4 Nervensysteme Nervensysteme wirbelloser Tiere

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Nervensysteme
Nervensysteme wirbelloser Tiere
Seeanemone
Blitzschnell reagiert eine Libelle im Flug auf
ihre Beute, ein Regenwurm auf Lichteinfluss
oder eine Muschel auf Berührung. Veränderungen in der Umwelt werden selbst von
winzigen Süßwasserpolypen oder einfachen
Strudelwürmern in geeigneter Weise beantwortet. Sind Körperfunktionen auf Gewebe
und Organe aufgeteilt, muss deren Tätigkeit
koordiniert werden. Diese Aufgaben — sowohl die Reaktionen auf Außenreize wie auch
die innere Steuerung — hat das Nervensystem übernommen. Es stellt die Verbindung
zwischen den reizaufnehmenden Sinneszellen und den Erfolgsorganen wie Muskeln und
Drüsen her. GrundbausteinallerNervensysteme ist die Nervenzelle (Neuron, s. Seite 9).
Bei Nesseltieren (Hydra, Seeanemone) bilden die Neurone ein locker geknüpftes Netz
ohne besondere Zentren. Dieses diffuse
Nervensystem ermöglicht Beutefang, Nahrungsaufnahme und Kontraktionen .
Planarie
Planarien besitzen bereits besondere Ansammlungen von Nervenzellen im Kopfbereich („Cerebralganglien"). In diesen Ganglien (Einzahl Ganglion) sind die Zellkörper
der Nervenzellen zusammengefasst. Dressurversuche zeigten, dass die Plattwürmer
einfache Lernversuche bewältigen können.
Muscheln, Schnecken und Tintenfische konzentrieren ihre Nervenzellen noch stärker in
Ganglien, die dann für unterschiedliche Körperbereiche und Funktionen zuständig sind.
Ringelwürmer und Insekten besitzen neben
den Ganglien im Kopfbereich paarig angelegte Leitungsbahnen auf der Bauchseite
des Körpers (Bauchmark). Längs verlaufende Verbindungen (Konnektive) sind pro Segment durch quer verlaufende Nervenstränge
(Kommissuren) verknüpft. Man bezeichnet
dies als Strickleiternervensystem. Innerhalb
der Klasseder Insekten erfolgteine stufenweise Konzentration: Die Ganglienpaare mehrerer Segmente verschmelzen zunehmend
zum Kopf-, Brust und Hinterleibsganglion.
Die Differenzierung und zunehmende Konzentration der Nervenzellen ermöglicht komplexe Verhaltensweisen, komplizierte Lernvorgänge und eine soziale Lebensweise.
Besonderes Beispiel sind hier die Staaten
bildenden Insekten (Bienen, Ameisen, Termiten). Zusätzlich wird eine Aufteilung der
Funktionen auf ein sensorisch-motorisch
arbeitendes Zentralnervensystem und ein
„inneres" System möglich, das vegetative
Funktionen kontrolliert und die Verbindung
zum Hormonsystem herstellt.
Cerebralganglion
Konnektive
Bauchmarkganglion
Tintenfisch
Regenwurm
Urinsekt
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Neurobiologie und Verhalten
Bremse
Schildwanze
Nervensystem der Wirbeltiere
Das Nervensystem der Wirbeltiere zeigt einige Ähnlichkeiten zum System der Wirbellosen: Die Ganglien im Kopfbereich bilden
ein kompliziertes Gehirn, es gibt ein Zentralnervensystem für den sensorisch-motorischen Bereich und ein vegetatives Nervensystem. Statt eines Bauchmarks ist jedoch ein Rückenmark ausgebildet und die
Gehirnstruktur unterscheidet sich deutlich.
Sie verändert sich von den Fischen bis hin zu
den Säugetieren erheblich. Anatomisch gesehen bestehen die Gehirne der Wirbeltiere
ursprünglich aus drei Abschnitten, die sich
schon bei den niederen Wirbeltieren in fünf
Bereiche aufteilen (Vorder- oder Endhirn,
Zwischen-, Mittel-, Hinter- oder Kleinhirn
und Nachhirn). Das Endhirn wird letztlich
zum Großhirn der Säugetiere, mit dem Zwischenhirn werden über Hypothalamus und
Hypophyse Verbindungen zum Hormonsystem hergestellt und aus dem Hinterhirn wird
das für Bewegungen bedeutsame Kleinhirn.
