Nervensystem und Zentrales Nervensystem

 

Das Nervensystem ist die komplexeste Steuerungs- und Kommunikationsstruktur des Körpers. Es dient dazu, Reize aus der Umwelt und aus dem Körperinneren wahrzunehmen, zu verarbeiten und bedarfsgerecht zu reagieren.

 

Mithilfe von Nervenzellen werden elektrische und chemische Signale von Rezeptoren an das Gehirn, oder umgekehrt vom Gehirn zu den Muskeln und Organen, geleitet.

 

Gliederung des Nervensystems

Topographisch gliedert sich das Nervensystem in das
zentrale Nervensystem (ZNS) mit Gehirn und Rückenmark, sowie in das periphere Nervensystem (PNS), welches alle Nerven außerhalb von Gehirn und Rückenmark umfasst.

 

Während das ZNS als Kontroll- und Koordinationszentrum fungiert, innerviert das PNS alle Organe und Gewebe im übrigen Körper.

 

Topographische Gliederung	Funktionelle Gliederung
Zentrales Nervensystem (ZNS)	Vegetatives Nervensystem (VNS) = Autonomes Nervensystem = Viszerales Nervensystem   Sympathikus & Parasympathikus
Peripheres Nervensystem (PNS)	Motorische Nervenbahnen für die Bewegung Sensorische Nervenbahnen die Wahrnehmung
	Bauchhirn = Darmwandnervensystem = Enterisches Nervensystem

 

Funktionell wird zwischen dem willkürlichen (somatischen) und dem unwillkürlichen (vegetativen) Nervensystem unterschieden. Das somatische System steuert bewusste Abläufe, das vegetative System reguliert alle Funktionen wie Verdauung, Atmung und Herzschlag.

 

Durch die Verknüpfung beider Systeme sorgt das Nervensystem für die Koordination aller Körperfunktionen, ermöglicht alle Wahrnehmungen, das Denken, Lernen, Fühlen, sowie die Interaktion mit der Innenwelt und Umwelt.

 

Vegetatives Nervensystem

Das Vegetative Nervensystem steuert autonom, unbewusst und selbstständig alle lebenswichtigen inneren Körperfunktionen. Es sorgt für die Anpassung der Organfunktionen an wechselnde Anforderungen und erhält das innere Gleichgewicht, die Homöostase. Seine beiden Hauptbestandteile, Sympathikus und Parasympathikus, wirken hierbei meist als Gegenspieler und regulieren situationsgerecht die Aktivität der Organe.

 

Nervenzelle = Neuron

Eine Nervenzelle (Neuron) ist die zentrale Baueinheit des Nervensystems. Sie empfängt Signale, verarbeitet diese und leitet sie weiter. Neuronen sind hochgradig spezialisierte Strukturen für schnelle, präzise Kommunikation innerhalb des Nervensystems und den übrigen Organsystemen.

 

Die Gesamtheit des Nervensystems besteht aus 87 Milliarden Neuronen des ZNS, plus 110 Millionen Neuronen im PNS. Alle Neuronen sind über 100 bis 1.000 Billionen Synapsen miteinander verbunden.[1]

 

Die Bestandteile des Neurons sind Dendriten, Zellkörper (Soma) und Axon. Durch das Zusammenspiel vieler Neuronen entstehen komplexe Netzwerke, die alle geistigen und körperlichen Wahrnehmungen sowie Funktionen ermöglichen. Aufbau siehe drei Absätze weiter.

 

Synapsen als Signalüberträger

Synapsen sind hochspezialisierte Kontaktstellen, an denen Nervenzellen Informationen untereinander, sowie an weitere Körperzellen weitergeben. Sie ermöglichen die Übertragung elektrischer oder chemischer Signale und sind entscheidend für die Funktion des gesamten Nervensystems. Siehe ausführliche Fußnote und die nächsten Seiten.

