Das menschliche Gehirn ist ein bemerkenswertes Organ. Mit einem durchschnittlichen Gewicht von etwa 1.400 Gramm, abhängig von Geschlecht und Körpergröße, steuert es nahezu alle lebenswichtigen Körperfunktionen, ermöglicht das Denken, emotionales Erleben und viele weitere komplexe Abläufe. Dieser Artikel beleuchtet den Aufbau und die Funktion des Gehirns, um einen Einblick in seine grundlegende Funktionsweise zu geben.
Einführung
Das Gehirn ist die Steuerzentrale des Körpers, die Sinneseindrücke verarbeitet, Körperfunktionen koordiniert und aufrechterhält. Es besteht aus Milliarden von Nervenzellen (Neuronen), die ständig miteinander kommunizieren und Informationen austauschen. Diese komplexe Struktur ermöglicht es uns zu denken, zu fühlen und zu handeln.
Die Hauptbestandteile des Gehirns
Das Gehirn lässt sich grob in fünf Hauptabschnitte gliedern:
- Großhirn (Telencephalon)
- Zwischenhirn (Diencephalon)
- Mittelhirn (Mesencephalon)
- Kleinhirn (Cerebellum)
- Hirnstamm (Truncus cerebri)
Das Großhirn (Telencephalon)
Das Großhirn ist der größte und am höchsten entwickelte Teil des Gehirns. Es macht etwa 80 Prozent der gesamten Hirnmasse aus und ist der Sitz höherer Hirnfunktionen wie Lernen, Denken, Erinnern und Verstehen. Die Großhirnrinde, die die gesamte Großhirnoberfläche bedeckt, enthält fast drei Viertel aller Nervenzellen des Gehirns. Hier werden Sinneseindrücke verarbeitet, bewusst gemacht und miteinander verknüpft. Die Großhirnrinde ist der Sitz zielgerichteten Handelns, der Wahrnehmung und des Willens.
Hemisphären und ihre Funktionen
Das Großhirn unterteilt sich in zwei weitgehend symmetrische Hälften (Hemisphären), die durch den sogenannten Balken (Corpus callosum) und weitere Nervenfasern miteinander in Verbindung stehen. Die linke Gehirnhälfte übernimmt überwiegend rationale Leistungen, während die rechte Gehirnhälfte für emotionale und kreative Aspekte zuständig ist. Die rechte Gehirnhälfte steuert die linke Körperseite, die linke Gehirnhälfte die rechte Körperseite.
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Die Großhirnrinde und ihre Lappen
Die Großhirnrinde ist in verschiedene Unterbereiche gegliedert, sogenannte Gehirnlappen:
- Stirnlappen (Frontallappen): zuständig für Intelligenz, Sprache (motorisches Sprachzentrum), Persönlichkeitsmerkmale und Bewegungssteuerung.
- Schläfenlappen (Temporallappen): wichtig für Gedächtnis, Gefühle und Emotionen. Er beherbergt auch die Hörrinde und das Sprachverständnis. Im mittleren Teil des Temporallappens befindet sich der Hippocampus, der für das Gedächtnis von größter Bedeutung ist.
- Scheitellappen (Parietallappen): zuständig für die Verarbeitung somatosensorischer Funktionen.
- Hinterhauptslappen (Okzipitallappen): zuständig für das Sehzentrum.
Das Kleinhirn (Cerebellum)
Das Kleinhirn wiegt mit circa 130 bis 140 Gramm zehnmal weniger als das Großhirn. Es liegt an der Basis des Schädels unter dem Hinterhauptlappen des Großhirns. Das Kleinhirn stimmt Bewegungen aufeinander ab und speichert Abläufe, sodass nach einiger Übung bestimmte Bewegungen automatisch erfolgen. Verbindungen zur Großhirnrinde, zum Hirnstamm, zum Rückenmark und zum Gleichgewichtsorgan ermöglichen es dem Kleinhirn, seine wichtigen Funktionen zu erfüllen. Das Cerebellum gibt keine Bewegungsimpulse, vielmehr stimmt es Bewegungen fein ab, erhält die Muskelspannung und das Gleichgewicht.
