Du siehst einen Ball auf dich zufliegen und hebst die Hände. Zwischen Lichtreiz und Bewegung vermittelt dein Nervensystem: Es nimmt Informationen auf, verarbeitet sie und steuert die Antwort.
Ein Reiz ist eine Einwirkung, etwa Licht, Druck oder Wärme. Rezeptoren nehmen passende Reize auf und wandeln sie in elektrische Signale um. Diese Erregung kann im Nervensystem weitergeleitet werden. Die Reaktion ist die Antwort, zum Beispiel eine Muskelbewegung.
Nicht der Ball oder das Licht „läuft durch den Nerv“. Weitergegeben wird Information in Form elektrischer und chemischer Signale.
Wie das Nervensystem gegliedert ist
ZNS · zentrale Verarbeitung
Gehirn und Rückenmark bilden das zentrale Nervensystem. Sie verknüpfen eingehende Informationen und koordinieren Antworten.
PNS · Verbindung mit dem Körper
Das periphere Nervensystem umfasst Nerven und Nervenknoten außerhalb des ZNS. Sensorische Bahnen führen Informationen hinein, motorische Bahnen führen Befehle hinaus.
Bereich des Gehirns
Wichtige Aufgaben
Großhirn
Bewusste Wahrnehmung, Denken, Gedächtnis und Planung willkürlicher Bewegungen; viele Funktionen beruhen auf zusammenarbeitenden Netzwerken.
Kleinhirn
Koordination und Feinabstimmung von Bewegungen, Gleichgewicht und motorisches Lernen.
Hirnstamm
Verbindungswege und wichtige automatische Funktionen, darunter Regulation von Atmung und Kreislauf.
Das Rückenmark ist mehr als eine Leitung: Es enthält auch Schaltungen für Reflexe. Gehirn und Rückenmark sind durch Knochen, Hirn- beziehungsweise Rückenmarkshäute und Flüssigkeit geschützt.
Richtungen merken:Afferent heißt zum ZNS hin, efferent vom ZNS weg. Ein peripherer Nerv kann beide Arten von Fasern enthalten. Die Richtung bezieht sich auf die einzelne Bahn, nicht zwingend auf den gesamten Nerv.
Nervenzell-Labor: Bau und Funktion verbinden
Wähle eine Struktur. Verfolge danach den üblichen Signalweg von den Dendriten bis zu den Endknöpfchen.
Dendriten · Signale aufnehmen
Die verzweigten Fortsätze nehmen Signale anderer Zellen auf. Viele Eingänge können gleichzeitig auf eine Nervenzelle wirken.
Auf schmalen Bildschirmen kannst du Schaubilder seitlich verschieben. Die Großansicht vergrößert die Modelle in diesem Labor.
Wie eine Nervenzelle Information weiterleitet
Zwischen Zellinnerem und Umgebung besteht eine elektrische Spannung. Beim Aktionspotenzial ändert sie sich kurzzeitig, weil sich Ionenkanäle öffnen und schließen. Diese Änderung löst am nächsten Axonabschnitt eine neue Änderung aus.
Wird die nötige Schwelle erreicht, entsteht ein vollständiges Aktionspotenzial: Alles-oder-nichts-Prinzip. Ein stärkerer Reiz führt bei vielen Sinnesbahnen zu häufigeren Impulsen und zur Aktivierung weiterer Fasern, nicht zu beliebig höheren einzelnen Aktionspotenzialen.
Vertiefung: Bei myelinisierten Axonen wird die Erregung zwischen den Schnürringen passiv ausgebreitet; Aktionspotenziale entstehen an den Schnürringen neu. Es springen keine Teilchen über die Zwischenräume.
An der Synapse wechselt die Art der Übertragung
Eine Synapse ist eine Kontaktstelle zwischen einer Nervenzelle und einer Zielzelle. Bei einer chemischen Synapse berühren sich deren Zellinneres nicht. Ein schmaler Spalt trennt die Membranen; Neurotransmitter überbrücken ihn als Botenstoffe.
1 · Ankunft am Endknöpfchen
Ein Aktionspotenzial erreicht die präsynaptische Membran. Spannungsabhängige Calciumkanäle öffnen sich; Calcium strömt in das Endknöpfchen.
Kreise im Endknöpfchen: Vesikel mit Transmitter · orange Punkte: Transmitter · grüne Bindungsstellen: Rezeptoren.
