Das zentrale Nervensystem: Anatomie, Funktion und Bedeutung

Das zentrale Nervensystem (ZNS) ist das übergeordnete Kontroll- und Steuerungszentrum des Körpers. Es ermöglicht uns zu denken, zu fühlen, uns zu erinnern und mit unserer Umwelt zu interagieren. Es besteht aus dem Gehirn und dem Rückenmark und ist von entscheidender Bedeutung für die Verarbeitung von Informationen, die Steuerung von Bewegungen und die Regulation lebensnotwendiger Körperfunktionen.

Aufbau des zentralen Nervensystems

Das zentrale Nervensystem (ZNS) umfasst alle Nerven und Nervenbahnen in Gehirn und Rückenmark. Alle anderen Nervenbahnen gehören zum Peripheren Nervensystem; beide sind jedoch nur topographisch voneinander abgrenzbar, funktionell allerdings eng miteinander verknüpft.

Gehirn

Das Gehirn ist das komplexeste Organ des menschlichen Körpers und das Zentrum für höhere Funktionen wie Denken, Lernen, Gedächtnis, Emotionen und Bewusstsein. Es lässt sich grob in fünf Hauptbereiche unterteilen:

• Großhirn (Cerebrum): Macht etwa 80 % der Hirnmasse aus und ist für kognitive Funktionen wie Sprache, Gedächtnis, Denken und bewusste Bewegungen verantwortlich. Es besteht aus zwei Hälften, die durch den Balken (Corpus callosum) miteinander verbunden sind. Die äußere Schicht des Großhirns ist die Großhirnrinde (Cortex), die aus grauer Substanz besteht und für die Reizaufnahme und -verarbeitung zuständig ist. Unterhalb der Großhirnrinde befindet sich die weiße Substanz, die aus Nervenfasern besteht und die Reizweiterleitung ermöglicht.
• Zwischenhirn (Diencephalon): Liegt zwischen Großhirn und Mittelhirn und umfasst Strukturen wie Thalamus, Hypothalamus und Epiphyse. Der Thalamus dient alsRelaisstation für sensorische Informationen, der Hypothalamus reguliert lebenswichtige Funktionen wie Körpertemperatur, Hunger, Durst und den Schlaf-Wach-Rhythmus, und die Epiphyse produziert das Hormon Melatonin, das den Schlaf-Wach-Rhythmus steuert.
• Mittelhirn (Mesencephalon): Verbindet das Zwischenhirn mit dem Kleinhirn und dem Nachhirn und ist an der Steuerung von Augenbewegungen, der Verarbeitung akustischer Signale und der Regulation der Muskelspannung beteiligt.
• Kleinhirn (Cerebellum): Spielt eine wichtige Rolle bei der Koordination von Bewegungen, dem Gleichgewicht und der Feinmotorik. Es empfängt Informationen aus dem Großhirn, dem Rückenmark und den Gleichgewichtsorganen und trägt so zur präzisen Ausführung von Bewegungen bei.
• Nachhirn (Medulla oblongata): Bildet den Übergang vom Rückenmark zum Gehirn und enthält wichtige Zentren für die Steuerung lebenswichtiger Funktionen wie Atmung, Herzfrequenz und Blutdruck.

Das Gehirn ist von drei Hirnhäuten (Meningen) umgeben, die es schützen und mit Nährstoffen versorgen. Die äußere Schicht, die harte Hirnhaut (Dura mater), ist fest mit den Schädelknochen verbunden. Zwischen der mittleren Hirnhaut (Arachnoidea) und der inneren Hirnhaut (Pia mater) befindet sich der Subarachnoidalraum, der mit Gehirnflüssigkeit (Liquor cerebrospinalis) gefüllt ist. Diese Flüssigkeit wirkt wie ein Stoßdämpfer und schützt das Gehirn vor Erschütterungen.

Im Inneren des Gehirns befinden sich vier Hohlräume, die Hirnkammern (Ventrikel), die ebenfalls mit Gehirnflüssigkeit gefüllt sind. Diese Flüssigkeit wird in den Hirnkammern produziert und zirkuliert im Subarachnoidalraum, bevor sie wieder in den Blutkreislauf aufgenommen wird.

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Rückenmark

Das Rückenmark ist eine lange, zylindrische Struktur, die sich vom Gehirn bis zum unteren Rücken erstreckt. Es ist der Hauptkommunikationsweg zwischen Gehirn und Körper und spielt eine wichtige Rolle bei der Reflexsteuerung.

