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Abb. 3 zeigt einen Querschnitt durch das Rückenmark. Die schmetterlingsförmige Region in der Mitte nennt man graue Substanz. Sie enthält Nervenzellkörper. Den vorderen Teil der grauen Substanz nennt man Vorderhorn, den hinteren Teil Hinterhorn. Das Hinterhorn erhält über die dorsale Wurzel des Spinalnervs sensible Informationen wie Tast-, Druck-, Hitze- oder Schmerzempfindungen aus dem Körper und der Haut. Die Zellkörper dieser Axone (Abb. 4) liegen im Spinalganglion, also ausserhalb des Rückenmarks aber innerhalb des Wirbelkanals. Im Vorderhorn liegen die Zellkörper der Motoneurone, deren Fasern die Befehle für die Bewegungen zu den Muskeln weiterleiten.

Abb. 3: Aufbau des Rückenmarks auf zellulärer und funktionaler Ebene. Die Zellkörper der Nerven der absteigenden motorischen Bahnen liegen im Gehirn. Ihr Axon verbindet sie mit einem spezifischen Motoneuron oder Schaltkreis eines bestimmten Rückenmarksegments. Das Signal gelangt somit vom Gehirn über das Motoneuron in die Peripherie und löst dort im Muskel eine Kontraktion aus. Die aufsteigenden sensorischen Bahnen leiten sensorische Signale aus der Peripherie über das Rückenmark ins Gehirn.

In der aussen liegenden weissen Substanz des Rückenmarks verlaufen dagegen die Nervenfaserbahnen von vielen Tausenden Fasern (Axone), genauer die aufsteigenden sensorischen Fasern und die absteigenden motorischen Fasern. Die hellere Farbe der weissen Substanz ist auf die Myelinschicht zurückzuführen. Diese wird von Oligodendrozyten Zellen gebildet, die bis zu 40 verschiedene Nervenfasern gleichzeitig ummanteln.

Das Myelin ist für eine rasche Übertragung des Nervensignals unerlässlich (Abb. 4). Sowohl in der weissen als auch in der grauen Substanz sind weitere Zelltypen vorhanden wie Blutgefässzellen oder verschiedene Typen Gliazellen, welche die Nervenzellen ernähren und unterhalten. Oligodendrozyten gehören beispielsweise zu den Gliazellen. Die absteigenden motorischen Bahnen verlaufen ventral (bauchseitig) und kontrollieren die Bewegungen der glatten Muskeln der inneren Organe sowie der gestreiften Muskeln, die zum Bewegungsapparat gehören; sie unterstützen zudem das autonome Nervensystem bei der Regulation von Blutdruck, Temperatur und der Reaktion auf Stress. Die Zellkörper dieser motorischen Nerven liegen im Gehirn und senden elektrische Signale entlang ihres Axons zu bestimmten Segmenten des Rückenmarks, wo das Signal auf ein Motoneuron übertragen wird. Dieses Motoneuron leitet das Signal weiter in die Peripherie des Körpers und löst dort eine Muskelkontraktion aus. Die aufsteigenden, dorsalen Bahnen übertragen sensorische Signale aus der Haut und den Organen auf die Nervenzellen spezifischer Segmente des Rückenmarks und leiten sie von dort zum Gehirn. Die sensorischen Reize stammen von verschiedenen spezialisierten Rezeptoren z. B. in der Haut, wo sie Druckunterschiede oder die Temperatur wahrnehmen, oder von Zellen, welche z. B. einen vollen Magen registrieren und somit den Zustand der inneren Organe überwachen.

Im Rückenmark gibt es zudem neuronale Netzwerke, die unabhängig vom Gehirn durch sensorische Signale aus der Peripherie aktiviert werden können. Dazu gehören unter anderem die Reflexe. Ein weiteres Beispiel ist die Schreitbewegung, die schon beim Neugeborenen ausgeprägt ist: Hält man ein neugeborenes Kind unter den Armen und lässt seine Füsse den Boden berühren, so beginnt es Schreitbewegungen zu machen. Zu diesem Zeitpunkt der Entwicklung sind die Nervenverbindungen, die das Gehirn mit dem Rückenmark verbinden, noch wenig ausgereift. Die im Rückenmark liegenden, neuronalen Netzwerke hingegen sind schon funktionstüchtig.

Abb. 4: Aufbau einer Nervenzelle.

Der Zellkörper der Nervenzelle hat verschiedene Fortsätze: Mehrere Dendriten empfangen Nervensignale von anderen Zellen, das Axon ist von einer Myelinschicht umgeben und leitet das Signal weiter zur nächsten Zelle. Die Synapse ist der Ort der Erregungsübertragung von einer Zelle zur nächsten.