Elektrisch am Axon → chemisch durch den Spalt → elektrische Änderung an der Zielzelle. Erregende und hemmende Einflüsse werden zusammen verrechnet. Eine einzelne Synapse löst deshalb nicht immer sofort ein Aktionspotenzial aus.
Präsynaptisch bedeutet auf der sendenden Seite, postsynaptisch auf der empfangenden Seite. Vesikel sind kleine membranumhüllte Bläschen. Bei der Freisetzung verschmilzt ihre Membran mit der präsynaptischen Membran; die Botenstoffe gelangen nach außen. Im Modell sind Ionenkanäle und Calcium nicht eingezeichnet.
Reflexe: schnelle, unwillkürliche Antworten
Ein Reflex ist eine durch einen Reiz ausgelöste, weitgehend gleichartige und unwillkürliche Reaktion. Beim Rückziehreflex wird eine gefährdete Hand schnell zurückgezogen. Die folgenden Stationen erklären den Weg; sie sind keine Aufforderung, Schmerzreize auszuprobieren.
1 · Reiz wird aufgenommen
Ein schädigender Reiz erregt freie Nervenendigungen in der Haut. Reizaufnahme und Weiterleitung starten den Reflex; der Reiz selbst wandert nicht durch den Nerv.
Reflex
Bewusste Handlung
Verschaltung ermöglicht eine schnelle Antwort ohne bewussten Entschluss.
Information wird bewusst beurteilt; die gewählte Antwort kann je nach Situation verschieden sein.
Beispiel: Hand bei schädigendem Reiz zurückziehen.
Beispiel: einen Ball gezielt werfen oder sich gegen das Fangen entscheiden.
Kniesehnenreflex: Dehnung des Oberschenkelmuskels aktiviert Muskelspindeln. Im einfachsten erregenden Weg schaltet eine sensorische Nervenzelle direkt auf eine motorische um: monosynaptischer Eigenreflex. Beim Rückziehreflex liegen Schaltneurone dazwischen: polysynaptischer Fremdreflex. „Eigen“ bedeutet, dass Rezeptor und reagierender Muskel im selben Organ liegen.
Nicht jeder Reflex wird im Rückenmark verschaltet. Beim Pupillenlichtreflex liegen wichtige Schaltstellen im Hirnstamm. Ein Reflex ist daher nicht allgemein eine Reaktion „ohne Gehirn“, sondern eine Antwort ohne notwendigen bewussten Entschluss.
Willkürliche Bewegung und automatische Regulation
Somatisches Nervensystem
Erfasst unter anderem Körper- und Umweltreize und steuert Skelettmuskeln. Auch unwillkürliche Skelettmuskelreflexe gehören dazu.
Vegetatives Nervensystem
Reguliert unter anderem Herz, Drüsen und glatte Muskulatur. Viele Vorgänge laufen ohne bewusste Steuerung ab.
Sympathikus und Parasympathikus sind Teile des vegetativen Nervensystems. Bei körperlicher Aktivität kann der Sympathikus den Herzschlag beschleunigen und Verdauungsaktivität dämpfen. In Ruhe unterstützt der Parasympathikus unter anderem Verdauung und eine niedrigere Herzfrequenz. Beide wirken organspezifisch und sind keine einfachen Gesamtschalter für „an“ und „aus“.
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Mit Erklärungen üben oder dein Wissen testen – du entscheidest.
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Alle 18 Aufgaben mit Lösungen zum Nachlesen
1 · Erkennen und zuordnen
1. Welche Strukturen bilden das zentrale Nervensystem?
Gehirn und Rückenmark
Alle Muskeln und Sehnen
Nur Nerven außerhalb des Gehirns und Rückenmarks
Lösung und Erklärung
Gehirn und Rückenmark
Das ZNS umfasst Gehirn und Rückenmark. Nerven außerhalb davon gehören zum PNS.
2. Was bedeutet afferent?
Vom ZNS wegführend
Ausschließlich innerhalb eines Muskels liegend
Zum ZNS hinführend
Lösung und Erklärung
Zum ZNS hinführend
Afferente Bahnen bringen etwa sensorische Information zum zentralen Nervensystem.
3. Welche Aufgabe haben Dendriten im typischen Nervenzellmodell?
Den Muskel direkt mechanisch ziehen
Signale anderer Zellen aufnehmen
Alle Transmitter im Blut herstellen
Lösung und Erklärung
Signale anderer Zellen aufnehmen
Dendriten sind verzweigte Fortsätze, an denen viele Signale eintreffen können.
