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11.5: Zentralnervensystem - Biologie

11.5: Zentralnervensystem - Biologie


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Homunkulus

Abbildung (PageIndex{1}) ist eine sehr seltsam aussehende Zeichnung und wird Homunkulus genannt. Die Masse stellt einen Querschnittskeil des menschlichen Gehirns dar. Die Zeichnung zeigt einige Bereiche des Gehirns, die mit verschiedenen Körperteilen verbunden sind. Wie Sie sehen können, sind in dieser Region größere Bereiche des Gehirns mit den Händen, dem Gesicht und der Zunge verbunden als mit den Beinen und Füßen. Angesichts der Bedeutung der Sprache, der manuellen Geschicklichkeit und der sozialen Interaktionen von Angesicht zu Angesicht beim Menschen ist es nicht überraschend, dass relativ große Bereiche des Gehirns benötigt werden, um diese Körperteile zu kontrollieren. Das Gehirn ist das komplexeste Organ des menschlichen Körpers und Teil des zentralen Nervensystems.

Was ist das zentrale Nervensystem?

Das zentrale Nervensystem (ZNS) ist der Teil des Nervensystems, der das Gehirn und das Rückenmark umfasst. Abbildung (PageIndex{2}) zeigt das zentrale Nervensystem als eine der beiden Hauptabteilungen des gesamten Nervensystems. Die andere Hauptabteilung ist das periphere Nervensystem (PNS). Das ZNS und das PNS arbeiten zusammen, um praktisch alle Körperfunktionen zu steuern. Viel mehr über das PNS könnt ihr im Konzept nachlesen Periphäres Nervensystem.

Das empfindliche Nervengewebe des Zentralnervensystems wird durch große physikalische und chemische Barrieren geschützt. Körperlich sind Gehirn und Rückenmark von zähen Hirnhäuten umgeben, einer dreischichtigen Schutzhülle, die auch polsternde Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit enthält. Die Knochen des Schädels und der Wirbelsäule tragen ebenfalls zum physischen Schutz des Gehirns und des Rückenmarks bei. Chemisch werden Gehirn und Rückenmark vom Kreislauf – und die meisten Toxine oder Krankheitserreger im Blut – durch die Blut-Hirn-Schranke. Die Blut-Hirn-Schranke ist eine hochselektive Membran aus Endothelzellen (einer Art von Gliazellen), die das zirkulierende Blut von der extrazellulären Flüssigkeit im ZNS trennt. Die Barriere ermöglicht es Wasser, bestimmten Gasen, Glukose und einigen anderen Molekülen, die vom Gehirn und Rückenmark benötigt werden, vom Blut in das ZNS zu gelangen, während potenziell schädliche Substanzen ferngehalten werden. Diese physikalischen und chemischen Barrieren machen das ZNS weniger anfällig für Verletzungen. Eine Schädigung des ZNS hat jedoch wahrscheinlich schwerwiegendere Folgen.

Das Gehirn

Die Gehirn ist die Schaltzentrale nicht nur des restlichen Nervensystems, sondern des gesamten Organismus. Das erwachsene Gehirn macht nur etwa 2 Prozent des Körpergewichts aus, verbraucht aber etwa 20 Prozent der Gesamtenergie des Körpers. Das Gehirn enthält schätzungsweise einhundert Milliarden Neuronen, und jedes Neuron hat Tausende von synaptischen Verbindungen zu anderen Neuronen. Das Gehirn hat auch ungefähr die gleiche Anzahl von Gliazellen wie Neuronen. Kein Wunder, dass das Gehirn so viel Energie verbraucht! Darüber hinaus verwendet das Gehirn hauptsächlich Glukose zur Energiegewinnung. Wenn dem Gehirn Glukose entzogen wird, kann dies zu Bewusstlosigkeit führen. Das Gehirn kann etwas Glukose in Form von Glykogen speichern, jedoch in viel geringeren Mengen als in der Leber und in der Skelettmuskulatur.

