Das Gehirn: Aufbau, Funktion und Unterrichtsmaterialien für den Schulunterricht

Einführung

Das Gehirn ist ein faszinierendes und komplexes Organ, das die Grundlage für unser Denken, Fühlen und Handeln bildet. Um Schülern ein grundlegendes Verständnis des Gehirns zu vermitteln, ist es wichtig, den Aufbau und die Funktionsweise dieses Organs im Detail zu betrachten. Dieser Artikel bietet eine umfassende Übersicht über den Aufbau des Gehirns, seine wichtigsten Funktionen und geeignete Unterrichtsmaterialien für den Einsatz im Schulunterricht. Ziel ist es, den Schülern einen Einblick in die faszinierende Welt der Neurowissenschaften zu geben und ihr Interesse an diesem wichtigen Thema zu wecken.

Grundlagen des Nervensystems und des Gehirns

Um das Thema Gehirn umfassend zu verstehen, ist es wichtig, zunächst die Grundlagen des Nervensystems und der Nervenzellen zu kennen. Das Nervensystem ist die "Datenautobahn" unseres Körpers, die Informationen von den Sinnesorganen zum Gehirn und von dort zu den Muskeln und Organen transportiert. Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind die Grundeinheiten des Nervensystems. Sie bestehen aus einem Zellkörper, Dendriten, die Signale empfangen, und einem Axon, das Signale weiterleitet.

Wiederholung und Ergänzung des Vorwissens

Um in das Thema einzusteigen, können die Schüler in Partnerarbeit mit Schulbuch oder Internet ihre Kenntnisse über das Nervensystem und dessen Funktion wiederholen und gegebenenfalls ergänzen. Ihre Ergebnisse können sie dann in ein Arbeitsblatt eintragen.

Aufbau des Gehirns

Das menschliche Gehirn ist ein äußerst komplexes Gebilde, dessen Abläufe noch längst nicht vollständig erforscht sind. Es besteht aus verschiedenen Bereichen, die jeweils unterschiedliche Funktionen erfüllen. Zu den wichtigsten Bestandteilen des Gehirns gehören:

• Großhirn (Zerebrum): Das Großhirn ist der größte Teil des Gehirns und für höhere Gehirnfunktionen wie Lernen, Denken, Gedächtnis und Sprache zuständig. Es besteht aus zwei Hälften, den sogenannten Hemisphären, die durch den Balken miteinander verbunden sind. Die äußere Schicht des Großhirns ist die Großhirnrinde, die für die Verarbeitung von Informationen und die Steuerung von Bewegungen verantwortlich ist. Das Großhirn nimmt den größten Anteil des Gehirns ein - circa 80 % des Gehirnvolumens.
• Zwischenhirn (Diencephalon): Das Zwischenhirn ist das oberste Regulationszentrum des vegetativen Nervensystems. Es überwacht lebenswichtige Funktionen wie Atmung, Herzschlag, Körpertemperatur, Schlaf-Wach-Rhythmus, Appetit- und Durstempfinden. Ein wichtiger Teil des Zwischenhirns ist der Hypothalamus mit der Hirnanhangsdrüse (Hypophyse), die Hormone produziert und wichtige Körperfunktionen steuert.
• Mittelhirn (Mesencephalon): Das Mittelhirn verbindet das Zwischenhirn mit dem Kleinhirn und ist an der Steuerung von Augenbewegungen, akustischen und visuellen Reflexen beteiligt.
• Kleinhirn (Cerebellum): Das Kleinhirn ist für die Koordination von Bewegungen, das Gleichgewicht und die Feinmotorik zuständig. Es speichert auch Gewohnheiten und automatisierte Bewegungsabläufe.
• Hirnstamm (Truncus cerebri): Der Hirnstamm verbindet das Gehirn mit dem Rückenmark und ist für lebenswichtige Funktionen wie Atmung, Herzschlag, Blutdruck und Reflexe verantwortlich. Er besteht aus dem Mittelhirn, der Brücke (Pons) und dem verlängerten Rückenmark (Medulla oblongata).

Schutz des Gehirns

Das Gehirn ist ein lebenswichtiges und sensibles Organ, das durch mehrere Schutzeinrichtungen vor mechanischen Einwirkungen und Krankheitserregern geschützt wird. Die äußerste Schutzschicht stellt der knöcherne Schädel dar. Dieser wird in Gesichts- und Hirnschädel unterteilt, wobei der größere Hirnschädel das Gehirn umgibt. Er dient vor allem als Schutz vor mechanischen Einwirkungen. Die Hirnhäute (Meningen) sind weitere Schutzschichten, die das Gehirn umgeben. Sie bestehen aus drei Schichten: Die harte Hirnhaut (Dura mater) liegt direkt unter dem Schädelknochen, die Spinnengewebshaut (Arachnoidea) ist die mittlere Hirnhaut und die weiche Hirnhaut (Pia mater) liegt dem Gehirn direkt an. Zwischen den Hirnhäuten befindet sich die Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit (Liquor), die das Gehirn zusätzlich polstert und vor Stößen schützt.

