Das menschliche Gehirn ist ein bemerkenswert komplexes Organ, oft als der natürliche Supercomputer bezeichnet. Mit seinen rund 86 Milliarden Neuronen (Nervenzellen) und der gleichen Anzahl an Gliazellen (Neuroglia) ist es die komplizierteste anatomische Struktur, die wir kennen. Es verändert sich ständig im Laufe des Lebens und ermöglicht es uns, bis ins hohe Alter aktiv zu bleiben und unsere Lernfähigkeit zu erhalten.
Das Gehirn als Steuerzentrale
Man kann sich das Gehirn wie eine Steuerzentrale vorstellen, deren Hauptaufgabe darin besteht, überlebenswichtige Vorgänge wie Atmung, Überleben, Wahrnehmung und den Schlaf-Wach-Rhythmus zu regulieren. Da das Gehirn sehr stoffwechselaktiv ist, benötigt es eine hohe Zufuhr von Blutzucker und Sauerstoff.
Anatomische Hauptbestandteile des Gehirns
Das Gehirn lässt sich grob in fünf Hauptabschnitte gliedern:
- Großhirn (Cerebrum/Telencephalon): Nimmt rund 80 Prozent der gesamten Hirnmasse ein.
- Kleinhirn (Cerebellum): Befindet sich im unteren hinteren Bereich des Schädels.
- Zwischenhirn (Diencephalon): Enthält Thalamus, Hypothalamus und die Zirbeldrüse.
- Hirnstamm (Truncus cerebri): Verbindet Rückenmark und Großhirn. Besteht aus Mittelhirn, Brücke und verlängertem Mark.
Schutz des Gehirns
Das Gehirn ist durch die Schädelknochen und die drei Schichten der Hirnhaut (Dura mater, Arachnoidea und Pia mater) geschützt. Die Dura mater, die äußere Schicht, fungiert als Barriere, um das Gehirn vor äußeren Verletzungen zu schützen. Zusätzlich wird das Gehirn von Liquor umgeben, einer Flüssigkeit, die es schützend umhüllt und auch das Rückenmark umgibt.
Das Großhirn (Cerebrum)
Das Großhirn, auch Telencephalon genannt, bildet den vordersten Bereich des menschlichen Gehirns und macht etwa 80 % seiner Masse aus. Es besteht aus der Großhirnrinde (Kortex), die mit ihren Furchen und Windungen einer Walnuss ähnelt. Der innere Teil des Großhirns, der vom Kortex umgeben ist, wird als weiße Substanz (Substantia alba) bezeichnet.
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Die Großhirnrinde (Kortex)
Die Großhirnrinde ist zwischen zwei und fünf Millimeter dick und besteht aus einer äußeren Schicht (Isocortex oder Neocortex) und einer inneren Schicht (Allocortex). Sie besteht aus Nervenzellen und Gliazellen, die den Raum zwischen den Nervenzellen und den Blutgefäßen ausfüllen. Die Nervenzellen verfügen über Fortsätze (Axone), die die weiße Substanz bilden und die lokale und überregionale Vernetzung der Gehirnzellen ermöglichen.
Die vier Lappen des Großhirns
Jede Gehirnhälfte des Großhirns ist in vier Bereiche eingeteilt:
- Frontallappen (Stirnlappen): Kontrolliert Bewegungen und führt kognitive Prozesse aus. Hier befinden sich auch die Präzentralregion und die motorische Rinde, das Hauptursprungsgebiet der Nachrichtenvermittlung für Muskelaktivitäten.
- Parietallappen (Scheitellappen): Ein primär sensorisches Rindenfeld, zuständig für somatosensorische Funktionen. Hier liegt unter anderem die Postzentralregion.
- Temporallappen (Schläfenlappen): Enthält das Sprachzentrum, das für das Verständnis und die Verarbeitung von Sprache eine wichtige Rolle spielt. Der Hippocampus im mittleren Teil des Temporallappens ist für das Gedächtnis von großer Bedeutung.
- Okzipitallappen (Hinterhauptlappen): Der hinterste und kleinste der vier Hirnlappen, zuständig für die Verarbeitung visueller Informationen. Area 17 bildet die Endigungsstätte aller Sehbahnen, die Sehrinde.
Das Kleinhirn (Cerebellum)
Das Kleinhirn, auch Cerebellum genannt, befindet sich im unteren hinteren Bereich des Schädels. Obwohl es im Vergleich zum Großhirn wesentlich kleiner ist, enthält es mit rund 70 Milliarden die meisten Nervenzellen. Wie das Großhirn verfügt auch das Kleinhirn über eine Hirnrinde und ist in eine rechte und eine linke Hälfte geteilt. Die Hauptaufgabe des Kleinhirns besteht darin, Bewegungsabläufe zu steuern und zu koordinieren. Es analysiert blitzschnell jede Körperbewegung, um das Gleichgewicht herzustellen und die Körperhaltung aufrechtzuerhalten.