Das Gehirn steuert mentale Prozesse wie Denken, Vorstellungskraft, Gedächtnis und Sprache. Es interpretiert auch Informationen aus den Sinnen und weist den Körper an, wie er reagieren soll. Es steuert grundlegende körperliche Prozesse wie Atmung und Herzschlag sowie freiwillige Aktivitäten wie Gehen und Schreiben. Das Gehirn besteht aus drei Hauptteilen: dem Großhirn, dem Kleinhirn und dem Hirnstamm (Abbildung (PageIndex{3})). Die Abbildung zeigt das Gehirn von der linken Seite des Kopfes. Es zeigt, wie das Gehirn aussehen würde, wenn der Schädel und die Hirnhäute entfernt würden. Der Hirnstamm ist über seine Medulla mit dem Rückenmark verbunden. Das Kleinhirn ist ein kleiner Abschnitt im hinteren Teil des Gehirns. Der größte Teil des Gehirns ist das Großhirn.

Großhirn

Die Großhirn ist der größte Teil des Gehirns. Es steuert bewusste, intellektuelle Funktionen. Zum Beispiel steuert es das Denken, die Sprache, das Gedächtnis, das Sehen, das Berühren und das Hören. Wenn Sie ein Buch lesen, ein Videospiel spielen oder einen Klassenkameraden erkennen, verwenden Sie Ihr Großhirn.

Hemisphären und Lateralisierung des Großhirns

Das Großhirn ist von vorne nach hinten in zwei Hälften geteilt, die linke und rechte Hälfte Halbkugeln. Die beiden Hemisphären sind durch ein dickes Axonbündel verbunden, das als Corpus Callosum bekannt ist und tief im Gehirn liegt. Das Corpus callosum ist der Hauptkommunikationsweg zwischen den beiden Hemisphären. Es verbindet jeden Punkt im Großhirn mit dem spiegelbildlichen Punkt auf der gegenüberliegenden Hemisphäre.

Die rechte und linke Hemisphäre des Großhirns haben eine ähnliche Form, und die meisten Bereiche des Großhirns befinden sich in beiden Hemisphären. Einige Bereiche zeigen jedoch Lateralisierung, oder eine Konzentration in der einen oder anderen Hemisphäre. Beispielsweise sind bei den meisten Menschen Sprachfunktionen stärker in der linken Hemisphäre konzentriert, während abstraktes Denken und visuell-räumliche Fähigkeiten stärker in der rechten Hemisphäre konzentriert sind.

Aus noch ungeklärten Gründen interagiert jede Gehirnhälfte hauptsächlich mit der gegenüberliegenden Körperseite. Die linke Gehirnhälfte empfängt Nachrichten von der rechten Körperseite und sendet Befehle an diese, und die rechte Gehirnhälfte empfängt Nachrichten von der linken Körperseite und sendet Befehle an diese. Sensorische Nerven vom Rückenmark zum Gehirn und motorische Nerven vom Gehirn zum Rückenmark kreuzen beide die Mittellinie des Körpers auf Höhe des Hirnstamms.

Zerebraler Kortex

Der größte Teil der Informationsverarbeitung im Gehirn findet tatsächlich im Gehirn statt Zerebraler Kortex. Dies ist eine nur wenige Millimeter dicke Rinde aus grauer Substanz und anderem Gewebe, die die äußere Oberfläche des Großhirns in beiden Hemisphären des Gehirns bildet. Die Großhirnrinde hat viele Falten, die die Oberfläche des Gehirns, die in den Schädel passt, stark vergrößern. Aufgrund all der Falten in der menschlichen Großhirnrinde hat sie eine Oberfläche von etwa 2.500 cm²2(2,5 ft2). Die Größe und Bedeutung der Großhirnrinde sind im menschlichen Gehirn weitaus größer als in den Gehirnen anderer Wirbeltiere, einschließlich nichtmenschlicher Primaten.

Lappen der Großhirnrinde

Jede Hemisphäre des Großhirns ist weiter in die vier Lappen unterteilt, die in Abbildung (PageIndex{4}) gezeigt und im Folgenden beschrieben werden.

