Das Großhirn: Aufbau, Funktion und Bedeutung für Kognition und Verhalten

Das Großhirn (Cerebrum), auch als Endhirn oder Cortex cerebri bezeichnet, ist der größte Teil des menschlichen Gehirns und spielt eine zentrale Rolle für höhere kognitive Funktionen, Sinneswahrnehmung, willkürliche Bewegungen und vieles mehr. Es ermöglicht uns zu denken, zu fühlen, zu lernen und uns in der Welt zurechtzufinden. Dieser Artikel beleuchtet detailliert den Aufbau des Großhirns, seine Funktionen und die Bedeutung seiner einzelnen Bereiche.

Anatomie des Großhirns

Lage und Struktur

Das Großhirn befindet sich im oberen Bereich des Kopfes und nimmt ungefähr 80 Prozent des Gehirnvolumens ein. Es besteht aus zwei hemisphärischen Strukturen, der linken und der rechten Gehirnhälfte, die durch den Balken (Corpus callosum), eine große Faserbahn, miteinander verbunden sind. Diese Verbindung ermöglicht die Kommunikation und Koordination zwischen den beiden Hemisphären. Die beiden Großhirn-Hemisphären lassen sich jeweils in vier Lappen unterteilen: Stirnlappen oder Frontallappen (Lobus frontalis), Scheitellappen oder Parietallappen (Lobus parietalis), Schläfenlappen oder Temporallappen (Lobus temporalis), Hinterhauptslappen oder Okzipitallappen (Lobus occipitalis).

Großhirnrinde und Marklager

Das Großhirn besteht hauptsächlich aus seinen zwei Großhirnhälften, der Großhirnrinde (Kortex) und dem Großhirnmark. Die Großhirnrinde bedeckt die komplette Oberfläche des Großhirns und ist etwa 1,5 bis 4,5 Millimeter dick. Die Großhirnrinde beherbergt auch die sogenannte „graue Substanz“, die aus den eigentlichen Nervenzellen (Neuronen) und Gliazellen besteht. Die Gliazellen bilden das Stützgerüst für die Nervenzellen und sorgen auch für die elektrische Isolation, den Transport und den Austausch von Flüssigkeit. Die Oberfläche der beiden Großhirnhälften ist zerfurcht wie eine Walnuss und dadurch deutlich vergrößert. Die zahlreichen Hirnwindungen (Gyri) sind durch Furchen (Sulci) gegeneinander abgegrenzt. Beinahe alle Furchen und Windungen sind mittlerweile benannt. Die graue Substanz liegt außen und bildet die Großhirnrinde‎, die weiße Substanz liegt innen und bildet das Marklager. Die Großhirnrinde (Cortex cerebri) ist zwischen zwei und fünf Millimeter dick. Sie besteht aus dem Isocortex (oder Neocortex) und dem darunter liegenden Allocortex. Der Isocortex weist sechs Schichten auf und macht etwa 90 Prozent der Großhirnrinde aus. Der Allocortex ist entwicklungsgeschichtlich älter und hat einen dreischichtigen Aufbau. Der entwicklungsgeschichtlich älteste Teil des Allocortex wird Paleocortex (Paläocortex) genannt. Zusammen mit dem etwas jüngeren Archicortex bildet er den Allocortex. Die Großhirnrinde besteht aus den Zellkörpern von Milliarden von Nervenzellen (darunter Pyramidenzellen) und Gliazellen. Die Nervenzellen besitzen lange Fortsätze (Axone) in alle Richtungen. Das Mark des Großhirns besteht aus diesen Nervenzellfortsätzen, die eine Kommunikation auch mit weit entfernten Zellen ermöglichen. Die Fortsätze der Nervenzellen, die unterhalb der Großhirnrinde verlaufen, sind für die Übertragung von Informationen zuständig. Dieser Teil der Informationsübertragung gehört zum Großhirnmark (weiße Substanz). Die Projektionsfasern stellen auf- und absteigende Verbindungen zwischen der Hirnrinde und allen unter ihr gelegenen (subkortialen) Zentren her. Die von der Rinde absteigende Bahnen laufen fächerförmig zusammen und bilden tief im Inneren des Großhirns eine Region, die innere Kapsel (Capsula interna) genannt wird. Diese wiederum enthält die verschiedenen Bahnen zum Thalamus‎, zur Brücke (im Hirnstamm) und zum Rückenmark. Die Kommissurenfasern verknüpfen die Rindenbereiche der beiden Großhirnhälften miteinander. Das Großhirn (Cerebrum) enthält nahezu drei Viertel aller Nervenzellen des Gehirns.

