Das Gehirn: Neuroanatomie und Aufbau

Das Gehirn, auch Encephalon oder Cerebrum genannt, ist die Steuerzentrale des menschlichen Körpers. Es ist der Teil des zentralen Nervensystems (ZNS), der innerhalb des knöchernen Schädels liegt und diesen ausfüllt. Es übernimmt lebenswichtige Aufgaben wie die Steuerung von Atmung und Kreislauf. Die Länge aller Nervenbahnen unseres Gehirns zusammen beträgt ungefähr 5,8 Mio. Kilometer. Über hin- und wegführende Nervenbahnen sind sie mit unserem gesamten Körper verbunden. Dazu müssen verschiedene Strukturen zusammenarbeiten. Dieser Artikel beleuchtet die Neuroanatomie und den Aufbau des Gehirns, um ein umfassendes Verständnis dieses komplexen Organs zu ermöglichen.

Allgemeine Anatomie des Gehirns

Das Gehirn besteht aus etwa 100 Milliarden Gehirnzellen, die das zentrale Nervensystem aufbauen und untereinander verknüpft sind. Die Zahl dieser Verknüpfungen wird auf 100 Billionen geschätzt. Das Gehirnvolumen (Mensch) beträgt etwa 20 bis 22 Gramm pro Kilogramm Körpermasse. Das Gewicht (Gehirn) macht mit 1,5 bis zwei Kilogramm ungefähr drei Prozent des Körpergewichts aus.

Das Nervengewebe des Gehirns ist von drei verschiedenen Hirnhäuten (Meningen) geschützt, bevor es vom Schädel umgeben wird. Sie setzen sich außerhalb unseres Gehirns in den Rückenmarkshäuten fort. Das Gehirn ist von drei Hirnhäuten umgeben: Dura mater, Arachnoidea und Pia mater.

Genau wie das Rückenmark, besteht das Gehirn aus zwei verschiedenen Gewebeanteilen:

• Graue Substanz: Sie enthält alle Zellkörper der Nervenzellen. Bei Groß- und Kleinhirn bildet die graue Masse die umhüllende Rinde. Außerdem befindet sie sich in der weißen Substanz.
• Weiße Substanz: Sie enthält die Nervenfasern, also die Axone der Nervenzellen. Beim Gehirn befinden sich die Nervenzellkörper also vor allem in den äußeren Bereichen und die Axone liegen im inneren Teil des Gehirns.

Die graue Substanz im Gehirn besteht in erster Linie aus Nervenzellkörpern. Der Name kommt daher, dass die Nervenzellen im lebenden Organismus rosa sind, sich nach dessen Tod aber grau verfärben. Aus grauer Substanz bestehen etwa die Großhirnrinde, die Basalganglien, die Kleinhirnrinde und die Hirnnervenkerne. Etwa 80 Prozent der Hirndurchblutung sind für die Versorgung der grauen Substanz notwendig.

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Neben der grauen Substanz gibt es noch die weiße Substanz, die aus den Nervenzellfortsätzen, den Nervenfasern (Axonen), besteht. Die weiße Substanz findet sich im Mark von Großhirn und Kleinhirn.

Dem Gehirn entspringen zwölf paarige Nerven, die den Kopf, den Hals und Organe im Rumpf versorgen.

Hauptstrukturen des Gehirns

Das menschliche Gehirn lässt sich grob in fünf Abschnitte gliedern:

1. Großhirn (Telencephalon)
2. Zwischenhirn (Diencephalon)
3. Mittelhirn (Mesencephalon)
4. Kleinhirn (Cerebellum)
5. Nachhirn (Myelencephalon, Medulla oblongata)

1. Großhirn (Telencephalon)

Das Großhirn ist, wie der Name schon sagt, das größte Gehirnareal. Es ist der größte und schwerste Teil des Gehirns und ähnelt mit seinen Falten und Furchen einem Walnusskern. Um seine Oberfläche noch weiter zu vergrößern, ist es stark gefaltet. Es bildet viele Gehirnwindungen (Gyri), die durch Gräben (Sulci) voneinander getrennt sind. - die durch eine Furche getrennt sind. Die Großhirnrinde bildet die Oberfläche des Großhirns. Darauf befinden sich 52 Rindenfelder, die nach verschiedenen Funktionen eingeteilt werden. Das sind Hirnareale mit verschiedenen Aufgaben, in denen die Nervenbahnen enden oder entspringen. Die verschiedenen Anteile der Großhirnrinde übernehmen ganz unterschiedliche Funktionen

Das Vorderhirn ist der bei weitem größte Teil des Gehirns. Es befindet sich im "supratentoriellen" Schädelraum und besteht aus Zwischen- (Diencephalon) und Endhirn (Telencephalon).