1. Die Frontallappen befinden sich an der Vorderseite des Gehirns hinter der Stirn. Die Frontallappen sind mit exekutiven Funktionen wie Aufmerksamkeit, Selbstkontrolle, Planung, Problemlösung, Argumentation, abstraktes Denken, Sprache und Persönlichkeit verbunden.

2. Die Parietallappen befinden sich hinter den Frontallappen an der Spitze des Kopfes. Die Parietallappen sind an der Empfindung beteiligt, einschließlich Temperatur, Berührung und Geschmack. Lesen und Rechnen sind auch Funktionen der Parietallappen.

3. Die Schläfenlappen befinden sich an den Seiten des Kopfes unterhalb des Frontal- und Parietallappens. Die Schläfenlappen ermöglichen das Hören, die Bildung und den Abruf von Erinnerungen sowie die Integration von Erinnerungen und Empfindungen.

4. Die Hinterhauptslappen befinden sich am Hinterkopf unterhalb der Parietallappen. Die Okzipitallappen sind das kleinste der vier Lappenpaare. Sie widmen sich fast ausschließlich dem Sehen.

Innere Strukturen des Gehirns

Mehrere Strukturen liegen tief im Gehirn und sind wichtig für die Kommunikation zwischen Gehirn und Rückenmark oder dem Rest des Körpers. Zu diesen Strukturen gehören der Hypothalamus und der Thalamus. Abbildung (PageIndex{5}) zeigt, wo sich diese Strukturen im Gehirn befinden. Großhirn, Hypothalamus und Thalamus bestehen in zwei Hälften, eine in jeder Hemisphäre.

Hypothalamus

Die Hypothalamus liegt knapp über dem Hirnstamm und ist etwa mandelgroß. Der Hypothalamus ist für bestimmte Stoffwechselprozesse und andere Aktivitäten des autonomen Nervensystems verantwortlich, einschließlich Körpertemperatur, Herzfrequenz, Hunger, Durst, Müdigkeit, Schlaf, Wachheit und zirkadianer (24-Stunden-)Rhythmus. Der Hypothalamus ist auch ein wichtiges emotionales Zentrum des Gehirns. Der Hypothalamus kann so viele Körperfunktionen regulieren, weil er auf viele verschiedene interne und externe Signale reagiert, darunter unter anderem Nachrichten vom Gehirn, Licht, Steroidhormone, Stress und eindringende Krankheitserreger.

Eine Möglichkeit, wie der Hypothalamus die Körperfunktionen beeinflusst, besteht darin, Hormone zu synthetisieren, die die Körperprozesse direkt beeinflussen. Zum Beispiel synthetisiert es das Hormon Oxytocin, das die Kontraktionen der Gebärmutter während der Geburt und den Milchfluss während der Stillzeit anregt. Es synthetisiert auch das Hormon Vasopressin (auch antidiuretisches Hormon genannt), das die Nieren dazu anregt, mehr Wasser zu resorbieren und konzentrierteren Urin auszuscheiden. Diese beiden Hormone werden vom Hypothalamus über eine stielartige Struktur namens Infundibulum (siehe Abbildung oben) direkt zum hinteren (hinteren) Teil der Hypophyse geschickt, die sie in das Blut absondert.

Der Hypothalamus beeinflusst die Körperfunktionen hauptsächlich durch die Kontrolle der Hypophyse, die als Hauptdrüse des endokrinen Systems bekannt ist. Der Hypothalamus synthetisiert Neurohormone, sogenannte Releasing-Faktoren, die durch das Infundibulum direkt zum vorderen (vorderen) Teil der Hypophyse wandern. Die Freisetzungsfaktoren stimulieren oder hemmen im Allgemeinen die Sekretion von Hormonen des Hypophysenvorderlappens, von denen die meisten andere Drüsen des endokrinen Systems steuern.

