Nervensystem

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Einleitung

Nervensystem, bei Menschen und den meisten Tieren ein System miteinander verbundener Nervenzellen, das Reize aufnimmt und weiterleitet sowie Muskeln und Organfunktionen steuert.

Menschen und die meisten Tiere nehmen mittels spezieller Sinneszellen Reize aus der Umwelt, aber auch aus dem eigenen Organismus auf. Diese auch als Rezeptoren bezeichneten Zellen befinden sich in Sinnesorganen, an der Körperoberfläche, aber auch an den Oberflächen von Geweben und inneren Organen. Die Reize werden von Nervenzellen in elektrische Signale umgewandelt und an langen Fortsätzen (Axonen) über größere Distanzen weitergeleitet. An Kontaktstellen (Synapsen) werden die Signale, meist mit Hilfe von Botenstoffen (Neurotransmitter), von einer Zelle zur nächsten übertragen. Das so miteinander vernetzte Nervensystem ist von einem speziellen Bindegewebe umgeben, der Neuroglia. Siehe auch Neurophysiologie

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Einfache Nervensysteme

Fast alle mehrzelligen Tiere, mit Ausnahme der Schwämme und der winzigen Mesozoa, besitzen ein Nervensystem. Bei Hohltieren besteht es aus netzförmig miteinander verbundenen Nervenzellen, die keine geordnete Organisation erkennen lassen; es wird als Nervennetz oder diffuses Nervensystem bezeichnet. Bereits bei niederen Würmern sind Nervenzellen in bestimmten Bereichen zu knotenförmigen Gebilden, den Ganglien, konzentriert. Entlang der Längsachse des Körpers erstrecken sich so genannte Markstränge mit mehreren nebeneinanderliegenden Nervenzellen und Nervenfasern, die mitunter auch quer verbunden sind.

Bei den höher entwickelten wirbellosen Tieren (Ringelwürmern, Gliederfüßern und Mollusken) besteht das Nervensystem aus zwei größeren Ganglien pro Körpersegment, die durch quer und längs verlaufende Verbindungen (Kommissuren bzw. Konnektive) ein Strickleitersystem bilden. Die Längsstränge enthalten im Gegensatz zu den Marksträngen ausschließlich Nervenfasern, die Zellkörper liegen in den Ganglien eng beieinander. Mit zunehmender Cephalisation (Ausbildung eines Kopfes) konzentrieren sich immer mehr Nervenzellen im vorderen Körperbereich. Dort befinden sich besonders große Ganglien, die oft ringförmig miteinander verbunden sind. Im Kopf von Insekten gibt es ein ausgeprägtes Oberschlundganglion, das der Steuerung des übrigen Nervensystems dient und damit dem Gehirn der Wirbeltiere entspricht. Das Gehirn der am höchsten entwickelten Kopffüßer (z. B. Kraken) liegt geschützt in einer Kapsel aus Knorpelgewebe. In ihrem Nervensystem gibt es besonders schnell leitende Riesenaxone (siehe Nervenzelle).

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Das Nervensystem der Wirbeltiere

3.1

Evolution und Individualentwicklung

Das Nervensystem der Wirbeltiere unterscheidet sich grundlegend von dem der Wirbellosen: durch einen Längsstrang auf der Rückenseite des Körpers , das Rückenmark (im Gegensatz zum „Bauchmark” der Gliedertiere), und ein komplex aufgebautes Gehirn. Das Rückenmark ist von Bindegewebe umgeben und größtenteils in die Knochensubstanz der Wirbelsäule eingebettet. Das Gehirn besteht aus mehreren, nach Struktur und Funktion unterschiedenen Teilen; seinem Schutz dienen Hirnhäute und Schädel.

Im Laufe der Evolution konzentrierten sich immer mehr Nervenzellen im Gehirn. Als übergeordnetes „Kontrollzentrum” entwickelte sich das Großhirn. Es verarbeitet Informationen und Reize aus der Umwelt und setzt sie in komplexe Verhaltensmuster um (siehe Verhaltensforschung). Höhere Wirbeltiere (Säugetiere und Vögel) lernen dank ihres Gedächtnisses aus Erfahrungen und passen so ihr Verhalten an veränderte Umweltbedingungen an. Bei Primaten und besonders beim Menschen machte eine hochkomplexe Großhirnrinde (der Cortex) die Entwicklung von Sprache und Intellekt möglich.

