Das neuronale Netzwerk des Menschen

Bausteine des menschlichen neuronalen Netzwerks (edit | edit source)

Das menschliche neuronale Netzwerk ist ein komplexes elektrochemisches Kommunikationssystem, das Informationen nahezu augenblicklich übermittelt. Das Verständnis der Rolle und Funktion der einzelnen Ebenen dieses Netzwerks kann für Rehabilitationsfachleute ein wertvolles Werkzeug sein, das ihnen dabei hilft, geeignete Interventionen zu ermitteln und Behandlungspläne sowie Überweisungen zu steuern.

Im Folgenden finden Sie eine Übersicht über die Komponenten des menschlichen neuronalen Netzwerks. Eine ausführlichere Darstellung der einzelnen Themen finden Sie auf den verlinkten Seiten.

Nervenzellen
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Die Nervenzelle, auch Neuron genannt, ist der Grundbaustein des Nervensystems. Nervenzellen gibt es in vielen Formen und Größen, was ihre Funktion bestimmt, aber alle weisen die gleiche Grundstruktur auf.⁽¹⁾⁽²⁾

• • Zellkörper, auch Soma genannt: Enthält den Zellkern, die Mitochondrien und andere Organellen, die für die Funktion der Nervenzelle notwendig sind. Diese Strukturen unterstützen die chemischen Prozesse des Neurons, vor allem die Produktion von Neurotransmittern.

• Dendriten: strahlen vom Zellkörper aus und empfangen afferente Signale von anderen Nervenzellen. Sie reagieren auf Neurotransmitter, die von benachbarten Nervenzellen freigesetzt werden, und leiten Informationen über elektrische Signale durch den Zellkörper weiter. Eine Nervenzelle kann je nach ihrer Funktion und Lage im Nervensystem einen einzigen Dendriten oder viele Dendriten aufweisen.
• Axone: entspringen ebenfalls aus dem Zellkörper in einem speziellen Bereich, der Axonhügel genannt wird. Axone leiten efferente Informationen an benachbarte Nervenzellen weiter. Die Kommunikationsgeschwindigkeit der Neuronen wird durch eine Myelinscheide erhöht, die die Axone umgibt und „isoliert“. Es ist zu beachten, dass nicht alle Nerven myelinisiert sind. Myelinscheiden werden aus konzentrischen Umhüllungen der Plasmamembran von Neurogliazellen um das Axon gebildet. Im peripheren Nervensystem (PNS) werden Neurogliazellen als Schwann-Zellen bezeichnet, im zentralen Nervensystem (ZNS) als Oligodendrozyten.⁽³⁾ Die Myelinscheide weist entlang des Axons regelmäßige Lücken auf, die als Ranvier-Schnürringe bezeichnet werden. Die Ranvier-Schnürringe sind für die schnelle Ausbreitung von Aktionspotenzialen (siehe unten) entlang des Axons unerlässlich.⁽⁴⁾

Kommunizierende Nervenzellen interagieren an Synapsen. Synapsen sind mikroskopisch kleine Lücken zwischen Nervenzellen, normalerweise zwischen dem Axon einer Nervenzelle und dem Dendriten einer anderen. Sie sind der Ort der chemischen Kommunikation zwischen den Nervenzellen. Die Nervenzelle, die auf der sendenden Seite der Synapse Informationen weitergibt, wird als präsynaptisches Neuron bezeichnet, während die Nervenzelle auf der empfangenden Seite der Synapse als postsynaptisches Neuron bezeichnet wird.⁽¹⁾⁽²⁾

Aktionspotenziale und Neurotransmitter: die Sprache der Nerven (edit | edit source)

Das Nervensystem kommuniziert in einer elektrochemischen Sprache. Aktionspotenziale dienen als elektrische Signale, die sich entlang der Nervenzellen ausbreiten, während Neurotransmitter die chemische Kommunikation zwischen den Nervenzellen an den Synapsen ermöglichen. Dieses komplizierte Zusammenspiel ermöglicht es dem Nervensystem, Informationen schnell und effizient zu übermitteln, wodurch komplexe Verhaltensweisen, Reflexe und kognitive Prozesse ermöglicht werden. Das Verständnis dieser Kommunikation ist für die Neurowissenschaften von grundlegender Bedeutung.

Aktionspotenziale sind schnelle elektrische Impulse, mit denen Nervenzellen Informationen übermitteln.⁽⁵⁾⁽⁶⁾

1. Ruhepotenzial: Nervenzellen haben ein Ruhemembranpotenzial von etwa -70 mV (Millivolt). Dieses Ruhepotenzial ist in erster Linie auf die Verteilung von Ionen über die Zellmembran hinweg zurückzuführen, wobei sich Natriumionen (Na⁺) außerhalb der Membran und Kaliumionen (K⁺) innerhalb der Membran befinden. Die Nervenzelle gilt in diesem Zustand als polarisiert.
2. Depolarisation: Wenn eine Nervenzelle einen Reiz empfängt (von einer anderen Nervenzelle oder einem externen Signal), öffnen sich Natriumkanäle in der Membran, wodurch Natrium in die Zelle strömt. Der Einstrom positiver Ionen bewirkt, dass das Membranpotenzial weniger negativ wird. Wenn es einen Schwellenwert erreicht, der typischerweise bei etwa -55 mV liegt, wird ein Aktionspotenzial ausgelöst.
3. Ausbreitung des Aktionspotenzials: Sobald die Schwelle erreicht ist, kommt es zu einer raschen Depolarisation, da sich mehr Natriumkanäle öffnen, was zu einer Spitze im Membranpotenzial führt. Daraufhin öffnen sich die Kaliumkanäle, so dass Kalium aus dem Neuron austreten kann. Dies repolarisiert die Membran zurück in ihren Ruhezustand.
4. Refraktärphase: Nach der Ausbreitung des Aktionspotenzials gibt es einen kurzen Zeitraum, in dem die Nervenzelle kein weiteres Aktionspotenzial auslösen kann (d.h. die absolute Refraktärphase), und eine relative Refraktärphase, in der die Auslösung erschwert ist. Dies gewährleistet eine unidirektionale Signalausbreitung entlang des Axons und verhindert, dass die Nervenzelle überstimuliert wird.