Das Nachhirn versorgt mit paarigen Gehirnnerven vor allem die Kopfbereiche. Vergleicht man die Wirbeltiere, so lassen sich
verschiedene Differenzierungsgrade der
einzelnen Gehirnabschnitte aufzeigen. Sie
stehen in einem engen Zusammenhang zur
Aufgabe der Gehirnteile. (—^ 166/167)
Bei Fischen ist entsprechend der Bedeutung des Geruchssinnes für diese Tiere das
Endhirn als Riechhirn ausgebildet. Bei Vö-
VorderVEndhirn
HinterVKIeinhirn
Zwischenhirn
Nachhirn
geln haben sich die Basalganglien stark entwickelt, die ebenso wie das Kleinhirn wichtige Funktionen bei der Bewegungskontrolle
haben. Das Kleinhirn ist stets paarig angelegt und bei Vögeln und Säugetieren durch
die Brücke (Pons) verbunden. Es ist die zentrale Verarbeitungsstelle für Bewegungen.
Bei den Säugetieren hat sich der Außenbereich des Endhirns zunehmend vergrößert.
Beim Menschen erreicht die nur 3mm dicke
Großhirnrinde (Cortex) durch tiefe Furchen
und Windungen eine Oberfläche von ca.
2200cm2. Dadurch überfaltet das Großhirn
fast alle anderen Hirnteile.
Nachhirn, Brücke und Mittelhirn besitzen
einen sehr ursprünglichen Charakter. Das
verlängerte Mark im Bereich des Nachhirns
ist ähnlich aufgebaut wie das Rückenmark.
Eine zentral angelegte schmetterlingsförmige graue Substanz besteht aus den Zellkörpern der Neuronen und die umgebende
weiße Schicht aus den erregungsleitenden
Fortsätzen und ihren Gliazellen. Je weiter
ein Stammhirnabschnitt vom Rückenmark
entfernt liegt, desto größer ist der Anteil der
grauen Substanz im Verhältnis zum Anteil
der weißen. Damit treten verarbeitende und
speichernde Tätigkeiten des Gehirns stärker
in den Vordergrund. Im Großhirn schließlich
besteht die äußere Hirnrinde aus der grauen
Substanz und das Innere wird von der weißen Substanz gebildet.
Mittelhirn
Hai
Karpfen
Krokodil
Hund
Taube
Neurobiologie und Verhalten
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Nervensystem des Menschen
Das Nervensystem des Menschen ist das
leistungsfähigste unter denen der Wirbeltiere. Die Anzahl der Neurone, die an seinem Aufbau beteiligt sind, wird auf 1011 geschätzt.
Zentralnervensystem und periphere
Nerven
Gehirn und Rückenmark zusammen bilden
das Zentralnervensystem (ZNS). Das Rückenmark erfüllt zwei Funktionen: Es ist
zentrales Verbindungselement zwischen
dem Gehirn und dem den Körper durchziehenden peripheren Nervensystem (Abb. 1)
sowie selbstständige Umschaltstelle sensorischer auf motorische Neurone (s. Reflexbogen). Häufig sind Interneurone zwischengeschaltet. Diese beiden Funktionen
lassen sich anatomisch unterschiedlichen
Bereichen des Rückenmarks zuordnen. Die
Leitungsbahnen liegen in der äußeren weißen Substanz, die Verschaltungen befinden
sich in der inneren grauen Substanz. Zwichen je zwei Wirbeln entspringt rechts und
"inks ein Rückenmarksnerv (Spinalnerv) mit
Spinalganglion
Hinterhorn
Vorderhorn
vordere
Wurzel
Spinalnerv
1 Rückenmark
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Neurobiologie und Verhalten
einer vorderen und einer hinteren Wurzel.
Durch die hinteren Wurzeln leiten sensorische Neurone Erregungen, die von den Sinneszellen kommen, dem Rückenmark zu (in
die Hinterhörner). Die Zellkörper dieser Neurone befinden sich außerhalb des Rückenmarks in den Spinalganglien. Die vorderen
Wurzeln (aus den Vorderhörnern) senden
motorische Nervenfasern zu den Muskeln
des Rumpfes. Die motorischen Neurone haben ihre Zellkörper in der grauen Substanz
des Rückenmarks. Darüber hinaus besteht
die graue Substanz aus einem Geflecht von
Dendriten und meist marklosen kurzen Axonen. Kurz hinter dem Spinalganglion vereinigen sich beide Wurzeln zu einem gemischten Nerv. Der Mensch hat insgesamt 31 Paare von Rückenmarksnerven.