 

Aufbau und Funktion

• Ein Neuron besteht aus Zellkörper (Soma), keinem bis vielen Dendriten und einem Axon (auch Neurit genannt). Das Axon ist oft von einer schützenden Markscheide umgeben.
• Reizaufnahme: Dendriten sind stark verzweigte
  Zellfortsätze, die Reize aufnehmen und zum Soma weiterleiten. Eine Nervenzelle kann von Null bis über 1000 Dendriten besitzen.
• Zentrale: Das Soma enthält den Zellkern mit DNA und allen wichtigen Organellen. Es steuert die lebenswichtigen Funktionen der Nervenzelle.
• Reizweiterleitung: Das Axon leitet die Erregung vom Soma zur nächsten Nervenzelle. Jede Nervenzelle besitzt ein Axon von wenigen Millimetern bis zu einem Meter Länge.
• Schutz und Versorgung: Die Neuroglia (Gliazellen) bildet Markscheiden, isoliert und ernährt die Nervenzellen und beschleunigt die Reizweiterleitung. Im Gegensatz zu Nervenzellen sind Gliazellen zeitlebens teilungsfähig und sind eigenständige Zellen.
• Signalübertragung: Die Synapsen ist eine Verbindungsstelle, an denen die Erregung entweder von einer Nervenzelle auf eine andere Nervenzelle, oder an ein Erfolgsorgan wie eine Muskelzelle, übertragen wird.
  (Sonderfall Motorische Endplatten siehe unten.)

 

Neuroglia

Axone sind von unterschiedlich stark ausgeprägten Markscheiden (Neuroglia, Myelinscheiden) umhüllt, die aus spezialisierten Gliazellen[2] gebildet werden. Abhängig vom Grad der Myelinisierung wird zwischen markhaltigen (stark myelinierten) und marklosen Nervenfasern unterschieden.

 

Aufgaben der Myelinscheiden

Strukturelle Funktionen

• Isolierung: Die lipidreiche Myelinschicht wirkt als elektrischer Isolator und verhindert Streuströme zwischen benachbarten Axonen.
• Mechanischer Schutz: Die mehrlagige Umhüllung schützt das Axon vor physikalischen Schäden.

 

Physiologische Funktionen

• Saltatorische Erregungsleitung: An den Ranvier-Schnürringen springt das Aktionspotential von Schnürring zu Schnürring. Dies spart Energie, und erhöht die Leitungsgeschwindigkeit auf bis zu 120 m/s (im Vergleich zu max. 30 m/s[3] ohne Schnürringe).
• Energieeffizienz: Da die Depolarisation nur an Schnürringen stattfindet, reduziert sich der Ionenaustausch um 90% gegenüber marklosen Fasern. Sie ist damit effizienter.
• Kontinuierliche Erregungsleitung: Marklose Nervenfasern leiten das Aktionspotenzial fortlaufend entlang des Axons.

 

Vergleich der Myelinscheiden

Ort:	Zentrales Nervensystem	Peripheres Nervensystem
Name:	Oligodendrozyten	Schwann-Zellen
Anzahl Axone pro Gliazelle	myelinisiert viele Axone	myelinisiert je ein Axon
Ranvier-Schnürringe	ja	ja
Regenerationsfähigkeit	schwach	hoch

Zelluläre Interaktion

• Myelinbildung: Im ZNZ bilden Oligodendrozyten die Myelinscheiden, im PNS übernehmen Schwann-Zellen diese Aufgabe.
• Metabolische Unterstützung: Oligodendrozyten versorgen viele Axone parallel, Schwann-Zellen versorgen stets nur ein Axon mit Nährstoffen.

Nervenkommunikation über Synapsen

Die Signalübertragung zwischen zwei Nervenzellen (Neuronen) oder zwischen einer Nervenzelle und einer Zielzelle wie Muskel-, Drüsen-, Sinneszelle erfolgt stets über Synapsen. Diese Verknüpfungen ermöglichen komplexe Prozesse wie Regulation, Muskelkontraktion, Wahrnehmung und Verarbeitungsprozesse im Gehirn.

 

Chemische Synapsen mit Botenstoffen

Innerhalb eines Neurons wird das Signal elektrisch als Aktionspotential weitergeleitet. Dies geschieht mit einer kurzen Umladung der Zellmembran durch Ionenströme. Am Ende des Axons, der Synapse, erfolgt die Übertragung chemisch:

 

1. Beim Eintreffen des Aktionspotentials am Ende des Axons öffnen sich Vesikel
2. Dadurch werden Neurotransmitter in den synaptischen Spalt freigesetzt
3. Die Neurotransmitter binden an Rezeptoren der Postsynapse, was entweder zu einem erneuten Aktionspotential, oder einer Muskelkontraktion, oder der Ausschüttung von Hormonen führt

 

Diese Übertragung geschieht stets nur in eine Richtung. Sie lässt sich durch Hemmstoffe oder Rückresorption von Neurotransmittern modulieren.

