Das Gehirn ist ein faszinierendes und komplexes Organ, das als Steuerzentrum des Körpers fungiert. Es ist der verarbeitende Teil des Nervensystems und koordiniert Sinneseindrücke und Verhalten. Gewöhnlich befindet es sich im Kopf eines Lebewesens.
Einführung in die Welt des Gehirns
Das Gehirn, abgeleitet vom Althochdeutschen "hirni", Lateinischen "cerebrum" oder Altgriechischen "enképhalos", ist ein Organ, das aus Milliarden von Nervenzellen besteht und sich selbst organisiert. Es ist neben dem Rückenmark der wesentliche Bestandteil des zentralen Nervensystems. Interessanterweise verteilen sich Nervenzellen nicht nur im Kopf, sondern auch im Magen-Darm-Bereich, was zur Bezeichnung "Bauchgehirn" führt. Dieser Artikel beleuchtet die Funktion und Leistungsfähigkeit des Kopfgehirns.
Die Anatomie des Gehirns
Der Aufbau des Gehirns ist hierarchisch und evolutionär bedingt, wobei höhere Regionen komplexere Funktionen ausführen als niedrigere. Das Gehirn lässt sich grob in folgende Bereiche unterteilen:
- Großhirn (Telencephalon): Mit etwa 80 % der Hirnmasse ist das Großhirn der größte Teil. Es ist in zwei Hälften, die Hemisphären, unterteilt, welche durch den Balken (Corpus callosum) verbunden sind. Das Großhirn ist das Zentrum für Bewusstsein und Wahrnehmung, steuert komplizierte Prozesse wie Gedächtnis, Denken und Sprechen. Die Großhirnrinde, nur wenige Millimeter dünn, ist stark gefaltet und enthält 40.000 bis 60.000 Nervenzellen pro Quadratmillimeter, die jeweils mit Zehntausenden anderen verbunden sind. Die Großhirnrinde ist in verschiedene Lappen unterteilt:
- Frontallappen (Stirnlappen): Kontrolliert Bewegungen und führt kognitive Prozesse aus. Der präfrontale Cortex reift erst mit Ende 20 aus.
- Parietallappen (Scheitellappen): Zuständig für somatosensorische Funktionen.
- Temporallappen (Schläfenlappen): Enthält das Sprachzentrum und den Hippocampus, der für das Gedächtnis wichtig ist.
- Okzipitallappen (Hinterhauptlappen): Zuständig für die Verarbeitung visueller Informationen.
- Kleinhirn (Cerebellum): Das Kleinhirn ist nach dem Großhirn der zweitgrößte Teil des Gehirns und sorgt dafür, dass unser Körper stets im Gleichgewichtszustand gehalten wird. Es koordiniert Bewegungen und speichert automatische Bewegungsabläufe. Die Nervenzellen des Kleinhirns sind regelmäßig angeordnet.
- Zwischenhirn (Diencephalon): Das Zwischenhirn ist der mittlere Teil des Gehirns und umschließt den 3. Hirnventrikel. Es enthält den Thalamus, der als Relaisstation für sensorische Signale fungiert, den Hypothalamus, der für die Regulation von Körperfunktionen wie Hunger, Durst, Körpertemperatur, Sexualität und Stressreaktion zuständig ist, die Amygdala, die für die Emotionsregulation und die Verarbeitung von Erinnerungen zuständig ist und den Hippocampus, der die Bildung neuer, episodischer Erinnerungen verantwortlich ist es ermöglicht sich an spezifische Ereignisse oder Erfahrungen zu erinnern.
- Hirnstamm (Truncus cerebri): Der Hirnstamm, auch Stammhirn genannt, ist der älteste Teil des Gehirns und befindet sich am unteren Ende im Übergang zum Rückenmark. Er besteht aus Mittelhirn, Brücke und verlängertem Mark und reguliert die essenziellen Lebensfunktionen wie Atmung, Herzschlag und Reflexe. Fällt der Hirnstamm völlig aus, tritt der Herzstillstand binnen weniger Minuten ein.
- Brücke (Pons): Erster Abschnitt des Hirnstamms, der das Großhirn mit dem Kleinhirn und das Großhirn mit dem Rückenmark verbindet.
- Mittelhirn (Mesencephalon): Steuert die meisten Augenmuskeln.
- Verlängertes Mark (Medulla oblongata): Reguliert Blutdruck, Herzfrequenz, Atmung und Reflexe.