Die Lappen des Großhirns

Jeder Lappen des Großhirns ist für spezifische Funktionen zuständig:

• Frontallappen (Stirnlappen): Der Frontallappen ist der größte Lappen im Großhirn und befindet sich an der Vorderseite des Gehirns. Er ist verantwortlich für höhere kognitive Funktionen wie Planung, Entscheidungsfindung, Problemlösung, Arbeitsgedächtnis und die Steuerung willkürlicher Bewegungen. Im Stirnhirn (Frontallappen oder Frontalhirn) liegen die Zentren für Willkürbewegungen und für die Kontrolle und Koordination vegetativer, affektiver und geistiger Funktionen. Im motorischen Sprachzentrum (Broca-Areal) werden die Muskeln, die für das Sprechen von Bedeutung sind, repräsentiert - bei Rechtshändern in der linken, bei Linkshändern in der rechten Gehirnhälfte. Im Stirnhirn liegt auch das Zentrum für die Bewegungen der Augenmuskeln. Ein weiteres Rindenfeld (Area 8) gilt als das Blickzentrum für willkürliche Augenbewegungen. Schädigungen im Bereich der ganz vorn und an der Unterseite liegenden Rindengebiete des Frontallappens haben manchmal schwere Persönlichkeitsveränderungen zur Folge.
• Parietallappen (Scheitellappen): Der Parietallappen ist ein Lappen des Großhirns, der sich oberhalb des Okzipitallappens und hinter dem Frontallappen befindet. Hier werden sensorische Informationen wie Berührung, Temperatur, Schmerz und räumliche Wahrnehmung verarbeitet. Im Scheitellappen oder Parietallappen des Großhirns befindet sich die Körperfühlsphäre, repräsentiert durch sensible Bahnen, die von der Haut und den Muskeln kommen und über den Thalamus in die primären sensiblen Rindenfelder des Scheitellappens ziehen. In sekundären sensiblen Rindenfeldern werden Erinnerungen an Empfindungen, die in den primären Rindenfeldern entstanden sind, gespeichert. Im Scheitellappen (Parietallappen) liegt unter anderem die Postzentralregion.
• Temporallappen (Schläfenlappen): Der Temporallappen befindet sich unter dem Frontal- und dem Parietallappen und über dem Hirnstamm. Dieser Hirnabschnitt spielt eine wichtige Rolle bei der auditiven Verarbeitung und Speicherung von Gedächtnisinhalten. Der Abschnitt trägt zur Gedächtnisbildung, Gesichtserkennung, Sprachverarbeitung sowie Emotionsverarbeitung bei. Im Schläfenlappen oder Temporallappen liegt an der Außenfläche das primäre Hörzentrum, das Ende der Hörbahn. Nach hinten schließt sich das sekundäre Hörzentrum an, das akustische Erinnerungszentrum. Einige Abschnitte des Hörzentrums scannen die ständige Geräuschflut, die über das Ohr ins Hirn strömt, nach Bekanntem ab und ordnen es entsprechend ein. Im Temporallappen und zum Teil auch im Parietallappen befindet sich das Wernicke-Areal, das vor allem für das Verstehen von Sprache entscheidend ist. Das Wernicke- und das Broca-Areal bilden das Sprachzentrum im Gehirn. Im Schläfenlappen liegt auch der Hippocampus, eine Sehpferdchen-förmige Struktur, die hauptsächlich für die Gedächtnisbildung zuständig ist.
• Okzipitallappen (Hinterhauptslappen): Der Okzipitallappen ist der hintere Lappen des Großhirns und liegt daher im Bereich des Hinterkopfes. Er spielt eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung von visuellen Informationen und der Wahrnehmung von Farben. Darüber hinaus ist er für die Steuerung von Augenbewegungen verantwortlich. Im Okzipitallappen befindet sich die Sehrinde, die in ein primäres und ein sekundäres Sehzentrum eingeteilt wird. Optische Signale gelangen über die Sehbahn hierher, werden verarbeitet und interpretiert. Im sekundären Sehzentrum werden optische Erinnerungsbilder gespeichert.