 

Elektrische Synapsen für schnelle Kopplungen

Die synaptische Signalübertragung zwischen Herzmuskelzellen, in der Retina im Auge und in einigen Hirnarealen findet elektrisch statt.

 

• Elektrische Ionen werden direkt und ohne Botenstoffe zwischen den Zellen ausgetauscht.
• Dies ermöglicht synchronisierte Aktivitäten wie gleichmäßigen Herzschlag oder parallele Signalverarbeitung in Netzhautzellen.

 

Vergleich der Synapsen

Typ:	Chemische Synapse	Elektrische Synapse
Geschwindigkeit:	Millisekunden (schnell)	Nanosekunden (sehr schnell)
Richtung:	eine Richtung	beide Richtungen
Energieverbrauch:	hoch wegen Vesikeltransport	niedrig

 

Motorische Endplatte für muskuläre Synapsen

Quergestreifte Muskelfasern erhalten ihr Signal über verdickte Kontaktstellen, die als motorische Endplatten bezeichnet werden. Hier löst der Neurotransmitter Acetylcholin die Depolarisation aus, welche anschließend zur Muskelkontraktion führt.

 

Pharmakologie und Plastizität

• Synapsen sind nicht nur Übertragungsstellen, sondern auch Zugangsweg für Medikamente wie Schmerzmittel und Antidepressiva
• Ihre plastische Anpassungsfähigkeit (synaptische Plastizität) bildet die Grundlage für Lernen und Gedächtnis

 

Neuronale Faserbündelung

Nervenfasern verlaufen gebündelt und verpackt. Nerven wie der Ischiasnerv (Nervus ischiadicus) bestehen nie aus einem, sondern aus vielen Zehntausenden Axonen, dünnere Nerven aus wenigen Tausend. Diese sind stets mit Faszien umhüllt.

Im ZNS werden diese als Nervenstrang (Truncus) bezeichnet, im PNS werden sie Nerv (Nervus) genannt.

 

Beispiele für Nervenstränge

im ZNS: Truncus	im PNS: Nervus
Truncus sympathicus (im Rücken)	Nervus femoralis (im Oberschenkel)
Truncus lumbosacralis (von L4  bis L5)	Nervus ischiadicus (L4 bis Kniekehle)

 

Blut-Hirn-Schranke

Die Blut-Hirn-Schranke ist eine hochselektive Barriere zwischen Blutkreislauf und dem ZNS. Spezielle Zellen wie Astrozyten und Endothelzellen kontrollieren den Stoffaustausch zwischen Blut und Gehirn und schützen es vor schädlichen Substanzen, Erregern und Toxinen. Insbesondere Astrozyten spielen bei der Selbstreinigung des Gehirns eine wichtige Rolle. Siehe Glymphe nächste Seite.

 

Die Blut-Hirn-Schranke lässt nur ausgewählte, in der Regel lebenswichtige Stoffe wie Glukose und bestimmte Aminosäuren gezielt ins Gehirn und sorgt für ein konstantes inneres Milieu. Dies ist für die empfindlichen Funktionen der Nervenzellen unerlässlich.

 

Unterstützt wird die Schutzbarriere durch die Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit
(Liquor cerebrospinalis); siehe nächste Seite.

 

Diese selektiven Absperrungen ermöglichen den streng kontrollierten Stoffaustausch zum ZNS. Doch nicht alle schädlichen Stoffe werden ferngehalten. Alkohol, Nikotin, Heroin, Kokain und Narkotika überwinden sie, sowie diverse zentral wirksame Medikamente.[4]

 

Zentrales Nervensystem = ZNS

 

Das zentrale Nervensystem (ZNS) besteht aus

• Gehirn und
• Rückenmark.

 

Gehirn und Rückenmark werden von der Gehirn- und Rückenmarksflüssigkeit (Liquor cerebrospinalis) umspült. Liquor fließt durch von den Hirnhäuten gebildeten Spalten und schützt das ZNS vor thermischen und mechanischen Einwirkungen. Es dient als Puffer gegenüber Erschütterungen und hilft, das ZNS vor Infektionen zu schützen. Darüber hinaus versorgt der Liquor die Nervenzellen von Gehirn- und Rückenmark mit Nährstoffen und transportiert Stoffwechselprodukte ab.

