Das menschliche Gehirn, ein faszinierendes und komplexes Organ, ist die Schaltzentrale unseres Körpers. Es besteht aus etwa 100 Milliarden Nervenzellen, die über 100 Billionen Synapsen miteinander kommunizieren. Diese Nervenzellen steuern über Nervenbahnen unseren gesamten Körper, indem sie Signale auf komplexe Weise weiterleiten.
Einführung
„Kein Organ ist so vielseitig wie unser Gehirn. Es entwickelt sich bereits in der dritten Schwangerschaftswoche und verändert sich im Laufe unseres Lebens unaufhörlich weiter“, so Dr. Diese Aussage unterstreicht die enorme Bedeutung und Anpassungsfähigkeit dieses Organs.
Was ist das Gehirn?
Das Gehirn (Encephalon) ist der Teil des zentralen Nervensystems, der innerhalb des knöchernen Schädels liegt und diesen ausfüllt. Es besteht aus unzähligen Nervenzellen, die über zuführende und wegführende Nervenbahnen mit dem Organismus verbunden sind und ihn steuern. Das Gehirnvolumen beträgt etwa 20 bis 22 Gramm pro Kilogramm Körpermasse, während das Gewicht mit 1,5 bis zwei Kilogramm ungefähr drei Prozent des Körpergewichts ausmacht.
Gehirnzellen und Gliazellen
Ein Mensch hat ungefähr 100 Milliarden Gehirnzellen, die das zentrale Nervensystem aufbauen und untereinander verknüpft sind. Die Zahl dieser Verknüpfungen wird auf 100 Billionen geschätzt. Die Nervenzellen im Gehirn sind eingebettet in ein stützendes Gewebe aus Gliazellen, die wichtige Aufgaben erfüllen.
Hirnhäute
Das Gehirn ist von drei Hirnhäuten umgeben: Dura mater, Arachnoidea und Pia mater. Diese Schutzhüllen sind essentiell für den Schutz des Gehirns.
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Gehirn-Aufbau: Fünf Abschnitte
Das menschliche Gehirn lässt sich grob in fünf Abschnitte gliedern:
- Großhirn (Telencephalon)
- Zwischenhirn (Diencephalon)
- Mittelhirn (Mesencephalon)
- Kleinhirn (Cerebellum)
- Nachhirn (Myelencephalon, Medulla oblongata)
Hirnregionen und ihre Funktionen
Die verschiedenen Anteile der Großhirnrinde übernehmen ganz unterschiedliche Funktionen. Das Großhirn ist der größte und wichtigste Teil unseres Gehirns und verbindet als oberste Instanz des Zentralen Nervensystems die Gesamtheit aller Organe miteinander, sorgt für deren Abstimmung und verarbeitet innere sowie äußere Reize.
Großhirn (Telencephalon)
Das Großhirn ist der größte und schwerste Teil des Gehirns und ähnelt mit seinen Falten und Furchen einem Walnusskern. Es ermöglicht die sogenannten „höheren“ Hirnfunktionen, wie Motivation, Lernen, Denken oder Verstehen. Die Großhirnrinde bedeckt die gesamte Oberfläche des Großhirns und enthält fast drei Viertel aller Nervenzellen des Gehirns. Hier gehen wichtige Sinneseindrücke ein, werden sortiert, bewusst gemacht, gespeichert und sinnvoll miteinander verknüpft.
Zwischenhirn (Diencephalon)
Das Zwischenhirn besteht unter anderem aus dem Thalamus und dem Hypothalamus. Im Thalamus werden Sinneseindrücke verarbeitet, während über den Hypothalamus der Schlaf-Wach-Rhythmus, Hunger und Durst, das Schmerz- und Temperaturempfinden und der Sexualtrieb gesteuert werden. Die Hypophyse ist mit dem Hypothalamus über einen Stiel verbunden und ist eine wichtige Hormondrüse.
Hirnstamm
Der Hirnstamm ist der stammesgeschichtlich älteste Teil des Gehirns und besteht aus Mittelhirn, Medulla oblongata und Brücke (Pons). Er ist für die grundlegenden Lebensfunktionen zuständig und steuert die Herzfrequenz, den Blutdruck und die Atmung sowie Reflexe wie den Lidschluss-, Schluck- oder Hustenreflex.
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Mittelhirn (Mesencephalon)
Das Mesencephalon ist der kleinste Abschnitt des Gehirns und hat die Aufgabe, akustische und optische Signale zwischen Großhirn und anderen Strukturen umzuschalten.
Medulla oblongata (Myelencephalon)
Das auch als Nachhirn bezeichnete Meyelencephalon stellt den Übergang zwischen Gehirn und Rückenmark dar. Hier werden die Atmung, der Kreislauf und viele Abläufe in den Organen gesteuert.
Kleinhirn (Cerebellum)
Oberhalb des Hirnstamms und unterhalb der beiden Großhirnhemisphären sitzt das Kleinhirn. Es koordiniert unsere Bewegungen und das Gleichgewicht und speichert erlernte Bewegungen.
Graue und weiße Substanz
Die graue Substanz im Gehirn besteht in erster Linie aus Nervenzellkörpern und findet sich etwa in der Großhirnrinde, den Basalganglien, der Kleinhirnrinde und den Hirnnervenkerne. Die weiße Substanz besteht aus den Nervenzellfortsätzen, den Nervenfasern (Axonen), und findet sich im Mark von Großhirn und Kleinhirn.
