Die Bausteine 27. Was Nervenzellen und Gliazellen machen. Wie Sehen, Hören, Fühlen und anderes funktioniert

Transkript

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2 Inhalt Vorwort 7 Einführung 13 Was man unbedingt wissen muss Die Bausteine 27 Was Nervenzellen und Gliazellen machen Der Input 49 Wie Sehen, Hören, Fühlen und anderes funktioniert Der Output 77 Wie wir uns bewegen, sprechen und wie die Organe gesteuert werden Die Veränderungen 101 Wie das Gehirn sich entwickelt und lernt Die Höchstleistungen 121 Was wir über Denken, Bewusstsein und Sprache wissen Die Erkrankungen 143 Was bei Alzheimer, Epilepsie oder Schlaganfall passiert Die Methoden 171 Wie das Gehirn untersucht wird

3 Nachwort 187 Danksagung 189 Literatur 190 Glossar und Index 191

4 Eine der Hauptaufgaben des Gehirns besteht darin zu registrieren, was um uns herum passiert, und diese Informationen der Umgebung sinnvoll zu verarbeiten. Aber auch Informationen aus dem eigenen Körper müssen ständig registriert und ausgewertet werden. Das Gehirn erhält also laufend Informationen, die von spezialisierten Teilen des Gehirns 153 aufgenommen und verarbeitet werden und die wir als unsere Sinne bewusst wahrnehmen oder unbewusst zur Steuerung von Körperfunktionen benötigen. In diesem Kapitel werden die Funktion der klassischen fünf Sinne unseres Körpers und die Rolle des Gehirns bei den Sinnesleistungen dargestellt. Fühlen Wenn man die Rauheit einer Oberfläche ertastet, die Kälte eines Eisstückes in der Hand bemerkt oder schmerzhaft erlebt, dass man von einer Biene gestochen wird, dann handelt es sich dabei um Empfindungen, die man von der Haut erfährt und mit dem Gehirn wahrnimmt. 156 Das Gehirn ermöglicht fantastische Leistungen: So können wir Dickenunterschiede von weniger als einem zehntel Millimeter und Temperaturunterschiede von einem Grad Celsius registrieren. Schmerzen sind ein sehr effektives Mittel, den Menschen vor weiteren Verletzungen zu warnen und zu bewahren. Menschen, die keine Schmerzwahrnehmung haben, erleiden vielfältige Verletzungen und haben dadurch eine geringere Lebenserwartung.

5 Wie Sehen, Hören, Fühlen und anderes funktioniert 51! Die Fühlinformation erreicht über drei Nervenzellen die Großhirnrinde. Die Fühlinformation der Haut muss zum Gehirn gelangen, um hier wahrgenommen zu werden. Dies geschieht durch drei hintereinandergeschaltete Gruppen von Nervenzellen. 110 Die erste transportiert die Information von der Haut über die Nerven zum Rückenmark, wo die Information über Kontaktstellen 167 auf eine zweite Gruppe von Nervenzellen übertragen wird. Diese leitet die Information durch das Rückenmark über den Hirnstamm bis zu einer zweiten Umschaltstelle im Inneren des Gehirns, 170 wo die Information über die Kontaktstellen auf eine dritte Gruppe von Nervenzellen übertragen wird. Diese Gruppe bringt die Information dann an eine Stelle der Großhirnrinde, 35 die sich etwa ein Finger breit und lang vom Scheitel Richtung Ohr zieht und an der die bewusste Wahrnehmung der Fühlinformation im Gehirn beginnt. 62, 135 Man kann sich das wie eine historische Postverbindung vorstellen, bei der die Briefe vom Absender mit einem Reiter zu einer Poststation gebracht wurden, wo ein zweiter Reiter sie entgegennahm und zur nächsten Poststation ritt, in der die Briefe einem dritten Reiter übergeben wurden, der sie dann schließlich dem Empfänger überbrachte.! Die Fühlinformation wird von der jeweils gegenüber liegenden Gehirnhälfte verarbeitet. Auf dem Weg von der Haut zur Großhirnrinde wechselt die Fühlinformation zudem die Seite. Was man mit dem linken Finger fühlt, wird mit der rechten Großhirnhälfte verarbeitet, und umgekehrt wird die Fühlinformation der

