Das menschliche Gehirn ist ein bemerkenswertes Organ, ein natürlicher "Supercomputer", der uns zu dem macht, was wir sind. Mit seinen rund 86 Milliarden Neuronen (Nervenzellen) und einer ähnlichen Anzahl von Gliazellen (Neuroglia) stellt es die komplexeste anatomische Struktur dar, die wir kennen. Dieses Organ ist nicht statisch, sondern verändert sich kontinuierlich im Laufe des Lebens, wodurch wir aktiv bleiben und unsere Lernfähigkeit bis ins hohe Alter bewahren können.
Einführung
Das Gehirn kann als eine Art Steuerzentrale betrachtet werden, deren Hauptfunktion darin besteht, lebenswichtige Prozesse wie Atmung, Überleben, Wahrnehmung sowie den Schlaf-Wach-Rhythmus zu regulieren. Aufgrund seiner hohen Stoffwechselaktivität benötigt das Gehirn eine kontinuierliche und hohe Zufuhr von Blutzucker und Sauerstoff.
Anatomie des Gehirns
Das Gehirn befindet sich im Schädel und ist in eine rechte und eine linke Hälfte unterteilt, die durch den Balken (Corpus callosum) miteinander verbunden sind. Dieser Balken ermöglicht den Informationsaustausch zwischen den beiden Hemisphären. Umgeben und geschützt wird das Gehirn durch die Schädelknochen und die drei Schichten der Hirnhaut (Dura mater, Arachnoidea und Pia mater). Die Dura mater, die äußere Schicht, dient als Barriere und schützt das Gehirn vor äußeren Verletzungen.
Die Hauptbestandteile des Gehirns sind:
- Großhirn (Cerebrum)
- Kleinhirn (Cerebellum)
- Zwischenhirn (Diencephalon)
- Hirnstamm (Truncus cerebri)
Großhirn (Cerebrum)
Das Großhirn, auch Telencephalon genannt, macht etwa 80 Prozent der gesamten Hirnmasse aus und bildet den vordersten Bereich des Gehirns. Es umfasst die Großhirnrinde, den sogenannten Kortex, dessen gefurchte und gewundene Oberfläche an eine Walnuss erinnert. Der innere Teil des Großhirns, der vom Kortex umgeben ist, wird als weiße Substanz (Substantia alba) bezeichnet.
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Die Großhirnrinde ist zwei bis fünf Millimeter dick und besteht aus einer äußeren Schicht (Isocortex oder Neocortex) und einer inneren Schicht (Allocortex). Sie setzt sich aus Nervenzellen und Gliazellen zusammen, die den Raum zwischen den Nervenzellen und den Blutgefäßen ausfüllen. Die Nervenzellen besitzen Fortsätze (Axone), die die weiße Substanz bilden und die lokale sowie überregionale Vernetzung der Gehirnzellen ermöglichen.
Jede Gehirnhälfte des Großhirns ist in vier Bereiche unterteilt:
- Frontallappen (Stirnlappen): Kontrolliert Bewegungen und führt kognitive Prozesse aus. Hier liegen die Funktionen von Intelligenz, Sprache (motorisches Sprachzentrum), Persönlichkeitsmerkmale sowie die Bewegungssteuerung.
- Parietallappen (Scheitellappen): Ein primär sensorisches Rindenfeld, das für somatosensorische Funktionen zuständig ist.
- Temporallappen (Schläfenlappen): Beherbergt das Sprachzentrum, das für das Verständnis und die Verarbeitung von Sprache von Bedeutung ist. Der mittlere Teil enthält den Hippocampus, der für das Gedächtnis wichtig ist und Informationen vom Kurzzeit- ins Langzeitgedächtnis überführt. Zellen des Schläfenlappens sind wichtig für das Gedächtnis, für Gefühle und Emotionen. Der Schläfenlappen beherbergt zudem die Hörrinde und das Sprachverständnis.
- Okzipitallappen (Hinterhauptlappen): Der hinterste und kleinste der vier Hirnlappen, zuständig für die Verarbeitung visueller Informationen.
Kleinhirn (Cerebellum)
Das Kleinhirn, auch Cerebellum genannt, befindet sich im unteren hinteren Bereich des Schädels. Obwohl es im Vergleich zum Großhirn 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 ist verantwortlich für Gleichgewicht und Körperhaltung und analysiert jede Körperbewegung blitzschnell. Das Kleinhirn stimmt Bewegungen aufeinander ab und speichert Abläufe, sodass nach einiger Übung bestimmte Bewegungen automatisch erfolgen. Es erhält die Muskelspannung und das Gleichgewicht.
Zwischenhirn (Diencephalon)
Das Zwischenhirn enthält den Thalamus, den Hypothalamus und die Zirbeldrüse. Es filtert eingehende Informationen, bevor es sie an das Großhirn weiterleitet.
