Das zentrale Nervensystem (ZNS) besteht aus dem Gehirn, dem Rückenmark und der Netzhaut. Es ist die Kommandozentrale des Körpers, die alles steuert, was wir tun, und alles um uns herum interpretiert.
Dieses System entwickelt sich während des gesamten menschlichen Lebens weiter, indem es ständig neue Neuronen bildet und ausscheidet, um das normale Nervensystem auf dem neuesten Stand zu halten.
Das zentrale Nervensystem funktioniert, indem es die vom peripheren Nervensystem gesammelten Informationen aufnimmt und auf dieser Grundlage neu verteilt. Es steuert alles, vom Niesen bis zum Herzschlag.
Das ZNS enthält insgesamt etwa 86 Milliarden Nervenzellen, das ist mehr als das Zwölffache der Anzahl der Menschen auf dem Planeten Erde! Sie alle sind durch Billionen von Nervenfasern – Axone und Dendriten – miteinander verbunden, die die Übertragung von Informationen im gesamten Nervensystem erleichtern.
Das Gehirn
Menschen haben das größte Gehirn aller Wirbeltiere im Verhältnis zur Körpergröße (Lewis, 2018). Entgegen dem, was Sie vielleicht gehört haben, spielt die Größe jedoch keine Rolle.
Viele haben lange Zeit geglaubt, dass die Größe des Gehirns ein direktes Korrelat zur Intelligenz von Tierarten ist, aber es gibt nicht viele wissenschaftliche Beweise, die diese Idee unterstützen. Vielmehr ist das Verhältnis von Gehirn- zu Körpergröße ein zuverlässigeres Maß für die Intelligenz.
Der Mensch hat nicht nur das größte Gehirn im Verhältnis zur Körpergröße, sondern auch mehr Neuronen pro Volumeneinheit als andere Tierarten. Ein Hauptgrund dafür ist die große Oberfläche des menschlichen Gehirns. Die Oberfläche des Gehirns wird durch alle Falten des Gewebes gebildet. Je mehr Falten, desto größer die Oberfläche.
Das menschliche Gehirn wiegt etwa 3,5 Pfund und macht etwa 2 % des durchschnittlichen Körpergewichts eines Erwachsenen aus und steuert fast alles, was wir tun. „Moment, fast?“, fragst du ungläubig. Ja, fast… sozusagen.
Das Gehirn steuert Bewegungen wie Reflexe nicht direkt – diese Aktionen laufen höchstens über das Rückenmark, weil sie so schnell ablaufen müssen. Hier ist jedoch, woraus das Gehirn besteht und was es steuert.
Strukturen und Funktionen des menschlichen Gehirns
Das gesamte ZNS besteht aus „grauer Substanz“ und „weißer Substanz“. Die graue Substanz besteht aus Neuronen, dem Zelltyp, der die Grundlage für alle Arten von Nervenzellen bildet.
Der größte Teil des menschlichen Gehirns ist das Großhirn, das sich vom Vorderhirn, dem Prosencephalon, ableitet. Das Großhirn ist in zwei Hemisphären unterteilt, die durch den Corpus callosum miteinander verbunden sind. Diese Region des Gehirns steuert die sensorischen, motorischen und kognitiven Funktionen des Gehirns.
Die linke Hemisphäre des Großhirns enthält wichtige Regionen, die eine wesentliche Rolle beim Sprechen und bei der Sprache spielen. Sie wird auch mit Mathematik und dem Abrufen von Informationen in Verbindung gebracht.
Die rechte Gehirnhälfte spielt eine Schlüsselrolle bei der visuellen und auditiven Verarbeitung, bei räumlichen Fähigkeiten und künstlerischen Fertigkeiten. An all diesen Funktionen sind jedoch beide Gehirnhälften beteiligt, so dass die weit verbreitete Vorstellung, man sei „links- oder rechtshirnig“, kaum durch Beweise gestützt wird.