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Die Klassifizierung der Hirnlappen erfolgt in:

• Stirnlappen (Lobus frontalis)
• Scheitellappen (Lobus parietalis)
• Schläfenlappen (Lobus temporalis)
• Hinterhauptslappen (Lobus occipitalis)
• Insellappen : viele verschiedene Funktionen, z.B.

Das Großhirn umfasst die verschiedenen Lappen, die zerebralen Kommissurfasern (Balken, Fornix, Balkenschicht, Balkenzwinge), Assoziationsfasern des Großhirns, Basalkerne und verwandte Strukturen (Basalganglien, blasser Kern, linsenförmiger Kern, äußerer Linsenkern, innen- und Außenkapseln, usw.), Endhirnbasis (Riechstreifen, Kernkomplex-Vormauer-Gebiet, Mandelkörper, vordere perforierte Substanz), und schließlich das Brodmann-Areal (beachten Sie, dass die Klassifizierung auf ein Jahrhundert datiert und oft in Frage gestellt wird und dass außerdem die numerische Nomenklatur stabil ist, aber im Gegensatz dazu die wörtliche Bezeichnung der Brodmann-Areale mehreren Variationen unterliegt).

2. Zwischenhirn (Diencephalon)

Das Zwischenhirn liegt, wie der Name schon sagt, zwischen dem Großhirn und dem Mittelhirn. Es besteht unter anderem aus dem Thalamus und dem Hypothalamus.

Das Zwischenhirn umfasst insbesondere den Sehhügel, die Pulvinarkerne, die Epiphysenstiel, die Zirbeldrüse, das Infundibulum (Hypophysenstiel) und die Neurohypophyse (der Vorderlappen der Hypophyse, der nicht zum zentralen Nervensystem gehört).

Bestandteile des Zwischenhirns: Hypothalamus, Thalamus, Epithalamus und Subthalamus. An die äußere Oberfläche tritt nur der Hypothalamus.

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• Thalamus: Den Thalamus kannst du dir als „Tor zum Bewusstsein“ vorstellen. Seine Funktion ist die Sammlung fast aller Sinneswahrnehmungen und die Weiterleitung an das primär sensorische Rindenfeld im Scheitellappen des Großhirns. Der Thalamus ist ein wichtiger Teil des Zwischenhirns, der als „Tor zum Bewusstsein“ gilt.
• Hypothalamus: Der Hypothalamus kontrolliert den Hormonhaushalt. Damit stellt er sozusagen die Verbindung zwischen Hormon- und Nervensystem dar. Er steuert wichtige Funktionen, wie Schlaf-Wach-Rhythmus, Körpertemperatur und Sexualverhalten. Der Hypothalamus ist verbunden mit der Hypophyse. Sie ist die Hormondrüse am Gehirn.

3. Mittelhirn (Mesencephalon)

Das Mesencephalon ist der kleinste Abschnitt des Gehirns.

Das Mittelhirn geht bis zum Zwischenhirn. Es besteht aus Tectum (Vierhügelplatte), Tegmentum, Aquaeductus cerebri und die Basis (Hirnschenkel).

4. Kleinhirn (Cerebellum)

Das Kleinhirn liegt unterhalb des Großhirns und hinter dem Hirnstamm. Oberhalb des Hirnstamms und unterhalb der beiden Großhirnhemisphären sitzt das Kleinhirn. Genau wie das Großhirn, lässt sich auch das Kleinhirn in zwei Hemisphären einteilen. Zwischen den beiden Hälften liegt der Kleinhirnwurm. Das Kleinhirn ist vor allem für das Gleichgewicht und die Steuerung von erlernten Bewegungsabläufen verantwortlich, Bewegungskoordinaation und dem Gleichgewicht.

Das Kleinhirn bildet das Dach des 4. Ventrikels. Es ist mit dem Mittelhirn, der Brücke und dem verlängerten Mark seitlich verbunden. Das Kleinhirn besteht aus zwei Hemisphären und einem median gelegenen Wurm. Falten (Folia).

Kleinhirnlappen: Vorderlappen des Kleinhirns, Hinterlappen des Kleinhirns und der Flocke-Knötchen-Lappen

5. Nachhirn (Myelencephalon, Medulla oblongata)

Das auch als Nachhirn bezeichnete Meyelencephalon stellt den Übergang zwischen Gehirn und Rückenmark dar.

