Nervenzellen des Großhirns: Aufbau und Funktion

Das Gehirn, die Steuerzentrale unseres Körpers, ist für lebenswichtige Abläufe unerlässlich. Es steuert unsere Wahrnehmung, unser Empfinden, unser Wissen, unser Denken und unser Verhalten. Es stellt sicher, dass unsere Organe richtig arbeiten und steuert all unsere Bewegungen. Es nimmt Sinneseindrücke auf, verarbeitet sie, speichert Informationen im Gedächtnis und ruft sie bei Bedarf wieder ab. Dieses gigantische Netzwerk von Nervenzellen steuert all unsere Organe und Körperfunktionen.

Die verschiedenen Bereiche des Gehirns

Das Gehirn besteht aus verschiedenen Teilen, wobei jeder Bereich auf bestimmte Aufgaben spezialisiert ist:

• Hirnstamm: Der älteste Teil des Gehirns, der das Gehirn mit dem Rückenmark verbindet. Er leitet Sinneseindrücke zum Großhirn und Informationen vom Großhirn zum Rückenmark weiter und reguliert lebenswichtige Systeme wie Herzschlag, Atmung und Blutdruck. Auch wichtige Körperreflexe haben hier ihren Sitz.
• Zwischenhirn: Verantwortlich für überlebenswichtige Empfindungen und Instinkte wie Durst, Hunger und Schlaf. Der Thalamus filtert Sinneseindrücke und leitet wichtige Informationen an das Großhirn weiter. Der Hypothalamus reguliert automatische Vorgänge wie Körpertemperatur, Wasser- und Salzhaushalt und ist an Gefühlen beteiligt.
• Limbisches System: Spielt eine wichtige Rolle bei Gefühlen und triebgesteuertem Verhalten.
• Kleinhirn: Wichtig für Gleichgewicht und Koordination. Es steuert gelernte Bewegungsabläufe und sorgt für Muskelspannung.
• Großhirn: Der jüngste und größte Teil des Gehirns, verantwortlich für höhere Hirnfunktionen wie Motivation, Lernen, Denken und Verstehen.

Das Großhirn: Kommandozentrale des Nervensystems

Das Großhirn (Cerebrum, Endhirn oder Telencephalon) macht etwa 80 % des menschlichen Gehirns aus und befindet sich im oberen Teil des Gehirns. Es ist der am höchsten entwickelte Abschnitt des Gehirns und lässt sich in der oberen Schädeldecke verorten. Es besteht aus einer rechten und linken Gehirnhälfte, die durch ein Bündel von Nervenfasern (Corpus Callosum) miteinander verbunden sind. Die beiden Großhirn-Hemisphären lassen sich jeweils in vier Lappen unterteilen: Stirnlappen, Scheitellappen, Schläfenlappen und Hinterhauptslappen.

Das Großhirn ermöglicht die sogenannten „höheren“ Hirnfunktionen, wie Motivation, Lernen, Denken oder Verstehen. Es ist allgemein für Funktionen wie das Gedächtnis, Bewusstsein, Gedanken, Emotionen und die Koordination willkürlicher Aktivitäten verantwortlich.

Aufbau des Großhirns

Das Großhirn besteht hauptsächlich aus seinen zwei Großhirnhälften, der Großhirnrinde (Kortex) und dem Großhirnmark. Die Großhirnhälften lassen sich ihrer Lage entsprechend wiederum in die sogenannten Frontal- (Stirn-), Parietal- (Schläfen-), Temporal- (Scheitel-) und Okzipitallappen (Hinterkopf-Lappen) unterteilen.

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Die Oberfläche des Großhirns ist durch Furchen (Sulci) und Windungen (Gyri) stark gefaltet, was die Oberfläche vergrößert. Die Großhirnrinde (Cortex cerebri) bedeckt die gesamte Großhirnoberfläche und ist etwa 1,5 bis 4,5 Millimeter dick. Sie ist stark gefaltet und durchzogen von zahlreichen Furchen, wodurch voneinander abgrenzbare Bereiche entstehen. 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.

Unterhalb der Großhirnrinde verlaufen die Fortsätze der Nervenzellen, die Informationen übertragen. Dieser Teil der Informationsübertragung gehört zum Großhirnmark (weiße Substanz). Unterhalb des Großhirns liegen auch die Basal-Ganglien. Das sind sehr dichte Verbünde von Nervenzellen. 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.