Das Zwischenhirn (Diencephalon)
Das Zwischenhirn liegt zwischen Großhirn und Hirnstamm. Im Thalamus treffen Informationen aus dem Körper und den verschiedenen Sinnesorganen ein. Der Thalamus leitet die Signale an das Großhirn weiter, nachdem er die Informationen im Vorfeld gefiltert hat. Dies vermeidet, dass das Hirn überlastet wird. Der Hypothalamus steuert als übergeordnetes Schaltzentrum zum Beispiel den Schlaf-Wach-Rhythmus, den Wasserhaushalt, die Schweißsekretion sowie Schmerz- und Temperaturempfinden. Er lässt sich sowohl über Nerven als auch durch Hormone beeinflussen. Der Hypothalamus steht in direktem Kontakt mit der Hirnanhangsdrüse (Hypophyse) und verbindet das Hormon- mit dem Nervensystem.
Der Hirnstamm (Truncus cerebri)
Der Hirnstamm ist der älteste Teil des Gehirns. Er befindet sich unter den anderen Abschnitten nahe dem Rückenmark und wird fast vollständig von beiden Hirnhälften, den Hemisphären, umschlossen. Im Nachhirn kreuzen die aus dem Rückenmark kommenden Nervenbahnen. Das führt dazu, dass Informationen einer Körperseite in der gegenüberliegenden Hirnhälfte verarbeitet werden. Der Hirnstamm reguliert lebenswichtige Funktionen wie Atmung, Herzschlag und Blutdruck.
Die Gehirnzellen: Neuronen und Gliazellen
Das Gehirn besteht aus einer Reihe unterschiedlicher Gehirnzellen. Die wichtigsten und häufigsten Gehirnzellen sind die Nervenzellen (Neuronen): Von ihnen gibt es im menschlichen Gehirn ungefähr 200 Milliarden. Die Gehirnzellen tauschen Informationen untereinander durch chemische Botenstoffe (Neurotransmitter) über die Synapsen aus. Je mehr Synapsen eine Nervenzelle hat, desto mehr Informationen kann sie übertragen.
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Die Nervenzellen werden von den sogenannten Gliazellen umhüllt. Gliazellen machen etwa 50 Prozent der gesamten Hirnmasse aus. Sie haben für den Stoffwechsel und die Versorgung des Gehirns eine wichtige Funktion und sind am Aufbau der Blut-Hirn-Schranke beteiligt. Oligodendrozyten bilden die Markscheiden um die Nervenzellfortsätze, die Ependymzellen kleiden die Gehirnkammern (Ventrikel) aus.
Schutzmechanismen des Gehirns
Das Gehirn muss in besonderem Maße vor Verletzungen geschützt werden. Es wird von den Schädelknochen und innerhalb des Schädels von drei Hirnhäuten (Meningen) umgeben:
- harte Hirnhaut (Dura mater)
- Spinngewebshaut (Arachnoidea): Hier verlaufen zahlreiche Blutgefäße.
- weiche Hirnhaut (Pia mater)
In dieser festen Hülle schwimmt das Gehirn gewissermaßen im Hirnwasser, dem Liquor. Liquor ist die Flüssigkeit, die Gehirn und Rückenmark umgibt. Sie schützt das Gehirn vor mechanischen Einwirkungen und versorgt es mit Nährstoffen.
Die Blut-Hirn-Schranke
Bedeutsam sind auch die zahlreichen feinen Blutgefäße des Gehirns: die Kapillaren. Die Blut-Hirn-Schranke lässt nur wenige Stoffe passieren. Welche Stoffe die Blut-Hirn-Schranke durchlässt, kontrollieren die Endothel- und Gliazellen. Sie schützt das empfindliche Gehirn vor im Blut gelösten Schadstoffen.
Energieverbrauch des Gehirns
Um seine Funktion erfüllen zu können, braucht unser Gehirn Energie in Form von Glukose. Das Denkorgan des Menschen macht zwar nur ca. 2 % des Körpergewichts aus, verbraucht aber etwa 20 % der Energie. Im erwachsenen Gehirn haben die Gehirnzellen den höchsten Energiebedarf. Sie brauchen eine kontinuierliche Zufuhr von Glukose aus dem Blut.