Der Hirnstamm (Truncus cerebri) ist die direkte Verlängerung des Rückenmarks nach kranial. Die Medulla oblongata reicht kaudal vom ersten Zervikalsegment des Rückenmarks (Höhe der Pyramidenkreuzung) bis rostral zum Hinterrand der Brücke (kranialer Rand der Hinterstrangkerne). Ventralseits finden sich die (unteren) Oliven und die Pyramiden. Die Medulla oblongata enthält die Motoneurone, die für das Schlucken, Sprechen, die Zungenbewegungen und zahlreiche Eingeweidefunktionen bestimmend sind.

Der Hirnstamm ist der stammesgeschichtlich älteste Teil des Gehirns und besteht aus Mittelhirn, Medulla oblongata und Brücke (Pons).

Der Hirnstamm bildet den untersten Teil des Gehirns. Der Hirnstamm ist für die Verschaltung von Sinneseindrücken verantwortlich. Im Nachhirn überkreuzen sich viele Nervenbahnen unserer beiden Körperhälften.

Der Hirnstamm, unterteilt in Mittelhirn, Brücke und verlängertes Rückenmark (Bulbärhirn, Nachhirn). Die Hirnnerven auf der Ebene ihrer Entstehung, und die Hirnnervkerne mit einer Projektion ihrer vermeintlichen Position auf den Hirnstamm.

Hirnnerven

Dem Gehirn entspringen zwölf paarige Nerven, die den Kopf, den Hals und Organe im Rumpf versorgen.

Ventrikelsystem

Das Gehirn weist mehrere Hohlräume (Hirnkammern) auf, in denen der Liquor zirkuliert und die zusammen das Ventrikelsystem bilden.

Die Hirnkammern (Seitenventrikel, dritter Ventrikel, vierter Ventrikel) mit dem Adergeflecht.

Der 4. Ventrikel stellt einen zeltförmigen Liquorraum dar. drei Öffnungen zum äußeren Liquorraum (Apertura mediana, Aperturae laterales).

Hirnhäute

Die Hirnhäute mit Säcken, die die Cerebrospinalflüssigkeit (CFS), aber auch die verschiedenen Schichten und pericerebralen Räume enthalten (natürlich sind die harte-, die weiche- und die Spinnweben-Hirnhaut und die Zwischenräume zwischen ihnen bei einem gesunden Menschen nur sehr schwer zu identifizieren und die Anordnung der Beschriftungen ist hier ungefähr).

Blutversorgung des Gehirns

Die Blutversorgung des Gehirns erfolgt über die rechte und linke innere Halsschlagader (Arteria carotis interna), die aus der gemeinsamen Halsschlagader (Arteria communis) entspringen, und über die Arteria vertebralis, die aus den Wirbelkörpern kommt und durch das Hinterhauptsloch in die Schädelhöhle eintritt. Durch weitere Arterien werden diese zu einem Gefäßring (Circulus arteriosus cerebri) geschlossen, der die Basis des Zwischenhirns umfasst.

Die Arterien der Enzephalie, die aus den inneren Halsschlagadern und Wirbelsäulen entstehen und den Willis-Kreis (Arterienkreis an der Hirnbasis) bilden. Es sei darauf hingewiesen, dass dieses MRT ohne Gadoliniuminjektion ist; die großen Arterien sind durch hyperintenses Fließphänomen sichtbar, aber die kleinen Arterien sind nicht sichtbar und wir haben es vorgezogen, sie nicht zu beschriften. Die wichtigsten tiefen und oberflächlichen, Diploë- und Emissarienvenen (mit den gleichen Einschränkungen wie die Arterien auf diesem MRT ohne Injektion), sowie die verschiedenen Hirnsinus (oberer Pfeilblutleiter und unterer S-förmiger Blutleiter, gerader Blutleiter, Schwellkörperhöhle, unterer und oberer Felsenbeinblutleiter).

Durch diesen Gefäßring wird sichergestellt, dass der Blutbedarf des empfindlichen Gehirns auch bei Schwankungen in der Blutzufuhr immer ausreichend ist. Der Gefäßring und seine Äste liegen zwischen zwei Hirnhäuten (der Spinngewebshaut und der inneren Hirnhaut) im sogenannten Subarachnoidalraum und sind dort von Liquor (Hirn-Rückenmarksflüssigkeit) umgeben, der die dünnwandigen Gefäße schützt.

Zwischen 15 und 20 Prozent des Herzminutenvolumens entfällt auf die Blutversorgung des Gehirns.