4. Welche Struktur leitet Aktionspotenziale zu den Endknöpfchen?
Das Axon
Die Gelenkkapsel
Der synaptische Spalt als durchgehendes Kabel
Lösung und Erklärung
Das Axon
Das Axon führt die Erregung weiter. An den Endknöpfchen kann eine Übertragung auf Zielzellen folgen.
5. Was überbrückt den Spalt einer chemischen Synapse als Botenstoff?
Der ursprüngliche Lichtstrahl
Ein vollständiges Axon, das durch den Spalt wandert
Neurotransmitter
Lösung und Erklärung
Neurotransmitter
Transmitter werden freigesetzt und binden an passende Rezeptoren der Zielzelle.
6. Welche Eigenschaft kennzeichnet einen Reflex?
Eine Antwort, bei der grundsätzlich keine Nervenzelle beteiligt ist
Eine weitgehend gleichartige Reaktion ohne notwendigen bewussten Entschluss
Eine immer frei gewählte Handlung nach langem Nachdenken
Lösung und Erklärung
Eine weitgehend gleichartige Reaktion ohne notwendigen bewussten Entschluss
Reflexschaltungen ermöglichen eine schnelle, unwillkürliche Antwort auf einen Reiz.
2 · Anwenden und erklären
1. Du siehst einen Ball und hebst die Hände. Was ist hier die Reaktion?
Das Heben der Hände
Das Licht vom Ball
Die elektrische Erregung in einer sensorischen Bahn
Lösung und Erklärung
Das Heben der Hände
Reizaufnahme, Erregungsleitung und sichtbare Antwort sind unterschiedliche Schritte.
2. Welche Reihenfolge passt zur chemischen Synapse?
Rezeptorwirkung → Licht im Spalt → Knochenbewegung → Calciumeinstrom
Transmitterabbau → Muskelteilung → Aktionspotenzial ohne Zielzelle
Sensorische und motorische Abschnitte sind über Schaltneurone im Rückenmark verbunden.
6. Beim Laufen wird der Herzschlag unter anderem durch sympathische Aktivität beschleunigt. Welchem Bereich gehört dies an?
Nur das knöcherne Skelett
Vegetatives Nervensystem
Ausschließlich willkürliche Steuerung der Handmuskeln
Lösung und Erklärung
Vegetatives Nervensystem
Das vegetative Nervensystem reguliert unter anderem Herz, Drüsen und glatte Muskulatur.
3 · Prüfen und übertragen
1. Warum ist ein Nerv nicht mit einer einzelnen Nervenzelle gleichzusetzen?
Ein Nerv enthält viele Nervenfasern mit Hüllen und weiteres Gewebe
Ein Nerv besteht aus genau einem Zellkern ohne Fortsätze
Nerven enthalten grundsätzlich keine Axone
Lösung und Erklärung
Ein Nerv enthält viele Nervenfasern mit Hüllen und weiteres Gewebe
Ein peripherer Nerv bündelt viele Fasern und enthält unter anderem Bindegewebe und Blutgefäße.
2. Warum bedeutet „Reflex ohne bewussten Entschluss“ nicht „das Gehirn erfährt nichts“?
Bei Reflexen wird jede Verbindung zum Gehirn dauerhaft getrennt
Nur bewusste Vorgänge können Signale weiterleiten
Information kann parallel zum Gehirn gelangen; manche Reflexe werden im Hirnstamm verschaltet
Lösung und Erklärung
Information kann parallel zum Gehirn gelangen; manche Reflexe werden im Hirnstamm verschaltet
Auslösung und bewusste Wahrnehmung sind zu unterscheiden. Ein kurzer Reflexweg schließt Gehirnbeteiligung nicht aus.
3. Was beschreibt die schnelle Leitung an einem myelinisierten Axon angemessen?
Myelin wandelt alle Signale in sichtbares Licht um
Aktionspotenziale entstehen an Schnürringen neu; dazwischen breitet sich die Änderung passiv aus
Ganze Teilchen springen über leere Zwischenräume
Lösung und Erklärung
Aktionspotenziale entstehen an Schnürringen neu; dazwischen breitet sich die Änderung passiv aus
Die saltatorische Leitung ist kein räumlicher Sprung von Teilchen. Myelin und Schnürringe ermöglichen die schnelle Weiterleitung.