Weitere Strukturen

• Basalganglien: Diese tief im Großhirn sitzenden, grauen Kernkomplexe liegen unterhalb des Großhirns und sind dichte Verbünde der Nervenzellen, die die Bewegungen regulieren. Sie sind zusätzlich auch an der Verarbeitung von Denk- und Gefühlsvorgängen beteiligt. Die Basalganglien‎ oder Stammganglien sind Gruppen von Nervenzellkernen (also graue Substanz), die in der Tiefe der weißen Substanz beider Hemisphären liegen. Man unterscheidet verschiedene Basalganglien (bezeichnet zum Beispiel als Claustrum, Globus pallidum oder Corpus striatum).
• Limbisches System: Das limbische System ist eine Gruppe von Strukturen im Gehirn, die für Emotionen, Motivation und Gedächtnis verantwortlich sind. Zum limbischen System gehören verschiedene Teile im Zentrum des Gehirns. Es spielt eine wichtige Rolle bei Gefühlen und triebgesteuertem Verhalten (z. B. essen oder trinken).

Die Blutversorgung des Großhirns

Das Gehirn muss ständig mit genügend Sauerstoff, Glukose und weiteren Nährstoffen versorgt werden. Deshalb ist es besonders gut durchblutet. Die vordere Hirnarterie (Arteria cerebri anterior) versorgt das Gewebe hinter der Stirn und im Bereich des Scheitels. Die mittlere Hirnarterie (Arteria cerebri media) ist für die Seite und weiter innen liegende Gehirnbereiche wichtig. Die vordere und die mittlere Hirnarterie zweigen von der inneren Halsschlagader ab. Die hintere Hirnarterie (Arteria cerebri posterior) versorgt den Hinterkopf und den unteren Bereich des Gehirns sowie das Kleinhirn. Sie wird mit Blut aus den Wirbelarterien gespeist. Bevor die drei Arterien in „ihre“ Hirnregionen ziehen und sich dort in kleinere Äste verzweigen, liegen sie nahe beieinander unterhalb des Gehirns. Hier sind sie über kleinere Blutgefäße miteinander verbunden - ähnlich wie in einem Kreisverkehr. Auch an weiter entfernten Stellen gibt es Verbindungswege zwischen den einzelnen Arterien. Das hat den Vorteil, dass Durchblutungsstörungen im Gehirn bis zu einem gewissen Grad ausgeglichen werden können: Wenn zum Beispiel ein Arterienast allmählich immer enger wird, kann über diese „Umwege“ (sogenannte Kollateralen) trotzdem Blut in den betroffenen Hirnbereich fließen. 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. „Verbrauchtes“ - also sauerstoffarmes - Blut wird über die Gehirnvenen abtransportiert. Sie leiten es in größere Blutgefäße, die sogenannten Sinusse. Die Sinuswände sind durch harte Hirnhaut verstärkt, die die Gefäße gleichzeitig aufspannen.

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Funktionen des Großhirns

Das Großhirn ist die oberste Instanz des Zentralen Nervensystems. Es verbindet als Kommunikationszentrale alle unsere Organe, Organsysteme und Gewebe miteinander und stimmt sie aufeinander ab. So werden Reize sowohl aus der Umwelt als auch aus dem Inneren unseres Organismus über Rezeptoren aufgenommen, über aufsteigende Nervenbahnen an das Gehirn weitergeleitet und dann im Großhirn und der Großhirnrinde beurteilt und verarbeitet. Je nach Art der Reize erfolgt dann eine Antwort in Form von Reizen, die über absteigende Nervenbahnen an die Peripherie, innere Organe und Organsysteme gegeben werden. Allerdings gelangen nicht alle Reize bis in die Großhirnrinde. Manche Informationen werden ganz rasch und ohne, dass sie ins Bewusstsein gelangen, in „niederen“ Hirnregionen verarbeitet. So erfolgt etwa die zentrale Atemregulation in der Medulla oblongata (verlängertes Rückenmark oder Nachhirn). Jede Großhirn-Hälfte ist auf bestimmte Aufgaben spezialisiert: in den linken Arealen des Cerebrums sitzen in der Regel Sprache und Logik, in den rechten Großhirn-Arealen die Kreativität und der Orientierungssinn.

