HEALTH CENTER: Gehirn & Nerven
Das zentrale Nervensystem (ZNS)
Immer wieder wird das zentrale Nervensystem des Menschen als das komplexeste Gebilde im Universum bezeichnet. Zwar weiß man nicht, was in fernen Galaxien noch existieren mag - nach dem derzeitigen Kenntnisstand ist dieser Einschätzung aber nichts entgegenzusetzen.
Egal ob wir mit anderen kommunizieren, Gedichte schreiben, etwas erfinden, uns freuen, traurig sind, Sex haben oder spazieren gehen - stets führt das aus Gehirn und Rückenmark bestehende Zentralnervensystem Regie. Ihm entspringt unser Denken, Fühlen und Handeln.
Eine allgemeingültige Definition des Zentralnervensystems zu finden, fällt auch Expertinnen und Experten nicht leicht. Ein häufig verwendeter Ansatz lautet: Das ZNS vermittelt den Kontakt eines Individuums mit seiner inneren und äußeren Umgebung und ermöglicht es dem Individuum, auf diese sich ständig verändernden Umgebungen angemessen zu reagieren.
Für ein besseres Verständnis ist es von Vorteil, die Aufgaben unserer "Steuereinheit" ein wenig aufzudröseln. Das zentrale Nervensystem ist verantwortlich für:
- die Kontrolle der Motorik, also von Körperhaltung und Bewegungen
- das kontrollierte Zusammenspiel aller lebensnotwendigen Systeme - von den Organfunktionen über Hormonhaushalt und Atmung bis hin zum Schlaf-Wach-Rhythmus
- die Verarbeitung von eintreffenden Informationen aus der Umwelt und dem Körperinneren
- alle kognitiven Funktionen - also Bewusstsein, Sprache, Denken, Lern- und Erinnerungsvermögen, Aufmerksamkeit und Vorstellungsvermögen
- unsere Gefühle und Triebe
Wie das Zentralnervensystem diese vielfältigen Aufgaben erfüllt, soll im Folgenden etwas näher erläutert werden. Wobei es ganz klar festzuhalten gilt: Auch wenn die Wissenschaft in den letzten Jahren enorme Fortschritte erzielt hat, kann die Funktionsweise dieses ebenso faszinierenden wie geheimnisvollen Systems noch nicht in allen Details erklärt werden.
Das Gehirn: Wunderwerk aus 100 Millionen Nervenzellen
Nicht einmal eineinhalb Kilogramm wiegt das durchschnittliche menschliche Gehirn. Nur rund zwei Prozent unseres Körpergewichts entfallen auf unser Denkorgan. Welche herausragende Bedeutung dem etwa karfiolgroßen Organ zukommt, lässt sich bereits daran erkennen, dass es 20 Prozent der Nährstoffe und des Sauerstoffs, die unserem Körper zur Verfügung stehen, verbraucht. Seine Versorgung hat stets oberste Priorität.
Im Gehirn sind etwa 100 Millionen Nervenzellen (Neuronen) zugange - das entspricht in etwa der Zahl der Sterne in unserer Galaxie. Jedes einzelne Neuron kann dabei wiederum mit hunderten anderen in Verbindung stehen und kommunizieren. So bilden die Nervenzellen ein ungeheuer komplexes Netzwerk, in dem es unendlich viele Möglichkeiten gibt, eine Information zu registrieren, zu verändern, mit anderen Informationen zu verknüpfen und letztlich die entsprechenden Reaktionen auszulösen.
Ein Beispiel: Jemand sitzt im Kaffeehaus und trinkt einen Cappuccino. Die Hände fühlen die glatte heiße Oberfläche der Tasse, die Nase registriert das typische Aroma des Getränks, die Zunge den fein-bitteren Geschmack. Diese sensorischen Informationen werden dann mit gespeichertem Wissen und Erinnerungen verknüpft, etwa an den letzten Kaffeehausbesuch mit dem geliebten Partner, was zu einem Gefühl der Freude führt. All diese Komponenten zusammen schaffen dann den Gesamteindruck, den der Cappuccino-Trinker in diesem Moment hat.
Und auch alles andere, was wir denken, machen und fühlen, entsteht im Zusammenspiel des gigantischen Netzwerks von Nervenzellen unter der Schädeldecke. Ihnen zur Seite stehen die Gliazellen: Das griechische Wort "Glia-" bedeutet so viel "Leim" oder "Kitt", denn lange Zeit dachte man, dass die Aufgabe dieses noch zehnmal zahlreicheren Zelltyps ausschließlich darin besteht, das neuronale Netz zusammenzuhalten. Doch inzwischen kristallisiert sich heraus, dass die Gliazellen nicht nur eine Ernährungs- und Stützfunktion besitzen, sondern auch die Informationsübertragung zwischen den Nervenzellen beeinflussen und lenken können.
