Von den vielen Arten neuronaler Aktivität gibt es eine einfache Art, bei der ein Reiz zu einer unmittelbaren Handlung führt. Dies ist die reflexartige Aktivität. Das Wort Reflex (von lateinisch reflexus, „Reflexion“) wurde von einem englischen Neurologen des 19. Jahrhunderts, Marshall Hall, in die Biologie eingeführt, der das Wort prägte, weil er sich die Muskeln so vorstellte, dass sie einen Reiz reflektieren, ähnlich wie eine Wand einen gegen sie geworfenen Ball reflektiert. Unter Reflex verstand Hall die automatische Reaktion eines Muskels oder mehrerer Muskeln auf einen Reiz, der einen afferenten Nerv erregt. Der Begriff wird heute verwendet, um eine Handlung zu beschreiben, die eine angeborene Aktivität des Zentralnervensystems ist, bei der ein bestimmter Reiz durch Erregung eines afferenten Nervs eine stereotype, unmittelbare Reaktion eines Muskels oder einer Drüse hervorruft.
Die anatomische Bahn eines Reflexes wird Reflexbogen genannt. Er besteht aus einem afferenten (oder sensorischen) Nerv, in der Regel einem oder mehreren Interneuronen im Zentralnervensystem, und einem efferenten (motorischen, sekretorischen oder sekretomotorischen) Nerv.
Die meisten Reflexe haben mehrere Synapsen im Reflexbogen. Der Dehnungsreflex ist insofern eine Ausnahme, als er ohne Interneuron im Bogen nur eine Synapse zwischen der afferenten Nervenfaser und dem motorischen Neuron hat (siehe unten Bewegung: Die Regulation der Muskelkontraktion). Der Beugereflex, der eine Gliedmaße von einem schädlichen Reiz entfernt, hat mindestens zwei Interneuronen und drei Synapsen.
Der wohl bekannteste Reflex ist der Pupillenlichtreflex. Wird ein Licht in der Nähe eines Auges angezündet, ziehen sich die Pupillen beider Augen zusammen. Das Licht ist der Reiz, die Impulse erreichen das Gehirn über den Sehnerv, und die Reaktion wird über autonome Nerven, die das Auge versorgen, an die Pupillenmuskulatur weitergeleitet. Ein weiterer Reflex, der das Auge betrifft, ist der so genannte Tränenreflex. Wenn etwas die Bindehaut oder die Hornhaut des Auges reizt, führt der Tränenreflex dazu, dass Nervenimpulse entlang des fünften Hirnnervs (Trigeminus) zum Mittelhirn gelangen. Das ableitende Glied dieses Reflexbogens ist autonom und hauptsächlich parasympathisch. Diese Nervenfasern stimulieren die Tränendrüsen der Augenhöhle, was den Tränenfluss auslöst. Weitere Reflexe des Mittelhirns und der Medulla oblongata sind der Husten- und der Niesreflex. Der Hustenreflex wird durch einen Reiz in der Luftröhre ausgelöst, der Niesreflex durch einen Reiz in der Nase. In beiden Fällen sind an der Reflexreaktion viele Muskeln beteiligt; dazu gehört auch ein vorübergehendes Aussetzen der Atmung, um den Reizstoff zu vertreiben.
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Die ersten Reflexe entwickeln sich bereits im Mutterleib. Bis siebeneinhalb Wochen nach der Empfängnis kann der erste Reflex beobachtet werden; Stimulationen im Mundbereich des Fötus bewirken, dass die Lippen dem Reiz zugewandt werden. Bei der Geburt sind die Saug- und Schluckreflexe bereits einsatzbereit. Die Berührung der Lippen des Babys löst das Saugen aus, und die Berührung der Rückseite des Rachens löst das Schlucken aus.
Obwohl in der obigen Definition das Wort stereotyp verwendet wird, bedeutet dies nicht, dass die Reflexreaktion unveränderlich und unveränderlich ist. Wenn ein Reiz regelmäßig wiederholt wird, kommt es zu zwei Veränderungen in der Reflexreaktion – Sensibilisierung und Gewöhnung. Bei der Sensibilisierung handelt es sich um eine Zunahme der Reaktion, die im Allgemeinen während der ersten 10 bis 20 Reaktionen auftritt. Die Gewöhnung ist eine Abnahme der Reaktion; sie setzt sich fort, bis die Reaktion schließlich ganz verschwindet. Wenn der Reiz unregelmäßig wiederholt wird, findet keine oder nur eine minimale Gewöhnung statt.
Es gibt auch langfristige Veränderungen der Reflexe, die bei experimentellen Rückenmarkstransversionen an Kätzchen beobachtet werden können. Die wiederholte Stimulation der Haut unterhalb der Läsion, z. B. durch tägliches Reiben der gleichen Stelle für 20 Minuten, führt zu einer Veränderung der Latenzzeit (das Intervall zwischen dem Reiz und dem Einsetzen der Reaktion) bestimmter Reflexe, wobei die Reaktion abnimmt und schließlich ganz verschwindet. Dieses Verfahren dauert zwar mehrere Wochen, zeigt aber, dass bei täglicher Stimulation eine Reflexreaktion in eine andere umgewandelt werden kann. Die wiederholte Aktivierung der Synapsen erhöht deren Effizienz und bewirkt eine dauerhafte Veränderung. Wenn diese wiederholte Stimulation aufhört, bilden sich die synaptischen Funktionen zurück, und die Reflexreaktionen kehren in ihre ursprüngliche Form zurück.
Reflexreaktionen sind oft schnell; Neuronen, die Signale über die Haltung, die Position der Gliedmaßen oder den Tastsinn übermitteln, können zum Beispiel Signale mit einer Geschwindigkeit von 80-120 Metern pro Sekunde (etwa 180-270 Meilen pro Stunde) auslösen. Während jedoch viele Reflexe als schnell und unmittelbar bezeichnet werden, können einige Reflexe, die so genannten Rekrutierungsreflexe, kaum durch einen einzigen Reiz ausgelöst werden. Stattdessen erfordern sie eine zunehmende Stimulation, um eine Reaktion auszulösen. Die reflexartige Kontraktion der Blase zum Beispiel erfordert eine zunehmende Menge Urin, um den Muskel zu dehnen und eine Muskelkontraktion zu erreichen.
Reflexe können durch Impulse aus höheren Ebenen des zentralen Nervensystems verändert werden. Zum Beispiel kann der Hustenreflex leicht unterdrückt werden, und sogar der Würgereflex (die Bewegungen des beginnenden Erbrechens, die durch mechanische Stimulation der Rachenwand hervorgerufen werden) kann durch Training unterdrückt werden.
Die sogenannten konditionierten Reflexe sind gar keine Reflexe, sondern komplizierte erlernte Verhaltensweisen. Der Speichelfluss ist ein solcher konditionierter Reflex; er tritt nur auf, wenn man sich der Anwesenheit von Nahrung bewusst ist oder wenn man sich Nahrung vorstellt.