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Schmerzempfindlichkeit des Gehirns

Es wird häufig fälschlicherweise angenommen, dass das Gehirn schmerzempfindlich ist. Aber das Gehirn selbst besitzt keine Schmerzrezeptoren. Schmerzen können jedoch von den Hirnhäuten, Blutgefäßen und Nerven im Kopfbereich ausgehen.

Erkrankungen des Gehirns

Obwohl das Gehirn durch Hirnhäute so gut vor Krankheitserregern geschützt ist, gibt es immer wieder Bakterien und Viren, die diese Barrieren durchdringen können. Sei es durch offene Kopfwunden, über den Blutkreislauf oder durch sich ausbreitende Infektionen aus Nasennebenhöhlen und Mittelohr. Die Erreger dringen in die Hirnhäute ein und verursachen dort eine Hirnhautentzündung (Meningitis).

Funktion des Gehirns

Das Gehirn ist die Steuerzentrale unseres Körpers und für eine Vielzahl von Funktionen verantwortlich. Dazu gehören:

• Verarbeitung von Sinneswahrnehmungen: Das Gehirn empfängt und verarbeitet Informationen von den Sinnesorganen (Augen, Ohren, Nase, Zunge, Haut) und ermöglicht uns so, die Welt um uns herum wahrzunehmen.
• Steuerung von Bewegungen: Das Gehirn steuert willkürliche und unwillkürliche Bewegungen unseres Körpers.
• Denken und Lernen: Das Gehirn ist der Sitz unseres Denkens, Lernens, Gedächtnisses und unserer Kreativität.
• Sprache: Das Gehirn ermöglicht uns, Sprache zu verstehen und zu produzieren.
• Emotionen: Das Gehirn ist an der Entstehung und Verarbeitung von Emotionen beteiligt.
• Regulation von Körperfunktionen: Das Gehirn reguliert lebenswichtige Körperfunktionen wie Atmung, Herzschlag, Körpertemperatur und Stoffwechsel.

Plastizität des Gehirns

Das Gehirn ist ein dynamisches Organ, das sich ständig an neue Erfahrungen und Anforderungen anpasst. Diese Fähigkeit wird als Plastizität bezeichnet. Durch Lernen und Übung können neue Verbindungen zwischen Nervenzellen entstehen und bestehende Verbindungen gestärkt werden. Dies ermöglicht es uns, neue Fähigkeiten zu erlernen und uns an veränderte Umweltbedingungen anzupassen. Nicht jedes Gehirn ist gleich. Vielmehr ist unser Gehirn stetigen Veränderungen unterworfen, beispielsweise durch die besondere Beanspruchung einzelner Bereiche oder durch Krankheiten. Im Gehirn von Musikern oder Sportlern sind unterschiedliche Regionen ausgeprägter als andere.

Gedächtnis

Gedächtnissportler verwenden verschiedene Methoden, um sich eine Abfolge von Gegenständen oder Fakten zu merken. Zwei dieser Methoden werden in dem Film „Das Gehirn“ vorgestellt. Mithilfe des Arbeitsblattes können die Schüler die Loci-Methode ausprobieren. Mit Hilfe des Films füllen die Schüler auch das Arbeitsblatt aus.

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Schlaf

In der Sendung erfahren die Schüler, was in ihrem Gehirn passiert, wenn sie schlafen. Mit Hilfe des Lückentextes auf dem Arbeitsblatt wird das Thema vertieft.

Pubertät

Während der Arbeit mit dem Arbeitsblatt finden die Schüler heraus, dass Jugendliche so anstrengend sind, weil ihr Gehirn während der Pubertät umgebaut wird.

Unterrichtsmaterialien

Für den Unterricht zum Thema Gehirn stehen verschiedene Materialien zur Verfügung, die den Schülern einen anschaulichen und interaktiven Zugang zu diesem komplexen Thema ermöglichen.

Filme und Videos

• "Das Gehirn" (Planet Schule): Dieser Film erklärt den Aufbau und die Funktionsweise des Gehirns anhand von Beispielen aus dem Alltag. Er zeigt auch, wie sich das Gehirn im Laufe der Evolution verändert hat und wie Neurobiologen die Vorgänge im Gehirn untersuchen.
• "Dein Gehirn" (dreiteilige Reihe): Diese Produktion zeigt in einem Mix aus Realfilm, Comics und Animationen, wie Jugendliche die Hürden des Tages nehmen und welche Teile des Gehirns dabei eine Rolle spielen.
• "Das Gehirn: Steuerzentrale des Körpers" und "Das Gehirn: Neuronen und Synapsen - Signalverarbeitung im Gehirn": Diese Videos vermitteln Wissen über die Bereiche des Gehirns und die Funktion von Neuronen und Synapsen.

