Zentrales Nervensystem: Aufbau, Funktion und Bedeutung

Das zentrale Nervensystem (ZNS) ist das Kontroll- und Steuerungszentrum des menschlichen Körpers. Es ermöglicht uns zu denken, zu fühlen, uns zu erinnern und auf unsere Umwelt zu reagieren. In diesem Artikel werden wir den Aufbau und die Funktionen des ZNS detailliert betrachten und seine Bedeutung für unser tägliches Leben hervorheben.

Einführung in das Nervensystem

Das Nervensystem ist wie ein komplexes Netzwerk von Stromkabeln, Telefonleitungen und Internetverbindungen, das den Organismus "Gesellschaft" kommunizieren und funktionieren lässt. Nervenzellen oder Neurone sind die Kommunikationsbahnen, über die Signale ausgetauscht werden. So können Sinnesreize wahrgenommen, Körperreaktionen wie Muskelkontraktionen gesteuert und Denkprozesse in Gang gesetzt werden.

Das menschliche Nervensystem besteht aus etwa 2 kg, wobei rund 1,3 kg auf das Gehirn entfallen. Dies entspricht etwa drei Prozent des durchschnittlichen Körpergewichts. Die Nervenbahnen eines erwachsenen Gehirns sind circa 5,8 Millionen Kilometer lang, was 145 Erdumrundungen entspricht.

Zentrales und peripheres Nervensystem

Das menschliche Nervensystem besteht aus einem zentralen und einem peripheren Anteil. Zum zentralen Nervensystem (ZNS) zählen Gehirn und Rückenmark. Von letzterem ziehen Nervenbahnen in alle Regionen des Körpers - sie bilden das periphere Nervensystem.

Das periphere Nervensystem sendet Signale an das zentrale Nervensystem, die aus der Umwelt (z.B. Sehen, Spüren) oder dem Körperinneren (z.B. Hunger, Müdigkeit) stammen. Außerdem leitet das zentrale Nervensystem Signale an das periphere Nervensystem weiter und sendet motorische Befehle (z.B. Hand heben, "Hallo" sagen).

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In funktioneller Hinsicht lässt sich das periphere Nervensystem in zwei Bereiche untergliedern:

• Vegetatives (autonomes) Nervensystem: Es arbeitet unabhängig vom menschlichen Willen und sorgt zum Beispiel dafür, dass Mahlzeiten verdaut und Hormone ausgeschüttet werden.
• Somatisches Nervensystem: Über dieses System lässt sich der Körper willentlich steuern. So kann der Mensch beispielsweise bewusst ein Bein vor das andere setzen oder die Stirn runzeln.

Aufgaben und Funktionen des zentralen Nervensystems

Das zentrale Nervensystem hat einige wichtige Aufgaben und Funktionen im Körper des Menschen:

• Integration: Zusammenbringen aller Reize, die der Organismus vom Körperinneren und von der Umwelt aufnimmt (Beispiel: Essen sehen und gleichzeitig Hungergefühl verspüren).
• Koordination: Abstimmung der motorischen Bewegungen des Organismus (Beispiel: Winken und gleichzeitig grüßen).
• Regulation: Anpassung der lebensnotwendigen Prozesse, die im Körper ablaufen (Beispiel: Hormone regulieren, Atmung beruhigen).

Darüber hinaus ist das zentrale Nervensystem des Menschen für alle kognitiven Funktionen zuständig - also für die Sprache, das Bewusstsein, das Denken und Lernen, für Erinnerungen, für Aufmerksamkeit und für das Vorstellungsvermögen. Während des Schlafs bleibt das Gehirn aktiv und verarbeitet riesige Mengen an Informationen, sortiert Erinnerungen und verbessert Fähigkeiten.

Aufbau des zentralen Nervensystems

Das zentrale Nervensystem besteht aus dem Gehirn und dem Rückenmark.

Gehirn

Das Gehirn ist das wichtigste Organ des zentralen Nervensystems und das Steuerzentrum des Körpers. Es besteht aus etwa 100 Milliarden bis 1 Billion Neuronen. Das Gehirn wird orientierungsweise in 5 größere Abschnitte unterteilt:

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1. Großhirn (Cerebrum): Nimmt 80% der Hirnmasse ein und besteht aus einer rechten und einer linken Großhirnhälfte, die durch einen breiten Nervenstrang (den „Balken“) miteinander verbunden sind. Die äußere Schicht des Großhirns bildet die Großhirnrinde (Cortex), die 2 bis 3 Millimeter dick ist und als graue Substanz bezeichnet wird. Unterhalb der Großhirnrinde befindet sich die weiße Substanz. Das Großhirn ermöglicht dem Menschen einzigartige und vielfältige Fähigkeiten.
2. Zwischenhirn (Diencephalon)
3. Mittelhirn (Mesencephalon)
4. Kleinhirn (Cerebellum): Spielt eine wichtige Rolle bei der Koordination von Bewegungen und dem Gleichgewicht.
5. Nachhirn (Medulla oblongata)

Umgeben ist das Gehirn von 3 Hautschichten (Hirnhäuten). Die äußere Hülle (harte Hirnhaut) ist innen mit den Schädelknochen fest verbunden. Zwischen der inneren und der mittleren Haut befindet sich Flüssigkeit (Liquor), die bei Erschütterungen wie eine Art Stoßdämpfer wirkt und somit zum Schutz des Gehirns beiträgt. Im Inneren des Gehirns befinden sich 4 Hohlräume (Hirnkammern), die mit Gehirnflüssigkeit gefüllt sind.

