Das menschliche Gehirn ist ein faszinierendes Organ, das die Grundlage für unsere Wahrnehmung, unser Denken und unser Handeln bildet. Ein wesentlicher Bestandteil dieses komplexen Systems sind die Nervenzellen, auch Neuronen genannt. Sie bilden ein gigantisches Netzwerk, das Informationen empfängt, verarbeitet und weiterleitet.
Die schätzungsweise Anzahl von Gehirnzellen
Die Anzahl der Gehirnzellen im menschlichen Gehirn wird derzeit auf etwa 86 Milliarden geschätzt. Diese Zahl basiert auf neueren, genaueren Untersuchungen. Frühere Schätzungen gingen von etwa 100 Milliarden Nervenzellen aus. Die genauere Zahl von 86 Milliarden wurde von der brasilianischen Neurowissenschaftlerin Suzana Herculano-Houzel und ihren Kollegen ermittelt. Sie homogenisierten Gehirne von Männerleichen, um eine gleichmäßige Verteilung von Zellen und Zelldichten zu gewährleisten, und rechneten die in den Proben gewonnenen Zellzahlen auf das gesamte Hirnvolumen hoch.
Diese beeindruckende Anzahl von Nervenzellen bildet die Grundlage für die außergewöhnlichen Fähigkeiten des Gehirns, die selbst die leistungsstärksten Supercomputer noch nicht erreichen können.
Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die reine Anzahl der Nervenzellen nicht der alleinige Faktor für Intelligenz oder Leistungsfähigkeit des Gehirns ist. Vielmehr ist entscheidend, wie gut die einzelnen Nervenzellen und Gehirnbereiche miteinander vernetzt sind.
Aufbau und Funktion von Gehirnzellen
Gehirnzellen bestehen aus einem Zellkörper (Soma) mit Nervenfortsätzen, den Dendriten, und dem Achsenzylinder (Axon). Am Ende des Axons befinden sich Endplatten, an denen sich Synapsen bilden können, sobald eine andere Gehirnzelle berührt wird.
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Der Körper der Gehirnzelle ist etwa fünf bis 100 Mikrometer groß, wobei ein Mikrometer etwa 1/1000 Millimeter entspricht. Die Dendriten hingegen können sogar bis zu einem Meter lang werden. Eine Gehirnzelle kann bis zu 10.000 Dendriten besitzen.
Die Synapsen spielen eine wichtigere Rolle beim Informationsaustausch zwischen den Gehirnzellen als die Anzahl der Nervenzellen selbst. Denn die Synapsen tragen Informationen auch in weit entfernte Körperbereiche.
Informationsübertragung an den Synapsen
Die Informationsübertragung von Nervenzelle zu Nervenzelle erfolgt an den Synapsen. Nervenzellen sind in der Regel nicht elektrisch leitend miteinander verbunden. Um eine Information von einer Zelle zur nächsten übertragen zu können, muss eine Lücke überwunden werden: der synaptische Spalt.
Im Axon-Endknöpfchen befinden sich kleine Bläschen (Vesikel), die chemische Botenstoffe (Neurotransmitter) enthalten. Wenn ein elektrischer Impuls im Endknöpfchen ankommt, verschmelzen die Vesikel mit der Zellmembran und die Botenstoffe werden in den synaptischen Spalt ausgeschüttet. Aus dem elektrischen Signal wird also ein chemisches.
An der Zellmembran der Empfängerzelle sitzen spezielle Andockstellen (Rezeptormoleküle) für die Botenstoffe. Wenn ein Transmitter an ein Rezeptormolekül bindet, wird in der Empfängerzelle wieder ein elektrisches Signal ausgelöst, das sich entlang der Zelle fortpflanzen kann. So werden Nervenimpulse von Zelle zu Zelle weitergegeben.
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Neurogenese: Die Entstehung neuer Gehirnzellen
Wenn Nervenzellen neu entstehen, wird dieser Prozess Neurogenese genannt. Lange Zeit ging die Wissenschaft davon aus, dass erwachsene Menschen keine neuen Nervenzellen mehr bilden können. Seit den 90er Jahren ist jedoch klar, dass auch wir Menschen noch bis ins hohe Alter neue Gehirnzellen und neuronale Verbindungen bilden können.
Eine Grundvoraussetzung dafür ist, dass das Gehirn beschäftigt wird und die Gehirnaktivität gesteigert ist. Weiterhin sollte ausreichend körperliche Aktivität betrieben werden.
Ein zielgerichtetes und wissenschaftliches Gehirntraining kann die Bildung neuer Gehirnzellen unterstützen. Dabei ist es wichtig, dass es abwechslungsreich, motivierend, umfassend, personalisiert und zukunftsorientiert konzipiert ist.