 

 

Blutversorgung, Glymphe, Liquor

 

Blutgefäße des Kopfes

Kopf und Gehirn sind ein Endstromgebiet[5]. Sie verfügen über eine lageunabhängige Autoregulation[6] ihrer Blutversorgung. Jeweils vier Arterien führen Blut in den Kopf und vier Venen gewährleisten dessen Abfluss.

 

• Zwei paarige Arterien versorgen Kopf und Gehirn:
  • Halsschlagader Arteria carotis
  • Wirbelarterie Arteria vertebralis
• Zwei paarige Venen entsorgen Gehirn und Kopf:
  • Drosselvene Vena jugularis
  • Wirbelvene Vena vertebralis

 

Der Kopf, und insbesondere das Gehirn, werden pro Minute mit 1 l Blut versorgt. Das entspricht 20 % des Herzminutenvolumens, welches 5 l/min beträgt. Die Durchblutung des Gehirns bleibt Tag und Nacht konstant[7], um die Versorgung mit Sauerstoff und Nährstoffen sicherzustellen.[8]

 

Glymphe

Das glymphatische System[9] dient der Reinigung des Gehirns und entfernt alle anfallenden Stoffwechselendprodukte aus Nerven- und Gliazellen. Glymphatische Flüssigkeit entspringt der Gehirn-Rückenmarksflüssigkeit (Liquor), verteilt sich im Zellzwischenraum, fließt zu den Neuronen, Astrozyten und Gliazellen, und transportiert Abfallstoffe hinaus. Schließlich wird Glymphe über die Lymphgefäße der Hirnhäute in den Blutkreislauf abtransportiert.

Dieses Selbstreinigungsprogramm ist während des Schlafs besonders aktiv. Der Interzellularraum vergrößert durch Schrumpfung der Neuronen im Gehirn. Dadurch nimmt der Flüssigkeitsaustausch zu und die Nervenzellen werden intensiv von Glymphe umspült. Gelöste Abfallstoffe werden über den Blutkreislauf mit Hilfe der Nieren aus dem Körper ausgeschieden.

 

Liquor und Ventrikel

100 bis 160 ml Gehirn-Rückenmarksflüssigkeit (Liquor cerebrospinalis) umspülen das gesamte ZNS bis hinunter zur Lendenwirbelsäule, wodurch dieses vollständig im Wasser schwimmt. Durch den daraus resultierenden Auftrieb lagert das Gehirn auf der Schädelbasis mit nur 50 Gramm, was wichtige Schutzfunktionen erfüllt. Das tatsächliche Gewicht des Gehirns beträgt 1.400 Gramm.

 

500 bis 700 ml Liquor werden pro Tag in den Adergeflechten (Plexus chorioidei) der vier Hirnventrikel produziert und über die Arachnoidalzotten passiv rückresorbiert.

 

Liquor-Druck

Der Liquor-Druck beträgt 70 bis 250 mm/H₂O[10] und schwankt auf Grund seiner Pulsation sowie je nach körperlicher Lagerung und Körperumfang. Im Liegen ist er niedriger als im Stehen, bei Schlanken geringer als bei Adipösen. Er schützt das Gehirn vor Erschütterungen und hält den Gehirn-Stoffwechsel (Metabolismus) stabil. Die gesamte Liquor-Menge wird täglich 3- bis 4-mal ausgetauscht, woraus eine Produktionsrate von 650 ml/Tag resultiert.

 

Mit Hilfe der Lumbalpunktion wird Liquor für Laborzwecke entnommen und der Druck gemessen. à

 

 

Liquor-Pulsation

Drei Mechanismen erzeugen Pulswellen im Liquor cerebrospinalis:

1. Die Pulsation des Liquors ist mit der des Herzens pulssynchron und wird durch Pulswellen der arteriellen Gefäße im Gehirn erzeugt. Die arteriellen Pulsationswellen übertragen sich auf das umgebende Hirngewebe und den Liquor-Raum, wodurch der Liquor mit jedem Herzschlag in Bewegung versetzt wird. Die dabei entstehenden Druckschwankungen betragen 4 bis 10 mm/H₂O.
2. Die Atmung führt zu Veränderungen des Liquordrucks.
3. Körperliche Aktivitäten wie Lachen, Niesen, Husten, Pressen, Heben führen zu kurzfristigen Druckerhöhungen im Liquor-System.