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- Thalamus: Enthält graue Substanz und ist für die Sammlung von Sinneswahrnehmungen zuständig, die er an den Parietallappen des Großhirns weiterleitet. Der Thalamus ist die wichtigste Schaltstation für Informationen aus den Sinnesorganen. Äußere Sinneseindrücke wie Sehen, Hören oder Tasten gehen hier ein. Hier werden sie verarbeitet und bewertet - jedoch, ohne dass sie uns bereits bewusst sind. Wichtige Informationen werden an das Großhirn weitergeleitet und dort bewusst gemacht.
- 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.
- Zirbeldrüse: Produziert Melatonin, das den Schlaf-Wach-Rhythmus reguliert.
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 die Atmung und den Herzschlag und kontrolliert Reflexe wie Husten, Harndrang, Erbrechen und Schlucken. Im Hirnstamm kreuzen sich viele Nervenbahnen unserer beiden Körperhälften.
Wie funktioniert das Gehirn?
Die Gehirnzellen tauschen über Synapsen Informationen aus. Synapsen sind die Kontaktstellen zwischen den Neuronen, an denen Neurotransmitter (chemische Botenstoffe) die Informationen übertragen. Man geht von rund 100 Milliarden Synapsen im menschlichen Gehirn aus, was bedeutet, dass jedes Neuron statistisch mit 1.000 anderen verbunden ist und von jedem anderen Neuron aus in nur vier Schritten erreichbar ist.
Nicht nur Neuronen sind an der Informationsweitergabe beteiligt, sondern auch die umgebenden Gliazellen, die Nährstoffe bereitstellen und verschüttete Neurotransmitter absorbieren. Gliazellen machen etwa die Hälfte der gesamten Hirnmasse aus.
Ein wichtiger Aspekt der Gehirnfunktion ist die Lateralisation, bei der bestimmte Prozesse bevorzugt in einer der beiden Gehirnhälften stattfinden. So ist beispielsweise die linke Gehirnhälfte für die Sprachproduktion und das Lösen mathematischer Aufgaben zuständig, während die rechte Gehirnhälfte bei der räumlichen Wahrnehmung und der Gesichtserkennung dominiert.
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Das Gehirn und seine Funktionen im Detail
Das Gehirn ist die Steuerzentrale des Körpers und steuert alle wichtigen Fähigkeiten des Menschen: Wahrnehmung, Empfindung, Wissen, Denken und 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. Das Gehirn ist ein gigantisches Netzwerk von Nervenzellen, das all unsere Organe und Körperfunktionen steuert.
Man unterscheidet verschiedene Bereiche im Gehirn, wobei jeder Bereich auf bestimmte Aufgaben spezialisiert ist.
Hirnstamm
Der Hirnstamm ist der älteste Gehirn-Teil in der Entwicklungsgeschichte des Menschen und verbindet das Gehirn mit dem Rückenmark. Zum Hirnstamm werden drei Hirn-Abschnitte gerechnet: verlängertes Mark, Mittelhirn und Brücke.
Der Hirnstamm ist unter anderem für folgende Funktionen zuständig:
- Weiterleitung von Sinneseindrücken aus dem Körper an das Großhirn
- Weiterleitung von Informationen vom Großhirn zu den Nervenzellen des Rückenmarks
- Regelung lebenswichtiger Systeme wie Herzschlag, Atmung und Blutdruck
- Steuerung von Körperreflexen
Zwischenhirn
Das Zwischenhirn ist für viele überlebenswichtige Empfindungen und Instinkte des Menschen verantwortlich. Hier werden zum Beispiel Durst und Hunger oder der Schlaf gesteuert. Auch an der Verarbeitung von Sinneseindrücken wie Sehen, Hören oder Tasten ist das Zwischenhirn beteiligt.
Das Zwischenhirn besteht aus:
- Thalamus: Die wichtigste Schaltstation für Informationen aus den Sinnesorganen. Äußere Sinneseindrücke wie Sehen, Hören oder Tasten gehen hier ein, werden verarbeitet und bewertet. Wichtige Informationen werden an das Großhirn weitergeleitet und dort bewusst gemacht. Der Thalamus ist also ein wichtiger Informationsfilter. Er sorgt dafür, dass das Großhirn und das Bewusstsein nicht von Signalen überflutet werden.
- Hypothalamus: Regelt zahlreiche automatische Vorgänge im Körper, wie die Körpertemperatur, Wasser- und Salz-Haushalt oder auch die Magen-Darm-Funktion. Er ist auch am Entstehen des Durst-, Hunger- und Sättigungs-Gefühls beteiligt. Gemeinsam mit der Hirn-Anhang-Drüse (Hypophyse) reguliert der Hypothalamus wichtige Hormone im Körper. Im Zusammenspiel mit anderen Gehirn-Bereichen ist der Hypothalamus auch für Gefühle zuständig.