Neurotransmitter sind chemische Botenstoffe, die Signale zwischen Nervenzellen und anderen Zellen im Nervensystem übertragen.⁽⁷⁾⁽⁸⁾

1. 1. Synaptische Erregungsübertragung : Sobald das Aktionspotenzial die präsynaptische Endigung (das Ende des Neurons, auch Endknöpfchen oder Axonterminale genannt) erreicht, löst es die Öffnung spannungsabhängiger Kalziumkanäle (Ca²⁺) aus. Dadurch kann Kalzium in die Nervenzelle eindringen. Der Einstrom von intrazellulärem Kalzium bewirkt, dass synaptische Vesikel (spezielle Organellen, die Neurotransmitter speichern und freisetzen) mit der präsynaptischen Membran verschmelzen, um die Freisetzung von Neurotransmittern in die Synapse vorzubereiten.

1. Freisetzung von Neurotransmittern: Die Verschmelzung mit der präsynaptischen Zellmembran führt zur Freisetzung von Neurotransmittern in den synaptischen Spalt (den Zwischenraum zwischen den beiden Nervenzellen).
2. Bindung an Rezeptoren: Die freigesetzten Neurotransmitter diffundieren durch den synaptischen Spalt und binden an spezifische Rezeptoren auf der Membran des postsynaptischen Neurons. Diese Bindung kann je nach Art des Neurotransmitters und des Rezeptors, mit dem er interagiert, unterschiedliche Auswirkungen haben.
3. Postsynaptisches Potenzial: Die Bindung von Neurotransmittern kann ein postsynaptisches Potenzial erzeugen, das erregend (Depolarisation des postsynaptischen Neurons) oder hemmend (Hyperpolarisation) sein kann:
   • exzitatorisches postsynaptisches Potenzial (EPSP): Wenn der Neurotransmitter die postsynaptische Membran weniger negativ werden lässt (Depolarisation), kann dies die Nervenzelle näher an ihren Schwellenwert bringen und die Wahrscheinlichkeit eines Aktionspotenzials erhöhen.
   • inhibitorisches postsynaptisches Potenzial (IPSP): Umgekehrt verringert der Neurotransmitter die Wahrscheinlichkeit eines Aktionspotenzials, wenn er die postsynaptische Membran negativer macht (Hyperpolarisation).
4. Beendigung der Neurotransmitterwirkung: Nachdem Neurotransmitter auf die postsynaptischen Rezeptoren gewirkt haben, wird ihre Wirkung durch verschiedene Mechanismen beendet:
   • Wiederaufnahme: Viele Neurotransmitter werden durch Transporterproteine wieder in das präsynaptische Neuron aufgenommen. Dieser Prozess ermöglicht der Nervenzelle die Wiederverwendung des Neurotransmitters und ist entscheidend für die Beendigung des Signals.
   • Enzymatischer Abbau: Einige Neurotransmitter werden durch Enzyme im synaptischen Spalt abgebaut, wodurch sie inaktiv werden.
   • Diffusion: Neurotransmitter können auch vom synaptischen Spalt weg diffundieren, wodurch ihre Konzentration und Wirkung abnehmen.

Das folgende optionale Video enthält eine visuelle Erklärung von Aktionspotenzialen:

⁽⁹⁾

Die Größe und Form einer Nervenzelle geben Aufschluss über ihre Funktion und ihren Standort im Nervensystem. Nervenzellen werden nach ihrer Morphologie im Allgemeinen in vier Grundtypen unterteilt.⁽²⁾

1. Unipolar: Dieser Typ kommt bei Wirbeltieren nicht vor. Unipolare Nervenzellen zeichnen sich durch eine einzelne Struktur aus, die sich vom Zellkörper weg erstreckt.
2. Bipolar: Diese Nervenzellen besitzen ein Axon und einen Dendriten, die sich vom Zellkörper weg erstrecken (z.B. eine bipolare Zelle der Netzhaut).
3. Multipolar: Diese Nervenzellen besitzen ein Axon und mehrere Dendriten. Multipolare Nervenzellen finden sich im zentralen Nervensystem (z.B. Purkinje-Zellen im Kleinhirn). Die meisten multipolaren Nervenzellen sind typischerweise Motoneuronen. Tatsächlich sind alle Motoneuronen, die die Skelettmuskulatur steuern, multipolare Neuronen.
4. Pseudounipolar: Diese Nervenzellen weisen Merkmale sowohl von unipolaren als auch von bipolaren Neuronen auf. Die meisten sensiblen Nervenzellen im menschlichen Körper sind pseudounipolar. Sie besitzen einen einzigen Fortsatz, der vom Zellkörper ausgeht und sich später in zwei verschiedene Fortsätze verzweigt. Ein Fortsatz verbindet sich mit Dendriten, die afferente sensible Informationen empfangen, während der andere diese Informationen an das Rückenmark weiterleitet.

In Bezug auf ihre Funktion gibt drei Kategorien von Nervenzellen.

1. Motorische Nervenzellen (Motoneuronen): befinden sich im ZNS. Sie steuern muskuläre oder motorische Leistungen in der Peripherie. Motoneuronen lassen sich in obere Motoneuronen (engl.: upper motor neuron, UMN) und untere Motoneuronen (engl: lower motor neuron, LMN) unterteilen.⁽¹⁰⁾ Weitere Einzelheiten zu UMN und LMN finden Sie in Tabelle 1.0.
2. Sensible Nervenzellen: leiten sensible Informationen aus dem PNS an das ZNS weiter.⁽¹¹⁾
3. Interneuronen: spielen vielfältige und wichtige Rollen im ZNS. Sie bilden die Brücke zwischen motorischen und sensiblen Nervenzellen. Außerdem bilden sie untereinander komplexe Kommunikationsnetzwerke. Interneuronen ermöglichen es dem Nervensystem, komplexe motorische Bewegungsmuster als Reaktion auf Umwelt- und Sinneseindrücke zu koordinieren, und spielen eine unterstützende Rolle bei der Organisation der Gehirnaktivität und der kognitiven Funktion.⁽¹²⁾

Tabelle 1.0. Vergleich der oberen und unteren Motoneuronen⁽¹⁰⁾

	Lage des Zellkörpers	Neurotransmitter	Zielort der motorischen Steuerung	Symptome bei Läsion	Klinische Beispiele
Oberes Motoneuron	Kortex (Großhirnrinde)	Glutamat	Innerhalb des ZNS	Unkontrollierte Bewegung Verminderte Empfindlichkeit gegenüber Hautreflexen Spasticity	Schlaganfall Multiple Sklerose Rückenmarksverletzung
Unteres Motoneuron	Hirnstamm und Rückenmark	Acetylcholin	Außerhalb des ZNS	Lähmung	Poliomyelitis Bell-Lähmung (idiopathische Fazialisparese) Spinale Muskelatrophie Amyotrophe Lateralsklerose (ALS)

Wenn Sie mehr über Neuronen im Allgemeinen erfahren möchten, lesen Sie bitte diesen Artikel. Wenn Sie mehr über Motoneuronen erfahren möchten, lesen Sie bitte diesen Artikel.