In Schlaf- und Wachphasen wird das Gehirn stets etwa gleichermaßen durchblutet. Auch bei Blutdrucksteigerungen, Blutdruckabfall, starker körperlicher Anstrengung oder sogar unregelmäßigem Herzschlag ändert sich die Durchblutung des Gehirns kaum - außer, wenn der systolische Blutdruck stark abfällt (unter 70 mmHg) oder stark ansteigt (über 180 mmHg).

Blut-Hirn-Schranke

Das empfindliche Gewebe im Gehirn ist durch die Blut-Hirn-Schranke gegen schädigende Substanzen im Blut (wie Gifte, Krankheitserreger, bestimmte Medikamente etc.) abgeschirmt. Die sogenannte Blut-Hirn-Schranke stellt eine Barriere zwischen den Blutgefäßen und den Nervenzellen dar.

Energieverbrauch des Gehirns

Der Energieverbrauch im Gehirn ist enorm hoch. Fast ein Viertel des Gesamtenergiebedarfs des Körpers entfällt auf das Gehirn. Die Glukosemenge, die täglich mit der Nahrung aufgenommen wird, wird bis zu zwei Drittel vom Gehirn beansprucht.

Funktion des Gehirns

Das Gehirn übernimmt alle lebenswichtigen Funktionen unserer Körpers, wie die Atmung, den Kreislauf oder das Schlaf-Wach-Verhalten. Dazu nimmt das Gehirn alle Informationen von den Organen und aus der Umwelt auf, speichert und verarbeitet sie. Auch komplexe Funktionen wie Denken, Lernen, Emotionen oder Handlungsabläufe werden dort gesteuert. Das Gehirn ist also sehr komplex und übernimmt viele unterschiedliche Aufgaben. Daher gibt es viele verschiedene Gehirnregionen mit speziellen Aufgaben, die zusammen arbeiten müssen. Die Gehirn-Funktionsbereiche sind vielfältig.

Ein reibungsloses Funktionieren aller Organe und Gewebe im Körper sowie ein sinnvolles Verhalten sind nur möglich, wenn alle Organfunktionen von einer übergeordneten Kontrollinstanz koordiniert und kontrolliert werden und alle Informationen, die uns die Umwelt liefert, aufgenommen, verarbeitet und beantwortet werden. Diese Aufgabe leistet unser Gehirn, das Netzwerk aus Milliarden von Nervenzellen (Neuronen).

• Hirnstamm: Der Hirnstamm, der entwicklungsgeschichtlich älteste Teil des Gehirns, ist für die grundlegenden Lebensfunktionen zuständig. Er steuert die Herzfrequenz, den Blutdruck und die Atmung sowie Reflexe wie den Lidschluss-, Schluck- oder Hustenreflex.
• Zwischenhirn: Im Thalamus werden Sinneseindrücke verarbeitet; über den Hypothalamus werden der Schlaf-Wach-Rhythmus, Hunger und Durst, das Schmerz- und Temperaturempfinden und der Sexualtrieb gesteuert.
• Kleinhirn: Das Kleinhirn koordiniert unsere Bewegungen und das Gleichgewicht und speichert erlernte Bewegungen.
• Großhirn: Im Großhirn sitzen auf der einen Seite Sprache und Logik, auf der anderen Seite Kreativität und Orientierungssinn. In der Hirnrinde - dem äußeren Bereich des Großhirns - sind die Lern-, Sprech- und Denkfähigkeit sowie das Bewusstsein und das Gedächtnis verankert. Hier laufen die Informationen aus den Sinnesorganen zusammen, werden verarbeitet und schließlich im Gedächtnis gespeichert.

Die Gehirnzellen sind durch Synapsen, Kontaktstellen zwischen den Zellen, miteinander verbunden. Diese Kontaktstellen spielen eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung der Nachrichten. Informationen aus dem Körper oder der Umwelt gelangen etwa in Form von Hormonen über das Blut oder als elektrische Impulse aus den Sinneszellen über Nervenbahnen bis ins Gehirn. Dort werden sie bewertet und verarbeitet. Als Reaktion werden entsprechende Signale vom Gehirn wieder ausgesendet - zum Beispiel an Muskeln, um sich zu bewegen, an Drüsen, um Sekrete zu produzieren und abzugeben, oder an Sinnesorgane, um Reize aus der Umwelt zu beantworten.