Die äußerste Schicht des Großhirns, die Großhirnrinde, gilt als „Drehscheibe des Denkens“ und besteht aus den folgenden Strukturen:
- Frontallappen: steuert Emotionen, Problemlösung, Lernen, Gedächtnis und mehr.
- Parietallappen: steuert die räumliche Orientierung und Navigation durch die Integration von Informationen, die von zahlreichen sensorischen Systemen gesammelt werden
- Temporallappen: verarbeitet auditive Reize und hilft bei der Sprache; umfasst den Hippocampus und die Amygdala, die eine primäre Rolle beim Gedächtnis bzw. bei Emotionen spielen
- Occipitallappen: regelt die visuelle Verarbeitung
Corpus callosum. Ja, das klingt definitiv nach einem Zauberspruch, den man in Hogwarts lernt, aber glauben Sie mir, das ist er nicht (ich habe ihn ausprobiert). Es handelt sich dabei um eine Ansammlung von Nervenfasern, die die linke und die rechte Gehirnhälfte miteinander verbindet.
Kurzerhand steuert die linke Gehirnhälfte alle Muskeln auf der rechten Seite des Körpers und umgekehrt. Links- oder Rechtshändigkeit ist das Ergebnis der Dominanz einer Hemisphäre über die andere.
Der Hirnstamm leitet sich aus dem Mittelhirn (Mesencephalon) und dem Hinterhirn (Rhombencephalon) ab und ist die Verbindung zwischen dem Rückenmark und dem Gehirn. Er besteht aus der Medulla oblongata, der Pons und dem Mittelhirn. Die Hauptaufgaben des Hirnstamms sind
- Informationsübertragung zwischen Gehirn und Körper
- Versorgung von Gesicht und Kopf mit Hirnnerven (Nerven erstrecken sich von dieser Hirnregion zu diesen Bereichen)
- Ausführung kritischer Funktionen wie Herz-, Atem- und Bewusstseinskontrolle.
Zwischen Großhirn und Hirnstamm liegen Thalamus und Hypothalamus. Der Hypothalamus leitet sensorische und motorische Signale an die Hirnrinde weiter und ist an der Regulierung von Bewusstsein, Schlaf und Wachheit beteiligt. Der Hypothalamus verbindet das Nervensystem über die Hypophyse mit dem endokrinen System
Das Kleinhirn, das sich aus dem Hinterhirn entwickelt, ist für die motorische Kontrolle wichtig, da es teilweise die Koordination und das Gleichgewicht regelt. Diese Struktur kann auch einige kognitive Funktionen haben.
Schutz und Grundaufbau des ZNS
Die Organe des Nervensystems sind sehr gut geschützt und werden von Geweben und Organstrukturen im ganzen Körper sicher gestützt.
Das sollten sie auch sein! Du willst doch nicht, dass dein Nervenkostüm bei jeder Bewegung hin und her schwingt, oder? Natürlich nicht!
Um den größtmöglichen Schutz zu erhalten, werden Teile des ZNS mit bis zu drei verschiedenen Formen des Schutzes versehen. Sowohl das Gehirn als auch das Rückenmark werden zunächst durch Membranschichten, die sogenannten Hirnhäute, geschützt. Das Gehirn ist außerdem vom Schädel und das Rückenmark von den Wirbeln eingekapselt.
Drittens gibt es den Liquor: Dieser ist unglaublich wichtig, da er einen Puffer bildet, der die Kraft eines möglichen Aufpralls zwischen Gehirn und Schädel oder zwischen Rückenmark und Wirbeln reduziert.
Das Gehirn ist außerdem vom Schädel und das Rückenmark von den Wirbeln eingekapselt. Drittens gibt es die Zerebrospinalflüssigkeit: Sie ist unglaublich wichtig, da sie einen Puffer bildet, der die Kraft eines möglichen Aufpralls zwischen Gehirn und Schädel oder zwischen Rückenmark und Wirbeln reduziert.