Im Rückenmark ist die weiße Substanz außen und die graue Substanz innen. Im Gehirn ist es umgekehrt. Die graue Substanz im Rückenmark ist schmetterlingsförmig und enthält die Zellkörper der Nervenzellen. Die weiße Substanz besteht aus Nervenfasern, die Informationen zwischen Gehirn und Körper übertragen.

Das Rückenmark ist von den gleichen drei Hirnhäuten umgeben wie das Gehirn. Zwischen den Wirbeln treten Spinalnerven aus, die sensorische und motorische Informationen zwischen Rückenmark und Körper übertragen.

Funktion des zentralen Nervensystems

Das zentrale Nervensystem hat vielfältige Aufgaben und Funktionen, die für das Überleben und die Interaktion mit der Umwelt unerlässlich sind. Dazu gehören:

• Informationsverarbeitung: Das ZNS empfängt sensorische Informationen aus dem Körper und der Umwelt, verarbeitet diese und leitet entsprechende Reaktionen ein. Wenn du beispielsweise einen Freund auf der anderen Straßenseite siehst, verarbeitest du diese Information in deinem zentralen Nervensystem.
• Steuerung von Bewegungen: Das ZNS steuert willkürliche und unwillkürliche Bewegungen. Willkürliche Bewegungen, wie das Heben eines Arms, werden bewusst gesteuert, während unwillkürliche Bewegungen, wie der Herzschlag, automatisch ablaufen.
• Regulation lebenswichtiger Funktionen: Das ZNS reguliert lebenswichtige Funktionen wie Atmung, Herzfrequenz, Blutdruck, Körpertemperatur und Verdauung.
• Kognitive Funktionen: Das ZNS ist für kognitive Funktionen wie Sprache, Gedächtnis, Denken, Lernen, Aufmerksamkeit und Bewusstsein verantwortlich.
• Emotionen: Das ZNS spielt eine wichtige Rolle bei der Entstehung und Verarbeitung von Emotionen.

Das Nervensystem bedient sich schwacher Reize, die über die Nervenzellen und ihre Fortsätze (Dendriten und Axone) weitergeleitet werden. Reize, in Form von elektrischen Impulsen werden in Bruchteilen von Sekunden mit hoher Geschwindigkeit (400 km/Stunde) weitergeleitet.

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Rund um die Nervenzelle herum münden Zellfortsätze in die Nervenzelle (Dendriten). Sie dienen als Eintrittspforten für elektrische Reize. Jedes Neuron besitzt allerdings nur einen Zellfortsatz (Axon), der Informationen von der Zelle wegleitet. Das Axon dient als Ausgang für elektrische Reize und kann sich wiederum bis zu 150 mal verzweigen um mit anderen Nervenzellen in Kontakt treten. Der "lange Arm" der Nervenzelle (Axon) kann eine Länge von mehr als einem Meter erreichen. Axone der peripheren Nerven sind von einer Isolationsschicht umgeben, die aus den sog. Schwannschen Zellen besteht.

Die Übertragung der Reize von einer auf die andere Nervenzelle geschieht mit Hilfe chemischer Botenstoffe an den sog. Synapsen. Dies sind kleine knotige Verdickungen am Ende der Axone. Sobald ein elektrisches Nervensignal die Synapse erreicht hat, wird aus kleinen Depotbläschen eine chemische Substanz (Neurotransmitter) freigesetzt, die sich rasch über den Zwischenraum zischen den beiden Zellen (Synapsenspalt) verteilt und an den Dendriten der nächsten Zelle eine erneutes elektrisches Signal erzeugt. Synapsen haben wichtige Kontroll- und Filterfunktionen über die Impulsverteilung in unserem Nervensystem. Sie erlauben den Erregungsfluss in nur eine Richtung. Außerdem werden schwache Reize, die eine bestimmte Impulsstärke unterschreiten gar nicht erst weitergeleitet. Mit Hilfe dieser Kontrollfunktionen kann das Nervensystem schnell und präzise funktionieren.

Zusammenspiel mit dem peripheren Nervensystem

Das zentrale Nervensystem arbeitet eng mit dem peripheren Nervensystem (PNS) zusammen, um Informationen zu sammeln, zu verarbeiten und Reaktionen zu koordinieren. Das PNS besteht aus Nerven, die außerhalb des Gehirns und des Rückenmarks liegen und sensorische Informationen zum ZNS leiten und motorische Befehle vom ZNS zu den Muskeln und Drüsen transportieren.

Die vom Nervensystem gesammelten Informationen werden dann in elektrische Impulse umgewandelt und über Nervenfasern mit einer Geschwindigkeit von rund 400 km/h an das Gehirn weitergeleitet. Dort werden sie schließlich verarbeitet und gespeichert. Auf diese Weise werden nicht nur Bewegungsabläufe und die Funktion unserer Organe gesteuert.

