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Das Nervensystem

Das Nervensystem verbindet Sinnesorgane, Gehirn und Muskeln zu einem Netz, das in Millisekunden reagiert. In dieser Lektion lernst du den Bau einer Nervenzelle, die Gliederung des Nervensystems und den Unterschied zwischen Reflex und willkürlicher Bewegung.

  • Fach: Biologie
  • Klasse 10
  • Thema: Der menschliche Körper
  • Dauer: 17 Min
  • Niveau: Schwer
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Nervenzellen, Synapsen und die Gliederung des Systems

Die Grundeinheit ist die Nervenzelle, das Neuron. Sie hat drei Abschnitte: die stark verzweigten Dendriten, die Signale aufnehmen, den Zellkörper mit dem Zellkern, und das lange Axon, das das Signal weitergibt. Viele Axone sind von einer fetthaltigen Myelinscheide umhüllt, die in regelmäßigen Abständen unterbrochen ist. Das Signal springt dort von Lücke zu Lücke und kommt so auf bis zu 100 Meter pro Sekunde, statt auf wenige Meter bei unumhüllten Axonen.

Innerhalb eines Neurons läuft das Signal elektrisch als Aktionspotential. Zwischen zwei Neuronen liegt jedoch ein winziger Spalt, die Synapse, und dort wird das Signal chemisch übertragen: Das sendende Neuron setzt einen Botenstoff frei, der an Empfängerstellen der nächsten Zelle bindet. Diese Umschaltung kostet Zeit, ist aber der Grund, warum das Nervensystem rechnen kann. Eine Synapse kann verstärken, hemmen oder mehrere eingehende Signale verrechnen, und sie legt die Richtung fest – rückwärts geht es nicht.

Gegliedert wird das Nervensystem nach zwei Gesichtspunkten. Nach dem Ort: Gehirn und Rückenmark bilden das Zentralnervensystem, alle Nerven außerhalb davon das periphere Nervensystem. Nach der Steuerbarkeit: Das somatische Nervensystem steuert die Skelettmuskeln, du kannst es bewusst einsetzen. Das vegetative Nervensystem regelt Herzschlag, Atmung, Verdauung und Drüsen und arbeitet ohne deinen Willen. Es hat zwei Gegenspieler, den Sympathikus für Anspannung und Leistung und den Parasympathikus für Ruhe und Verdauung. Beide sind immer aktiv, nur das Verhältnis verschiebt sich.

2

Reflex oder willkürliche Bewegung?

Beides endet in einer Muskelbewegung, aber der Weg des Signals ist völlig verschieden, und genau darin liegt der Unterschied in der Geschwindigkeit. Ein Reflex nimmt den kürzesten Weg: Der Reiz läuft über eine sensorische Nervenzelle ins Rückenmark, wird dort direkt oder über ein einziges Zwischenneuron auf die motorische Nervenzelle umgeschaltet und geht zurück zum Muskel. Diese Strecke heißt Reflexbogen. Sie umfasst nur zwei oder drei Neuronen, deshalb dauert sie oft weniger als 50 Millisekunden.

Eine willkürliche Bewegung beginnt dagegen in der Großhirnrinde. Von dort läuft das Signal über lange Bahnen ins Rückenmark und erst dann zum Muskel, vorher werden Absicht, Ziel und Bewegungsplan verrechnet. Das braucht Zehntel von Sekunden. Wichtig: Auch beim Reflex erfährt das Gehirn vom Geschehen – aber erst, nachdem die Bewegung bereits begonnen hat. Deshalb spürst du den Schmerz an der heißen Herdplatte, wenn die Hand schon weg ist.

Reflex

Eine feste, angeborene Antwort auf einen bestimmten Reiz. Wird im Rückenmark oder Hirnstamm verschaltet, nicht im Großhirn.

Beispiele

  • Kniesehnenreflex – Schlag auf die Sehne, der Unterschenkel schnellt vor
  • Lidschlussreflex bei einem Luftstoß ans Auge
  • Rückzug der Hand von einer heißen Platte

Signalwörter

  • immer derselbe Ablauf, nicht erlernt
  • Verschaltung über den Reflexbogen im Rückenmark
  • nur zwei bis drei beteiligte Neuronen
  • nicht willentlich unterdrückbar, Bewusstwerden erst danach

Willkürliche Bewegung

Eine geplante Bewegung, die in der Großhirnrinde entworfen und über lange Bahnen an die Muskeln gesendet wird.

Beispiele

  • nach einem Glas greifen und es anheben
  • einen Satz aufschreiben
  • ein Musikinstrument spielen

Signalwörter

  • Start im Großhirn, bewusste Absicht
  • Ablauf ist veränderbar und durch Übung trainierbar
  • viele Neuronen und Verschaltungen beteiligt
  • deutlich längere Reaktionszeit als beim Reflex
3

Der Reflexbogen an der heißen Herdplatte

Du berührst versehentlich eine heiße Herdplatte und ziehst die Hand zurück, bevor du den Schmerz bemerkst. Benenne die Stationen des Signals und erkläre, warum der Schmerz erst danach kommt.

Gegeben:

  • Reiz: starke Hitze an den Schmerzempfängern der Fingerhaut
  • Reaktion: Beugemuskeln des Arms ziehen die Hand zurück
  • Schmerz wird erst nach der Bewegung bewusst

Gesucht:

Welche Stationen durchläuft das Signal, und woher kommt die zeitliche Reihenfolge?

Lösung:

  1. Die Schmerzempfänger in der Haut wandeln den Hitzereiz in Aktionspotentiale um.
  2. Eine sensorische Nervenzelle leitet sie über die hintere Wurzel in das Rückenmark.
  3. Im Rückenmark wird über ein Zwischenneuron direkt auf die motorische Nervenzelle umgeschaltet – das Großhirn wird nicht gefragt.
  4. Die motorische Nervenzelle erregt die Beugemuskeln, die Hand geht zurück. Parallel läuft eine Abzweigung nach oben ins Gehirn, doch dieser Weg ist viel länger, deshalb wird der Schmerz erst danach bewusst.

Der Reflexbogen Haut – Rückenmark – Muskel schützt in weniger als 50 Millisekunden. Das Bewusstwerden im Großhirn folgt der Bewegung, es verursacht sie nicht.

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Jetzt bist du dran!

Aufgabe 1 von 3

Wie wird das Signal an einer Synapse von einem Neuron zum nächsten übertragen?

Wie wird das Signal an einer Synapse von einem Neuron zum nächsten übertragen?
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Das Wichtigste in Kürze

  • Das Neuron besteht aus Dendriten, Zellkörper und Axon; die Myelinscheide beschleunigt die Leitung stark.
  • Im Neuron läuft das Signal elektrisch, an der Synapse chemisch über einen Botenstoff.
  • Zentralnervensystem sind Gehirn und Rückenmark, alle übrigen Nerven bilden das periphere System.
  • Das vegetative Nervensystem arbeitet unbewusst, mit Sympathikus für Leistung und Parasympathikus für Ruhe.
  • Typischer Fehler: annehmen, der Schmerz löse das Zurückziehen der Hand aus. Der Reflexbogen läuft über das Rückenmark, der Schmerz wird erst danach bewusst.

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Das solltest du vorher können

Das kommt als Nächstes

  • Das Gehirn und seine Bereichein Arbeit
  • Hormone als Botenstoffein Arbeit