Kognitive Funktionen

Das Großhirn ist für eine Vielzahl von kognitiven Funktionen verantwortlich, darunter:

• Denken und Problemlösung: Das Großhirn ermöglicht es uns, abstrakt zu denken, Probleme zu analysieren und Lösungen zu entwickeln.
• Sprache: Das Großhirn enthält Sprachzentren, die für das Verstehen und Produzieren von Sprache verantwortlich sind (Broca- und Wernicke-Areal).
• Gedächtnis: Das Großhirn spielt eine wichtige Rolle bei der Speicherung und dem Abruf von Informationen.
• Lernen: Das Großhirn ermöglicht es uns, neue Informationen aufzunehmen und zu verarbeiten.
• Bewusstsein: An die Großhirnrinde ist unter anderem das Bewusstsein geknüpft. Nur diejenigen Sinnesreize werden bewusst, welche bis zur Großhirnrinde weitergeleitet werden.

Sensorische Funktionen

Das Großhirn empfängt und verarbeitet sensorische Informationen aus der Umwelt, darunter:

• Sehen: Der Okzipitallappen ist für die Verarbeitung visueller Informationen verantwortlich.
• Hören: Der Temporallappen ist für die Verarbeitung akustischer Informationen verantwortlich.
• Tasten: Der Parietallappen ist für die Verarbeitung von Berührungs-, Temperatur- und Schmerzreizen verantwortlich.
• Riechen und Schmecken: Diese Sinne werden ebenfalls im Großhirn verarbeitet.

Motorische Funktionen

Das Großhirn steuert willkürliche Bewegungen des Körpers. Der Frontallappen enthält den motorischen Kortex, der für die Planung und Ausführung von Bewegungen verantwortlich ist.

Erkrankungen des Großhirns

Es gibt viele verschiedene Krankheiten, die das Großhirn betreffen können. Dazu gehören:

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• Schlaganfall: Ein Schlaganfall tritt auf, wenn die Blutversorgung des Gehirns unterbrochen wird, was zu einer Schädigung oder zum Absterben von Gehirnzellen führen kann.
• Demenz: Eine Demenz ist ein fortschreitender Verlust der kognitiven Funktionen des Gehirns, wie Gedächtnis, Sprache und Denken. Demenz geht mit einer Schädigung des Gehirns einher, die weitreichende Folgen für das gesamte Denken und Handeln haben kann.
• Parkinson-Krankheit: Die Parkinson-Krankheit ist eine Erkrankung des Nervensystems, die durch einen Mangel an Dopamin im Gehirn verursacht wird.
• Epilepsie: Epilepsie ist eine neurologische Erkrankung, die zu wiederkehrenden Anfällen führt.
• Multiple Sklerose: Multiple Sklerose ist eine chronische Entzündungserkrankung des Nervensystems, die das Myelin (die Schutzschicht um die Nervenfasern) im Gehirn und Rückenmark schädigt.
• Enzephalitis: Enzephalitis ist eine Entzündung des Gehirns, die durch eine Infektion verursacht werden kann.
• Hirntumoren: Ist der Hippocampus mitbetroffen, sind oft Gedächtnisstörungen die Folge. Bei einem Hirntumor im Schläfenlappen (temporaler Hirntumor) können unter anderem Hör- und/oder Sprachstörungen auftreten. Manche große Tumoren können zu einer Schwellung des umgebenden Gewebes führen (perifokales Ödem‎). So kann beispielsweise ein großer Tumor im Großhirn ein Ödem im Marklager verursachen, das - obwohl der Tumor dieses nicht direkt schädigt - einen gewissen Druck auf die sich darin befindlichen Nervenzellkerngruppen ausübt.
• Aphasie: Bei einer Schädigung des Broca-Areals kann der Patient zwar meist noch Sprache verstehen, hat aber Schwierigkeiten, selbst Wörter und Sätze zu bilden. In leichteren Fällen können Betroffene noch in einem stakkatoartigen Telegrammstil kommunizieren. Verletzungen oder Hirnblutungen in dieser Region bewirken, dass der Patient Sprache kaum noch entschlüsseln kann. Er redet wie ein Wasserfall, seine Wörterflut ist aber verworren und unverständlich.

Das Großhirn im Vergleich

Der Mensch besitzt - bezogen auf das Körpergewicht - das größte Gehirn unter den Säugetieren. Das Gehirn eines Gorillas beispielsweise, ein naher Verwandter des Menschen und deswegen auch in der Familie der Menschenaffen, ist gerade mal ein Viertel so groß wie das menschliche Gehirn. Und dies, obwohl ein Gorilla deutlich mehr wiegt und größer ist als ein Mensch. Vor allem das Großhirn ist beim Menschen deutlich besser ausgebildet als bei seinen haarigen Verwandten. Hier sitzen viele Nerven-Zellen, die eng miteinander vernetzt sind.

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