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Zentrales Nervensystem (ZNS)

Inhalt

Überblick

Das zentrale Nervensystem (ZNS) besteht aus Gehirn und Rückenmark. Seine Hauptfunktion ist die Steuerung, Regulation und Sicherstellung der elementaren Funktionen des Lebens.

Das ZNS ist in hohem Maße differenziert, dabei gehen alle Anteile aus dem gleichen zellulären Ausgangsmaterial hervor. Im Zuge der Entwicklung und Reifung kommt es zu einer Abfolge von Migrationsbewegungen, welche von kaudal (Rückenmark) bis nach kranial (Endhirn) an Komplexität bezüglich der räumlichen Struktur zunehmen und das endgültige Aussehen des Gehirns bedingen. Die funktionalen Zusammenhänge und die Anatomie des adulten Gehirns fußen maßgeblich auf dessen embryologischer Entwicklung.

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Frühembryonale Entwicklung 

Das ZNS entsteht aus dem Ektoderm. Am Ende der 3. Woche besteht die Neuralanlage aus einer pantoffelförmigen Platte, der Neuralplatte. Die Ränder der Neuralplatte richten sich zu Neuralfalten auf und bilden dabei eine kleine mediane Einsenkung, die Neuralrinne. Das kaudale Ende wird vom Primitvstreifen durchzogen und in zwei längliche Anteile untergliedert.

Die Neuralfalten wandern aufeinander zu und verschmelzen in der Mittellinie (Neurulation), wodurch aus der Neuralrinne eine Röhre wird, das Neuralrohr. Letzteres differenziert sich weiter: Aus dem kaudalen Abschnitt entspringt das Rückenmark, der kraniale Teil bildet die primären Gehirnbläschen. Diese stellen die Anlagen für Rhombencephalon, Mesencephalon und Prosencephalon dar. Die embryonalen Gehirnbläschen bleiben im Zuge der komplexen Hirnentwicklung erhalten und bilden beim Adulten die Hirnventrikel.

Die Derivate der drei Gehirnbläschen sind (von kaudal nach kranial):

  • Rhombencephalon (aus dem 3. Gehirnbläschen):
    - Myelencephalon (Medulla oblongata) mit Nuclei olivares
    - Metencephalon: Cerebellum und Pons
  • Mesencephalon (aus dem 2. Gehirnbläschen)
    - Pedunculi cerebri: Crucra cerebri und Tegmentum mesencephali
    - Tectum mesencephali: Colliculi superiores und inferiores
  • Prosencephalon (aus dem 1. Gehirnbläschen)
    - Diencephalon (kaudal): Epithalamus, Thalamus, Hypothalamus, Subthalamus, Metathalamus, N. opticus, Retina und Hypophyse
    ​- Telencephalon (kranial): Neocortex, Archicortex und Paläocortex

Im Überwiegenden gilt: Je älter die entsprechenden Areale phylogenetisch sind, desto weiter kaudal liegen sie.

Differenzierung und Reifung

Für alle Abschnitte des Neuralrohres gilt, dass diese aus dem gleichen Ausgangsmaterial hervorgehen. Die Wand des Neuralrohres besteht zunächst aus undifferenziertem, mehrreihigem Neuralepithel, in dem luminal Mitosevorgänge stattfinden. Im kranialen und kaudalen Neuralrohr laufen die gleichen Vorgänge ab: Es kommt zur Ausbildung einer medial gelegenen Population motorischer Zellen sowie einer lateralen Population sensibler Zellen.

Rückenmark

Im Rückenmark bildet sich zunächst die motorische Grundplatte und die sensible Flügelplatte heraus, umringt von der Marginalzone. Durch zunehmende Migrationsbewegungen werden diese Areale kleiner und die Marginalzone wird zur grauen Substanz. Im adulten Rückenmark finden sich Grund- und Flügelplatte als Vorderhorn und Hinterhorn wieder.