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Funktionelle Karte des Gehirns
Mit dem heutigen Wissen lässt sich eine sogenannte funktionelle Karte des Gehirns erstellen. So weiß man, dass im Stirnhirn die Funktionen von Intelligenz, Sprache (motorisches Sprachzentrum), die Persönlichkeitsmerkmale sowie die Bewegungssteuerung zu finden sind. Zellen des Schläfenlappens sind wichtig für das Gedächtnis, für Gefühle und Emotionen. Der Schläfenlappen beherbergt zudem die Hörrinde und das Sprachverständnis. Im Hirnstamm befinden sich Nervenbahnen, die das Gehirn mit dem Rückenmark verbinden. Weiterhin liegt dort das Atemzentrum. Es regelt die Atmung, das Herz-Kreislauf-System und den Blutdruck. Das Kleinhirn hält Bewegungsprogramme bereit und stimmt Bewegungsabläufe ab.
Hirnnerven
Dem Hirnstamm entspringen zwölf paarige Hirnnerven (I-XII). Sie haben motorische (Bewegung), sensible oder sensorische (Empfindungen) sowie vegetative (lebenswichtige Vorgänge) Funktionen.
- Nervus ophthalmicus: Empfindungen an Auge, Gesichtshaut, Nasenschleimhaut
- Nervus maxillaris: Oberkiefer und Zähne, Rachen
- Nervus mandibularis: Haut und Schleimhaut des Unterkiefers, Unterkieferzähne, Zunge, Kaumuskulatur
- Nervus abducens (VI): versorgt einen Augenmuskel
- Nervus fascialis (VII): Gesichtsmuskulatur (Mimik), Geschmack, Kopfdrüsen
- Nervus vestibulocochlearis (VIII): Hören, Gleichgewicht
- Nervus glossopharyngeus (IX): Geschmack, Schlucken (Schlundmuskeln)
- Nervus vagus (X)
Alle weiteren Nerven, die das Gehirn mit Informationen versorgen beziehungsweise Informationen vom Gehirn in die verschiedenen Körperregionen transportieren, entspringen im Rückenmark.
Klinische Bedeutung: Krankheitsbilder und ihre Lokalisation
Da sich die meisten Hirnleistungen einer bestimmten anatomischen Hirnregion zuordnen lassen, weisen bestimmte Ausfälle - etwa Bewegungsstörungen, Sprachstörungen oder Sehstörungen - bereits auf krankhafte Veränderungen eines bestimmten Hirnareals hin. Dabei kann es sich zum Beispiel um Durchblutungsstörungen (Schlaganfall) oder gut- oder bösartige Gewebeneubildungen handeln.
Schlaganfall
Eine Durchblutungsstörung im Gehirn durch den Verschluss eines Blutgefäßes führt zu Sauerstoffunterversorgung im entsprechenden Gebiet.
Hirntumor
Es gibt gutartige und bösartige Hirntumore, die je nach Lokalisation unterschiedliche Symptome verursachen können.
Demenz
Unter Demenz versteht man die Abnahme von Gedächtnis- und Denkleistungen. Eine Art der Demenz ist Alzheimer.
Parkinson
Bei Parkinson kommt es zum Absterben einer bestimmten Art von Nervenzellen im Gehirn. Dadurch herrscht eine geringere Konzentration des Botenstoffs Dopamin vor.
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 Verbindungen zwischen Nervenzellen gebildet und bestehende Verbindungen gestärkt oder geschwächt. Diese synaptische Plastizität gilt als Grundlage von Gedächtnis und Lernen.
Forschung und zukünftige Perspektiven
Das menschliche Gehirn ist ein äußerst komplexes Gebilde. Noch immer sind längst nicht alle Abläufe innerhalb des Gehirns erforscht und enträtselt. Die Neurowissenschaften arbeiten kontinuierlich daran, die Funktionsweise des Gehirns besser zu verstehen und neue Therapien für neurologische Erkrankungen zu entwickeln.
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