 

Die Pulsation des Liquors unterstützt die Zirkulation der Flüssigkeit im ZNS. Sie hilft, den Liquor durch Ventrikel und Subarachnoidalraum zu pumpen und fördert den Austausch und Abtransport von Metaboliten.

 

Blut-Hirn-Schranken

Der Stoffaustausch zwischen Liquor und Blut sowie zwischen Blut und Gehirn ist stark limitiert. Ermöglicht wird dies durch die Blut-Hirn-Schranke und die Blut-Liquor-Schranke, die das ZNS vor schädlichen Substanzen und Vergiftungen schützen.

 

Einige kleine sowie fettlösliche Moleküle wie Wasser (H₂O), Sauerstoff (O₂), Kohlendioxid (CO₂), Alkohol, Koffein und einige Medikamente können diese Barrieren überwinden. Andere Stoffe wie Glucose und Aminosäuren werden mit Hilfe spezieller Transportmechanismen durch die Schranken geschleust.

 

Die Passage größerer Moleküle, beispielsweise großer Proteine oder vieler Medikamente, ist hingegen deutlich eingeschränkt. Diese Eigenschaft wird in der Pharmakologie als Blut-Hirn-Schranken-Gängigkeit bezeichnet und beschreibt, wie gut oder schlecht ein Stoff die Barrieren überwinden kann.[11]

 

Hirnhäute

Direkt unter dem Schädelknochen liegt die harte Hirnhaut (Dura mater).

 

Der Raum, durch den der Liquor cerebrospinalis zirkuliert, wird Liquorraum (Subarachnoidalraum) genannt. Er wird außen von der Spinngewebshaut (Arachnoidea mater) und innen von der weichen Hirnhaut (Pia mater) begrenzt. Die harte Hirnhaut (Dura mater) liegt der Arachnoidea mater außen an, ist jedoch nicht direkt an der Zirkulation des Liquors beteiligt.

 

Die Arachnoidea mater ist mit feinen bindegewebigen Fasern mit der Pia mater verwachsen, wodurch ein spinnennetzartiges Aussehen entsteht. Der Subarachnoidalraum liegt zwischen Arachnoidea mater und Pia mater.

 

Von außen nach innen ⬇️:

• Kopfhaut
• Knochenhaut Periost
• Knochen
• Dura mater am Schädelknochen
• Subduralraum
• Arachnoidea mater
• Subarachnoidalraum
• Pia mater direkt auf dem Gehirn
• Graue Substanz Axone
• Weiße Substanz Soma

 

Aufbau des Rückenmarks

Das Rückenmark (Medulla spinalis) ist ein 40 bis 45 cm langer, fingerdicker Strang des ZNS, der beim Erwachsenen vom Hinterhauptsloch (Foramen magnum) bis zur Höhe des 1. / 2. Lendenwirbels (L1/L2) reicht.[12] Es liegt gut geschützt im Wirbelkanal (Canalis vertebralis) und ist von drei Häuten (Meningen) umgeben.

 

Rückenmarkshäute = Meningen

Dura mater	Harte Hirnhaut
Arachnoidea mater	Spinngewebshaut
Pia mater	Weiche Hirnhaut

 

Seitlich verlassen Spinalnervenpaare das Rückenmark durch die Zwischenwirbellöcher (Foramina intervertebralia [13]).

 

Segmente

Jedes Austrittsstellen-Paar wird als Rückenmarkssegment bezeichnet.
Damit ist das Rückenmark in 31 Segmente unterteilt.

 

Segmente und Wirbel im Vergleich

Rückenmarkssegmente		Wirbelknochen
8 zervikale Segmente	C1 – C8	7 Halswirbel	C1 – C7
12 thorakale Segmente	Th1 – Th12	12 Brustwirbel	Th1 – Th12
5 lumbale Segmente	L1 – L5	5 Lendenwirbel	L1 – L5
5 sakrale Segmente	S1 – S5	5 Kreuzbeinwirbel	S1 – S5
1 kokzygeales Segment	Co1	4-5 Steißbeinwirbel	Co1 – Co4 bis 5
31 Segmente		rund 33 Wirbel [14]

 

Jedes Rückenmarkssegment ist für die motorische und sensorische Versorgung eines spezifischen Körperabschnitts zuständig.