Nerven
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Ein Nerv ist eine Gruppe von Nervenzellen, die im peripheren Nervensystem (PNS) gebündelt sind. Nerven werden entsprechend ihrer Funktion in drei Typen unterteilt:

1. Motorische Nerven: enthalten nur motorische Nervenzellen. Motorische Nerven übertragen efferente Informationen aus dem ZNS in die Peripherie, um Skelettmuskeln und somatisches Gewebe zu beeinflussen.⁽¹³⁾
2. Sensible (sensorische) Nerven: enthalten nur sensible Nervenzellen. Sensible Nerven übertragen afferente Informationen vom PNS an das ZNS. Innerhalb des PNS gibt es zwei sensorische bzw. sensible Bahnen: (1) das somatosensorische System, in dem Spinalnerven Informationen über die äußere Umwelt an das ZNS weiterleiten, und (2) das vegetative (autonome) Nervensystem, das Informationen über die innere Umwelt über viszerale sensible Nervenzellen überträgt.⁽¹⁴⁾ Sensible Nerven enthalten verschiedene Nervenfasertypen, je nach den ihnen zugeordneten Sinnesrezeptoren. Weitere Informationen zur Klassifikation von Sinnesrezeptoren finden Sie in Tabelle 2.0, und die Unterschiede zwischen den verschiedenen Arten von sensiblen Nervenfasern sind in Tabelle 2.1 aufgeführt.
3. Gemischte Nerven: enthalten eine Kombination aus motorischen und sensiblen Nervenzellen.

Tabelle 2.0. Klassifikation sensibler Fasern und der zugehörigen sensorischen Rezeptoren^(14)(15)

Typ des sensorischen Rezeptors	Subtypen des sensorischen Rezeptors	Sensorische Informationen und Lokalisation	Fasertyp
Chemorezeptoren	Olfaktorisch	Geruchssinn Lokalisation: Riechepithel in der Nasenhaupthöhle	A-delta- und C-Fasern
	Gustatorisch	Geschmackssinn Lokalisation: Geschmacksknospen der Zunge, des weichen Gaumens, der Oropharynx und des proximalen Ösophagus
	Interne Chemorezeptoren	Übermittlung von Informationen über die Blutgaswerte an das zentrale Nervensystem Lokalisation: im Glomus caroticum (A. carotis communis) und Glomus aorticum (Aorta) sowie im Hirnstamm, Kleinhirn, Hypothalamus und Mittelhirn
Mechanorezeptoren	Taktile Rezeptoren	Meissner-Körperchen: Funktion: empfindlich für leichte Berührung und Veränderungen der Oberflächenstruktur; reagieren schnell auf Reize Lokalisation: Papillae dermis der Haut Vater-Pacini-Körperchen: Funktion: erkennen tiefen Druck und Vibration; reagieren schnell Lokalisation: tiefe Schichten der Dermis und des subkutanen Gewebes Merkel-Zellen (Merkel-Körperchen): Funktion: reagieren auf anhaltenden Druck und Textur; sorgen für eine feine räumliche Auflösung Lokalisation: Epidermis (insbesondere in den Fingerspitzen und Haarfollikeln) Ruffini-Körperchen: Funktion: reagieren auf Hautdehnung und anhaltenden Druck; spielen eine Rolle bei der Propriozeption Lokalisation: tief in der Dermis und in Gelenkkapseln	A-beta- und A-delta-Fasern
	Propriozeptoren	Muskelspindeln: Funktion: erkennen Veränderungen der Muskellänge (Dehnung) und tragen zur Wahrnehmung der Körperposition und Bewegung bei Lokalisation: in den Skelettmuskeln Golgi-Sehnenorgane: Funktion: überwachen die Spannung in den Muskeln und Sehnen; helfen, Muskelschäden durch übermäßige Kraft zu verhindern Lokalisation: am Muskel-Sehnen-Übergang Gelenkrezeptoren: Funktion: reagieren auf Druck, Spannung und Bewegung in den Gelenken und geben Rückmeldung über Gelenkposition und -bewegung Lokalisation: in den Gelenkkapseln
	Barorezeptoren	Erkennen Veränderungen im Blutdruck Lokalisation: arterielle Barorezeptoren befinden sich in den Wänden der Aortenbögen und im Sinus caroticus der A. carotis interna. Niederdruck-Barorezeptoren befinden sich in den großen Venen, den Lungengefäßen und den Wänden des Herzens
	Gehörrezeptoren	Hörsinn Lokalisation: Die Haarzellen im Innenohr reagieren auf mechanische Schwingungen, die durch Schallwellen verursacht werden
Nozizeptoren	Somatische Nozizeptoren	Erkennen potenziell schädliche Reize Lokalisation: Haut, subkutanes Gewebe, Faszien, anderes Bindegewebe, Periost, Endost und Gelenkkapseln	A-delta-Fasern (führen zu scharfen, akuten Schmerzen) und C-Fasern (führen zu dumpfen, pochenden Schmerzen)
	Viszerale Nozizeptoren	Reagieren auf potenziell schädliche Reize in inneren Organen
Fotorezeptoren	Stäbchen	Empfindlich gegenüber schwachem Licht und verantwortlich für das Sehen bei schlechten Lichtverhältnissen	A-Fasern
	Zapfen	Sie sind für das Farbsehen verantwortlich und funktionieren am besten bei hellem Licht. Es gibt drei Arten von Zapfen, die jeweils für verschiedene Wellenlängen des Lichts empfindlich sind, nämlich blau, grün und rot
Thermorezeptoren	Kaltrezeptoren	Reagieren auf niedrigere Temperaturen (z.B. Krause-Endkolben)	A-delta- (für Kälte) und C-Fasern (für Wärme)
	Warmrezeptoren	Reagieren auf höhere Temperaturen (z.B. Ruffini-Körperchen)