6 52 Der Input a f e d c b a Teil der Hirnrinde, in dem die bewusste Wahrnehmung von 62, 135 Fühlinformation beginnt b Teil der Hirnrinde, in dem die bewusste Wahrnehmung von Sehinformation beginnt 136 c Teil der Hinrinde, der an der bewussten Wahrnehmung komplexer Sehinformation wie Farben und Gesichter beteiligt ist 150 d Teil der Hirnrinde, in dem die bewusste Wahrnehmung der Hör information beginnt 133 e Teil der Hirnrinde, der an der bewussten Wahrnehmung komplexer Hörinformation wie Musik und Sprache beteiligt ist 149 f knollenartige, kleine Ausstülpungen des Gehirns, in denen die Riechinformation neu geordnet und verschaltet wird 30

7 Wie Sehen, Hören, Fühlen und anderes funktioniert 53 gesamten rechten Körperseite vom zuständigen Bereich der linken Großhirnrinde wahrgenommen. Solche Kreuzungen, die dem Gehirn eigentlich keinen Vorteil bieten, kennen wir auch im täglichen Leben, wenn man beim Fahrradfahren, um nach links abzubiegen, den Lenker mit dem rechten Arm bewegen muss. An welcher Stelle der Seitenwechsel jeweils erfolgt, ist dabei von der Art der Sinnesinformation abhängig. So wechselt die Schmerz- und Temperaturinformation bereits im Rückenmark die Körperhälfte, während dies bei reinen Berührungsempfindungen wie Druck oder Vibrationen erst sehr viel weiter oben, im Hirnstamm, der Fall ist. Von der Autobahn kennen wir Schilder, die auf die baldige Sperrung einer Fahrspur hinweisen. Einige Fahrzeuge wechseln dann sofort nach dem Hinweisschild die Spur, während andere Fahrer sich erst später, kurz vor der tatsächlichen Sperrung, einordnen. Von Bedeutung sind die unterschiedlichen Kreuzungsstellen, wenn es zu einseitigen und kopfnahen Verletzungen des Rückenmarks kommt. Dann ist die betroffene Körperseite nämlich nicht ihrer gesamten Fühlinformation beraubt, sondern lediglich das Empfinden von Berührungen ist nicht mehr möglich, wohl aber das von Schmerz und Temperatur, da diese Information bereits auf die ungeschädigte Seite des Rückenmarks gewechselt ist und dort zum Gehirn ziehen kann.! Die Fühlinformation wird elektrisch geleitet und verarbeitet. Bereits in der Haut befinden sich eigene Strukturen 132 oder spezielle Fortsätze einer ersten Gruppe von Nervenzellen, die Verformungen der Haut, Auftreten von Hitze und Kälte oder Verletzungen in Spannungspulse 8 umsetzen. Dazu gibt es spezielle Körperchen, 78, 94 die sich bei

8 54 Der Input solchen Ereignissen umformen und Natriumteilchen einströmen lassen. Ist deren Anzahl groß genug, werden andere Körperchen 78, 157 aktiviert, die Natriumteilchen in großer Zahl in die Nervenzelle gelangen lassen. Es entstehen ein, mehrere oder viele Spannungspulse, die von der ersten Gruppe der Nervenzellen durch die Nerven weitergeleitet werden und an einer zweiten Gruppe im Rückenmark mittels der Kontaktstellen 167 wiederum Spannungspulse erzeugen. Diese lösen dann ihrerseits an den Kontakten der zweiten Umschaltstelle im Gehirn auch in einer dritten Gruppe von Nervenzellen Spannungspulse aus, die daraufhin zur Großhirnrinde laufen, wo sie wiederum von anderen Nervenzellen verarbeitet werden.! Die Fühlinformation wird unterschiedlich schnell geleitet. Die Nervenzellfortsätze 23 unterscheiden sich dabei nach der Art der Fühlinformation, die mit ihnen transportiert wird. Dies führt dazu, dass die Spannungspulse unterschiedlich schnell geleitet werden, je nachdem, was für eine Sinnesinformation vermittelt wird. So sind die Nervenzellfortsätze, die Druck und Berührung vermitteln, sehr dicht von Gliazellen umgeben; 103 sie sind daher schnellleitend und können die Spannungspulse mit einer Geschwindigkeit von über dreihundert Kilometern pro Stunde der Geschwindigkeit eines modernen Hochgeschwindigkeitszuges zum Gehirn transportieren. Demgegenüber sind die Nervenzellfortsätze, die Schmerz- und Temperaturempfindung transportieren, kaum durch Gliazellen isoliert, leiten daher bis zu einhundertmal langsamer und erreichen nur die Geschwindigkeit eines Fußgängers. Obschon auch hier die Fühlinformation vom großen Zeh bis zur Großhirnrinde weniger als eine Sekunde benötigt, reicht dieser Unterschied schon aus, um ein Fühlereignis