Das Gehirn: Aufbau, Funktion und Arbeitsweise

Das menschliche Gehirn ist ein unglaublich komplexes Organ, das als zentrale Steuerungseinheit unseres Körpers fungiert. Es verarbeitet Sinneseindrücke, steuert Bewegungen, ermöglicht Denken, Fühlen und Erinnern. In diesem Artikel werden wir uns eingehend mit dem Aufbau, den Funktionen und der Arbeitsweise dieses faszinierenden Organs befassen.

Allgemeine Informationen zum Gehirn

Das Gehirn, auch Encephalon oder Cerebrum genannt, ist zusammen mit dem Rückenmark das zentrale Nervensystem. Es ist der Teil des zentralen Nervensystems, der sich innerhalb des knöchernen Schädels befindet und diesen ausfüllt. Es besteht aus etwa 100 Milliarden miteinander verknüpften Nervenzellen, auch Gehirnzellen genannt, die für die Reizverarbeitung zuständig sind und den Organismus steuern. Rechnet man die Länge aller Nervenbahnen zusammen, kommt man auf etwa 5,8 Millionen Kilometer.

Das Gehirn eines Erwachsenen wiegt circa 1,5 Kilogramm und macht mit 1,5 bis zwei Kilogramm ungefähr drei Prozent des Körpergewichts aus. Es ist von drei Hirnhäuten (Meningen) umgeben, die es zusätzlich zum Schädelknochen schützen.

Aufbau des Gehirns

Das Gehirn lässt sich grob in fünf Hauptbereiche gliedern:

• Großhirn (Telencephalon): Der größte Teil des Gehirns, verantwortlich für höhere kognitive Funktionen.
• Zwischenhirn (Diencephalon): Enthält wichtige Strukturen wie Thalamus und Hypothalamus, die Sinneswahrnehmungen und vegetative Funktionen steuern.
• Mittelhirn (Mesencephalon): Beteiligt an der Steuerung von Augenbewegungen und der Übertragung von Informationen zwischen Rückenmark und Großhirn.
• Kleinhirn (Cerebellum): Koordiniert Bewegungen und ist wichtig für das Gleichgewicht.
• Hirnstamm: Verbindet das Gehirn mit dem Rückenmark und steuert lebenswichtige Funktionen wie Atmung und Herzschlag.

Das Großhirn (Telencephalon)

Das Großhirn macht etwa 80 % der gesamten Hirnmasse aus und besteht aus mehr als 23 Milliarden Nervenzellen. Es ist der größte und schwerste Teil des Gehirns und ähnelt mit seinen Falten und Furchen einem Walnusskern. Die äußere Schicht des Großhirns, die Hirnrinde, enthält die meisten Nervenzellen.

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Das Großhirn besteht aus zwei Hälften, der linken und der rechten Hemisphäre, die durch den Balken (Corpus callosum) miteinander verbunden sind. Jede Hemisphäre ist in vier Lappen unterteilt:

• Stirnlappen (Frontallappen): Verantwortlich für Planung, Entscheidungsfindung, Persönlichkeit und willkürliche Bewegungen.
• Scheitellappen (Parietallappen): Zuständig für die Verarbeitung sensorischer Informationen wie Berührung, Temperatur, Schmerz und räumliche Wahrnehmung.
• Schläfenlappen (Temporallappen): Zuständig für das Hören, das Gedächtnis und die Sprachverarbeitung.
• Hinterhauptslappen (Okzipitallappen): Verantwortlich für die Verarbeitung visueller Informationen.
• Insellappen (Lobus insularis): Viele verschiedene Funktionen, z.B.

Die beiden Gehirnhälften haben zum Teil unterschiedliche Funktionen: Während die linke Hälfte bei den meisten Menschen auf Sprache und abstraktes Denken spezialisiert ist, kommt die rechte in der Regel dann zum Einsatz, wenn es um räumliches Denken oder bildhafte Zusammenhänge geht. Die rechte Gehirnhälfte steuert die linke Körperseite, die linke Hälfte ist für die rechte Seite zuständig.

Das Zwischenhirn (Diencephalon)

Das Zwischenhirn liegt zwischen dem Großhirn und dem Mittelhirn. Es besteht unter anderem aus dem Thalamus und dem Hypothalamus. Hauptaufgaben des Zwischenhirns sind vegetative Aufgaben und die Steuerung des Biorhythmus.

• Thalamus: Fungiert als "Tor zum Bewusstsein" und leitet sensorische Informationen an die entsprechenden Bereiche der Hirnrinde weiter.
• Hypothalamus: Kontrolliert den Hormonhaushalt, den Schlaf-Wach-Rhythmus, die Körpertemperatur, Hunger, Durst und das Sexualverhalten. Er stellt sozusagen die Verbindung zwischen Hormon- und Nervensystem dar. Der Hypothalamus ist verbunden mit der Hypophyse. Sie ist die Hormondrüse am Gehirn.