 

Form des Rückenmarks

Im Rückenmark befindet sich die schmetterlingsförmige graue Substanz, welche weitgehend aus den Somata der Nervenzellen besteht.  In der Mitte der grauen Substanz liegt der kleine Zentralkanal Canalis centralis, welcher ebenfalls von Liquor durchströmt wird. Die äußere weiße Substanz besteht aus auf- und absteigenden Axonen. Durch sie werden Informationen zwischen Gehirn und Körper übertragen.

 

Das Rückenmark übernimmt zentrale Leitungs- und Reflexfunktionen. Es ist die Schaltstelle für gehirnunabhängig ablaufende Reflexe, und es leitet sensorische Informationen hin zum Gehirn, sowie motorische Informationen weg vom Gehirn.

 

Sensorische und motorische Nervenbahnen im Rückenmark

 

Sensorische Nerven ⬆️
Nervenreizweiterleitungen von caudal nach cranial ⬆️

• Alle Nerven wechseln in den Segmenten die Seite
• Beispiele: Wahrnehmungen der Sinnesorgane und auf Haut werden Richtung ZNS geleitet

 

Motorische Nerven ⬇️
Nervenreizweiterleitungen von cranial nach caudal ⬇️

• 80% der Nerven wechseln in der Pyramidenkreuzung die Seite, 20% in den Segmenten
• Beispiele: Impulse zur Muskelkontraktion werden vom ZNS zur Muskulatur der Arme und Beine geleitet

 

Das Rückenmark mündet in Richtung Kopf über das verlängerte Rückenmark (Medulla oblongata) in den Hirnstamm.

 

In die Peripherie treten die Nerven als Spinalnerven aus und ein. Ab dort werden sie Peripheres Nervensystem (PNS) genannt.

 

Aufbau des Gehirns = Encephalon

In der frühen Antike wurde das Gehirn als bedeutungsarm eingestuft, weshalb es keinen speziellen Namen erhielt. So wurde es als Enkephalon bezeichnet, was wörtlich im Kopf liegend bedeutet. In der medizinischen Fachsprache wurde daraus Encephalon; aus en = in und Kopf = Cephalon.

 

Aristoteles betrachtete das Encephalon als Kühlsystem für Blut und Herz. Galen sah darin eine Flüssigkeitsreserve, die tagsüber austrocknete und sich nachts wieder füllte. Erst spätere griechische Ärzte erkannten, dass das Gehirn für die Steuerung des Körpers und das Denken verantwortlich ist. Das Herz galt in der Antike als Sitz der Seele.

 

Evolution des Gehirns

Im Laufe der Evolution hat das Gehirn zahlreiche Umbauten vorgenommen. Daraus resultieren amorphe Formenverhältnisse und Verteilungsmuster. Diese Veränderungen führten dazu, dass bestimmte Hirnregionen unverhältnismäßig stark oder schwach ausgeprägt sind.[15] Zudem entstanden komplexe Verschaltungen und funktionelle Zentren, die keine strenge Symmetrie oder regelmäßige Anordnung aufweisen.

 

Das menschliche Gehirn wiegt 1.200 bis 1.400 Gramm.[16] Sein Gewicht steht nicht im Zusammenhang zu den kognitiven Leistungen, zu denen es fähig ist.

Die Verteilung der grauen und weißen Substanz im Gehirn ist genau umgekehrt zu der im Rückenmark.

 

Soma und Axone

Lage	im Rückenmark:	im Gehirn:
Soma = graue Zellen	innenliegend	außenliegend
Axone = weiße Zellfortsätze	außenliegend	innenliegend

 

 

Gehirnlappen

Das Gehirn lässt sich in Lappen unterteilen, die sowohl in ihren evolutionären Entwicklungsschritten als auch Funktionen unterschiedlich ausgeprägt sind:

• Der Neocortex[17] (= Isocortex) ist der evolutionär jüngste Teil[18] der Großhirnrinde und nimmt davon 95% ein.
  Er ist in vier Lappen unterteilt:

 

