Das Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk, das unseren Körper steuert. Stell dir vor, du berührst eine heiße Herdplatte: In Sekundenbruchteilen zieht deine Hand sich zurück. Das Nervensystem macht genau das möglich! Die Nervenbahnen funktionieren dabei wie Einbahnstraßen. Aber warum ist das so? Dieser Artikel beleuchtet die Gründe für diesen "Einbahnstraßen-Verkehr" in Nervenbahnen und erklärt die zugrunde liegenden Mechanismen.
Grundlagen der Neuroanatomie und -physiologie
Um zu verstehen, warum Nervenbahnen Einbahnstraßen sind, ist es wichtig, einige grundlegende Aspekte des Nervensystems zu kennen.
Das Neuron: Die Grundeinheit des Nervensystems
Dein Gehirn enthält unglaubliche 100 Milliarden bis eine Billion Neuronen - mehr als es Sterne in der Milchstraße gibt! Das Besondere an Neuronen sind ihre Fortsätze: Das Axon ist wie ein langer Kabelstrang, der Signale weiterleitet - manchmal bis zu einem Meter lang! Die Dendriten sind wie Baumarme, die Informationen von anderen Nervenzellen empfangen. Nervenzellen sind wie lebende Batterien! In Ruhe herrscht an der Zellmembran eine Spannung von -70 mV - das Ruhepotential.
Aktionspotentiale: Die elektrischen Signale des Nervensystems
Wenn genug Reize ankommen und eine kritische Schwelle überschritten wird, passiert etwas Spektakuläres: Ein Aktionspotential schießt blitzartig über das Axon! Am Ende des Axons befinden sich die synaptischen Endknöpfchen. An den Synapsen wird's richtig interessant! Wenn ein Aktionspotential ankommt, öffnen sich Calciumkanäle und Calcium strömt ein. Der wichtigste Transmitter an motorischen Endplatten (wo Nerv auf Muskel trifft) heißt Acetylcholin. Nach der Übertragung wird Depolarisation (Natrium strömt ein) schnell durch Repolarisation (Kalium strömt aus) rückgängig gemacht.
Gliazellen: Die Helfer des Nervensystems
Gliazellen sind die wahren Helden des Nervensystems! Mit über einer Billion Zellen übertreffen sie sogar die Neuronen zahlenmäßig. Im ZNS gibt es vier Typen: Astrozyten sind sternförmige Nährstofflieferanten und bilden die Blut-Hirn-Schranke - einen Schutzfilter für dein Gehirn. Mikroglia (Hortega-Zellen) sind die Putzkolonne des Gehirns und fressen Zellreste auf. Ependymzellen kleiden die Hohlräume aus und produzieren Liquor (Hirnwasser). Myelinscheiden sind wie Isolierband um elektrische Kabel! Diese fettreiche, wasserundurchlässige Hülle umgibt viele Nervenfasern und beschleunigt die Signalübertragung enorm. Markhaltige Nerven leiten Signale saltatorisch (springend) von Schnürring zu Schnürring mit bis zu 120 m/s - das ist schneller als ein ICE! Marklose Fasern findest du hauptsächlich bei Schmerzleitungen und im vegetativen Nervensystem.
Lesen Sie auch: Was verursacht Demenz?
Aufbau des Gehirns
Dein Gehirn macht nur 2% deines Körpergewichts aus, verbraucht aber 20% deines gesamten Sauerstoffs! Das Gehirn besteht aus grauer Substanz (Ansammlungen von Nervenzellkörpern) und weißer Substanz (Nervenfasern mit Myelinscheiden). Die Hauptteile sind: Großhirn (Telencephalon), Kleinhirn (Cerebellum), Zwischenhirn (Diencephalon) und der Hirnstamm mit Mittelhirn, Brücke und verlängertem Mark. Um das Gehirn zu verstehen, schaust du es aus drei Blickwinkeln an: Lateralansicht (von der Seite), Basalansicht (von unten) und Medialansicht (aufgeschnitten von innen). Von der Seite dominiert das Großhirn mit seinen vier Lappen, die durch markante Furchen getrennt werden. Die Basalansicht zeigt den Hirnstamm mit der wulstförmigen Brücke (Pons) und der schlanken Medulla oblongata. Der Hirnstamm ist der älteste und lebenswichtigste Hirnteil! Er enthält auf- und absteigende Leitungsbahnen (weiße Substanz) und wichtige Nervenkerne (graue Substanz). Das Ventrikelsystem sind mit Liquor (Hirnwasser) gefüllte Hohlräume, die dein Gehirn von innen polstern und nähren. Es gibt Seitenventrikel, den 3. und 4. Die Formatio reticularis ist ein netzförmiges System, das sich vom verlängerten Mark bis zum Zwischenhirn erstreckt.
Die Einbahnstraße: Mechanismen der unidirektionalen Signalübertragung
An der "echten" Nervenzelle kann sich ein Aktionspotential allerdings immer nur in einer Richtung ausbreiten, nämlich vom Axonhügel zum synaptischen Endknöpfchen. In die andere Richtung kann sich ein Aktionspotential nicht ausbreiten. Die Ursache für diesen "Einbahnstraßen-Verkehr" sind die spannungsgesteuerten Natrium-Kanäle, die erst mal eine Zeit lang inaktiv sind, nachdem sie sich geöffnet haben. Dort, wo gerade ein Aktionspotential war, kann innerhalb der nächsten 4 bis 6 Millisekunden daher kein neues Aktionspotential entstehen. Diese kurze Phase bezeichnet man übrigens als Refraktärzeit.