Tabelle 2.1. Unterschiede zwischen den Arten sensibler Nervenfasern⁽¹⁴⁾

	Aufbau	Leitungsgeschwindigkeit	Funktion	Sensibilität
A-beta-Faser	Myelinisiert 6-12 Mikrometer im Durchmesser	Am schnellsten (30-75 m/s)	Hauptsächlich verantwortlich für die Übertragung von Berührungs-, Druck- und Vibrationsempfindungen	Verbunden mit feinen Berührungsempfindungen und Propriozeption, ermöglicht die Wahrnehmung von Oberflächenstruktur und Form
A-delta-Faser	Myelinisiert 1-5 Mikrometer im Durchmesser	Schnell (5-30 m/s)	Übertragen scharfe, akute Schmerzen (nozizeptive Signale) und einige Temperaturempfindungen (Kälte)	Verbunden mit dem anfänglichen, lokalisierten Schmerz, der nach einem scharfen Reiz auftritt und oft als „schneller Schmerz“ bezeichnet wird
C-Faser	Unmyelinisiert 0,2-1,5 Mikrometer im Durchmesser	Langsam (0,5-2 m/s)	Übertragen dumpfe, „wehe“ Schmerzen, Temperaturempfindungen (warm) und einige vegetative Signale	Verbunden mit dem anhaltenden, diffusen Schmerz, der auf den anfänglichen stechenden Schmerz der A-delta-Fasern folgt und oft als „langsamer Schmerz“ bezeichnet wird

Spinalnerven (edit | edit source)

Spinalnerven gehen direkt vom Rückenmark ab, werden jedoch als Teil des peripheren Nervensystems (PNS) betrachtet. Sie dienen als Vermittler zwischen dem ZNS und dem PNS. Es handelt sich um gemischte Nerven, die sensible, motorische und vegetative Informationen zwischen dem ZNS und dem Körper übertragen. Es gibt 31 Paare von Spinalnerven, die nach Wirbelsäulenregionen gruppiert sind: 8 zervikale Nervenpaare, 12 thorakale Nervenpaare, 5 lumbale Nervenpaare, 5 sakrale Nervenpaare und ein coccygeales Nervenpaar. Jeder Spinalnerv besteht aus Nervenfasern, den so genannten Fila radicularia, die von der hinteren und vorderen Nervenwurzel des Rückenmarks ausgehen, wo sie sich über Interneuronen verbinden. Diese Wurzelfasern laufen in den Foramina intervertebralia zusammen und bilden einen Spinalnerv.⁽¹⁶⁾

Die Hinterwurzel (Radix posterior) enthält afferente sensible Axone, die viszerale und somatische sensorische Informationen von peripheren Rezeptoren an das ZNS weiterleiten. Die von einzelnen Spinalnerven innervierten Hautbereiche sind in Regionen organisiert, die als Dermatome bezeichnet werden. Sensible Informationen aus der hinteren Wurzel bilden Synapsen im Hinterhorn des Rückenmarks, während sich die Zellkörper dieser pseudounipolaren Nervenzellen im Spinalganglion befinden. Fasern der hinteren Wurzel können entweder Synapsen mit Interneuronen in der grauen Substanz (für Reflexe) bilden oder durch das Rückenmark aufsteigen, um den Thalamus zur weiteren Verarbeitung zu erreichen.⁽¹⁶⁾

Die Vorderwurzel (Radix anterior) ist für die Übertragung somatisch-motorischer Signale vom Gehirn und Rückenmark an die Skelettmuskeln verantwortlich. Die Zellkörper der efferenten motorischen Fasern befinden sich im Vorderhorn des Rückenmarks. Die von einem einzelnen Spinalnerv innervierten Muskeln werden als Myotome dieses Nervs bezeichnet. Bemerkenswert ist, dass das Rückenmark im zervikalen und lumbosakralen Bereich Verdickungen aufweist, was die höhere Dichte der Muskelinnervation in den oberen und unteren Extremitäten widerspiegelt.⁽¹⁶⁾

Die Spinalnerven treten als gemischte Nervenfaserbündel durch die Foramina intervertebralia aus dem Wirbelkanal aus. Eine Ausnahme bildet auf Höhe C1, wo der Spinalnerv C1 zwischen Os occipitale und Atlas (C1) austritt. Da sich das Rückenmark nicht über die gesamte Länge der Wirbelsäule erstreckt, treten die Nerven in den kranialen Regionen horizontal aus, während diejenigen unterhalb der Wirbel L1 bzw. L2 vor dem Austritt nach unten verlaufen und die Cauda equina bilden. Spinalnerven oberhalb von C7 treten oberhalb ihrer entsprechenden Wirbel aus der Wirbelsäule aus. Der Spinalnerv C8 tritt zwischen C7 und T1 aus. Alle anderen Spinalnerven treten unterhalb ihrer jeweiligen Wirbel aus.⁽¹⁶⁾

Nach dem Austritt teilt sich der Spinalnerv in einen vorderen Ast (Ramus ventralis) und einen hinteren Ast (Ramus dorsalis). Beide Äste enthalten gemischte Fasern für die sensible und motorische Innervation. Der Ramus dorsalis ist in der Regel kleiner als der Ramus ventralis. Er teilt sich in einen medialen und einen lateralen Ast (und manchmal einen Zwischenast). Er ist für die Innervation der paraspinalen Muskeln und der zugehörigen Hautregionen verantwortlich. Die Funktionen dieser Äste variieren je nach Wirbelsäulenhöhe, insbesondere oberhalb und unterhalb von T6. Im Gegensatz dazu tragen die größeren ventralen Äste zu wichtigen Nervengeflechten bei, die als primäre Bahnen für die sensomotorische Innervation im gesamten Körper dienen.⁽¹⁶⁾ Zu den großen Nervengeflechten oder Spinalnervenbahnen gehören: (1) der Plexus cervicalis, (2) der Plexus brachialis, (3) die thorakalen Spinalnerven, (4) der Plexus lumbalis und (5) der Plexus sacralis.