Hirnlappen des Neocortex

Stirnlappen	Frontallappen	Denken	gelb
Scheitellappen	Parietallappen	Orientierung	rot
Schläfenlappen	Temporallappen	Hören	grün
Hinterhauptslappen	Okzipitallappen	Sehen	blau

 

• Die vier Lappen sind von tiefen Furchen (Sulci) durchzogen, was dem Gehirn sein typisches Erscheinungsbild verleiht. Scherzhaft werden die Hirnwindungen (Gyri[19]) auch Denknudeln genannt.
• Alle frontalen Lappen besitzen höhere kognitive Funktionen wie Wahrnehmung, Bewusstsein, Sprache, abstraktes Denken, künstlerisches Empfinden, Planung. Weiterhin auch willkürliches Handeln, sowie die Verknüpfung von Gegenwartsgeschehen mit dem Langzeitgedächtnis, was Lernen und Erfahrung ermöglicht.
• Die genannten Fähigkeiten unterscheiden den Menschen maßgeblich von anderen Lebewesen, auch wenn der Neocortex bei allen Säugetieren vorkommt, dort in Größe und Komplexität jedoch stark variiert.

 

Repräsentationen auf der Großhirnrinde

Seit Beginn der Hirnforschung werden bestimmten Gehirnregionen spezifische Funktionen zugeordnet. Dabei zeigt sich, dass das Gehirn meist nach dem Prinzip einer verteilten, holographischen, Arbeitsweise funktioniert, bei der viele Bereiche zusammenwirken. Heute ermöglichen Methoden wie die elektrische Stimulation und die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) eine präzise Lokalisierung der Gehirnfunktionen.

 

Besonders gut erforscht sind die motorischen und sensorischen Bereiche:

• der motorische Bereich präsentiert sich auf dem Sulcus praecentralis
• der sensorische Bereich präsentiert sich auf dem Sulcus postcentralis
• werden diese Bereiche proportional in 3D erstellt, entsteht der weibliche Hermunculus sowie der männliche Homunculus.[20]

Weitere Areale des Großhirns

 

Das Großhirn gliedert sich in verschiedene Areale, die für sensorische, motorische und kognitive Funktionen zuständig sind. In ihrer Gesamtheit bilden sie die Grundlage für Bewusstsein, Wahrnehmung, Sprache und komplexe Handlungen.

 

• Die Großhirnrinde (Cortex cerebri) umfasst die gesamte äußere Schicht des Großhirns. Ihre Anteile gelten evolutionär als jung bis alt.
• Das Mittelhirn (Mesencephalon) bildet eine wichtige Schaltstelle für sensorische und motorische Informationen und ist entwicklungsgeschichtlich sehr alt. Weitere Aufgaben:
  • Steuerung von Augenbewegungen[21]
  • Verarbeitung von Hör- und Sehreizen
  • Steuerung von Reflexen
  • Steuerung des Aufwachprozesses[22]
  • Schmerzhemmung bei Stress

 

• Das Zwischenhirn (Diencephalon) übernimmt zentrale Aufgaben bei der Regulation lebenswichtiger Körperfunktionen. Es steuert über den Hypothalamus und die Hypophyse den Hormonhaushalt, reguliert den Schlaf-Wach-Rhythmus und ist an der Verarbeitung von Sinneseindrücken beteiligt.
  • es umfasst Thalamus und Hypothalamus

 

• Der Hirnstamm (Truncus encephali) umfasst das verlängerte Rückenmark (Medulla oblongata) und die Brücke (Pons).
  • er kontrolliert lebensnotwendige Funktionen wie Atmung, Herzschlag, Blutdruck und Reflexe
  • Ursprungsort der 12 Hirnnerven
  • ohne intakten Hirnstamm ist kein Überleben möglich

 

 

Das Stammhirn umfasst Zwischenhirn und Hirnstamm.

 

 

• Das Kleinhirn (Cerebellum) nimmt eine Sonderstellung im Gehirn ein. Seine Hauptaufgaben bestehen in der Feinabstimmung und Koordination von Bewegungen sowie in der Aufrechterhaltung des Gleichgewichts. Das Kleinhirn vermittelt zwischen der willkürlichen Steuerung durch das Großhirn und den unbewussten Prozessen tieferer Hirnregionen. Es ist entwicklungsgeschichtlich älter als das Großhirn und jünger als die Strukturen des Stammhirns (Truncus encephali).