Die Rolle der spannungsgesteuerten Natriumkanäle
Die spannungsgesteuerten Natriumkanäle spielen eine entscheidende Rolle bei der Entstehung und Weiterleitung von Aktionspotentialen. Diese Kanäle öffnen sich bei einer Depolarisation der Membran und ermöglichen den Einstrom von Natriumionen in die Zelle. Dieser Einstrom führt zu einer weiteren Depolarisation und somit zur Entstehung des Aktionspotentials.
Die Refraktärzeit: Eine vorübergehende Inaktivierung
Nachdem sich die spannungsgesteuerten Natriumkanäle geöffnet und wieder geschlossen haben, treten sie in einen inaktiven Zustand ein. Während dieser Refraktärzeit können sie sich nicht erneut öffnen, unabhängig davon, wie stark die Membran depolarisiert wird. Diese Refraktärzeit ist entscheidend für die unidirektionale Weiterleitung des Aktionspotentials.
Ausgleichsströmchen und elektrische Felder
Eine Depolarisierung der Membran breitet sich durch Ausgleichsströmchen in allen Richtungen aus. Neben diesen Ausgleichsströmchen spielt auch die Bildung elektrischer Felder eine wichtige Rolle bei der Ausbreitung solcher Rezeptorpotenziale. Ein elektrisches Feld bildet sich immer dann, wenn auf der einen Seite eine positive, auf der anderen Seite eine negative Ladung vorliegt. Solche elektrischen Felder können wiederum die Bewegung von Ionen beeinflussen.
Lesen Sie auch: Walnüsse: Ein Superfood für Ihr Gehirn
Analogie: Dominosteine
Wir sehen hier einige Dominosteine, die man schön in einer Reihe aufgestellt hat. Dieses Beispiel findet man in vielen Schulbüchern, weil es sehr schön verdeutlicht, wie ein Aktionspotential am Axon weitergeleitet wird. Genau wie ein Aktionspotential kann sich die "Welle des Umfallens" nur in einer Richtung fortbewegen, weil die bereits umgefallenen Steine sich nicht wieder schnell aufrichten können.
Schmerz als Ausnahme? Die Rolle des Gehirns bei chronischen Schmerzen
Wahrgenommen wird akuter Schmerz über spezialisierte Sinneszellen, den Nozizeptoren, die ihre Informationen über das Rückenmark an das Gehirn leiten, wo die Weiterverarbeitung erfolgt. Diese Schmerzbahn, die als reine Einbahnstraße beschrieben wird, kann jedoch chronische Schmerzen, bei denen die äußere Sinneswahrnehmung fehlt, nicht erklären. Wissenschaftler, wie Luc Jasmin von der University of California in San Francisco, vermuten daher, dass die Ursachen chronischer Schmerzen in der zentralen Schaltstelle, also im Großhirn, zu suchen sind.
Die Bedeutung von GABA und der Amygdala
Als die Neurobiologen den Rezeptor GABAB gezielt blockierten, reagierten ihre Versuchstiere wieder auf Schmerzreize. GABA konnte nicht mehr an den Rezeptor binden und seine hemmende Wirkung auf die Amygdala entfalten. "Dies zeigt, dass die Veränderung der Schmerzschwelle über zwei Systeme läuft, mit gegenseitigem Effekt", erklärt Arbeitsgruppenleiter Peter Ohara. "Wenn die Aktivität des Locus coeruleus zunimmt, dann steigt die Schmerzunempfindlichkeit. Wenn dagegen die Aktivität der Amygdala zunimmt, treten Schmerzen auf." Damit vermag das Gehirn über ein ausgeklügeltes Gleichgewicht die Schmerzempfindlichkeit des Körpers zu regulieren. Ist dieses Gleichgewicht gestört, dann wird die Schmerzbahn wieder zur Einbahnstraße, quälende chronische Schmerzen können die Folge sein.
Selbstregulation und emotionale Kontrolle: Neue Perspektiven
Eine weitere wichtige biologische Tatsache ist, dass Nervenbahnen als Einbahnstraßen konstruiert sind. Überraschenderweise gehen 80% dieser Bahnen in Richtung Gehirn (Bottom-Up) und nur 20% vom Gehirn in Richtung Körper (Top-Down). Das bedeutet, dass der Einfluss des Körpers auf das Gehirn wesentlich stärker ist als umgekehrt. Sich mit Gedanken wie „Ich muss mich jetzt beruhigen“ oder auch von außen „Jetzt entspann dich mal“ zu regulieren, ist unter diesen physiologischen Gegebenheiten nahezu unmöglich. Um sich im Zustand von Gefahr und Bedrohung zu regulieren, sind körperorientierte Techniken das effektivste Mittel, um die emotionale Kontrolle zurückzugewinnen.
Körperorientierte Techniken zur emotionalen Regulation
Der neurobiologische „Trick“ hierbei ist, genau die Körperparameter, die das sympathische Nervensystem umgestellt hat, aktiv und bewusst so zu verändern, dass das Gehirn ein Signal von Sicherheit empfängt und seinerseits wiederum Signale an das parasympathische Nervensystem senden kann, um diese Entwicklung zu unterstützen. Eine neue neurobiologische Spirale beginnt zu wirken, diesmal jedoch in die andere Richtung. Das parasympathische Nervensystem, häufig auch als Vagus- oder Vagussystem bekannt, ist der Gegenspieler des aktiven sympathischen Nervensystems. Es sorgt für Ruhe und Regeneration, verlangsamt den Herzschlag, verringert den Blutdruck und versorgt die Regionen wieder mit Leben, die für Erholung wichtig sind.
Lesen Sie auch: Wadenkrämpfe effektiv vorbeugen
tags: #warum #sind #nervenbahnen #einbahnstraben