Arbeitsblätter

• Arbeitsblätter zu den Filmen: Zu den oben genannten Filmen gibt es Arbeitsblätter, die den Schülern helfen, das Gesehene zu verarbeiten und ihr Wissen zu vertiefen.
• Arbeitsblätter zu einzelnen Hirnregionen: Diese Arbeitsblätter ermöglichen es den Schülern, sich intensiv mit den Aufgaben und Funktionen einzelner Hirnregionen auseinanderzusetzen.
• Arbeitsblätter zu Lernvorgängen und Gedächtnistypen: Diese Arbeitsblätter helfen den Schülern, die neurophysiologischen Grundlagen des Lernens und des Gedächtnisses zu verstehen.
• Arbeitsblätter zu Hirnstimulanz und Neuroenhancement: Diese Arbeitsblätter regen die Schüler dazu an, sich mit den Möglichkeiten und ethischen Fragen der Hirnstimulanz auseinanderzusetzen.

Interaktive Tafelbilder

• Gehirnaufbau - interaktives Tafelbild (Powerpoint): Dieses Tafelbild veranschaulicht den Aufbau des Gehirns und kann im Unterrichtsverlauf selbst beschriftet werden.

Experimente und Spiele

• Hirnhälften-Test: Dieses Experiment zeigt, wie die beiden Hirnhälften zusammenarbeiten.
• Modellieren eines Gehirns: Die Schüler modellieren ein Gehirn aus Knetmasse und stellen dabei die unterschiedlichen Funktionen der einzelnen Hirnregionen dar.
• Spiel zu Botenstoffen: In diesem Spiel erarbeiten die Schüler die wesentlichen Teile des Zentralen Nervensystems, der Hormondrüsen und der Hormone.

Weitere Materialien

• Werner Stangls Arbeitsblätter: Diese Homepage bietet umfangreiche Informationen zu allen möglichen Aspekten rund ums Gehirn.
• Onlineangebot zur Zeitschrift "Gehirn und Geist": In dieser Zeitschrift berichten Wissenschaftler über neue Erkenntnisse aus Psychologie und Hirnforschung.
• Neuroscience for Kids: Diese englischsprachige Webseite bietet Informationen und Aktivitäten für Schüler und Lehrer, die mehr über das Nervensystem erfahren möchten.

Unterrichtsablauf

• Einstieg: Die Lehrkraft zeigt ein Bild vom Gehirn und fragt die Schüler nach ihrem Vorwissen. Anschließend schauen sie sich das Video "Das Gehirn: Steuerzentrale des Körpers" an und bearbeiten dazu ein Arbeitsblatt.
• Erarbeitung: Die Schüler erklären, wie Informationen zum Gehirn und weiter gelangen. In Kleingruppen sehen sie dann das Video "Das Gehirn: Neuronen und Synapsen". Anschließend recherchieren sie die Funktion der Patch-Clamp-Technik anhand eines Arbeitsblattes.
• Besprechung: Die Ergebnisse der Recherche werden beispielhaft von einer oder zwei Gruppen vorgestellt.
• Vertiefung: In der Folgestunde können in arbeitsteiliger Partner- oder Gruppenarbeit das Navigationssystem des Gehirns und die Darstellung von Zeitabläufen im Gehirn vorgestellt werden.

Differenzierung

Die Aufgaben zu den Hirnregionen sind unterschiedlich komplex, sie eignen sich zur inneren Differenzierung. Je nach Niveau der Lerngruppe können sie die Botenstoffe in der Tabelle auch vorgeben.

Lernziele

Die Schülerinnen und Schüler lernen den Aufbau des Gehirns kennen, eigenen sich Wissen an über die komplexen Gehirnfunktionen und erfahren etwas über die Behandlung von neurologischen Krankheiten, (z. B. Parkinson). Damit tauchen sie in das spannende Feld der verschiedenen Möglichkeiten der Hirnstimulanz ein. Sie sollen verstehen, mit welchen Mitteln und Methoden das Gehirn bzw. einzelne Areale, beeinflusst und Gehirnleistungen somit verbessert werden können. Bei diesem Thema treffen verschiedene Wissenschaftsbereiche aufeinander von der Neurologie über die Psychiatrie bis hin zur Ethik. Die Schülerinnen und Schüler merken auch, dass es Grenzen in der Erforschbarkeit dieses Organs gibt - beispielsweise was die Ich-Identität und die Frage nach der Entstehung von Gefühlen anbelangt.

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Hinführung zum Thema

Es dürfte nicht schwer sein, die Schülerinnen und Schüler für das Thema Gehirn zu begeistern, sind sie doch in ihrem Schulalltag ständig mit Aufnehmen, Speichern und Reproduzieren von Informationen beschäftigt. In der 8. Klasse spielt auch das Thema sanfte und weiche Drogen sowie Dopingmittel eine Rolle, anhand derer u.a. veranschaulicht werden kann, wie sie im Gehirn eingreifen und die Gehirnleistung verändern können.

Nachbearbeitung

Im weiteren Verlauf des Unterrichts bietet es sich an mit der Klasse über ethische Fragen zu diskutieren, die durch medizinische Fortschritte aufkommen - Stichwort "gläserner Mensch" beim Thema Gedankenlesen oder Persönlichkeitsveränderung durch Hirnschrittmacher. Ebenfalls wäre ein Besuch bei einem Neurochirurgen interessant, der ein echtes (totes) Gehirn zeigen könnte, um die Anatomie zu veranschaulichen.

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