Durch die Bildung neuer Gehirnzellen und eine erweiterte Arbeitsgedächtniskapazität können Fähigkeiten wie Konzentrationsfähigkeit, Aufmerksamkeit, Lernen, Zahlen- und Sprachverständnis, Denkvermögen, Merkfähigkeit und logisches Denken verbessert werden.
Die Rolle des Gehirns im Körper
Das Gehirn ist die Steuerzentrale für lebenswichtige Abläufe im Körper. Es steuert alle wichtigen Fähigkeiten des Menschen: was wir wahrnehmen und empfinden, was wir wissen und denken oder wie wir uns verhalten. Es stellt aber auch sicher, dass unsere Organe richtig arbeiten und steuert all unsere Bewegungen. Es nimmt Sinneseindrücke auf und verarbeitet sie. Außerdem speichert es Informationen im Gedächtnis und ruft sie bei Bedarf wieder ab.
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Man unterscheidet verschiedene Bereiche im Gehirn, wobei jeder Bereich auf bestimmte Aufgaben spezialisiert ist.
- Der Hirnstamm ist der älteste Gehirn-Teil in der Entwicklungsgeschichte des Menschen. Er verbindet das Gehirn mit dem Rückenmark und regelt lebenswichtige Systeme wie Herzschlag, Atmung und Blutdruck.
- Das Zwischenhirn ist für viele überlebenswichtige Empfindungen und Instinkte des Menschen verantwortlich. Hier werden zum Beispiel Durst und Hunger oder der Schlaf gesteuert.
- Das Kleinhirn ist wichtig für das Gleichgewicht und die Koordination. Gemeinsam mit dem Großhirn steuert es die Muskeln und somit die Bewegungen.
- Das Großhirn ist der jüngste Gehirn-Teil in der Entwicklungsgeschichte des Menschen. Es ermöglicht die sogenannten „höheren“ Hirnfunktionen, wie Motivation, Lernen, Denken oder Verstehen.
Vernetzung: Was macht unser Gehirn leistungsfähig?
Intelligenz hängt nicht so sehr von der Größe des Gehirns ab, sondern vielmehr davon, wie gut die einzelnen Nervenzellen und Gehirnbereiche miteinander vernetzt sind. Die Haupt-Verbindungen im Gehirn entwickeln sich schon vor der Geburt. Aus der Gehirn-Forschung weiß man aber, dass sich neue Kontakte zwischen Nerven-Zellen über das gesamte Leben ausbilden. Auch alte Verknüpfungen können sich verändern.
Durch den wiederholten Informationsaustausch zwischen den Nerven-Zellen können sich die Verknüpfungen verstärken.
Die Plastizität des Gehirns
Das Gehirn ist ein dynamisches Organ, das sich ständig anpasst und verändert. Diese Fähigkeit wird als Plastizität bezeichnet. Lernen findet an den Synapsen statt - also den Orten, an denen die elektrischen Signale von einer Nervenzelle zur nächsten übertragen werden. Neurowissenschaftler haben herausgefunden, dass Synapsen die Effektivität der Übertragung variieren können. Man bezeichnet dieses Phänomen auch als synaptische Plastizität.
So kann eine Synapse durch einen Vorgang namens Langzeitpotenzierung (LTP) verstärkt werden, indem sie mehr Botenstoff ausschüttet oder mehr Botenstoffrezeptoren bildet. Die Übertragung von Signalen kann aber nicht nur verstärkt oder abgeschwächt werden, sie kann auch überhaupt erst ermöglicht oder völlig gekappt werden. So wissen Neurowissenschaftler heute, dass Synapsen selbst im erwachsenen Gehirn noch komplett neu gebildet oder abgebaut werden können.
An wenigen Stellen wie zum Beispiel im Riechsystem können sogar zeitlebens neue Nervenzellen gebildet werden. Es ist also nicht übertrieben, wenn man sagt: Unser Gehirn gleicht zeitlebens einer Baustelle.
Seine Plastizität hilft dem Gehirn zudem, Schäden zumindest teilweise zu reparieren. Sterben beispielsweise bei einem Schlaganfall Nervenzellen ab, können benachbarte Hirnregionen die Aufgaben des betroffenen Gebiets zum Teil übernehmen.
Forschung und zukünftige Erkenntnisse
Die Erforschung des Gehirns ist ein fortlaufender Prozess. Wissenschaftler entwickeln ständig neue Methoden, um die komplexen Zusammenhänge im Gehirn besser zu verstehen. Dazu gehören bildgebende Verfahren wie die Magnetresonanztomografie (MRT), mit der die Aktivität und Vernetzung von Gehirnregionen untersucht werden kann.
Ein weiteres wichtiges Forschungsfeld ist die Entschlüsselung des Konnektoms, des vollständigen Schaltplans des Gehirns. Dies soll helfen, die Prinzipien der Informationsverarbeitung im Gehirn aufzuklären.
Auch die Erforschung der Neurogenese bietet neue Möglichkeiten für die Prävention und Behandlung von neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen.
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