Thalamus

Die Thalamus, der sich in der Nähe des Hypothalamus befindet (Abbildung (PageIndex{5})), ist ein wichtiger Knotenpunkt für den Informationsaustausch zwischen Rückenmark und Großhirn. Es filtert sensorische Informationen, die zum Großhirn gelangen. Es leitet sensorische Signale an die Großhirnrinde und motorische Signale an das Rückenmark weiter. Es ist auch an der Regulierung von Bewusstsein, Schlaf und Wachsamkeit beteiligt.

Kleinhirn

Die Kleinhirn befindet sich direkt unter dem Großhirn und im hinteren Teil des Gehirns hinter dem Hirnstamm (Abbildung (PageIndex{3})). Es koordiniert Körperbewegungen und ist an Bewegungen beteiligt, die durch wiederholtes Üben erlernt werden. Wenn Sie beispielsweise einen Softball mit einem Schläger treffen oder auf einer Tastatur tippen, verwenden Sie das Kleinhirn. Viele Nervenbahnen verbinden das Kleinhirn mit Motoneuronen im ganzen Körper.

Hirnstamm

Manchmal auch als „unteres Gehirn“ bezeichnet Hirnstamm ist der untere Teil des Gehirns, der mit dem Rückenmark verbunden ist. Der Hirnstamm besteht aus drei Teilen: dem Mittelhirn, dem Pons und der Medulla oblongata, die in Abbildung (PageIndex{6}) unten dargestellt sind. Der Hirnstamm ist hauptsächlich an den unbewussten autonomen Funktionen sowie an verschiedenen Arten von sensorischen Informationen beteiligt. Es hilft auch, große Körperbewegungen wie Gehen und Laufen zu koordinieren. Die Mittelhirn befasst sich mit Seh- und Toninformationen und übersetzt diese Eingaben, bevor sie an das Vorderhirn gesendet werden. Die pons leitet Nachrichten an andere Teile des Gehirns (hauptsächlich Groß- und Kleinhirn) weiter und hilft, die Atmung zu regulieren. Einige Forscher haben die Hypothese aufgestellt, dass der Pons beim Träumen eine Rolle spielt. Einige der Funktionen des Pons werden von den Medulla oblongata, auch Medulla genannt. Die Medulla steuert mehrere unterbewusste homöostatische Funktionen wie Atmung, Herz- und Blutgefäßaktivität, Schlucken und Verdauung.

Eine der wichtigsten Aufgaben des Hirnstamms ist die einer „Informationsautobahn“. Das heißt, alle Informationen, die vom Körper zum Gehirn kommen, und die Informationen vom Großhirn zum Körper gehen durch den Hirnstamm. Sensorische Bahnen für Dinge wie Schmerz, Temperatur, Berührung und Druckempfindung gehen nach oben zum Großhirn, und motorische Bahnen für Bewegungen und andere Körperprozesse gehen nach unten zum Rückenmark. Die meisten Axone in den motorischen Bahnen kreuzen von einer Seite des ZNS zur anderen, wenn sie die Medulla oblongata passieren. Infolgedessen steuert die rechte Gehirnhälfte einen Großteil der Bewegung auf der linken Körperseite und die linke Gehirnhälfte einen Großteil der Bewegung auf der rechten Körperseite.

Rückenmark

Die Rückenmark ist ein langes, dünnes, röhrenförmiges Bündel von Nervengewebe, das sich vom Hirnstamm erstreckt und sich in der Mitte des Rückens bis zum Becken fortsetzt. Sie ist in Abbildung (PageIndex{7}) gelb markiert. Das Rückenmark ist in der Wirbelsäule eingeschlossen, aber kürzer als diese.

Struktur des Rückenmarks

Das Zentrum des Rückenmarks besteht aus der grauen Substanz, die hauptsächlich aus Zellkörpern von Neuronen besteht, einschließlich Interneuronen und Motoneuronen. Die graue Substanz ist von weißer Substanz umgeben, die hauptsächlich aus myelinisierten Axonen motorischer und sensorischer Neuronen besteht. Spinalnerven, die das Rückenmark mit dem PNS verbinden, treten zwischen den Wirbeln aus dem Rückenmark aus (Abbildung (PageIndex{8})).