- Hypophyse (Hirnanhangsdrüse): Schüttet Hormone oder Vorstufen von Hormonen in die Blutbahn aus.
Limbisches System
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).
Kleinhirn
Das Kleinhirn ist wichtig für das Gleichgewicht und die Koordination. Gemeinsam mit dem Großhirn steuert es die Muskeln und somit die Bewegungen. Außerdem sorgt es ganz wesentlich mit dafür, dass die Muskel-Spannung des Körpers erhalten bleibt. Während das Großhirn vorrangig für bewusste Bewegungen zuständig ist, steuert das Kleinhirn bereits gelernte Bewegungsabläufe. Hier werden bestimmte Bewegungsabfolgen wie Tanzschritte oder das Schalten beim Autofahren gespeichert.
Großhirn
Das Großhirn ist der jüngste Gehirn-Teil in der Entwicklungsgeschichte des Menschen und zugleich der größte Teil des menschlichen Gehirns. Das Großhirn ermöglicht die sogenannten „höheren“ Hirnfunktionen, wie Motivation, Lernen, Denken oder Verstehen.
Die Großhirn-Rinde bedeckt die gesamte Oberfläche des Großhirns. Sie ist etwa 1,5 bis 4,5 Millimeter dick und enthält fast drei Viertel aller Nervenzellen des Gehirns. Hier gehen wichtige Sinneseindrücke ein. Sie werden sortiert, bewusst gemacht, gespeichert und sinnvoll miteinander verknüpft. Dadurch ist es dem Menschen möglich, zielgerichtet zu handeln. 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.
Die Großhirn-Rinde 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.
Unterhalb der Großhirn-Rinde verlaufen die Fortsätze der Nervenzellen, die Informationen übertragen. Unterhalb des Großhirns liegen auch die Basal-Ganglien, sehr dichte Verbünde von Nervenzellen.
Gehirn und Intelligenz
Das Gehirn eines Erwachsenen wiegt durchschnittlich 1,5 Kilogramm und macht etwa 2 Prozent des Körpergewichts aus. Es wird angenommen, dass das Gehirn etwa 10 Prozent des Körpergewichts ausmacht. Intelligenz hängt jedoch nicht von der Größe des Gehirns ab, sondern vielmehr davon, wie gut die einzelnen Nervenzellen und Gehirnbereiche miteinander vernetzt sind.
Die synaptische Plastizität, die Fähigkeit, Signale zur Übertragung von Informationen zwischen zwei Nervenzellen zu variieren, gilt als Grundlage von Gedächtnis und Lernen. Bei der Informationsübertragung kann die Synapse mehr oder weniger Botenstoffe ausschütten, um die Stärke der Signale zu regulieren. Im erwachsenen Gehirn werden fortlaufend neue Synapsen gebildet.
Erkrankungen des Gehirns
Obwohl das Gehirn durch die Schädelknochen geschützt ist, ist es aufgrund seiner Empfindlichkeit anfällig für Erkrankungen.
Einige der häufigsten Erkrankungen des Gehirns sind:
- 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 und einer Störung der Motorik führt.
- Demenz: Eine Verminderung der kognitiven Leistungen, die durch Veränderungen im Gehirn entsteht. Die häufigste Form ist die Alzheimer-Krankheit.
- Gehirntumore: Können in jedem Alter auftreten und gut- oder bösartig sein.
Durchblutungsstörungen im Gehirn bedeuten, dass das Gehirn nicht ausreichend mit sauerstoff- und nährstoffreichem Blut versorgt wird. Dies kann dazu führen, dass Nervenzellen nicht mehr optimal funktionieren oder bei längerem Sauerstoffmangel sogar absterben.
Schutz des Gehirns
Das Gehirn muss in besonderem Maße vor Verletzungen geschützt werden. Hierzu dienen die Schädelknochen, die Hirnhäute und die Hirn-Rückenmarksflüssigkeit (Liquor).
Die Blut-Hirn-Schranke schirmt das empfindliche Gewebe im Gehirn gegen schädigende Substanzen im Blut ab.
Forschung am Gehirn
Die Forschung am Gehirn ist ein dynamisches Feld, das ständig neue Erkenntnisse über die Funktionsweise dieses komplexen Organs liefert. Wissenschaftler untersuchen, wie das Gehirn lernt, wie es Informationen verarbeitet und wie es sich an Veränderungen anpasst. Ziel dieser Forschung ist es, neue Therapien für neurologische und psychische Erkrankungen zu entwickeln und die Leistungsfähigkeit des Gehirns zu verbessern.