Die Hirnnerven sind 12 Paare von peripheren Nerven, deren Nervenzellleiber/Nervenzellen im Stammhirn liegen. Ihr Ursprung liegt also im zentralen Nervensystem, nach ihrem Austritt durch die Schädelbasis und durch ihren weiteren peripheren Verlauf zählen sie allerdings zum peripheren Nervensystem. Zu den Hirnnerven, die jeweils paarig angelegt sind, zählen u.a. der Riechnerv (N. olfactorius), der Sehnerv (N. opticus), die Augenmuskelnerven (N. occulomotorius, N. trochlearis und N. abducens), der Gesichtsnerv (N. Trigeminus), der Nerv für die mimische Muskulatur (N. facialis) und der Hör- und Gleichgewichtsnerv (N. vestibulocochlearis).

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Auch die Rumpfnerven gehören dem peripheren Nervensystem an. Jeder der zwölf paarig angelegten Nerven entspringt als Spinalnerv aus dem Rückenmark und verzweigt sich nach ca. 2-3cm in einen vorderen und einen hinteren Ast, um jeweils die Rumpfvorder- und Rückseite zu versorgen. Jeder Nerv kann einem bestimmten Wirbelsäulenabschnitt zugeordnet werden und versorgt ganz klar definierte Abschnitte der Bauch- und Rückenwand (Haut und Muskulatur) und der inneren Organe.

Das autonome Nervensystem

Das autonome Nervensystem (ANS) überwacht und steuert die Funktionen der inneren Organe. Das ANS besteht aus dem parasympathischen und sympathischen Nervensystem.

Als autonomes oder vegetatives Nervensystem wird der Teil des Nervensystems bezeichnet, der alle organischen Funktionen regelt, die nicht durch unseren Willen beeinflusst werden können. Das autonome Nervensystem wacht über alle lebensnotwendigen Grundfunktionen des Körpers. Es ist Tag und Nacht aktiv und steuert alle unwillkürlich ablaufenden, automatischen Funktionen wie Herzschlag, Verdauung und Atmung, die Höhe des Blutdrucks oder die Blasentätigkeit. Das autonome Nervensystem besteht aus zwei Bereichen, dem sympathischen und dem parasympathischen Nervensystem, die in entgegengesetzter Weise auf die Organe einwirken.

Das sympathische und parasympathische Nervensystem (Sympathikus und Parasympathikus) wirken im Körper meist als Gegenspieler: Der Sympathikus bereitet den Organismus auf körperliche und geistige Leistungen vor. Er sorgt dafür, dass das Herz schneller und kräftiger schlägt, erweitert die Atemwege, damit man besser atmen kann, und hemmt die Darmtätigkeit.

Der Parasympathikus kümmert sich um die Körperfunktionen in Ruhe: Er aktiviert die Verdauung, kurbelt verschiedene Stoffwechselvorgänge an und sorgt für Entspannung.

Das enterische Nervensystem ist der dritte Bereich des vegetativen Nervensystems, der als Geflecht von Nervenzellen den Verdauungstrakt durchzieht. 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.

Erkrankungen des zentralen Nervensystems

Neurologische Erkrankungen sind Erkrankungen des Nervensystems. Im zentralen Nervensystem können dabei einige Erkrankungen auftreten:

• Schlaganfall: Eine plötzliche Unterbrechung der Blutversorgung des Gehirns, die zu Schäden an Nervenzellen führen kann.
• Multiple Sklerose (MS): Eine Autoimmunerkrankung, bei der die Schutzschicht um die Nervenfasern im Gehirn und Rückenmark angegriffen wird.
• Alzheimer-Krankheit: Eine degenerative Erkrankung des Gehirns, die zu Gedächtnisverlust, Verwirrung und anderen kognitiven Beeinträchtigungen führt.
• Parkinson-Krankheit: Eine degenerative Erkrankung des Gehirns, die zu Zittern, Muskelsteifheit und Bewegungsverlangsamung führt.
• Amyotrophe Lateralsklerose (ALS): Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine sporadisch auftretende oder vererbte neurodegenerative Erkrankung der ersten und zweiten Motoneurone.
• Tumoren: Tumoren im Gehirn oder Rückenmark können Nervenzellen schädigen und zu einer Vielzahl von neurologischen Symptomen führen.
• Infektionen: Infektionen des Gehirns oder Rückenmarks, wie Meningitis oder Enzephalitis, können zu Entzündungen und Schäden an Nervenzellen führen.
• Traumatische Hirnverletzungen: Verletzungen des Gehirns durch Unfälle oder Stürze können zu einer Vielzahl von neurologischen Problemen führen.

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