Die Funktionsweise des Gehirns
Die Funktionsfähigkeit des Gehirns wird über die Nervenzellen (Neuronen) sichergestellt. Sie bilden die grundlegenden Bausteine des Gehirns und kommunizieren miteinander, indem sie elektrische Impulse und chemische Signale aussenden. Es gibt verschiedene Arten von Neuronen, die für die unterschiedlichsten Funktionen im Gehirn verantwortlich sind. Sensorische Neuronen übertragen Informationen von den Sinnesorganen zum Gehirn, während motorische Neuronen Signale vom Gehirn zu den Muskeln leiten. Gliazellen unterstützen die Neuronen, indem sie Nährstoffe und Sauerstoff bereitstellen, sie vor Schäden schützen und Abfallprodukte entfernen.
Die Kommunikation zwischen den Neuronen erfolgt über Synapsen, den Kontaktstellen zwischen den Nervenzellen. Neurotransmitter übertragen die Informationen von einer Zelle zur nächsten. Man geht von rund 100 Milliarden Synapsen im menschlichen Gehirn aus.
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Das Gehirn verarbeitet Informationen aus der Umwelt über die Sinnesorgane. Diese Informationen gelangen in spezifische sensorische Felder im Gehirn. Meist empfangen wir über viele sensorische Felder gleichzeitig Informationen, die dann an Assoziationsfelder weitergeleitet werden, die alle Informationen bündeln.
Energieverbrauch und Blutversorgung des Gehirns
Obwohl das Gehirn nur etwa 2 % des Körpervolumens ausmacht, verbraucht es rund 20 % der Stoffwechselenergie. Die Blutversorgung der Gehirnzellen erfolgt über vier Arterien, die rechts und links im Hals nach oben verlaufen. Die Hauptmenge arteriellen Bluts fließt über die inneren Halsschlagadern (Arteria carotis interna), während zusätzlich Blut über die Wirbelarterien (Arteria vertebralis) aus den Schlüsselbein-Schlagadern (Arteria subclavia) fließt. Ein Netz von Kapillargefäßen, deren Länge insgesamt mehrere hundert Kilometer beträgt, versorgt das Gehirn.
Die Blut-Hirn-Schranke schützt das Gehirngewebe vor Krankheitserregern, Toxinen und Transmittern, indem sie nur die von den Neuronen benötigten Nährstoffe ins Gehirn lässt. Der Abfluss des verbrauchten Blutes erfolgt über Venen zu den Hirnblutleitern (Sinus durae matris), die schließlich in die inneren Drosselvenen (Vena jugularis interna) münden.
Die Plastizität des Gehirns
Das Gehirn ist ein dynamisches Organ, das sich ständig verändert und anpasst. Diese Fähigkeit wird als Plastizität bezeichnet. Durch Lernen und Erfahrung werden neue neuronale Verbindungen gebildet und bestehende Verbindungen gestärkt oder geschwächt. Die synaptische Plastizität gilt als Grundlage von Gedächtnis und Lernen.
Hirngewebe lässt sich wie ein Muskel trainieren. Wer eine Fertigkeit wie Klavierspielen oder Mathematik erlernt und ausübt, vergrößert den damit befassten Teil des Gehirns. Auch nach einem Schlaganfall kann das Gehirn Schäden zumindest teilweise reparieren, indem benachbarte Hirnregionen die Aufgaben des betroffenen Gebiets übernehmen.
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Gedächtnis und Erinnerung
Das Gehirn verfügt über verschiedene Gedächtnissysteme mit unterschiedlicher Speicherdauer:
- Ultrakurzzeitgedächtnis: Filtert und speichert Sinneseindrücke für 0,5 bis 2 Sekunden.
- Kurzzeitgedächtnis: Filtert, was ins Langzeitgedächtnis kommt, und speichert Informationen für 20 Sekunden bis 1 Stunde.
- Langzeitgedächtnis: Hat eine kurze Abrufdauer und unbegrenzte Speicherkapazität.
Erinnerungen sind jedoch nicht immer zuverlässig. Sie können durch Suggestion, falsche Informationen oder Emotionen verzerrt oder sogar falsch erzeugt werden.
Erkrankungen des Gehirns
Das Gehirn ist anfällig für verschiedene Erkrankungen, darunter:
- Schlaganfall: Entsteht durch den Verschluss eines Hirngefäßes oder eine Blutung im Gehirn.
- Gehirnerschütterung: Die leichteste Form der Gehirnerkrankung.
- Parkinson: Entsteht durch das Absterben bestimmter Hirnzellen.
- Demenz: Verminderung der kognitiven Leistungen, z.B. bei Morbus Alzheimer.
- Gehirntumore: Können gut- oder bösartig sein und in jedem Alter auftreten.
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