Wenn Sie mehr über diese Themen erfahren möchten, lesen Sie bitte:

• Spinalnerven
• Dermatome
• Myotome

Hirnnerven (edit | edit source)

Hirnnerven (HN) sorgen für die Innervation von Kopf und Hals. Ihre Funktion ähnelt der der Spinalnerven. Wie die Spinalnerven gelten auch die Hirnnerven als Teil des PNS und sind entweder rein sensibel, rein motorisch oder gemischt. Die Hirnnerven unterscheiden sich von den Spinalnerven durch ihre neurale Herkunft. Die Wurzeln der Spinalnerven stammen aus der grauen Substanz des Rückenmarks, während die Wurzeln der Hirnnerven aus Nervenfortsätzen hervorgehen, die mit bestimmten Hirnstammkernen und kortikalen Arealen verbunden sind. Die Anordnung der Hirnnervenkerne gibt Aufschluss über ihre Funktion – typischerweise entspringen aus den weiter posterior und lateral gelegenen Kernen eher sensible Nerven, während die weiter anterior gelegenen Kerne eher zu motorischen Nerven gehören.⁽¹⁷⁾

Es gibt 12 paarige Hirnnerven, die mit römischen Ziffern nummeriert sind.

• I: N. olfactorius (Riechnerv)
• II: N. opticus (Sehnerv)
• III: N. oculomotorius
• IV: N. trochlearis
• V: N. trigeminus
• VI: N. abducens
• VII: N. facialis (Gesichtsnerv)
• VIII: N. vestibulocochlearis (Hörnerv)
• IX: N. glossopharyngeus
• X: N. vagus
• XI: N. accessorius
• XII: N. hypoglossus

Wenn Sie mehr über Hirnnerven erfahren möchten, lesen Sie bitte diesen Artikel.

Die meisten Hirnnerven (III-XII) entspringen aus dem Hirnstamm (der aus Mittelhirn, Pons und Medulla besteht). Die Hirnnerven I und II entspringen jedoch aus dem Vorderhirn.

• Sensorische Hirnnerven sind direkt mit bestimmten Kernen im Hirnstamm verbunden. Sensorische Ganglien enthalten die Zellkörper sensorischer Nervenzellen und dienen der Weiterleitung und Verarbeitung sensorischer Informationen zwischen der Peripherie und dem ZNS. Sensorische Rezeptoren übertragen Signale über die Hirnnerven an die sensorischen Ganglien, von dort an die entsprechenden Hirnstammkerne und schließlich an höhere Hirnzentren.
• Die motorischen Hirnnerven entspringen aus Kernen im Hirnstamm.
• Bestimmte Hirnnerven, wie der N. vagus (X), haben bedeutende vegetative Funktionen. Die sensiblen und motorischen Fasern des Vagusnervs verbinden sich mit verschiedenen Organen, liefern dem ZNS Rückmeldungen über viszerale Funktionen und ermöglichen die vegetative Steuerung von Herzfrequenz, Verdauung und Atemfrequenz.

Hirnnerven treten durch spezifische Foramina in den Schädelknochen aus dem Schädel aus. Nach dem Austritt aus dem ZNS verlaufen die Hirnnerven zu ihren Zielorganen oder -muskeln.

Das Nervensystem (edit | edit source)

Das menschliche Nervensystem besteht aus zwei Teilen: dem zentralen Nervensystem und dem peripheren Nervensystem.

Zentrales Nervensystem (ZNS) (edit | edit source)

Das zentrale Nervensystem (ZNS) umfasst das Gehirn und das Rückenmark. Das Gehirn und das Rückenmark werden als getrennte Strukturen betrachtet, sind aber funktionelle Erweiterungen des jeweils anderen.

Das Gehirn ist ein Organ, das aus Nervengewebe besteht. Es erfüllt während des gesamten Lebens unzählige Funktionen. Es ist verantwortlich für die Integration sensorischer Reize, die Steuerung von Bewegungen, die Ermöglichung kognitiver Funktionen und der Kommunikation, die Regulierung von Emotionen, die Aufrechterhaltung der Homöostase sowie die Unterstützung sozialer Interaktionen. Das Gehirn wird durch den Schädel, die Hirnhäute (Meningen) und den Liquor (Liquor cerebrospinalis) vor äußeren Kräften geschützt. Das Gehirn ist durch die Blut-Hirn-Schranke zusätzlich vor schädlichen Substanzen im Blutkreislauf geschützt.⁽¹⁸⁾

Das Gehirn ist in zwei Hemisphären (links und rechts) unterteilt. Jede Hemisphäre ist für unterschiedliche Verhaltensweisen verantwortlich, während sie gleichzeitig in ständiger Kommunikation mit der anderen Seite steht – dies ist als Lateralisierung des Gehirns bekannt. Jedes Gehirn ist einzigartig, aber typischerweise ist die linke Hemisphäre dominanter bei Sprache, Logik und mathematischen Fähigkeiten, während die rechte Hemisphäre bei künstlerischen und musikalischen Situationen und Intuition dominiert. Die Großhirnrinde (Cortex cerebri) ist die äußerste Schicht des Gehirns, die aus grauer Substanz besteht und Milliarden von Nervenzellen beherbergt, die für höhere exekutive Funktionen verantwortlich sind. Sie ist in vier Lappen unterteilt: den (1) Stirnlappen, den (2) Scheitellappen, den (3) Schläfenlappen und den (4) Hinterhauptslappen. Jeder Lappen spielt eine bestimmte Rolle bei der Verarbeitung von Informationen und der Koordinierung kognitiver Funktionen.⁽¹⁸⁾

1. Stirnlappen (Lobus frontalis): verantwortlich für willkürliche motorische Funktionen, Problemlösung, Aufmerksamkeit, Gedächtnis und Sprache. Er umfasst wichtige Bereiche wie den motorischen Kortex und das Broca-Areal. Der motorische Kortex ermöglicht präzise willkürliche Bewegungen der Skelettmuskulatur, während das Broca-Areal die für die Sprachproduktion notwendigen motorischen Funktionen reguliert.
2. Scheitellappen (Lobus parietalis): verantwortlich für die Verarbeitung sensorischer Informationen. Er enthält den somatosensorischen Kortex, der sensorische Daten verarbeitet und diese Daten mit Vorwissen integriert, um ein Verständnis taktiler Erfahrungen zu erzeugen.
3. Schläfenlappen (Lobus temporalis): verantwortlich für die Verarbeitung auditiver Reize über den auditorischen Kortex. Das Wernicke-Areal befindet sich ebenfalls im Schläfenlappen und ist für das Sprachverständnis zuständig.
4. Hinterhauptslappen (Lobus occipitalis): verantwortlich für die visuelle Verarbeitung. Hier befindet sich der visuelle Kortex. Er empfängt zudem Signale von der Netzhaut und interpretiert visuelle Reize, indem er auf frühere visuelle Erfahrungen zurückgreift, um die Erkennung und das Verständnis zu unterstützen.