Das Gehirn weist mehrere Hohlräume auf, sogenannte Hirnkammern. Sie sind Teil des Ventrikelsystems, das aus vier Hirnkammern besteht, die über Öffnungen und einen Verbindungsgang miteinander verbunden sind. Darin zirkuliert Liquor. Das ist eine Flüssigkeit, die das Gehirn umgibt und es vor mechanischen Krafteinwirkungen schützt. Über das Ventrikelsystem und den Liquor wird das Gehirn mit Nährstoffen versorgt.

Die Großhirnrinde (Cortex cerebri)

Die Rinde des Großhirns - der Cortex cerebri - bedeckt fast das gesamte von außen sichtbare Gehirn. Sie ist stark gefaltet und durchzogen von zahlreichen Furchen, wodurch voneinander abgrenzbare Bereiche entstehen. Jede Großhirnhälfte (Hemisphäre) gliedert sich in vier von außen sichtbaren Lappen, die Lobi: den Stirnlappen (Frontallappen), Scheitellappen (Parietallappen), Schläfenlappen (Temporallappen) und Hinterhauptslappen (Okzipitallappen). Hinzu kommt der Insellappen (Lobus insularis), der tief in der seitlichen Großhirnfurche verborgen liegt und von außen nicht sichtbar ist. Etwa 90 Prozent des Cortex bestehen aus dem evolutionär jungen Neocortex, der durchgehend aus sechs Zellschichten aufgebaut ist.

Die Großhirnrinde ist in verschiedene Unterbereiche, sogenannte Gehirn-Lappen, gegliedert. Sie werden entsprechend ihrer Lage Stirn-Lappen, Schläfen-Lappen, Scheitel-Lappen und Hinterkopf-Lappen genannt. In ihnen haben Nervenzellen mit ganz bestimmten Aufgaben ihren Sitz. Man kann heute schon sehr genau sagen, wo sich einzelne Funktionen befinden.

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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.

Funktionen der Großhirnrinde

In der Großhirn-Rinde sitzen auch die Wahrnehmung und der Wille. Auch wesentliche Teile unseres Gedächtnisses liegen in der Großhirn-Rinde. Denken und Erinnern sind hier verankert, willentliche Bewegungen werden gesteuert. Hier gehen wichtige Sinneseindrücke ein. Sie werden sortiert, bewusst gemacht, gespeichert und sinnvoll miteinander verknüpft. Dadurch ist es dem Menschen möglich, zielgerichtet zu handeln.

Die Großhirnrinde dient Funktionen wie z. B. Gedächtnis, Sprache, Denken und Bewusstsein.

Die einzelnen Lappen des Großhirns und ihre Funktionen

• Stirnlappen (Frontallappen): Denken, Entscheidungsfindung, Planung, Kontrolle der motorischen Funktionen, Willkürbewegungen, Kontrolle und Koordination vegetativer, affektiver und geistiger Funktionen. Im motorischen Sprachzentrum (Broca-Areal) werden die Muskeln, die für das Sprechen von Bedeutung sind, repräsentiert. Im Stirnhirn liegt auch das Zentrum für die Bewegungen der Augenmuskeln.
• Scheitellappen (Parietallappen): Verarbeitung sensorischer Informationen wie Berührung, Temperatur, Schmerz und Druck. Hier 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.
• Schläfenlappen (Temporallappen): Hören, Gedächtnis, Sprache und Erkennung von Objekten. Hier liegt an der Außenfläche das primäre Hörzentrum, das Ende der Hörbahn. Nach hinten schließt sich das sekundäre Hörzentrum an, das akustische Erinnerungszentrum. 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.
• Hinterhauptslappen (Okzipitallappen): Verarbeitung visueller Informationen. Hier 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.

Nervenzellen: Die Bausteine des Gehirns

Das Gehirn ist ein gigantisches Netzwerk von Nervenzellen. 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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Nerven-Zellen haben einen kleinen Körper und sehr lange, faden-artige Fortsätze. Man nennt sie Axone und Dendriten. Diese können sich durch das gesamte Gehirn ziehen. Über diese Ausläufer können Nerven-Zellen sich miteinander verbinden und kommunizieren. Nerven-Zellen tauschen Informationen an speziellen Verbindungs-Stellen aus. Man nennt diese Verbindungs-Stellen Synapsen. Nerven-Zellen besitzen oft unzählige solcher Synapsen. Dementsprechend kann eine einzelne Nerven-Zelle im Gehirn Tausende Kontakte mit anderen Nerven-Zellen aufbauen. Durch den wiederholten Informationsaustausch zwischen den Nerven-Zellen können sich die Verknüpfungen verstärken.