4. Warum löst eine einzelne erregende Synapse nicht zwingend sofort ein Aktionspotenzial aus?
Erregende und hemmende Einflüsse werden gemeinsam verrechnet
Jede Zielzelle besitzt grundsätzlich keine Ionenkanäle
Nur die Größe des ganzen Gehirns entscheidet
Lösung und Erklärung
Erregende und hemmende Einflüsse werden gemeinsam verrechnet
Die Summe der Einflüsse muss die nötige Schwelle erreichen. Eine einzelne Übertragung kann dafür zu schwach sein.
5. Warum muss freigesetzter Transmitter entfernt oder abgebaut werden?
Damit das ganze Axon nach jedem Signal verschwindet
Damit die Rezeptoren niemals wieder reagieren
Damit seine Wirkung endet und neue Signale getrennt wirksam werden können
Lösung und Erklärung
Damit seine Wirkung endet und neue Signale getrennt wirksam werden können
Die Beendigung der Botenstoffwirkung verhindert eine durch diesen Transmitter anhaltende Aktivierung.
6. Welche Gegenüberstellung der Reflexe stimmt?
Rückziehreflex: Rezeptor und Effektor immer dieselbe Hautzelle
Kniesehnenreflex: einfachster erregender Weg monosynaptisch; Rückziehreflex: polysynaptisch
Beide benötigen grundsätzlich einen bewussten Entschluss
Lösung und Erklärung
Kniesehnenreflex: einfachster erregender Weg monosynaptisch; Rückziehreflex: polysynaptisch
Beim Rückziehreflex vermitteln Schaltneurone zwischen sensorischen und motorischen Nervenzellen.
Wie sicher bist du jetzt?
Bearbeite drei weitere Aufgaben ohne Nachschlagen. Nutze die Rückmeldung, um gezielt weiterzulernen.
Entscheide ohne Nachschlagen. Pro Aufgabe passt genau eine Antwort.
Lösungen mit Erklärungen
Die Antwort braucht keinen vorherigen bewussten Entschluss – Beim Rückziehreflex wird Information auch zum Gehirn geleitet. Andere Reflexe haben Schaltstellen im Hirnstamm.
Durch eine höhere Impulsfrequenz und gegebenenfalls weitere aktive Fasern – Das Alles-oder-nichts-Prinzip schließt eine Codierung über Häufigkeit und aktive Faserzahl nicht aus.
Sympathikus und Parasympathikus wirken organspezifisch an der Regulation mit – Das Zusammenspiel hängt von Organ und Situation ab. Eine einfache An-Aus-Regel bildet es nicht ausreichend ab.
Die Aufgaben sind unterschiedlich. Die Ergebnisse geben dir eine kurze Orientierung zu deinem Lernstand.
Weitere Aufgaben zum Selbstcheck
14 Aufgaben: Wissen anwenden und Zusammenhänge erklären
Löse zunächst ohne Hilfe. Die Tipps führen zum Ansatz; die Lösungen zeigen, welche Fachbegriffe und Begründungen dazugehören.
1 · Unterscheide Reiz, Erregung und Reaktion am fliegenden Ball.
Tipp anzeigen
Licht, Information und Bewegung sind verschiedene Schritte.
Lösung anzeigen
Licht vom Ball ist der Reiz. Die Netzhaut wandelt ihn in elektrische Signale um; Nervenbahnen leiten Information zum Gehirn. Die Hände heben ist die Reaktion.
2 · Ordne Gehirn, Rückenmark und Armnerv zu.
Tipp anzeigen
ZNS bedeutet zentral.
Lösung anzeigen
Gehirn und Rückenmark gehören zum ZNS. Ein Armnerv außerhalb des ZNS gehört zum PNS.
3 · Was bedeuten afferent und efferent?
Tipp anzeigen
Beziehe die Richtung immer auf das ZNS.
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Afferent: zum ZNS hin, beispielsweise sensorische Information. Efferent: vom ZNS weg, beispielsweise motorische Befehle.
4 · Beschreibe den Bau einer typischen Nervenzelle.
Tipp anzeigen
Beginne bei den kurzen Verzweigungen.
Lösung anzeigen
Dendriten nehmen Signale auf; der Zellkörper verarbeitet sie. Das Axon leitet Erregung weiter, häufig mit isolierenden Myelinscheiden. Endknöpfchen übertragen Signale auf Zielzellen.