Andere wichtige Regionen des Gehirns sind:⁽¹⁸⁾

• • Basalganglien: eine Gruppe miteinander verbundener Strukturen im Gehirn, die eine Schlüsselrolle bei der Regulierung von Bewegungen und der Koordinierung der willkürlichen Motorik spielen. Sie unterstützen die Ausführung gewollter Bewegungen und hemmen gleichzeitig unerwünschte Bewegungen, wodurch sie zu flüssigen und zielgerichteten Bewegungen beitragen. Darüber hinaus sind die Basalganglien an verschiedenen kognitiven Funktionen beteiligt, darunter Lernen, Gewohnheitsbildung und Emotionsregulation. Sie arbeiten, indem sie Informationen aus der Großhirnrinde integrieren und Signale an andere Bereiche des Gehirns senden, die Bewegung und Verhalten steuern.
  • Thalamus: dient als Vermittlungsstation im Gehirn, die sensorische Informationen verarbeitet und an die entsprechenden Bereiche der Großhirnrinde weiterleitet. Er filtert und integriert Daten aus verschiedenen Sinnesmodalitäten, wie Berührung, Schmerz, Temperatur sowie visuelle und auditive Signale, bevor er diese Daten zur weiteren Verarbeitung an höhere Gehirnregionen sendet. Zudem spielt der Thalamus eine Rolle bei der Regulierung von Schlaf, Wachsamkeit und Bewusstsein und trägt zur allgemeinen Koordination sensibler und motorischer Signale bei.
  • Hypothalamus: reguliert wesentliche Körperfunktionen, darunter Homöostase, Temperaturregulation, Hunger, Durst und zirkadiane Rhythmen. Er spielt eine Schlüsselrolle bei der Aufrechterhaltung des inneren Gleichgewichts des Körpers, indem er das vegetative Nervensystem und das endokrine System beeinflusst. Der Hypothalamus steuert auch die Freisetzung von Hormonen aus der Hypophyse (Hirnanhangdrüse), die Wachstum, Stoffwechsel und Stressreaktionen beeinflussen. Darüber hinaus ist er an emotionalen Reaktionen und am Verhalten beteiligt und verbindet physiologische Prozesse mit emotionalen Zuständen.
  • Limbisches System: ein komplexes Netzwerk von Strukturen im Gehirn, das eine zentrale Rolle bei der Regulierung von Emotionen, Gedächtnis und Motivation spielt. Es ist an der Verarbeitung und dem Ausdruck von Gefühlen wie Angst, Freude und Wut beteiligt und spielt eine entscheidende Rolle bei der Bildung und dem Abruf von Erinnerungen, insbesondere von solchen, die mit emotionalen Erfahrungen zusammenhängen. Zu den wichtigsten Komponenten des limbischen Systems gehören die Amygdala, die dabei hilft, Erinnerungen an Ereignisse und Emotionen zu speichern, der Hippocampus, der für die Gedächtnisbildung wichtig ist, und der Gyrus cinguli, der an der Verarbeitung von Emotionen und der Verhaltensregulation beteiligt ist und hilft, die Funktion des vegetativen Nervensystems zu regulieren. Insgesamt integriert das limbische System emotionale Erfahrungen mit höheren kognitiven Funktionen und beeinflusst so das Verhalten und die Entscheidungsfindung.

• Kleinhirn (Cerebellum): verantwortlich für die Koordination willkürlicher Bewegungen und die Aufrechterhaltung von Gleichgewicht und Körperhaltung. Es sorgt für die Feinabstimmung der motorischen Aktivität, indem es die sensorischen bzw. sensiblen Eingaben des Körpers und der Umgebung integriert und so für flüssige, präzise Bewegungen sorgt. Außerdem spielt das Kleinhirn eine Rolle beim Erlernen motorischer Fertigkeiten und bei der Anpassung von Bewegungen auf der Grundlage von Erfahrungen. Es trägt auch zu kognitiven Funktionen wie Aufmerksamkeit und Sprachverarbeitung bei, was seine Bedeutung über die reine motorische Steuerung hinaus unterstreicht.
• Hirnstamm (Truncus encephali): eine lebenswichtige Struktur, die das Gehirn mit dem Rückenmark verbindet und viele wichtige Lebensfunktionen reguliert. Er ist für die Steuerung grundlegender physiologischer Prozesse verantwortlich, darunter Herzfrequenz, Atmung, Blutdruck und Verdauung. Der Hirnstamm besteht aus drei Hauptteilen: dem Mittelhirn (Mesencephalon), der Brücke (Pons) und der Medulla oblongata. Er dient zudem als Übertragungsweg für motorische und sensible Signale zwischen dem Gehirn und dem Rest des Körpers. Darüber hinaus spielt der Hirnstamm eine Rolle bei der Regulierung von Schlaf und Wachsamkeit sowie bei der Koordination von Reflexen und Reaktionen auf sensorische Reize. Er ist entscheidend für die Aufrechterhaltung grundlegender Körperfunktionen und ermöglicht die Kommunikation zwischen verschiedenen Hirnregionen.
• Formatio reticularis: ein Netzwerk von Nervenzellen im Hirnstamm, das eine wichtige Rolle bei der Regulierung von Erregung, Wachsamkeit und Aufmerksamkeit spielt. Sie hilft bei der Steuerung des Schlaf-Wach-Zyklus und ist an der Filterung von Sinnesinformationen beteiligt, wodurch das Gehirn sich auf relevante Reize konzentrieren und Ablenkungen ignorieren kann. Darüber hinaus trägt sie zur Koordination der motorischen Funktionen bei und spielt eine Rolle bei Reflexen und bestimmten vegetativen Funktionen, wie der Regulierung von Herzfrequenz und Blutdruck. Sie ist unerlässlich für die Aufrechterhaltung des Bewusstseins und die Ermöglichung der Reaktionsfähigkeit auf die Umgebung.