Die Aufgabe der Nervenzellen besteht darin, Signale aufzunehmen und an andere Nervenzellen oder Muskel- und Drüsenzellen weiterzuleiten. Entlang einer Nervenzelle werden die Signale elektrisch fortgeleitet. Die Geschwindigkeit solcher Signale kann bis zu 360 km pro Stunde erreichen. Die Kontaktstelle zwischen 2 Nervenzellen ist die Synapse. Hier erfolgt die Übertragung des elektrischen Signals von einer Nervenzelle zur nächsten mit Hilfe von Botenstoffen, die auch als Transmitter bezeichnet werden. Gelangt das elektrische Signal zum Axonende einer Nervenzelle, wird dort der jeweilige Botenstoff in den winzigen Spalt zwischen den beiden Zellen ausgeschüttet. Die Funktion von Gehirn und Nervensystem basiert somit nicht nur auf einer Weiterleitung von elektrischen Signale sondern auch biochemischen Prozessen, welche die Signalübertragung zwischen den Nervenzellen erst ermöglicht.

Vernetzung: Was macht unser Gehirn leistungsfähig?

Je größer das Gehirn, umso intelligenter der Mensch? Das stimmt so nicht. Intelligenz hängt nicht so sehr von der Größe des Gehirns ab. Vielmehr ist entscheidend, wie gut die einzelnen Nerven-Zellen und Gehirn-Bereiche miteinander vernetzt sind. Die Haupt-Verbindungen im Gehirn entwickeln sich schon vor der Geburt. Aus der Gehirn-Forschung weiß man aber, dass sich neue Kontakte zwischen Nerven-Zellen über das gesamte Leben ausbilden. Auch alte Verknüpfungen können sich verändern.

Erkrankungen und Schädigungen des Großhirns

Erkrankungen und Verletzungen im Großhirn können diverse Folgen haben, je nachdem, wo im Cerebrum und wie ausgeprägt die Schädigung ist.

• Eine Reizung der motorischen Zentren im Stirnhirn ruft Krämpfe hervor (Rindenepilepsie), eine Zerstörung dieser Zentren führt zunächst zu einer Lähmung der Muskeln der anderen Körperseite (Hemiplegie). Im späteren Verlauf können benachbarte Großhirn-Felder und/oder jene der Gegenseite die Funktion übernehmen.
• Werden sekundäre motorische Rindenfelder im Stirnhirn zerstört, verschwindet die Fähigkeit, im Laufe des Lebens erworbene, zweckgerichtete Bewegungen auszuführen. Obwohl die primären Zentren intakt sind und keine Muskellähmungen vorliegen, können Betroffene nicht sprechen (motorische Aphasie - Broca-Aphasie) und nicht schreiben (Agraphie).
• 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.
• Werden die primären sensiblen Rindenfelder des Parietallappens geschädigt, resultiert eine Anästhesie, eine Unempfindlichkeit. Verletzungen der sekundären sensiblen Rindenfelder bedingen Agnosien - die Unfähigkeit, Gegenstände durch Betasten zu erkennen. Störungen auf der linken Seite, in der sich das Lesezentrum mit einer Erinnerung an die Bedeutung von Schriftzeichen befindet, führen zur Unfähigkeit, zu lesen (Alexie).
• Wird das Hörzentrum im Schläfenlappen (Temporallappen) geschädigt, entsteht die sogenannte Rindentaubheit. Dabei reicht bereits eine einseitige, totale Störung aus, um Taubheit auf beiden Ohren hervorzurufen. 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.
• Eine Störung des sekundären Hörzentrums im Schläfenlappen des Großhirns führt dazu, dass frühere Eindrücke nicht mehr erinnert werden und so Worte, Geräusche, Musik nicht mehr verstanden werden (die sogenannte Seelentaubheit).
• Eine Zerstörung bestimmter Bezirke der Großhirnrinde im Bereich des Sehzentrums (Gehirn) durch einen Tumor oder Schlaganfall führt zu Gesichtsfeldausfällen. Bei einer kompletten Zerstörung der Sehrinde beider Seiten im Großhirn resultiert eine sogenannte Rindenblindheit - Betroffene sind blind, obwohl ihre Netzhaut und die Sehbahn intakt sind. Sie können allenfalls noch Hell und Dunkel voneinander unterscheiden und Bewegungsreize erkennen.
• Wenn das sekundäre Sehzentrum (Gehirn) im Okzipitallappen im Großhirn zerstört ist, resultiert eine Seelenblindheit. Betroffene können Gegenstände nicht wieder erkennen, weil die Erinnerung erloschen und der Vergleich mit früheren optischen Eindrücken nicht mehr möglich ist.
• Demenz geht mit einer Schädigung des Gehirns einher, die weitreichende Folgen für das gesamte Denken und Handeln haben kann.

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