Das Nervensystem der Wirbeltiere entsteht während der Embryonalentwicklung aus Stammzellen des Neuralrohrs (Neuroblasten). Sie wandern in verschiedene Körperteile und differenzieren sich am Bestimmungsort zu Glia- oder Nervenzellen aus. Die Nervenzellen vernetzen sich dann über lange Fortsätze (Axone) und Synapsen. Schon vor ihrer Differenzierung verlieren sie die Fähigkeit, sich weiter zu teilen. Viele Nervenzellen werden myelinisiert (wodurch sich ihre Leitungsgeschwindigkeit erhöht, Neurophysiologie). Bei der Geburt ist das Nervensystem nahezu vollständig ausgebildet.

Danach werden, zumindest beim Menschen, noch weitere Nervenfasern myelinisiert, und durch Lern- und Prägungsvorgänge (Synapsen) verändert sich die Vernetzung. Auch bei Erwachsenen kommt es noch zu Veränderungen bei der Verschaltung des Nervensystems, vor allem im Großhirn. Neue Nervenzellen entstehen aber nur noch in bestimmten Bereichen des Gehirns wie dem Gyrus dentatus im Hippocampus und dem Bulbus olfactorius (Riechkolben) im Riechhirn.

3.2

Struktur und Funktionen

Nach der Lage im Körper wird das Nervensystem der Wirbeltiere in Zentralnervensystem und peripheres Nervensystem unterteilt. Zum Zentralnervensystem gehören das Gehirn und das mit ihm über eine Öffnung an der Schädelbasis verbundene Rückenmark. Im Zentralnervensystem lässt sich die weiße und die graue Substanz unterscheiden. Die weiße Substanz befindet sich im Zentrum des Gehirns und im Randbereich des Rückenmarks; sie erscheint weiß, weil sie die myelinisierten Axone der Nervenfasern enthält. In der grauen Substanz liegen die Zellkörper der meisten Nervenzellen. Beide Teile des Zentralnervensystems sind mit den übrigen Regionen des Körpers durch Nervenfasern verbunden.

Das periphere Nervensystem umfasst zwei Teile mit unterschiedlicher Funktion: das somatische und das vegetative Nervensystem. Die Fasern des somatischen Nervensystems werden wiederum in sensorische und motorische Nervenfasern eingeteilt. Sensorische Fasern (auch afferente Fasern oder Afferenzen; lateinisch afferre: heranbringen) leiten Reize von den Sinnesorganen zum Zentralnervensystem. Motorische Fasern (auch efferente Fasern oder Efferenzen; lateinisch efferre: hinaustragen) leiten Signale vom Zentralnervensystem zur Skelettmuskulatur. Die Zellkörper der sensorischen Fasern sind in Ganglien seitlich des Rückenmarks, den Spinalganglien, konzentriert, die Zellkörper der motorischen Fasern liegen im Rückenmark selbst.

Am Ausgangspunkt der sensorischen Fasern unterscheidet man primäre und sekundäre Sinneszellen. Primäre Sinneszellen, z. B. Rezeptorzellen des Geruchssinnes, leiten die Erregung über ihr Axon direkt zum Zentralnervensystem. Sekundäre Sinneszellen, z. B. Zellen des Geschmackssinnes, sind spezialisierte Epithelzellen und besitzen kein Axon; die aufgenommenen Reize werden über nachgeschaltete Nervenzellen weitergeleitet. In der Haut sowie den meisten Geweben und Organen gibt es außerdem Sinnesnervenzellen, die Reize mit weit verzweigten Fortsätzen (Dendriten) aufnehmen und u. a. bei der Schmerzwahrnehmung eine Rolle spielen.

Die Sinneszellen leiten einen aufgenommenen Reiz über Nervenbahnen entweder zur Verarbeitung ins Gehirn oder über eine zwischengeschaltete Nervenzelle (Interneuron) im Rückenmark direkt an eine motorische Nervenzelle (Motoneuron), die einen Muskel mit Nerven versorgt. Im letzteren Fall spricht man von einem Reflex; der Verlauf des Nervensignals wird als Reflexbogen bezeichnet. Funktionen, die möglichst rasch und immer auf die gleiche Weise erfolgen sollen, z. B. die Tätigkeit von Drüsen oder der Schluck- und Niesreflex, laufen ohne Beteiligung des Gehirns über solche Reflexbögen ab.