Gehirn und Hirnstamm

Im Gehirn bildet sich ebenfalls eine motorische Grund- und eine sensible Flügelplatte aus. Je nach Höhe im Hirnstamm werden diese beiden Platten unterschiedlich zu den jeweiligen parasympathischen Hirnnervenkernen ausdifferenziert. Daher lässt sich aus den Migrationsbewegungen in der Embryologie direkt die Lage der Hirnnervenkerne im Hirnstamm in seiner räumlichen Darstellung ableiten. Der Übergang zwischen Hirnstamm und Rückenmark ist also wegen der stark regulierten neuronalen Wanderungsbewegungen sehr scharf – nicht auf Grund unterschiedlichen Ausgangsmaterials.

Auch in den Bereichen kranial des Hirnstammes sind diese Vorgänge noch erkennbar: So ist beispielsweise der Thalamus als differenzierte Zellansammlung ventral der Grundplatte zu verstehen, die jedoch im adulten Gehirn sehr viel Raum einnimmt. Das Bauprinzip von motorischer Grund- und sensibler Flügelplatte mit Zellpopulationen ventral der Grundplatte und Lumen des ehemaligen Neuralrohres wird also vom kaudalsten Teil des Rückenmarks bis in den am weitesten kranialen Teil des Telencephalon beibehalten – lediglich die quantitative Verteilung der Zellpopulationen weicht jeweils voneinander ab.

Das Lumen des kaudalen Neuralrohres wird zum Zentralkanal, das des Rautenhirns bildet den vierten Ventrikel sowie den Zentralkanal der Medulla oblongata.

Prosencephalon

Morphologie

Obwohl das Ausgangsmaterial der neuronalen Strukturen von Hirnstamm, Cerebellum mit Pons und Prosencephalon identisch ist, haben sich im adulten Gehirn durch die unterschiedliche Differenzierung erhebliche Unterschiede im Vergleich zueinander ausgeprägt.

So finden sich im Prosencephalon verschiedenste "Hirnteile", bei denen es sich formal um dichte, fokale Ansammlungen von Kerngebieten handelt (z.B. Amygadala oder Hypothalasmus). Alle Anteile des Prosencephalon sind über zahlreiche Faserverbindungen miteinander verbunden. Dabei handelt es sich immer um Faserbündel, das Gehirn besitzt keine Nerven. Das zerebrale Parenchym selbst ist nicht nerval innerviert und deshalb auch nicht schmerzempfindlich.

Funktionelle Verschaltung

Während der Hirnstamm sehr viele auf- und absteigende Bahnen besitzt, finden sich diese im Prosencephalon weniger. Dort sind vor allem zwei Formen von Verschaltungen präsent: Neuronenkreise und Transmittersysteme. Beide Formen der Verschaltungen basieren auf unterschiedlichen Betrachtungsweisen. Sie sind weder hierarchisch einander gegenüberzustellen noch sind sie einander über- oder unterlegen.

Neuronenkreise sind Schaltverbindungen, bei denen bestimmte Neurone in einem Hirnteil über mehrere Stellen mit anderen Teilen verbunden sind und wieder zu sich selbst zurückführen. Das gilt u.a. für die Hippocampusformation ("Lernsystem") oder auch das zerebrale motorische System. In den Transmittersystemen geben wenige spezialisierte Neuronenverbände bestimmte Neurotransmitter in andere, konkrete Zielgebiete ab. Zu diesen zählen vor allem das Dopamin-, Serotonin- und Noradrenalinsystem.

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Quellen anzeigen
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  • T. Sadler: Medizinische Embryologie, 11. Auflage, Thieme (2008), S. 95, 386
  • M. Bähr, M. Frotscher: Neurologisch-topische Diagnostik, 9. Auflage, Thieme (2009), S. 12 f., 118 ff., S. 350 ff.
  • M. Trepel: Neuroanatomie, 4. Auflage, Urban & Fischer (2008), S. 216, 228 f.
  • M. Schünke, E. Schulte, U. Schumacher et al.: Kopf, Hals und Neuroanatomie – Prometheus, 2. Auflage, Thieme (2009), S. 250 f., 254 f., 316, 364 ff., 390 f., 400 f.
  • W. Kahle, M. Frotscher: Nervensystem und Sinnesorgane – Taschenatlas Anatomie, 10. Auflage, Thieme (2009), 32 f., 54 ff., 170 f., S. 298 ff., 308, 336 f.

Autor: Andreas Rheinländer

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