Funktionen des Rückenmarks

Das Rückenmark dient als Datenautobahn. Es leitet Nachrichten vom Körper an das Gehirn und vom Gehirn an den Körper weiter. Sensorische (afferente) Nerven übertragen Nervenimpulse von sensorischen Rezeptorzellen überall im und am Körper zum Gehirn. Motorische (efferente) Nerven leiten Nervenimpulse vom Gehirn weg zu Drüsen, Organen oder Muskeln im ganzen Körper.

Das Rückenmark steuert auch unabhängig bestimmte schnelle Reaktionen, die als bezeichnet werden Reflexe ohne jeglichen Input vom Gehirn. Wie dies geschehen kann, sehen Sie in Abbildung (PageIndex{9}). Ein sensorischer Rezeptor reagiert auf eine Empfindung und sendet einen Nervenimpuls entlang eines sensorischen Nervs zum Rückenmark. Im Rückenmark geht die Nachricht an ein Interneuron und vom Interneuron an einen motorischen Nerv, der den Impuls an einen Muskel weiterleitet. Als Reaktion zieht sich der Muskel zusammen. Diese Neuronenverbindungen bilden einen Reflexbogen, der keine Eingaben vom Gehirn erfordert. Zweifellos haben Sie selbst solche Reflexe erlebt. Vielleicht haben Sie zum Beispiel einen Topf auf dem Herd berührt, ohne zu merken, dass er sehr heiß war. Praktisch im selben Moment, in dem Sie die brennende Hitze spüren, reißen Sie Ihren Arm zurück und nehmen Ihre Hand vom Topf.

Verletzungen des Rückenmarks

Körperliche Schäden am Rückenmark können zu Lähmung, das ist ein Verlust von Empfindung und Bewegung in einem Teil des Körpers. Die Lähmung betrifft im Allgemeinen alle Körperbereiche unterhalb der Verletzungsebene, da Nervenimpulse unterbrochen werden und darüber hinaus nicht mehr zwischen Gehirn und Körper hin und her wandern können. Wenn eine Verletzung des Rückenmarks nur eine Schwellung verursacht, können die Symptome vorübergehend sein. Sind jedoch Nervenfasern (Axone) im Rückenmark stark geschädigt, kann der Funktionsverlust dauerhaft sein. Experimentelle Studien haben gezeigt, dass Spinalnervenfasern versuchen, nachzuwachsen, aber die Gewebezerstörung erzeugt normalerweise Narbengewebe, das von den nachwachsenden Nerven nicht durchdrungen werden kann, sowie andere Faktoren, die das Nachwachsen von Nervenfasern im Zentralnervensystem hemmen.

Feature: Mein menschlicher Körper

Jedes Jahr erleiden viele Millionen Menschen einen Schlaganfall, und der Schlaganfall ist die zweithäufigste Todesursache bei Erwachsenen. Schlaganfall, auch bekannt als zerebrovaskuläre Unfälle, tritt auf, wenn eine schlechte Durchblutung des Gehirns zum Absterben von Gehirnzellen führt. Es gibt zwei Haupttypen von Schlaganfällen:

  • Ischämische Schlaganfälle treten aufgrund eines Mangels an Blutfluss aufgrund eines Blutgerinnsels in einer Arterie auf, die zum Gehirn führt.
  • Hämorrhagische Schlaganfälle treten aufgrund einer Blutung aus einem gebrochenen Blutgefäß im Gehirn auf.

Beide Arten von Schlaganfällen können zu Lähmungen, Verlust der Fähigkeit zu sprechen oder zu verstehen, die Kontrolle über die Blase zu verlieren, Persönlichkeitsveränderungen und viele andere potenzielle Auswirkungen, je nachdem, welcher Teil des Gehirns verletzt wurde. Die Auswirkungen eines Schlaganfalls können leicht und vorübergehend oder schwerer und dauerhaft sein. Ein Schlaganfall kann sogar tödlich sein. Es hängt in der Regel von der Art des Schlaganfalls und seiner Ausdehnung ab.