Das Gehirn von Männern ist im Durchschnitt etwas größer und schwerer als das von Frauen, wobei dieser Größenunterschied keine unmittelbaren Rückschlüsse auf geistige Merkmale wie die Intelligenz zulässt. Das Älterwerden geht nicht spurlos an unserem Gehirn vorüber.

Es gibt zwei Gehirnhälften, die gemeinsam arbeiten: Rechts steuert links und umgekehrt - die beiden Teile des Gehirns arbeiten gewissermaßen spiegelverkehrt. Die linke Hemisphäre ist für die rechte Körperhälfte zuständig, der rechte Hirnabschnitt für die linke Seite. Die beiden Hemisphären sind über eine Brücke (Corpus callosum) miteinander verbunden, über die Informationen ausgetauscht werden können. Dies ist absolut notwendig, denn keine Hirnhälfte kann vollkommen für sich allein agieren. Teamwork ist ein Muss!

Rückenmark

Das Rückenmark ist eine lange, zylindrische Struktur, die vom Gehirn bis zum unteren Rücken verläuft. Es dient als Hauptkommunikationsweg zwischen Gehirn und Körper. Das Rückenmark leitet sensorische Informationen vom Körper zum Gehirn und motorische Befehle vom Gehirn zu den Muskeln.

Neuronen: Die Bausteine des Nervensystems

Die Nervenzellen sind die Bausteine unseres Nervensystems. Sie besitzen einen Zellkörper (Soma) und Zellfortsätze, die sie mit anderen Nervenzellen oder mit Körperzellen, wie beispielsweise Muskel- oder Drüsenzellen, verbinden. Diese Fortsätze werden als Axone und Dendriten bezeichnet. Axone leiten Signale zu anderen Neuronen oder Zielzellen weiter, während Dendriten die Signale meistens von anderen Neuronen empfangen. Die Länge der Axone und Dendriten reicht von wenigen tausendstel Millimeter bis zu über einem Meter.

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Vom Zellkörper (Soma) einer Nervenzelle gehen in der Regel verschiedene Fortsätze aus: mehrere kurze Dendriten und ein mehr oder weniger langes Axon. Die Dendriten sind vergleichbar mit Empfangsantennen - sie nehmen elektrische Signale von Nachbarzellen auf. Umgekehrt können über das Axon Impulse an andere Zellen weitergeleitet werden - es fungiert gewissermaßen als Sendemast und kann über einen Meter lang sein.

Damit die Informationen bei dieser Länge nicht zu langsam übermittelt werden, ist das Axon abschnittsweise von sogenannten Myelinscheiden umschlossen - speziellen Zellen, die sich mehrfach um das Axon herumwickeln und es elektrisch isolieren. Axon und Hülle zusammen bilden eine (markhaltige) Nervenfaser. Die nicht isolierten schmalen Lücken zwischen den einzelnen Myelinscheiden eines Axons werden Ranviersche Schnürringe genannt. Bei der Reizweiterleitung entlang des Axons "springen" die elektrischen Impulse von Schnürring zu Schnürring (die Bereiche dazwischen sind, wie erwähnt, durch die Myelinscheiden elektrisch isoliert). Die Erregungsleitung wird dadurch deutlich beschleunigt, sie liegt bei etwa 100 Metern pro Sekunde - im Vergleich zu 10 Metern pro Sekunde bei Nervenzellen ohne Myelinschicht.

Als Neugeborener hat der Mensch etwa ebenso viele Nervenzellen wie im Erwachsenenalter. Während des Heranwachsens werden die Neuronen aber immer stärker miteinander verschaltet - aus gutem Grund: Je engmaschiger das Nervenzell-Netzwerk, desto leistungsfähiger ist das Gehirn. Die Kontaktstellen zwischen den einzelnen Neuronen nennt man Synapsen. Sie übertragen die Informationsreize von einer Zelle auf die nächste. Synapsen gibt es übrigens auch zwischen Nervenzellen und Muskelzellen. So können Nervenimpulse beispielsweise dem Bizeps im Oberarm "befehlen", sich zu kontrahieren - damit die Hand den Kaffeebecher zum Mund führen kann.