Das autonome Nervensystem
Die Rückenmarksnerven innervieren auch
die inneren Organe. Die Wirkungen dieses
Teils des Nervensystems sind der willkürlichen Kontrolle weitgehend entzogen. Deshalb wird es auch als autonom oder vegetativ bezeichnet. Seine Aufgaben bestehen in
der Kontrolle des inneren Milieus. Das autonome Nervensystem lässt sich in zwei funktionelle Untersysteme unterteilen, den Parasympathicus und den Sympathicus. Je nach
Anforderungen werden unterschiedliche
Organe aktiviert oder gehemmt. Dabei arbeitet das autonome Nervensystem eng mit
dem somatischen Teil des Nervensystems
zusammen, der die Skelettmuskeln mit dem
Rückenmark verbindet. (^170/171)
Bei plötzlich herannahender Gefahr gelangt
der Mensch beispielsweise rasch in einen
Zustand höchster Leistungsfähigkeit. Alle
Maßnahmen im Körper, die diesen Zustand
fördern, werden durch den Sympathicus
eingeleitet und koordiniert (Abb. 51.1). Die
Durchblutung wird gefördert. So werden
z.B. die Muskeln optimal mit Sauerstoff und
Nährstoffen versorgt. Alle zur Bewältigung
der Gefahr unnötigen Prozesse, wie z. B. die
Verdauung, werden gedrosselt.
Der Parasympathicus wirkt sehr häufig als
Gegenspieler des Sympathicus. (^166/167)
Beide innervieren oft dieselben Organe und
regeln die lebenswichtigen Funktionen des
Körpers wie: den Kreislauf, die Verdauung,
die Entleerung, den Stoffwechsel, die Sekretion, die Körpertemperatur und die Fortpflanzung. Die Vorgänge bei der Verdauung lau-
fen vor allem bei körperlicher Ruhe ab. Sie
werden durch Signale des Parasympathicus
ausgelöst bzw. gefördert. Darüber hinaus
beeinflussen der Sympathicus und der Parasympathicus in Zusammenarbeit mit dem
Gehirn nachhaltig unsere emotionale Stimmung. Alarmiert durch eine bedrohliche Situation, veranlasst z. B. das Limbische System
des Gehirns (s. Seite 52) die Nebennieren,
die Hormone Adrenalin und Noradrenalin
in höherer Konzentration in den Blutstrom
freizusetzen. Gefühle, wie Angst und Zorn,
aber auch Glück werden von typischen Körperreaktionen begleitet, die vom autonomen
Nervensystem angeregt werden. In welchem
Ausmaß diese Gefühle vom Menschen Besitz
ergreifen, hängt von übergeordneten Ge-
hirnteilen ab. Noradrenalin wird auch in den
Endknöpfen von Neuronen des Sympathicus als Transmitter produziert. Dort scheint
es unabhängig von Gefühlsschwankungen
zu wirken. Der Transmitter der parasympathischen Nervenzellen ist Acetylcholin.
Aufgabe
® In Stresssituationen wird durch den
Sympathicus die Leistungsfähigkeit gefördert. Zivilisationskrankheiten, wie z. B.
erhöhtes Infarktrisiko, Vergrößerung der
Nebennieren, Störung des Sexualverhaltens u.a., werden auch auf Dauerstress
zurückgeführt. Zeigen Sie die Zusammenhänge auf (Abb. 1).