Die neuronale Signalübertragung: Strom und Chemie
Damit sie ihre Aufgabe, Informationen zu übermitteln, erfüllen können, besitzen die meisten Nervenzellen zwei Typen von spezialisierten Fortsätzen. Über die Dendriten, die den Zweigen eines Baumes ähneln, werden Botschaften empfangen und zum Zellkörper weitergeleitet. Das Axon dient der Übermittlung von Informationen weg vom Zellkörper und hin zu anderen Nervenzellen. Die Kontaktstellen zwischen den einzelnen Neuronen heißen Synapsen. Über sie kann eine einzige Nervenzelle mit Tausenden anderen in Verbindung stehen.
Für die neuronale Signalübertragung werden zwei "Sprachen" benutzt - eine elektrische und eine chemische: Wird eine Nervenzelle erregt, wandert die Information zunächst als elektrischer Impuls (sog. Aktionspotenzial) entlang des Axons zur Synapse. In dieser Form kann die Botschaft dort aber nicht weitergegeben werden, da sich die Nervenzellen an den Kontaktstellen nicht berühren, sondern durch einen schmalen Spalt getrennt sind. Aus diesem Grund wird das Signal von einem elektrischen in ein chemisches übersetzt: Gelangt ein Aktionspotenzial an die Synapse, löst es dort die Freisetzung von Neurotransmittern aus.
Diese Nervenbotenstoffe durchwandern den synaptischen Spalt und docken auf der anderen Seite an Rezeptoren an, die nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip funktionieren. Handelt es sich um einen erregenden Neurotransmitter, wird dadurch wiederum ein Aktionspotenzial ausgelöst - die Information ist übermittelt. Neben den erregenden gibt es aber auch hemmende Nervenbotenstoffe, die eine Weiterleitung von Aktionspotenzialen unterbinden oder zumindest erschweren. Dieses Grundprinzip der neuronalen Signalübertragung findet sich im gesamten zentralen Nervensystem.
Das Großhirn: Was den Mensch zum Menschen macht
Vergleicht man Gehirne von Tieren mit jenem des Menschen, so fällt auf, dass ein bestimmter Teil beim Menschen überproportional ausgeprägt ist: das Großhirn. Dieser Bereich des Gehirns ist der Sitz dessen, was Neurowissenschafter als höhere Hirnfunktionen bezeichnen: Logisches Denken, Planen, aber auch moralisches Empfinden und soziale Fähigkeiten - all diese typisch menschlichen Eigenschaften sind dort beheimatet.
Entwicklungsgeschichtlich ist das Großhirn mit seinen Furchen der jüngste Teil des Denkorgans und umschließt die in der Tiefe liegenden älteren Areale. Außen in der zwei bis vier Millimeter dicken Großhirnrinde, dem Kortex, befinden sich dicht gepackt die Nervenzell-Körper. Da sie gräulich gefärbt sind, spricht man auch von der grauen Substanz. Im Gegensatz zur weißen Substanz, die von den Nervenzell-Fortsätzen gebildet wird, die aus der Hirnrinde in tiefere Regionen ziehen.
Aufgrund der verschiedenen Funktionen wird das Großhirn in mehrere Lappen unterteilt:
Der Stirn- oder Frontallappen gilt als so etwas wie die übergeordnete Kontrollinstanz. Hier wird unser Verhalten gesteuert, und auch Denken, Planen, moralisches Empfinden und die Ausprägung der Persönlichkeit sind in diesem Teil des Großhirns beheimatet. Im Schläfenlappen sitzen unter anderem die Hör- und Sprachzentren. Darüber hinaus befindet sich dort der Hippocampus, jenes Areal, das bei Lernen und Gedächtnisbildung die tragende Rolle spielt.
Auch der Scheitellappen ist für das Sprachverständnis wichtig. Dort werden akustische und teils auch optische Signale mit Gedächtnisinhalten verknüpft. Außerdem enden dort die somatosensorischen Bahnen, die Empfindungen aus dem Körperinneren und aus der Umwelt weiterleiten. Hauptaufgabe des Hinterhauptslappens ist es, Informationen von unserem wichtigsten Sinnessystem zu verarbeiten, dem Sehsinn. Optische Wahrnehmungen werden dort bewusstgemacht und mit gespeicherten Gedächtnisinhalten verbunden. Schädigungen in dieser Region können zu einer sogenannten Rindenblindheit führen. In diesem Fall können Dinge zwar gesehen, aber nicht mehr erkannt und benannt werden.