Neben den Neuronen enthält das Nervensystem Gliazellen und ein dichtes Netz von Blutgefäßen, das die ausreichende Zufuhr von Sauerstoff und Nährstoffen sicherstellt. Gliazellen sind selbst nicht direkt an der Reizweiterleitung beteiligt, erfüllen aber dennoch äußerst wichtige Funktionen. Als Stützzellen schützen sie die Neurone, indem sie sie elektrisch abschirmen oder eingedrungenen Stoffen im Blut den Zugang zum Gehirn versperren. Zudem sind die Gliazellen für die Versorgung der Neurone mit Nährstoffen zuständig und steuern den Fluss der zerebrospinalen Flüssigkeit (Liquor), die Gehirn und Rückenmark bei Erschütterungen abfedert.

Signalübertragung im Nervensystem

Alle Reize, die von außen kommen (z.B. Kälte) oder im Körper selbst entstehen (z.B. Zahnschmerzen), werden von Nerven registriert und in Form von elektrischen Impulsen ans Gehirn weitergeleitet. In der Zentrale im Kopf können die Informationen ausgewertet und bei Bedarf miteinander verknüpft werden. Ein Beispiel: Aus einem Hitzeempfinden in der Hand, die - wie die Augen melden - eine Tasse hält, kombiniert das Gehirn, dass der Kaffee im Becher noch sehr heiß ist.

Das Gehirn sendet schließlich auch seinerseits elektrische Signale aus, etwa um Körperbewegungen auszulösen (z.B. Augenzwinkern, Handheben) oder die Funktion der inneren Organe zu regulieren (wie die Ausschüttung von Magensaft). Und nicht zu vergessen: Denken, lachen, lesen, lernen - all das und noch viel mehr hält das Gehirn ebenfalls permanent auf Trab und bringt die Neuronen dazu, in jeder Millisekunde unzählige Impulse durchs Netzwerk zu schießen - ein endloses Feuerwerk.

Die Dendriten einer Nervenzelle empfangen ein Signal und leiten es an den Axonhügel im Zellkörper weiter. Hier werden eingehende Signale gesammelt (Membranpotential) und erst weitergegeben, wenn ein bestimmter Schwellwert überschritten ist. Am Ende des Axons sitzen synaptische Endknöpfe. Hier geschieht die Umwandlung des elektrischen Reizes in ein chemisches Signal. Ein chemischer Botenstoff (Neurotransmitter) wandert daraufhin von den Synapsen zu den Dendriten einer nachgeschalteten Nervenzelle. Diese empfangen den Reiz wiederum als elektrisches Signal. So verläuft die Übertragung als eine Art Kettenreaktion immer weiter bis zum Gehirn, welches das Signal verarbeitet.

Die Steuerung der Reizübertragung bedarf einer exakten Kontrolle und Koordination - übernommen von spezialisierten Nervenzellen. Diese lagern sich in den zwei Schaltzentralen des Körpers zusammen: Gehirn und Rückenmark. Ausgeklügelte Schutzmechanismen wie der Schädel und die Wirbelsäule sollen Neurone vor gefährlichen, äußeren Einflüssen (zum Beispiel Verletzungen durch einen Unfall) schützen.

Neurologische Erkrankungen

Aufgrund verschiedener Erkrankungen kann die Isolierung der Axone defekt sein: So greift bei der Autoimmunerkrankung Multiple Sklerose (MS) das fehlgeleitete Immunsystem die Myelinscheiden an und zerstört sie stellenweise. In der Folge klappt die Informationsweiterleitung entlang des betroffenen Axons nicht mehr reibungslos - es kommt zu Symptomen wie Lähmungen, Gefühls- und Sehstörungen.

Im zentralen Nervensystem können einige neurologische Erkrankungen auftreten.

Das Nervensystem im Alltag: Ein Beispiel

Unser Nervensystem leistet ständig Schwerstarbeit, oft unbemerkt. Betrachten wir eine alltägliche Szene an der Kaffeemaschine:

1. Sensorisches Nervensystem: Augen, Ohren, Nase, Zunge und Hautsensoren schicken Informationen ans Gehirn: Wie sieht der Kaffee aus? Riecht er gut? Wie schwer ist die Tasse? Habe ich Durst? Ist der Kaffee zu heiß? Schmeckt er?
2. Motorisches Nervensystem: Das Gehirn berechnet, wohin wir greifen müssen, um die Tasse zu nehmen. Über das Rückenmark und die an Muskeln andockenden Nervenzellen gibt es den Befehl zum Ausstrecken der Hand. Die Bewegung wird fortlaufend mit den Reizen abgeglichen, die das sensorische Nervensystem ans Hirn zurücksendet, damit wir nicht danebengreifen, nicht kleckern oder uns am heißen Kaffee verbrennen.
3. Vegetatives Nervensystem: Währenddessen steuert das vegetative Nervensystem unbewusst die Verdauung des Kaffees, die Herztätigkeit, die Atmung, den Kreislauf, die Schweißbildung und die Körpertemperatur.

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