Parasympathicus
Augen
Sympathicus
Pupillenerweiterung
Pupillenverengung (K) \
TränonHrf'ico f^i
f
Tränendrüse
Schleimsekretion
(wenig/zähflüssig)
Drüsen
Herz
Schleimsekretion
(viel/dünnflüssig)
(E) Erweiterung
Frequenz
Blutdruck
Blutgefäße
Engstellung
Sekretion
Muskulatur (g)
Verdauungsorgane (E)
Genitalien
Sekretion ®
Peristaltik (R)
Schließmuskel (E)
Erektion
Entleerungsmuskel (K)
Schließmuskel ©
Bronchien
Blutgefäße
(A) Glykogenabbau
Leber,
Pankreas
Freisetzung von
Fettsäuren
Fettzellen
Sekretion
Sekretion
(Adrenalin/
Noradrenalin)
(A) Ejakulation
(A) Kontraktion
Harnblase
Herz
(K) Muskulatur
(E) Verdauungsorgane
(K) Peristaltik
(D Schließmuskel
MagenDarmTrakt
Speicheldrüsen
Frequenz
Schlagvolumen
\
Bronchien
Augen
(E) Entleerung
(K) Schließmuskel
MagenDarmTrakt
Schweißdrüsen
Nebennierenmark
Genitalien
Harnblase
1 Vegetatives Nervensystem mit Sympathicus- und Parasympathicusaktivierung
Neurobiologie und Verhalten
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©
Bau
^ Funktion
Gehirns
des menschlichen
Das Großhirn des Menschen nimmt ca.
80% des Hirnvolumens ein. Es besteht
aus der Hirnrinde (Cortex), die beim
Menschen eine enorme Oberflächenvergrößerung durch Furchung erfahren
hat und aus Milliarden von Neuronen
besteht. Darunter liegt die weiße Masse.
Diese ist ein Neuronengeflecht, das die
Kommunikation der einzelnen Hirnareale
der Hirnrinde untereinander ermöglicht.
Die Hirnrinde besteht aus zwei Hälften,
den Hemisphären. Diese sind beim
Menschen von der Funktion her nicht
gleichwertig. Bei den meisten Menschen
ist die rechte Hirnhälfte mehr für den
nichtsprachlichen, ganzheitlich integrativen Informationsinhalt verantwortlich, die linke für den sprachgebundenen und für Detailanalysen.
l
l
Die Hirnrinde lässt sich funktionell
in verschiedene Areale aufteilen.
In ihnen werden von den Sinnesorganen einlaufende Informationen
kombiniert und mit gespeicherten Informationen (Erfahrungen)
verglichen. Im Stirnbereich liegen
Bereiche für die Eigeninitiative,
Handlungsplanung, Sozialverhalten
und die Verarbeitung von Inhalten
des Kurzzeitgedächtnisses. Hier
liegen auch die Sprachregion und
die Steuerung der Mundmuskulatur. Die Inhalte des episodischen
Gedächtnisses und des Wissensgedächtnisses werden hier ebenfalls
gespeichert. Im seitlichen Bereich
srden Sprache und Töne wahrenoTwnen und verarbeitet. Dieser
eine entscheidende
Rolfe, beim Speichern und FestiaeXyorAlnjformationen. Im hinteren
Dhadelbereich liegt die Verarbeituno/der-visqellen Reize.
Der Balken
Er besteht ausschließlich aus Nervenfasern, welche die beiden Hirnhemisphären miteinander verknüpfen. Bei operativer Durchtrennung
des Balkens ist ein Informationsaustausch zwischen den Hirnhälften
nicht mehr möglich. Wird solchen
Patienten ein Gegenstand so in das
linke Gesichtsfeld gebracht, dass
die Informationen von der Netzhaut
nur in die rechte Hirnhemisphäre
gelangen, kann der Patient den
Gegenstand nicht benennen, da
das Sprachzentrum in der linken
Hirnhälfte liegt.
Neurobiologie und Verhalten
Es besteht aus dem Thalamus mit der c
Epiphyse (Zirbeldrüse) als Anhängsel
und dem darunter liegenden Hypothalamus mit der Hypophyse.
l Der darunter gelegene Hypothalal mus (4) ist die Steuerzentrale für das
iu autonome Nervensystem und das
Im oben gelegenen Thalamus (3)
Hormonsystem. Seine zentrale Aufgabefindet sich eine wichtige Umschalt- l be ist die Regelung der Biorhythmik
stelle für alle afferenten Bahnen der
Körpers (s. Seite 100). So gibt der
l des
Sinnesorgane (außer dem GeruchsHypothalamus Freisetzungshormone
sinn) zum Großhirn. Hier erfolgt eine "55
u
Verschaltung der Erregungen, bevor U)
sie dem Großhirn zugeleitet und
damit bewusst werden. Man nennt
CQ
den Thalamus daher auch das Tor zur
Hirnrinde.
(Releasing-Hormone) an die untergeordnete Hypophyse ab. Auch motivationale und emotionale Verhaltensweisen werden hier geregelt.