Das Kleinhirn (Cerebellum)

Das Kleinhirn wird auch Cerebellum genannt und macht in etwa nur 1/10 der Masse des Großhirns aus. Das sind in etwa 130 - 140 Gramm. Finden kann man es direkt hinter dem Stammhirn unterhalb des Großhirns. Tatsächlich lässt sich sogar das Kleinhirn in zwei verschiedene Hälften unterteilen. Das Kleinhirn ist vor allem für das Gleichgewicht und die Steuerung von erlernten Bewegungsabläufen verantwortlich.

Der Hirnstamm

Der Hirnstamm ist der stammesgeschichtlich älteste Teil des Gehirns und besteht aus Mittelhirn, Medulla oblongata und Brücke (Pons). Er verbindet das Gehirn mit dem Rückenmark und steuert lebenswichtige Funktionen wie Atmung, Herzschlag, Blutdruck und Reflexe. Im Nachhirn überkreuzen sich viele Nervenbahnen unserer beiden Körperhälften.

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• Mittelhirn (Mesencephalon): Das Mittelhirn ist für die Datenübertragung zwischen Rückenmark und Großhirn zuständig. Zudem koordiniert es die Augenbewegungen.
• Nachhirn (Medulla oblongata): Das Nachhirn stellt die Verbindung zum Rückenmark her.

Funktion des Gehirns

Das Gehirn ist die Steuerzentrale des Körpers und übernimmt lebenswichtige Aufgaben wie die Steuerung von Atmung und Kreislauf. Es sammelt alle Informationen, die der Körper von außen und aus seinem Inneren erhält, verarbeitet sie und sendet Befehle, um die einzelnen Organe zu steuern. Das Gehirn ist auch der „Sitz“ des Bewusstseins, des Denkens und des Gedächtnisses. Nahezu alles, was wir denken, fühlen und machen, geht vom Gehirn aus.

Informationsverarbeitung im Gehirn

Das Gehirn verarbeitet Informationen mithilfe von Nervenzellen (Neuronen), die über Synapsen miteinander verbunden sind. Informationen aus dem Körper oder der Umwelt gelangen in Form von elektrischen Impulsen über Nervenbahnen 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.

Energieversorgung des Gehirns

Um zu funktionieren, benötigt das Gehirn Glucose und Sauerstoff. Tatsächlich benötigt unser Gehirn sogar 20 % unseres Sauerstoffbedarfs! Transportiert wird das Ganze von unserem Blut mithilfe unserer Hirnarterien. Die hintere Hirnarterie wird von unseren Wirbelarterien versorgt.

Die Blutversorgung des Gehirns erfolgt über die rechte und linke innere Halsschlagader (Arteria carotis interna) und über die Arteria vertebralis. Durch weitere Arterien werden diese zu einem Gefäßring (Circulus arteriosus cerebri) geschlossen, der die Basis des Zwischenhirns umfasst.

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Die feinsten Aufzweigungen (Kapillaren) der Hirnarterien geben zwar Sauerstoff und Nährstoffe aus dem Blut an die Gehirnzellen ab - für andere Stoffe sind sie jedoch weniger durchlässig als vergleichbare Blutgefäße im übrigen Körper. Fachleute nennen diese Eigenschaft „Blut-Hirn-Schranke“. Sie kann das empfindliche Gehirn zum Beispiel vor im Blut gelösten Schadstoffen schützen.

Gehirnentwicklung

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.

Erkrankungen des Gehirns

Erkrankungen des Gehirns können genauso komplex sein wie das Gehirn selbst. In Deutschland werden jährlich rund eine Millionen Patienten mit Erkrankungen am Hirn versorgt. Jedoch können durch die fortschrittliche moderne Medizin viele dieser Erkrankungen geheilt bzw.

Einige häufige Erkrankungen des Gehirns sind:

• Schlaganfall: Eine Durchblutungsstörung im Gehirn durch den Verschluss eines Blutgefäßes, die zu Sauerstoffunterversorgung im entsprechenden Gebiet führt.
• Gehirntumor: Es gibt gutartige und bösartige Hirntumore.
• Demenz: Unter Demenz versteht man die Abnahme von Gedächtnis- und Denkleistungen. Eine Art der Demenz ist Alzheimer.
• Parkinson: Bei Parkinson kommt es zum Absterben einer bestimmten Art von Nervenzellen im Gehirn. Dadurch herrscht eine geringere Konzentration des Botenstoffs Dopamin vor.
• Epilepsie: (= Erkrankung, bei der das Gehirn bzw.

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