Die Rückenmark (Medulla spinalis) erstreckt sich vom Foramen magnum an der Schädelbasis bis zum ersten oder zweiten Lendenwirbel und bildet eine bidirektionale Kommunikationsverbindung zwischen Gehirn und Körper. Es ist in vier Regionen unterteilt: (1) das Zervikalmark, (2) das Thorakalmark, (3) das Lumbalmark und (4) das Sakralmark, die aus 31 Segmenten und den entsprechenden Paaren von Spinalnerven bestehen.

Die Breite des Rückenmarks variiert aufgrund von Verdickungen im Hals- und Lumbalbereich, die jeweils bei C3-T1 und L1-S2 auftreten. Strukturell besteht das Rückenmark außen aus weißer Substanz und im Kern aus grauer Substanz, wobei sich Liquor im Zentralkanal (Canalis centralis) befindet. Die graue Substanz umfasst die grauen Kommissuren, die Hinterhörner (mit Interneuronen), die Seitenhörner und die Vorderhörner (mit somatischen Motoneuronen). Afferente Neuronen in den Hinterwurzeln übertragen sensible Informationen vom Körper zum Rückenmark, wo deren Verarbeitung beginnt. Efferente Motoneuronen in den Vorderhörnern steuern willkürliche und unwillkürliche Bewegungen.

Das Rückenmark endet im Conus medullaris, der über das Filum terminale am Steißbein (Os coccygis) verankert ist, wobei Bänder für die strukturelle Abstützung entlang der gesamten Wirbelsäule sorgen.⁽¹⁸⁾

Aufsteigende Bahnen zum Gehirn: Sinnesinformationen wandern vom Körper zum Rückenmark und steigen dann über Neuronen erster, zweiter und dritter Ordnung zum Gehirn auf. Neuronen der ersten Ordnung empfangen sensorische Impulse und leiten sie an das Rückenmark weiter. Diese Neuronen erster Ordnung bilden Synapsen mit Neuronen zweiter Ordnung, die sich im Hinterhorn befinden. Neuronen zweiter Ordnung senden Signale an den Thalamus und das Kleinhirn. Neuronen dritter Ordnung im Thalamus leiten diese Informationen an den somatosensorischen Kortex weiter und ermöglichen so die Wahrnehmung von Empfindungen wie Druck, Schmerz und Temperatur.⁽¹⁸⁾ Zu den aufsteigenden Rückenmarksbahnen gehören:

• mediale Schleifenbahn (Lemniscus medialis) mit Tractus bulbothalamicus
  • überträgt feinen Tastsinn, Zwei-Punkt-Diskrimination, bewusste Propriozeption und Vibrationsempfindungen aus der Peripherie
• Vorderseitenstrangbahnen (Tractus spinothalamici)
  • Seitenstrangbahn (Tractus spinothalamicus lateralis): leitet Informationen über Schmerz und Temperatur
  • Vorderstrangbahn (Tractus spinothalamicus anterior): leitet Informationen über grobe Berührung und Druck
• Kleinhirnseitenstrangbahn (Tractus spinocerebellaris)
  • verläuft im Seitenstrang (Funiculus lateralis) und überträgt propriozeptive Informationen

Absteigende Bahnen zum Gehirn: Absteigende Bahnen leiten motorische Signale vom Gehirn zu den unteren Motoneuronen (Motoneuronen zweiter Ordnung), die dann die Muskelbewegung einleiten.⁽¹⁸⁾ Zu den absteigenden Rückenmarksbahnen gehören:

• kortikospinale Bahn (Tractus corticospinalis)
  • eine der beiden Hauptunterteilungen der Pyramidenbahn (Tractus pyramidalis)
  • verantwortlich für willkürliche Bewegungen von Rumpf und Gliedmaßen
• kortikobulbäre Bahn (Tractus corticonuclearis oder Tractus corticobulbaris)
  • die andere Hauptunterteilung der Pyramidenbahn (Tractus pyramidalis)
  • stellt die motorische Versorgung der Hirnnerven für Kopf und Gesicht bereit
• vestibulospinale Bahn (Tractus vestibulospinalis)
  
  • beteiligt an der Aufrechterhaltung von Haltung und Gleichgewicht sowie der Anpassung von Kopfbewegungen
• tektospinale Bahn (Tractus tectospinalis)
  
  • noch nicht vollständig erforscht, aber wahrscheinlich an der Kopfdrehung als Reaktion auf visuelle Reize beteiligt
• retikulospinale Bahn (Tractus reticulospinalis)
  
  • spielt eine wichtige Rolle bei der motorischen und posturalen Kontrolle
• rubrospinale Bahn (Tractus rubrospinalis)
  
  • beteiligt an der Regulierung des Beugemuskeltonus

Peripheres Nervensystem (PNS) (edit | edit source)

Das periphere Nervensystem (PNS) umfasst alle Nerven außerhalb des ZNS, einschließlich der Hirnnerven und Spinalnerven. Das PNS lässt sich in zwei Richtungen unterteilen: einen afferenten (sensorischen/sensiblen) Teil und einen efferenten (motorischen) Teil.⁽¹⁹⁾

• Der afferente Teil leitet Impulse von peripheren Sinnesorganen, wie beispielsweise den Mechano- oder Nozizeptoren in der Haut, den Geschmacksknospen auf der Zunge oder den visuellen Reizen aus den Augen, nach innen an das ZNS weiter.
• Der efferente Teil leitet Impulse vom ZNS zu den peripheren Organen weiter, um eine Wirkung oder Aktion auszulösen.

Das PNS kann auch funktionell in das (1) somatische Nervensystem und das (2) vegetative oder autonome Nervensystem unterteilt werden.

Somatisches Nervensystem (edit | edit source)

Das somatische Nervensystem spielt eine entscheidende Rolle bei der Interaktion mit der Umwelt durch Sinneswahrnehmung und willkürliche Bewegung. Zu den wichtigsten Funktionen des somatischen Nervensystems gehören:⁽²⁰⁾

• • sensorische/sensible Innervation: Das somatische Nervensystem überträgt sensible Informationen von der Haut, den Muskeln und den Sinnesorganen an das ZNS.