Die Epiphyse (6), auch Zirbeldrüse
genannt, ist bei einigen Wirbeltierklassen ein lichtempfindliches Organ,
dessen Hormone am Farbwechsel
der Haut beteiligt sind. Bei Säugern
gibt sie das Hormon Melatonin ab.
Melatonin steuert Funktionen, die mit
dem Licht und dem jahreszeitlichen
Wechsel zusammenhängen, z.B. auch
den Schlafrhythmus.
as Kleinhirn
ocamous
Er liegt als Teil der Hirnrinde am
inneren Rand des Schläfenlappens
und hat eine große Funktionsvielfalt, wie Aufmerksamkeit, Neuigkeit
der Information, Kurzzeitgedächtnis,
Sozialverhalten, Furchtverarbeitung
oder Verarbeitung räumlicher Zusammenhänge. Er spielt jedoch auch eine ^
Rolle in der Wahrnehmung unseres
QJ
Gefühls für Körperlichkeit. Sein Name N
ist auf die seepferdchenartige Gestalt
zurückzuführen.
Es steuert Motorik- und Gleichgewichtsfunktionen. Über das Kleinhirn
laufen die Erregungen von und zu den
motorischen Zentren der Großhirnrinde, die für Körperhaltung oder Gleichgewicht notwendig sind. Das Kleinhirn
gibt seine Erregungen entweder
direkt an die motorischen Zentren der
Großhirnrinde oder über Bahnen der
weißen Substanz des Rückenmarks
weiter. Hier sind auch erlernte Handlungsabläufe und Koordinationen, wie
Autofahren und Fahrradfahren gespeichert. Ein Funktionsausfall des Kleinhirns führt nicht zum Ausfall konkreter
Bewegungsabläufe, sondern zum
Verlust der Bewegungskoordination.
[Hllllll
Es leitet Impulse aus Auge, Ohr und
Oberflächenrezeptoren an andere
Hirnzentren weiter. Es ist zuständig
für eine schnelle Orientierung im optischen Bereich. Hier geht es um das
Bewegungssehen, das „Wo"-Sehen.
Was man sieht, wird erst in der Großhirnrinde verarbeitet. Auch die auditive
Wahrnehmung und Schmerzwahrnehmung werden hier verschaltet.
Brücke
Die Brücke (Pons) verbindet die
Kleinhirnhemisphären und leitet
Erregungen von den Großhirnhälften zum Kleinhirn. Sie ist mitverantwortlich für Schlaf und Aufwachen
sowie Motorikfunktionen. Während
des Träumens ist sie aktiv.
!
!»
• 3
•s-S
Die kirschkerngroße Hypophyse (5)
setzt unter der Kontrolle des Hypothalamus Hormone frei, die man als
stimulierende Hormone bezeichnet.
Sie ist mitverantwortlich für Körperfunktionen wie Wärmehaushalt oder
Sexualität. Die Hormone steuern auch
Eireifung, Schwangerschaft, Wachstum, Wasserhaushalt und Grundumsatz. Im Falle der Eireifung nennt man
das spezifische Hypophysenhormon
beispielsweise Follikel stimulierendes
Hormon (FSH).
Das Nachhirn (Verlängertes Mark)
ist ein sehr ursprünglicher Gehirnteil.
Es ist die Zentrale für lebenswichtige
Reflexe, wie Speichelfluss, Schlucken, Erbrechen, Husten und Niesen
sowie Automatiezentrum für Atmung,
Herzschlag und Blutdruck. Werden
diese lebenswichtigen Funktionen
zum Beispiel bei einem Genickbruch
gestört, tritt unmittelbar der Tod ein.
Das Nachhirn wird zusammen mit der
Brücke und dem Mittelhirn auch als
Stammhirn bezeichnet.
Es ist eine Sammelbezeichnung für
Teile des Großhirns sowie für Teile
des Zwischenhirns. Zum Limbischen
System gehören z. B. der Hippocampus (7) und der Mandelkern (12). Es
spielt die entscheidende Rolle bei
der Übertragung von Informationen
ins Langzeitgedächtnis. Es liefert die
emotionale Bewertung der aufgenommenen Informationen und bewertet
diese für die Übertragung ins Langzeitgedächtnis. Durch seine emotionale Bewertung spielt es eine entscheidende Rolle bei Lernvorgängen und
beim Abrufen dieser Informationen
aus der Hirnrinde.
Neurobiologie und Verhalten
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