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Das Nervensystem ermöglicht die schnelle Reizverarbeitung und Steuerung des Körpers durch elektrische Impulse und gliedert sich anatomisch in das Zentrale und Periphere Nervensystem.
Das Nervensystem wird anatomisch in zwei Hauptbereiche unterteilt: Das Zentrale Nervensystem (ZNS), bestehend aus Gehirn und Rückenmark, fungiert als Schaltzentrale für die Informationsverarbeitung. Das Periphere Nervensystem (PNS) umfasst alle Nerven außerhalb des ZNS und dient als Leitungsbahn, die Reize von den Sinnesorganen zum ZNS leitet (afferent) und Befehle zu den Muskeln oder Drüsen schickt (efferent).
Funktionell unterscheiden wir zudem zwischen dem somatischen Nervensystem, das willkürliche Bewegungen steuert, und dem vegetativen (autonomen) Nervensystem, das unbewusste Prozesse wie Herzschlag oder Verdauung reguliert. Letzteres teilt sich weiter in den Sympathikus (Aktivierung, 'Fight or Flight') und den Parasympathikus (Entspannung, 'Rest and Digest') auf.
Die Grundeinheit ist das Neuron (Nervenzelle). Es besteht aus dem Soma (Zellkörper), den Dendriten, die Signale empfangen, und dem Axon, das Signale über weite Strecken weiterleitet. Viele Axone sind von einer Myelinscheide umgeben, einer Isolierschicht aus Fett und Eiweiß, die die Signalgeschwindigkeit durch die saltatorische Erregungsleitung massiv erhöht.
Im Ruhezustand weist ein Neuron ein Ruhepotenzial von etwa -70 mV auf. Dieses negative Potenzial im Zellinneren wird primär durch die Natrium-Kalium-Pumpe aufrechterhalten, die unter Energieverbrauch (ATP) drei Natrium-Ionen (Na+) nach außen und zwei Kalium-Ionen (K+) nach innen transportiert. Zudem sind Kalium-Kanäle im Ruhezustand leicht durchlässig, was zum Ausstrom von K+ führt.
Ein Aktionspotenzial entsteht, wenn ein Reiz den Schwellenwert (ca. -55 mV) am Axonhügel überschreitet. Zuerst öffnen sich spannungsgesteuerte Natrium-Kanäle, wodurch Na+ schlagartig in die Zelle einströmt. Dies führt zur Depolarisation, bei der das Zellinnere kurzzeitig positiv geladen wird (+30 mV).
Unmittelbar danach schließen sich die Natrium-Kanäle und spannungsgesteuerte Kalium-Kanäle öffnen sich. Der Ausstrom von K+ aus der Zelle führt zur Repolarisation, wodurch das Potenzial wieder in den negativen Bereich sinkt. Oft sinkt es kurzzeitig unter das Ruhepotenzial, was als Hyperpolarisation bezeichnet wird.
Während und kurz nach einem Aktionspotenzial ist die Nervenzelle für kurze Zeit nicht erneut erregbar. Diese Phase nennt man Refraktärzeit. Sie stellt sicher, dass das Signal nur in eine Richtung entlang des Axons wandert und nicht zurücklaufen kann.
Die Informationsübertragung zwischen zwei Neuronen erfolgt an der Synapse. Hier wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt. Neurotransmitter (Botenstoffe) werden aus Vesikeln in den synaptischen Spalt ausgeschüttet und binden an Rezeptoren der Zielzelle, was dort ein neues elektrisches Signal auslösen kann.