• motorische Kontrolle und Bewegungskoordination: Das somatische Nervensystem innerviert die Skelettmuskulatur und ermöglicht so willkürliche Bewegungen sowie die bewusste Steuerung der Muskelaktivität. Es unterstützt zudem die Koordination komplexer Bewegungen, indem es sensorisches Feedback und motorische Reaktionen integriert und so für flüssige und zielgerichtete Handlungen sorgt.
• Spinale Reflexe: Das somatische Nervensystem ermöglicht die spinalen Reflexe, bei denen es sich um automatische Reaktionen auf externe Reize handelt.
  Wenn wir beispielsweise versehentlich eine heiße Herdplatte mit der Hand berühren, hilft die schnelle Reaktion eines Reflexes, den Körper zu schützen, indem die Hand weggezogen wird.

Vegetatives Nervensystem (edit | edit source)

Das vegetative (oder autonome) Nervensystem ist an der Steuerung der unwillkürlichen Körperfunktionen beteiligt und ermöglicht es dem Körper, angemessen auf unterschiedliche innere und äußere Reize zu reagieren. Das vegetative Nervensystem gliedert sich in zwei Hauptbereiche:⁽²¹⁾

• • Sympathisches Nervensystem: wird oft als „Kampf oder Flucht“-System bezeichnet. Es bereitet den Körper auf Stress- oder Notfallsituationen vor, indem es die Herzfrequenz erhöht, die Atemwege erweitert und den Blutfluss zu den Muskeln umleitet. Es verwendet hauptsächlich Noradrenalin, um mit den Zielorganen zu kommunizieren und Funktionen wie Herzfrequenz, Schweißdrüsenaktivität und Verengung der Blutgefäße zu beeinflussen.

• Parasympathisches Nervensystem: auch bekannt als das „Ruhe- und Verdauungssystem“. Es fördert die Regenerationsprozesse, wenn der Körper ruht, indem es die Herzfrequenz senkt, die Verdauung anregt und Energie spart. Acetylcholin ist der wichtigste Neurotransmitter, der auf die Zielorgane einwirkt, um Entspannung und Energieerhaltung zu fördern.

Zu den wichtigsten Funktionen des vegetativen Nervensystems gehören:⁽²²⁾

• Regulierung der inneren Organe: das vegetative Nervensystem steuert die Funktion der inneren Organe, darunter Herz, Lunge, Verdauungssystem und Drüsen, und sorgt dafür, dass diese ohne bewusste Anstrengung effizient arbeiten:
  • Herz und Kreislaufsystem: das vegetative Nervensystem kann die Herzfrequenz und die Stärke der Herzkontraktionen regulieren. Der sympathische Teil erhöht die Herzfrequenz und die Kontraktilität, während der parasympathische Teil (über den N. vagus) die Herzfrequenz senkt. Der sympathische Teil bewirkt zudem eine Verengung der Blutgefäße, um den Blutdruck zu erhöhen und in Notfällen Blut zu lebenswichtigen Organen und Muskeln umzuleiten.
  • Lunge: Der Sympathikus erweitert die Bronchiolen und erhöht den Luftstrom bei Stress, während der Parasympathikus sie in Ruhe verengt.
  • Verdauungssystem: Der Sympathikus hemmt bei Stress die Verdauungssekrete und die Peristaltik und leitet den Blutfluss vom Magen-Darm-Trakt weg. Im Gegensatz dazu fördert der Parasympathikus die Sekretion von Verdauungsenzymen und erhöht die Motilität.
  • Drüsen: das vegetative Nervensystem ist an der Regulierung der Drüsenaktivität beteiligt, wie beispielsweise beim Schwitzen (sympathische Aktivierung) und bei der Speichelproduktion (parasympathische Aktivierung).
• Aufrechterhaltung der Homöostase: das vegetative Nervensystem arbeitet über Rückkopplungsschleifen, um die körperliche Homöostase aufrechtzuerhalten, was eine ständige Überwachung der inneren Zustände über Sinnesrezeptoren ermöglicht. Diese Informationen werden an das ZNS weitergeleitet, das daraufhin die vegetative Leistung anpasst, um das Gleichgewicht aufrechtzuerhalten, indem es physiologische Prozesse wie die Temperaturregulierung, den Flüssigkeitshaushalt und die Energienutzung anpasst.
• Reflexhandlungen: das vegetative Nervensystem koordiniert Reflexhandlungen, die die Homöostase aufrechterhalten und schnelle Reaktionen auf Reize ermöglichen. Durch ein Netzwerk von Rezeptoren, Nervenbahnen und Effektoren sorgt das vegetative Nervensystem dafür, dass sich der Körper ohne bewusste Anstrengung an Veränderungen der Umwelt und der inneren Bedingungen anpassen kann. Dabei handelt es sich um zwei Arten von Reflexen: (1) viszerale Reflexe, die die inneren Organe betreffen und Reaktionen umfassen, die zur Steuerung von Funktionen wie Herzfrequenz, Verdauung und Atemfrequenz beitragen, und (2) homöostatische Reflexe, die zur Aufrechterhaltung des inneren Gleichgewichts beitragen, z. B. zur Regulierung von Blutdruck, Körpertemperatur und Flüssigkeitshaushalt.

Ressourcen(edit | edit source)

Lernressourcen: (edit | edit source)

• Brain Basics vom National Institute of Health
• Interactive online neuroanatomy von Innerbody
• Online nervous system Überblick von Visible Body

Empfohlene weiterführende Literatur: (edit | edit source)

Die folgenden Artikel sind Beispiele dafür, wie das Wissen über das menschliche neuronale Netzwerk Rehabilitationsergebnisse inspirieren und verbessern kann.

• Gatica-Rojas V, Méndez-Rebolledo G. Virtual reality interface devices in the reorganization of neural networks in the brain of patients with neurological diseases. Neural regeneration research. 2014 Apr 15;9(8):888-96.
• Nackaerts E, D’Cruz N, Dijkstra BW, Gilat M, Kramer T, Nieuwboer A. Towards understanding neural network signatures of motor skill learning in Parkinson’s disease and healthy aging. The British Journal of Radiology. 2019 Sep 1;92(1101):20190071.
• Sale P, Franceschini M. Action observation and mirror neuron network: a tool for motor stroke rehabilitation. Eur J Phys Rehabil Med. 2012 Jun 1;48(2):313-8.

References(edit | edit source)