen ausgeschüttet. Die Funktion von Gehirn und Nervensystem basiert somit nicht nur auf einer Weiterleitung von elektrischen Signale sondern auch biochemischen Prozessen, welche die Signalübertragung zwischen den Nervenzellen erst ermöglicht.

Das Gehirn: Die Steuerzentrale

Das Gehirn ist die Informationszentrale unseres Körpers. Hier werden Informationen aus der Umwelt und über den Zustand des Organismus zusammengetragen und zu Reaktionen weiterverarbeitet. Es steuert alle wichtigen Fähigkeiten des Menschen: was wir wahrnehmen und empfinden, was wir wissen und denken oder wie wir uns verhalten. Es stellt aber auch sicher, dass unsere Organe richtig arbeiten und steuert all unsere Bewegungen. Es nimmt Sinneseindrücke auf und verarbeitet sie. Außerdem speichert es Informationen im Gedächtnis und ruft sie bei Bedarf wieder ab.

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Man unterscheidet verschiedene Bereiche im Gehirn, wobei jeder Bereich auf bestimmte Aufgaben spezialisiert ist:

• Großhirn: Der am höchsten entwickelte Abschnitt des Gehirns mit der Großhirnrinde. Hier liegen die Verarbeitungszentren für Signale, die von den Augen (Sehrinde), den Ohren (Hörzentrum) und anderen Sinnesorganen kommen. Der motorische Bereich der Großhirnrinde steuert und koordiniert Muskelbewegungen.
• Zwischenhirn: Hier werden beispielsweise vegetative Funktionen wie Körpertemperatur, das Hunger- und Durstgefühl sowie das Sexualverhalten gesteuert. Hier befindet sich auch die Hypophyse.
• Mittelhirn: Es steuert u.a. den Wach-Schlaf-Rhythmus und kann die Aufmerksamkeit auf bestimmte Sinneseindrücke lenken.
• Kleinhirn: Verantwortlich für den richtigen Ablauf aller Körperbewegungen und massgeblich an der Aufrechterhaltung des Gleichgewichtes beteiligt.
• Nachhirn: Hier werden die Atmung, der Kreislauf und viele Abläufe in den Organen gesteuert. Das Nachhirn ist auch für den Lidschlussreflex, den Tränenfluss, den Schluckreflex, die Speichelproduktion sowie für Niesen, Husten und Erbrechen zuständig.

Sinneszellen und Reizcodierung

Über das Nervensystem tritt der Mensch in Kontakt mit seiner Umwelt. So nehmen beispielsweise Augen, Ohren, Nase, Zunge und Sensoren in der Haut, wie beispielsweise Temperatur- und Berührungssensoren, Reize aus der Umwelt wahr und leiten sie weiter zum Zentralnervensystem. Auch Informationen über den Zustand des eigenen Organismus, wie z.B. die Stellung des Körpers oder Hunger und Durst, werden registriert.

Es können zwei Typen von Sinneszellen unterschieden werden:

• Primäre Sinneszellen: Eine Reizaufnahme erzeugt ein Rezeptorpotential. Übersteigt dies einen Schwellenwert, so wird in der Sinneszelle ein Aktionspotential ausgebildet. Ebenso gilt dies für die Berührungsrezeptoren der Haut, aber auch die Dehnungsrezeptoren von Muskeln, Bändern, Sehnen. Die Riechzellen in der Nasenschleimhaut sind auch primäre Sinneszellen
• Sekundäre Sinneszellen: Diese besitzen kein Axon, weshalb auf direktem Wege kein Aktionspotential ausgebildet werden kann. Vielmehr führt das gebildete Rezeptorpotential zur Ausschüttung von Neurotransmittern, die in einer nachgeschalteten Nervenzelle oberhalb eines entsprechenden Schwellenwerts in ein Aktionspotential umgewandelt werden. Ein Beispiel sind die Fotorezeptoren der Retina. Die Haarzellen im Innenohr als auch die Sinneszellen im Gleichgewichtsorgan zählen zu den sekundären Sinneszellen.

Wie die Reize codiert werden, bestimmt der Rezeptortyp, der den Impuls aufnimmt. So unterscheidet man phasisch-tonische und spontan-aktive Rezeptorreaktionen.

• Phasisch: Ein Signal, dessen Intensität innerhalb kürzester Zeit auf das Nullniveau zurückfällt (z.B. ein Lichtblitz).
• Tonisch: Ein Signal, das lange anhält und dabei immer die gleiche Intensität aufweist (z.B. ein Lichtstrahl).
• Phasisch-tonisch: Die Kombination aus beiden Sachverhalten. Es existiert ein intensives Anfangssignal, welches langsam auf Null zurückgefahren wird.
• Spontan-aktive Rezeptoren: Senden stets ein Signal aus.

Zusammenspiel von Sensorik und Motorik

Tiere sind häufig in Bewegung - auf der Suche nach Futter, Partnern oder Sicherheit. Dafür brauchen sie ein Nervensystem, das Sinneseindrücke und Verhalten gut aufeinander abstimmt. Wichtige Sinneseindrücke müssen schnell erkannt und korrekt interpretiert werden, um daraus angemessene Verhaltensbefehle für das motorische System zu entwickeln.

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Die Verarbeitung von Sinneseindrücken wird oft als hierarchisches System betrachtet, in dem unterschiedlich spezialisierte Zellen nacheinander verschiedene Informationen aus den Eingaben der ihnen vorgeschalteten Zellen herausfiltern. Neuere Forschungen zeigen jedoch, dass Informationen nicht nur in eine Richtung, sondern oft in komplizierten und dynamischen Rückkopplungen zwischen Sensorik, Motorik und assoziativen „höheren“ Netzwerken laufen.

Durch vorherige Erfahrungen und andere interne Informationen entstehen im Nervensystem Erwartungshaltungen, die sich auf die Wahrnehmung selbst auswirken. So reagiert man zum Beispiel besonders sensibel auf unerwartete Reize, und ist damit gut gewappnet für Überraschungen.

Neurologische Erkrankungen

Neurologische Erkrankungen sind Erkrankungen des Nervensystems. Sie sind entweder durch einen Gendefekt angeboren oder entstehen im Laufe des Lebens. Hierfür können zum Beispiel eine Infektion, ein Trauma oder eine Rückbildung (Degeneration) verantwortlich sein. Demenz geht mit einer Schädigung des Gehirns einher, die weitreichende Folgen für das gesamte Denken und Handeln haben kann.

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