Es wurde bereits erwähnt, dass das ZNS vollständig aus zwei Hauptkategorien von Nervenzellen besteht: graue Substanz und weiße Substanz. Die graue Substanz besteht aus den Zellkörpern der Neuronen und den dazugehörigen Dendriten, den Gliazellen und den Kapillaren (sie sorgen für die Blutzufuhr durch das Hirngewebe, was es rosa macht!).
Die graue Substanz findet sich vor allem in den äußeren Schichten des Gehirns und im Rückenmark. Im Rückenmark kann man sie erkennen, da sie die innere „Schmetterlingsform“ bildet, die man in einem Querschnitt des Rückenmarks sehen kann.
Die weiße Substanz hingegen bildet die Bereiche des ZNS, in denen sich die meisten Axone befinden. Im Gehirn liegt die weiße Substanz unter der grauen Substanz, während sie im Rückenmark die äußeren Schichten sind, die den grauen Kern umgeben.
Das Rückenmark
Das Rückenmark wiegt nur etwa 35g und hat einen Durchmesser von nur etwa 1cm. Es wird von den 26 Wirbeln geschützt und kann in fünf Regionen unterteilt werden, in denen insgesamt 31 Nervenpaare von den Seiten der Wirbelsäule in die distalen Teile des Körpers verlaufen. Die fünf Regionen des Rückenmarks lauten wie folgt:
Die graue Substanz im Rückenmark ist das, was die butterweiche Silhouette ausmacht. Jeder „Flügel“ wird als „Horn“ bezeichnet.
Diese Hörner sind eine Ansammlung von sensorischen Neuronen, die allesamt von weißer Substanz umgeben sind, die wie die Myelinscheide für ein Axon funktioniert. (Man kann sich also das Rückenmark als die Mutter aller Neuronen vorstellen, wobei jeder Nerv des peripheren Nervensystems als Dendriten, das Rückenmark als Axon und das Gehirn als Kern fungiert.)
Die Netzhaut
Die Netzhaut ist der neuronale Teil des Auges. Sie entsteht aus einer „Ausstülpung“ des Zwischenhirns, der so genannten Sehnervenblase, die sich zur Sehnervenkappe ausdehnt.
Die Innenwand dieser Sehnervenkappe bildet die Netzhaut, während die Außenwand das Pigmentepithel hervorbringt. Das Pigmentepithel ist für die blaue oder braune Färbung des Auges verantwortlich, da es das Melanin enthält.
Das Melanin dient nicht nur dem Aussehen, sondern hat auch die Aufgabe, die Rückstreuung des Lichts, das in das Auge eindringt, zu verringern, wodurch das Sehen erleichtert (und ermöglicht) wird.
Das Pigmentepithel spielt auch eine wichtige Rolle bei der Erhaltung der Photorezeptoren, indem es Photopigmente erneuert und die Photorezeptorscheiben phagozytiert. Dies geschieht mit einer unglaublich hohen Rate, die für die Aufrechterhaltung des Sehsinns unerlässlich ist.
Die Photorezeptoren senden elektrische Impulse an die Netzhaut, deren Neuronen diese Informationen dann über den Sehnerv an das Gehirn weiterleiten.
Es gibt fünf Arten von Neuronen in der Netzhaut:
- Photorezeptoren
- Bipolarzellen
- Ganglienzellen
- Horizontalzellen
- Amakrinzellen
Die lichtempfindlichen Nervenzellen in der Netzhaut sind die Stäbchen und Zapfen. Beide haben ein äußeres Segment, das aus Membranscheiben besteht, die Fotopigmente enthalten und die Aufnahme von farbspezifischen Hörreizen ermöglichen.
Alle diese Strukturen, die vom Gehirn, dem Rückenmark und der Netzhaut geleitet werden und durch Billionen von Synapsen verbunden sind, regulieren die Kernprozesse, die unser Körper braucht, um uns am Leben zu erhalten und zu atmen.