Das Gehirn, die komplexe Schaltzentrale unseres Körpers, ist ein faszinierendes Organ, dessen Struktur und Funktionsweise bis heute Gegenstand intensiver Forschung sind. Seine äußere Erscheinung erinnert an eine Walnuss, geprägt von zahlreichen Falten und Vertiefungen, die seine Oberfläche vergrößern.
Aufbau des Gehirns
Das Gehirn lässt sich grob in fünf Hauptabschnitte gliedern:
- Großhirn (Telencephalon): Der größte und am weitesten entwickelte Teil des Gehirns, verantwortlich für höhere kognitive Funktionen.
- Zwischenhirn (Diencephalon): Verbindet das Großhirn mit dem Mittelhirn und beinhaltet wichtige Strukturen wie Thalamus und Hypothalamus.
- Mittelhirn (Mesencephalon): Verbindet Vorder- und Hinterhirn und ist an der Steuerung von Augenbewegungen und Reflexen beteiligt.
- Kleinhirn (Cerebellum): Spielt eine zentrale Rolle bei der Koordination von Bewegungen und dem Gleichgewicht.
- Nachhirn (Myelencephalon): Bildet den Übergang zum Rückenmark und ist für lebenswichtige Funktionen wie Atmung und Herzfrequenz zuständig.
Großhirn: Sitz der höheren Funktionen
Das Großhirn, auch Cerebrum genannt, ist der größte Teil des Gehirns. Seine Oberfläche ist stark gefaltet, um die Oberfläche zu vergrößern. Diese Falten bilden Gehirnwindungen (Gyri), die durch Gräben (Sulci) voneinander getrennt sind. Die Großhirnrinde, auch Cortex genannt, ist die äußere Schicht des Großhirns und besteht aus grauer Substanz, die reich an Nervenzellkörpern ist. Hier finden komplexe Denkprozesse, Gedächtnisbildung und bewusste Wahrnehmung statt.
Die Großhirnrinde lässt sich in vier Lappen unterteilen:
- Stirnlappen (Frontallappen): Verantwortlich für Planung, Entscheidungsfindung,Persönlichkeit, soziales Verhalten und willkürliche Bewegungen. Hier befindet sich auch das Kurzzeitgedächtnis, als Teil des Frontallappens der Großhirnrinde. Das Kurzzeitgedächtnis ist ein Speicher, der nur eine kleine Menge von Informationen in einem aktiven jederzeit verfügbaren Stadium bereithält. Die Informationen können weiterverarbeitet werden, Ergebnisse müssen zur längerfristigen Speicherung in das Langzeitgedächtnis überführt werden. Das Kurzzeitgedächtnis behält Informationen zwischen 20-45 Sekunden lang.
- Scheitellappen (Parietallappen): Verarbeitung von sensorischen Informationen wie Berührung, Temperatur, Schmerz und räumliche Wahrnehmung.
- Schläfenlappen (Temporallappen): Verarbeitung von auditiven Informationen, Gedächtnisbildung undSprache. In der linken Gehirnhälfte, genauer im Schläfenbereich, sind vor allem Verstehen und Sprechen angesiedelt.
- Hinterhauptlappen (Okzipitallappen): Verarbeitung von visuellen Informationen.
Die linke und rechte Gehirnhälfte sind durch den Balken (Corpus callosum) miteinander verbunden, einen dicken Nervenstrang, der den Austausch von Informationen ermöglicht. Die rechte Gehirnhälfte regelt die Abläufe in der linken Körperhälfte und umgekehrt. Die beiden Hemisphären sind jedoch nicht funktional identisch. Bei den meisten Menschen ist die linke Hemisphäre für sprachgebundene und analytische Prozesse zuständig, während die rechte Hemisphäre eher für räumliche und ganzheitliche Verarbeitung zuständig ist.
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Der Cortex besteht aus mehreren Rindenfeldern:
- Primäre Felder, beispielsweise der visuelle Cortex und der auditorische Cortex, verarbeiten bestimme Arten von Informationen zu Wahrnehmungen und einfachen Bewegungen.
- Assoziationsfelder stellen Verknüpfungen her, übernehmen höhere Denkvorgänge und sind für das Gedächtnis zuständig.
Die Großhirnrinde lässt sich in den jüngeren, 6-schichtigen Isokortex und den älteren, 3- bis 5-schichtigen Allokortex unterteilen. Der Isokortex macht mit 92 % den größten Anteil aus. Zum Allokortex werden vereinfacht die Riechrinde und der Hippocampus gezählt.