Sind Sie schlaganfallgefährdet? Der Hauptrisikofaktor für einen Schlaganfall ist das Alter: Etwa zwei Drittel der Schlaganfälle treten bei Menschen über 65 auf. An Ihrem Alter können Sie nichts ändern, aber die meisten anderen Schlaganfall-Risikofaktoren können durch eine Änderung des Lebensstils oder Medikamente reduziert werden. Zu den Risikofaktoren gehören Bluthochdruck, Tabakrauchen, Fettleibigkeit, hoher Cholesterinspiegel im Blut, Diabetes mellitus und Vorhofflimmern.

Die Chancen stehen gut, dass Sie oder jemand, den Sie kennen, von einem Schlaganfall bedroht ist, daher ist es wichtig, einen Schlaganfall zu erkennen, wenn einer auftritt. Stoke ist ein medizinischer Notfall, und je schneller die Behandlung erfolgt, desto besser ist das Ergebnis wahrscheinlich. Im Falle von ischämischen Schlaganfällen kann die Anwendung von gerinnselauflösenden Arzneimitteln dauerhafte Hirnschäden verhindern, wenn sie innerhalb von 3 oder 4 Stunden nach dem Schlaganfall verabreicht werden. Es ist einfach, sich an die Anzeichen eines Schlaganfalls zu erinnern.

Sie werden unter dem Akronym FAST zusammengefasst, wie in der folgenden Tabelle erläutert.

Rezension

  1. Was ist das zentrale Nervensystem?
  2. Wie wird das zentrale Nervensystem geschützt?
  3. Was ist die Gesamtfunktion des Gehirns?
  4. Identifizieren Sie die drei Hauptteile des Gehirns und eine Funktion jedes Teils.
  5. Beschreiben Sie die Gehirnhälften.
  6. Erklären und geben Sie Beispiele für die Lateralisierung des Gehirns.
  7. Identifizieren Sie eine Funktion von jedem der vier Lappen des Großhirns.
  8. Fassen Sie den Aufbau und die Funktion der Großhirnrinde zusammen.
  9. Erklären Sie, wie der Hypothalamus das endokrine System steuert.
  10. Beschreibe das Rückenmark.
  11. Was ist die Hauptfunktion des Rückenmarks?
  12. Erklären Sie, wie Reflexaktionen auftreten.
  13. Warum führen schwere Rückenmarksverletzungen in der Regel zu Lähmungen?
  14. Was sind Ihrer Meinung nach mögliche Folgen einer schweren Schädigung des Hirnstamms? Wie wäre dies im Vergleich zu den Folgen einer schweren Schädigung des Frontallappens? Erkläre deine Antwort.
  15. Informationen reisen im Nervensystem sehr schnell, aber im Allgemeinen dauert es umso länger, je länger der Weg zwischen den Bereichen ist. Erklären Sie auf dieser Grundlage, warum Reflexe Ihrer Meinung nach oft auf Rückenmarksebene auftreten und keine Eingaben vom Gehirn erfordern.

Erkunde mehr

Mehr als 40 Millionen Menschen weltweit leiden an der Alzheimer-Krankheit, einer Gehirnerkrankung, und es wird erwartet, dass die Zahl in den kommenden Jahrzehnten dramatisch ansteigen wird. Die Krankheit wurde vor mehr als einem Jahrhundert entdeckt, aber bei der Suche nach einer Heilung wurden nur wenige Fortschritte erzielt. Sehen Sie sich diesen aufregenden TED-Talk an, in dem der Wissenschaftler Samuel Cohen einen neuen Durchbruch in der Alzheimer-Forschung sowie eine Botschaft der Hoffnung teilt, dass ein Heilmittel für Alzheimer gefunden wird.


Schau das Video: Das Gehirn - Zentrales Nervensystem ZNS (Juni 2022).


Bemerkungen:

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