Die Synapsen können dabei nutzungsabhängig optimiert und verändert werden. Der Prozess heißt auch neuronale oder synaptische Plastizität. Das beantwortet zum Beispiel die Frage „Wie lernt das Gehirn?“. Denn Lernfähigkeit kommt dadurch zustande, dass durch ständiges Wiederholen entsprechende Synapsen verstärkt werden.

Limbisches System

Das Limbische System regelt das Affekt- und Triebverhalten und dessen Verknüpfungen mit vegetativen Organfunktionen.

Zwei wichtige Teilbereiche innerhalb des limbischen Systems sind die Amygdala (Mandelkern) und der Hippocampus:

• Amygdala: Welche Aufgaben der Mandelkern hat, erfahren Sie im Beitrag Amygdala.
• Hippocampus: Der Hippocampus ist der Arbeitsspeicher unseres Gehirns und die Schaltstelle zwischen dem Kurz- und dem Langzeitgedächtnis.

Gedächtnis

Eine sehr wichtige Funktion des Gehirns ist das Gedächtnis - vom Ultrakurzzeit- über das Kurzzeit- bis zum Langzeitgedächtnis.

Entwicklung des Gehirns

Das Gehirn eines Embryos entwickelt sich etwa ab der vierten Schwangerschaftswoche. Dazu bilden sich aus dem vorderen Teil Neuralrohr drei bläschenförmige Erweiterungen aus. Bereits in dieser frühen Entwicklungsphase wird das Gehirn also in unterschiedliche Abschnitte eingeteilt. Aus den drei ersten Bläschen bilden sich das Vorder-, das Mittel- und das Rautenhirn. Im Laufe der Entwicklung gehen daraus dann weitere Hirnbläschen hervor, welche die restlichen Gehirnabschnitte bilden.

Die embryonale Entwicklung des Gehirns aus dem Neuralrohr zeichnet sich einerseits durch ein besonderes Größenwachstum aus, andererseits durch ein ungleichmäßiges Dickenwachstum der Wand und besondere Knickstellen. Dadurch wird das Gehirn schon frühzeitig in mehrere Abschnitte unterteilt.

Aus der Hirnanlage bilden sich zunächst drei hintereinander liegende Abschnitte (primäre Hirnbläschen) heraus, die dann das Vorderhirn, das Mittelhirn und das Rautenhirn bilden. In der weiteren Entwicklung entstehen daraus fünf weitere, sekundäre Hirnbläschen: Aus dem Vorderhirn entwickeln sich Großhirn und Zwischenhirn. Aus dem Rautenhirn gehen die Medulla oblongata, die Brücke und das Kleinhirn hervor.

Bildgebende Verfahren

Die modernen bildgebenden Verfahren (besonders die Magnetresonanz- oder Kernspin-Tomographie) erlauben die Darstellung der Hirnstruktur in Schichtbildsequenzen mit hoher Detailauflösung und Strukturkontrastierung. Der Vorteil der Verwendung der "standardisierten" Schnittebenen liegt in der Erleichterung der Orientierung im dreidimensionalen Hirnraum. Darüber hinaus werden die Bildinterpretationen, intraindividuelle Folgeuntersuchungen und interindividuelle Vergleiche erleichtert.

Eine arterielle MR-Angiographie des Willis-Polygons (Laufzeitmessung) und eine Phasenkontrast-MRA wurden in einem zweiten Schritt am gleichen Thema durchgeführt.

Die Querschnittsbilder des menschlichen Gehirns wurden mit Hilfe der Adobe Photoshop-Software in der Größe verändert und zugeschnitten und dann in ein mit Adobe Animate erstelltes Modul integriert. Um das Herunterladen zu erleichtern, wurden die Bilder in optimaler Qualität herunterzuladen (in dem Wissen, dass die Starmatrix bei 320/320 Pixel bleibt).

In einem zweiten Schritt wurde das 3D-Rendering von Gehirn, Ventrikeln, Hirnstamm, Kleinhirn, Arterien für das Gehirn und zerebralen Hirnsinus aus den Querschnittsbildern auf einer DICOM-Rekonstruktionskonsole durchgeführt. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Rekonstruktionen vom gleichen Patienten stammen, was es dem Benutzer ermöglicht, Schnittbilder mit 3D-Bildern des menschlichen Gehirns zu korrelieren. Darüber hinaus wurden einige Rekonstruktionen mit Adobe Photoshop leicht modifiziert, um den Lehrinhalt zu verbessern und einige Artefakte zu entfernen, aber es wurde keine Struktur künstlich hinzugefügt (z.B. sind nicht alle Hirnnerven auf den Hirnstammbildern sichtbar).

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