Die älteren Hirnteile: Gefühle, Hormone & lebenswichtige Funktionen
Unter dem Großhirn befindet sich das Zwischenhirn, das ebenfalls aus verschiedenen Teilen besteht: Der Thalamus ist die zentrale Schaltstelle für sensible und motorische Signale, sämtliche Sinneseindrücke laufen dort zunächst zusammen. Der Thalamus bewertet diese Informationen. Nur was dieses Areal als wichtig erachtet, wird an die Hirnrinde weitergeleitet und gelangt so in unser Bewusstsein.
Der nur etwa bohnengroße Hypothalamus ist das wichtigste Bindeglied zwischen Nerven- und Hormonsystem und der oberste Wächter über unser inneres Gleichgewicht. Hunger, Durst, innere Uhr, Sexualtrieb, verschiedenste Organfunktionen - solche Dinge werden vom Hypothalamus gesteuert. Teils erfolgt dies über das vegetative Nervensystem, teils über die Freisetzung von Hormonen, die in weiterer Folge auf ihre Zielorgane einwirken.
Das im Hinterkopf gelegene Kleinhirn ist vor allem für die motorische Feinkontrolle wichtig, es lässt unsere Bewegungen präzise und flüssig ablaufen. Zu den alten Hirnregionen zählt weiters der Mandelkern, der für unser Gefühlsleben mitverantwortlich ist (vor allem für starke Gefühl wie Wut und Angst). Bedrohliche Ereignisse werden in diesem Teil des Gehirns mit den entsprechenden Emotionen verknüpft und abgespeichert.
Der Hirnstamm ist die entwicklungsgeschichtlich älteste Hirnregion und für die Steuerung von so grundlegenden und lebenswichtigen Funktionen wie Atmung, Herzschlag, Blutdruck und Körpertemperatur verantwortlich. Ihm entspringen auch die meisten der zwölf Hirnnerven, die vor allem Bewegungen von Augen und Gesichtsmuskeln kontrollieren. Dem Hirnstamm schließt sich die Medulla oblongata an, die den Übergang zum zweiten Teil des zentralen Nervensystems bildet, dem Rückenmark.
Das Rückenmark: Nachrichtenvermittler zwischen Gehirn und Körper
Knapp einen halben Meter beträgt die durchschnittliche Länge des Rückenmarks bei einem Erwachsenen. Das Rückenmark befindet sich im Inneren der Wirbelsäule, dem Spinalkanal. Wie das Gehirn ist es von schützenden Häuten umgeben und wird von einer speziellen Flüssigkeit, dem Liquor, umspült. Die Aufgabe des Rückenmarks besteht darin, Informationen vom Gehirn zum Körper und vom Körper zum Gehirn zu übertragen. Die Nervenfasern, die ersteres übernehmen, heißen efferente Bahnen, jene für die Erregungsleitung zum Gehirn werden als afferente Bahnen bezeichnet. Die aus den Nervenzellkörpern bestehende graue Substanz befindet sich im Rückenmark innen und hat im Querschnitt die Form eines Schmetterlings. Um die graue Substanz herum liegen die Nervenfaserbahnen (weiße Substanz).
Nach ihrer Funktion wird die graue Substanz weiter unterteilt: Die Nervenzellen des Hinterhorns sind für die Übertragung von sensorischen Empfindungen aus dem Körper zum Gehirn zuständig. Über sie laufen beispielsweise Schmerz- und Berührungsreize. Nervenzellen des Vorderhorns stehen im Dienste der Motorik. Befehle vom Gehirn zu den Muskeln werden über die hier liegenden Motoneurone vermittelt. Das Seitenhorn schließlich beherbergt Nervenzellen des autonomen (vegetativen) Nervensystems, das für die Steuerung der inneren Organe zuständig ist.
Aus beiden Seiten des Rückenmarks treten Nervenfasern aus. Diese vereinen sich zu den sogenannten Spinalnerven, die dann über Zwischenräume in der knöchernen Wirbelsäule aus dem Wirbelkanal austreten. 31 Spinalnerven besitzt der Mensch. Sie alle enthalten sowohl die aufsteigenden als auch die absteigenden Nervenfasern. Die Spinalnerven sind die Schnittstelle zum peripheren Nervensystem: Sie gehen in die peripheren Nerven über, die dann einerseits Befehle vom Gehirn zur Muskulatur, zur Haut, zu den inneren Organen, Blutgefäßen etc. weitergeben. Andererseits nehmen sie ebendort Informationen zur Weiterleitung über das Rückenmark an das Gehirn entgegen.
| Autor: Ulrich Kraft, Arzt und Medizinjournalist |
Literatur:
Martin Trepel: Neuroanatomie. Struktur und Funktion. Urban & Fischer, 3. überarbeitete Auflage 2006.
Robert F. Schmidt, Hans-Georg Schaible: Neuro- und Sinnesphysiologie. Springer, 5. Auflage 2005.
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