Das Zwischenhirn (Diencephalon)
Das Zwischenhirn enthält den Thalamus, den Hypothalamus und die Zirbeldrüse. Es filtert eingehende Informationen, bevor es sie an das Großhirn weiterleitet.
- Thalamus: Enthält graue Substanz und ist für die Sammlung von Sinneswahrnehmungen zuständig, die er an den Parietallappen des Großhirns weiterleitet. Er gilt als das „Tor zum Bewusstsein“.
- Hypothalamus: Steuert den Hormonhaushalt und agiert als Brücke zwischen Hormon- und Nervensystem. Er übernimmt die Steuerung von Funktionen wie Schlaf-Wach-Rhythmus, Körpertemperatur und Sexualverhalten. Der Hypothalamus ist mit der Hypophyse verbunden, die die Ausschüttung von Hormonen im Körper reguliert.
Der Hirnstamm (Truncus Cerebri)
Der Hirnstamm dient als Verbindung zwischen Rückenmark und Großhirn. Er besteht aus dem Mittelhirn (Mesencephalon), der Brücke (Pons) und dem verlängerten Mark (Medulla oblongata). Der Hirnstamm ist für eine Vielzahl überlebenswichtiger Funktionen zuständig. Er koordiniert automatische Abläufe wie Atmung und Herzschlag und kontrolliert Reflexe wie Husten, Harndrang, Erbrechen und Schlucken.
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Die Funktion des Gehirns: Informationsverarbeitung und Kommunikation
Das Gehirn funktioniert durch die Kommunikation von Gehirnzellen über Synapsen, den Kontaktstellen zwischen den Neuronen. Neurotransmitter (chemische Botenstoffe) übertragen die Informationen. Man geht von rund 100 Milliarden Synapsen im menschlichen Gehirn aus. Statistisch wäre somit jedes Neuron mit 1.000 anderen verbunden und von jedem anderen Neuron aus in nur vier Schritten zu erreichen. Nicht nur die Neuronen sind an der Weitergabe von Informationen beteiligt: Auch die sie umgebenden Gliazellen spielen hierbei eine wichtige Rolle. Sie stellen Nährstoffe bereit und absorbieren verschüttete Neurotransmitter. Rund die Hälfte der gesamten Hirnmasse besteht aus Gliazellen.
Lateralisation
Bei der Gehirnfunktion spielt die Lateralisation eine wichtige Rolle. Dies bedeutet, dass bestimmte Prozesse bevorzugt in einer der beiden Gehirnhälften stattfinden. So ist beispielsweise die linke Gehirnhälfte bei der Sprachproduktion sowie beim Lösen mathematischer Aufgaben ausschlaggebend. Die rechte Gehirnhälfte hingegen dominiert bei der räumlichen Wahrnehmung und der Gesichtserkennung.
Energieverbrauch und Blutversorgung
Der Energieverbrauch des Gehirns 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 Blutversorgung des Gehirns erfolgt über die rechte und linke innere Halsschlagader (Arteria carotis interna) und über die Arteria vertebralis. Durch weitere Arterien werden diese zu einem Gefäßring (Circulus arteriosus cerebri) geschlossen, der die Basis des Zwischenhirns umfasst.
Die Blut-Hirn-Schranke
Das empfindliche Gewebe im Gehirn ist durch die Blut-Hirn-Schranke gegen schädigende Substanzen im Blut (wie Gifte, Krankheitserreger, bestimmte Medikamente etc.) abgeschirmt.
Erkrankungen des Gehirns
Das Gehirn ist zwar durch die Schädelknochen geschützt, aber aufgrund seiner Empfindlichkeit auch sehr anfällig für Erkrankungen.
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- Schlaganfall: Entsteht durch den Verschluss eines Hirngefäßes, wodurch eine Region des Gehirns nicht ausreichend mit Sauerstoff versorgt wird.
- Gehirnerschütterung: Die leichteste Form der Gehirnerkrankung.
- Parkinson: Entsteht durch das Absterben bestimmter Hirnzellen, was zu einer verminderten Ausschüttung des Botenstoffes Dopamin führt.
- Demenz: Eine Verminderung der kognitiven Leistungen, oft durch Veränderungen im Gehirn verursacht. Am weitesten verbreitet ist die Alzheimer-Krankheit.
- Gehirntumore: Können in jedem Alter auftreten und gut- oder bösartig sein.
Die Bedeutung der synaptischen Plastizität
Die synaptische Plastizität gilt als Grundlage von Gedächtnis und Lernen. Sie bezeichnet die Fähigkeit, Signale zur Übertragung von Informationen zwischen zwei Nervenzellen variieren zu können. Bei der Übertragung von Informationen kann die Synapse mehr oder weniger Botenstoffe ausschütten, um die Stärke der Signale zu regulieren. Im erwachsenen Gehirn werden fortlaufend neue Synapsen gebildet.
Die 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. Die Hirnanhangsdrüse (Hypophyse) schüttet Hormone oder Vorstufen von Hormonen in die Blutbahn aus. Das Kleinhirn hält Bewegungsprogramme bereit und stimmt Bewegungsabläufe ab.