Hirnnerven
Dem Gehirn entspringen zwölf paarige Nerven, die den Kopf, den Hals und Organe im Rumpf versorgen.
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Blutversorgung des Gehirns
Zwischen 15 und 20 Prozent des Herzminutenvolumens entfällt auf die Blutversorgung des Gehirns. Die Blutversorgung erfolgt über die rechte und linke innere Halsschlagader (Arteria carotis interna) und über die Arteria vertebralis. Diese Arterien sind zu einem Gefäßring (Circulus arteriosus cerebri) geschlossen, der die Basis des Zwischenhirns umfasst.
Liquor
Der Liquor ist die Flüssigkeit, welche das Gehirn und auch das Rückenmark schützend umgibt.
Ventrikelsystem
Das Gehirn weist mehrere Hohlräume (Hirnkammern) auf, in denen der Liquor zirkuliert und die zusammen das Ventrikelsystem bilden.
Blut-Hirn-Schranke
Das empfindliche Gewebe im Gehirn ist durch die Blut-Hirn-Schranke gegen schädigende Substanzen im Blut abgeschirmt.
Energieverbrauch und Gehirnkapazität
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. Die Gehirnkapazität ist deutlich größer als die, die wir im Alltag tatsächlich nutzen.
Entwicklung des Gehirns
Die embryonale Entwicklung des Gehirns aus dem Neuralrohr zeichnet sich durch ein besonderes Größenwachstum und ein ungleichmäßiges Dickenwachstum der Wand aus. 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.
Funktion des Gehirns
Das Gehirn steuert alle wichtigen Fähigkeiten des Menschen: was wir wahrnehmen und empfinden, was wir wissen und denken oder wie wir uns verhalten. Es stellt aber auch sicher, dass unsere Organe richtig arbeiten und steuert all unsere Bewegungen. Es nimmt Sinneseindrücke auf und verarbeitet sie. Außerdem speichert es Informationen im Gedächtnis und ruft sie bei Bedarf wieder ab.
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. 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.
Wie funktioniert das Gehirn?
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).
Synapsen und Signalübertragung
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.
Lernfähigkeit und Plastizität
Das menschliche Gehirn ist das komplizierteste Organ, das die Natur je hervorgebracht hat: 100 Milliarden Nervenzellen und ein Vielfaches davon an Kontaktpunkten verleihen ihm Fähigkeiten, an die kein Supercomputer bis heute heranreicht. Eine der wichtigsten Eigenschaften ist seine Lernfähigkeit. Das Gehirn wird bis ins hohe Alter laufend umgebaut und kann trainiert werden. Lernen findet an den Synapsen statt, wo die Effektivität der Übertragung variiert werden kann (synaptische Plastizität). Synapsen können verstärkt oder abgeschwächt werden, und sogar komplett neu gebildet oder abgebaut werden.
Verschaltung im Gehirn
Das menschliche Gehirn lässt sich nach verschiedenen Kriterien untergliedern, z.B. entwicklungsgeschichtlich in End-, Zwischen-, Mittel-, Hinter- und Markhirn. Anatomisch fallen besonders die Bereiche ins Auge, die als Groß-, Zwischen- und Kleinhirn bezeichnet werden, sowie der Hirnstamm. Besonders auffällig ist die zum Endhirn gehörende Großhirnrinde (Kortex). Sie ist im Laufe der Evolution so stark gewachsen, dass sie fast das gesamte Gehirn umgibt und Sitz vieler höherer geistiger Fähigkeiten ist.
Medizinische Aspekte
Stimmt etwas nicht mehr mit unserem Gehirn, so bekommen wir dies auf vielfältige Weise zu spüren. Krankheiten, die unser Gehirn betreffen, sind so vielfältig wie das Organ selbst. So gibt es Erkrankungen, die das Gehirn auf der Zellebene schädigen, wie beispielsweise Demenz, Multiple Sklerose oder Epilepsie. Krankheiten wie Depressionen, Bipolare Störungen oder Schizophrenie hingegen beruhen auf einer gestörten Balance des Gehirns.
Häufige neurologische Erkrankungen
- Schädel-Hirn-Trauma: Verletzung des Gehirns durch äußere Gewalteinwirkung.
- Hirnhautentzündung (Meningitis): Entzündung der Hirnhäute durch Bakterien oder Viren.
- Gehirntumore: Primäre Hirntumore oder Hirnmetastasen.
- Epilepsie: Anfallsartige Funktionsstörung im Gehirn.
- Schlaganfall: Mangeldurchblutung des Gehirns oder Gehirnblutung.
- Alzheimer-Erkrankung: Neurodegenerative Erkrankung mit Eiweißablagerungen im Gehirn.
Symptome von Gehirnerkrankungen
Einige Symptome überschneiden sich und lassen sich als typische Anzeichen zusammenfassen. So kann das Bewusstsein bei fast allen neurologischen Erkrankungen beeinträchtigt werden. Dies reicht von leichter Abwesenheit bis zu komatösen Zuständen. Ein ähnlich allgemeines Symptom sind Kopfschmerzen. Sie können auf einfache Verspannungen, Hirnhautentzündungen oder sogar auf einen Hirntumor hindeuten.