5 · Warum ist ein Nerv nicht dasselbe wie eine Nervenzelle?
Tipp anzeigen
Denke an ein Bündel.
Lösung anzeigen
Ein Nerv enthält viele Nervenfasern, also Axone mit zugehörigen Hüllen, sowie Bindegewebe und Blutgefäße. Eine Nervenzelle ist eine einzelne Zelle mit Zellkörper und Fortsätzen.
6 · Wie unterstützt Myelin die schnelle Leitung?
Tipp anzeigen
Wo entstehen neue Aktionspotenziale?
Lösung anzeigen
Myelin isoliert Axonabschnitte. Zwischen den Scheiden liegen Schnürringe, an denen Aktionspotenziale neu entstehen. So ist die Weiterleitung schneller als bei vergleichbaren unmyelinisierten Fasern.
7 · Ordne die vier Vorgänge der chemischen Synapse.
Tipp anzeigen
Ankunft → Freisetzung → Bindung → Beendigung.
Lösung anzeigen
Aktionspotenzial und Calciumeinstrom; Vesikelfusion und Transmitterfreisetzung; Bindung an Rezeptoren und elektrische Wirkung; Entfernung beziehungsweise Abbau der Transmitter.
8 · Warum muss der Transmitter wieder entfernt werden?
Tipp anzeigen
Was wäre ohne Beendigung möglich?
Lösung anzeigen
Die Rezeptoren sollen nicht dauerhaft vom freigesetzten Transmitter aktiviert werden. Entfernung beziehungsweise Abbau beendet die Wirkung und ermöglicht getrennte neue Signale.
9 · Zeichne den Rückziehreflex als Pfeilkette.
Tipp anzeigen
Nenne auch beide Nervenrichtungen.
Lösung anzeigen
Hautrezeptor → sensorische/afferente Bahn → Schaltneurone im Rückenmark → motorische/efferente Bahn → Muskel. Zusätzlich erreicht Information das Gehirn.
10 · „Bei einem Reflex erfährt das Gehirn nichts.“ Korrigiere.
Tipp anzeigen
Kurzer Auslöseweg ist nicht völlige Abkopplung.
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Beim Rückziehreflex kann die Antwort über das Rückenmark ausgelöst werden. Gleichzeitig wird Information zum Gehirn geleitet, sodass der Reiz bewusst wahrgenommen werden kann.
11 · Vergleiche Kniesehnen- und Rückziehreflex.
Tipp anzeigen
Zahl der Synapsen und Lage von Rezeptor und Effektor.
Lösung anzeigen
Der einfachste erregende Weg des Kniesehnenreflexes ist monosynaptisch; Rezeptor und Effektor liegen im selben Muskel. Der Rückziehreflex ist polysynaptisch und verbindet Hautrezeptoren mit Muskeln.
12 · Beim Laufen steigt die Herzfrequenz. Ordne die Regulation ein.
Tipp anzeigen
Herz ist keine willkürlich bewegte Skelettmuskulatur.
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Die Anpassung wird unter anderem vegetativ gesteuert. Sympathische Aktivität kann die Herzfrequenz steigern; parasympathische Aktivität kann sie senken. Das Zusammenspiel hängt von der Situation ab.
13 · In einem Gedankenexperiment können Vesikel nicht mit der Membran verschmelzen. Was fällt an dieser chemischen Synapse aus?
Tipp anzeigen
Ein ankommendes Aktionspotenzial allein überquert den Spalt nicht.
Lösung anzeigen
Die Freisetzung des in den Vesikeln gespeicherten Transmitters bleibt aus. Deshalb fehlt seine Wirkung auf die Rezeptoren der Zielzelle, auch wenn am Endknöpfchen ein Aktionspotenzial ankommt.
14 · Darf man aus einer schnellen Reaktion schließen, dass das Gehirn nicht beteiligt ist?
Tipp anzeigen
Vergleiche Auslösung und Wahrnehmung beim Rückziehreflex.
Lösung anzeigen
Nein. Der Rückziehreflex kann im Rückenmark ausgelöst werden; gleichzeitig gelangt Information zum Gehirn. Außerdem werden manche Reflexe im Hirnstamm verschaltet. Geschwindigkeit allein bestimmt den Signalweg nicht.