 

Spezielle Gehirnregionen und Funktionen

• Zwölf Hirnnervenpaare entspringen dem Hirnstamm.
• Im Hirnstamm liegt die Pyramidenkreuzung. Dort wechseln fast alle motorischen = efferenten ⬇️ Nerven die Seite.
• Der Balken (Corpus callosum) verbindet die rechte und linke Gehirnhälfte miteinander.
• Der Thalamus gilt als Tor zum Bewusstsein, weil er nahezu alle sensorischen Informationen filtert, bevor diese das Großhirn und damit das Bewusstsein erreichen. Er leitet 1 % aller von außen und innen kommenden Reize an die Großhirnrinde weiter, wo sie bewusst wahrgenommen werden können. Das bedeutet umgekehrt, dass 99 % der eingehenden Informationen vom Thalamus ausgefiltert und nicht ins Bewusstsein gelangen. Diese Filterfunktion schützt das Gehirn vor Reizüberflutung und vor irrelevanten Sinneseindrücken.
• Der Hypothalamus bildet, gemeinsam mit der Hypophyse, die Schaltstelle zwischen Gehirn und dem endokrinen System.
• Im Limbischen System sind archaische Reaktionsmuster gespeichert, die es ermöglichen, bei aktuter Bedrohung schnell und komplex zu reagieren, ohne auf die analytisch-langsame Verarbeitung des Großhirns angewiesen zu sein.

 

 

Zwölf Hirnnerven

Alle Hirnnerven-Paare[23] befinden sich im Schädel. Diese liegen im Kopf und außerhalb des ZNS. Damit sind sie dem PNS zuzuordnen. Das berühmteste Hirnnerven-Paar ist der X. Hirnnerv, der Nervus vagus.

 

 

Richtung der Nervenleitungsbahnen

motorische = efferente Anteile	vom Gehirn in die Peripherie	⬇️
sensorische = afferente Anteile	von der Peripherie ins Gehirn	⬆️
vegetative Anteile	in beide Richtungen	⬇️⬆️

 

Hirnnerven-Paare und ihre Funktionen

Nr.	Nervus	Funktion
I	Olfactorius	Weiterleitung des Geruchs von der Nase zum Gehirn sensorisch ⬆️
II	Opticus	Weiterleitung der Signale der Netzhaut der Augen zum Gehirn sensorisch ⬆️
III	Oculomotorius	Steuerung aller Augen- und Lidbewegungen, mit Ausnahme von IV und VI motorisch ⬇️
IV	Trochlearis	Steuerung der schrägen, oberen Augenmuskeln motorisch ⬇️
V	Trigeminus	Leitet die Wahrnehmung der Gesichtshaut zum Gehirn, innerviert die Kaumuskulatur sensorisch ⬆️ und motorisch ⬇️
VI	Abducens	Steuerung der äußeren Augenmuskeln motorisch ⬇️
VII	Facialis	Steuert die mimische Muskulatur, Weiterleitung des Geschmacks vom vorderen Teil der Zunge zum Gehirn motorisch ⬇️ und sensorisch ⬆️
VIII	Vestibulocochlearis   = Statoacusticus	Weiterleitung des Hörens und des Gleichgewichts an das Gehirn sensorisch ⬆️
IX	Glossopharyngeus	Weiterleitung des Geschmacks vom hinteren Teil der Zunge zum Gehirn; Rachenmuskulatur und Schluckakt motorisch ⬇️ und sensorisch ⬆️
X	Vagus	Regelung der Tätigkeit der meisten inneren Organe Hauptnerv des Parasympathikus sensorisch ⬆️, motorisch ⬇️, vegetativ ⬇️⬆️
XI	Accessorius	Innerviert einen Teil der Schulter- und Rückenmuskulatur motorisch ⬇️
XII	Hypoglossus	Steuerung der Zungenbewegung motorisch ⬇️
XIII    0	Terminalis	Die genauen Funktionen gelten bis heute als unsicher. Geruchsempfindungen von der Nase zum Gehirn Regulation der Hypothalamus-Hypophysen-Gonaden-Achse Steuerung von Sexualverhalten und Fortpflanzung sensorisch ⬆️, motorisch ⬇️, vegetativ ⬇️⬆️