Zwischenhirn: Schaltzentrale und Hormonsteuerung
Das Zwischenhirn (Diencephalon) liegt zwischen dem Großhirn und dem Mittelhirn und besteht aus vier Hauptbereichen:
- Thalamus: Fungiert als "Tor zum Bewusstsein" und leitet sensorische Informationen an die entsprechenden Bereiche der Großhirnrinde weiter.
- Hypothalamus: Kontrolliert den Hormonhaushalt, den Schlaf-Wach-Rhythmus, die Körpertemperatur und das Sexualverhalten. Er ist mit der Hypophyse verbunden, einer Hormondrüse am Gehirn.
- Subthalamus: Steuert die Grobmotorik.
- Epithalamus: Verbindet das limbische System mit anderen Gehirnarealen, steuert die Melatonin- und Hormonausschüttung und reguliert Gefühle und motorische Signalwege.
Kleinhirn: Koordination und Gleichgewicht
Das Kleinhirn (Cerebellum) liegt unterhalb des Großhirns und hinter dem Hirnstamm. Es ist vor allem für das Gleichgewicht und die Steuerung von erlernten Bewegungsabläufen verantwortlich. Bewegungsabläufe werden im Kleinhirn archiviert.
Limbisches System: Emotionen und Gedächtnis
Das limbische System ist ein Areal in der Nähe der Ohren, das unsere Emotionen und unser Triebverhalten steuert. Es liegt im Zwischenhirn, im Inneren des Schädels. Es ist ein komplexes Netzwerk von Hirnstrukturen, das eine zentrale Rolle bei der Verarbeitung von Emotionen, der Gedächtnisbildung und dem Triebverhalten spielt. Es beeinflusst darüber hinaus kortikale Aktivitäten und vegetative Funktionen. Die zugehörigen kortikalen und subkortikalen Strukturen verteilen sich gürtelförmig (limbus = Gürtel) um den Balken und das Diencephalon (Zwischenhirn) an den medialen Seiten der Hemisphären.
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Wichtige Bestandteile des limbischen Systems sind:
- Amygdala (Mandelkern): Verarbeitung von Emotionen, insbesondere Angst und Furcht.
- Hippocampus: Gedächtnisbildung und räumliche Orientierung.
- Gyrus cinguli: Verbindung zu sensorischen Rindenarealen.
- Hypothalamus: Steuerung von Hormonen und vegetativen Funktionen.
Hirnstamm: Lebenswichtige Funktionen
Der Hirnstamm bildet den untersten Teil des Gehirns und verbindet es mit dem Rückenmark. Er ist für die Verschaltung von Sinneseindrücken verantwortlich. Im Nachhirn überkreuzen sich viele Nervenbahnen unserer beiden Körperhälften. Der Hirnstamm ist für lebenswichtige Funktionen wie Atmung, Herzfrequenz und Blutdruck zuständig.
Funktionelle Organisation des Gehirns
Das Gehirn ist hochgradig organisiert, wobei verschiedene Bereiche spezialisierte Funktionen ausüben. Diese Bereiche sind jedoch nicht isoliert, sondern arbeiten eng zusammen, um komplexe Aufgaben zu bewältigen.
Sensorische Verarbeitung
Sinnesinformationen aus dem Körper und der Umwelt werden über Nervenbahnen zum Gehirn geleitet. Dort werden sie in spezialisierten sensorischen Arealen verarbeitet. Visuelle Informationen werden im Okzipitallappen verarbeitet, auditive Informationen im Temporallappen, somatosensorische Informationen im Parietallappen und olfaktorische Informationen im Lobus olfactorius.
Motorische Steuerung
Die Steuerung von willkürlichen Bewegungen erfolgt über den Frontallappen, insbesondere den motorischen Kortex. Von dort werden Signale an die Muskeln gesendet, um Bewegungen auszuführen. Das Kleinhirn spielt eine wichtige Rolle bei der Koordination und Feinabstimmung von Bewegungen.
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Sprachverarbeitung
Die Sprachverarbeitung ist ein komplexer Prozess, der mehrere Hirnareale einbezieht. Das Broca-Areal im Frontallappen ist für die Sprachproduktion zuständig, während das Wernicke-Areal im Temporallappen für das Sprachverständnis zuständig ist.
Gedächtnis
Das Gedächtnis ist keine einheitliche Funktion, sondern umfasst verschiedene Systeme. Das Kurzzeitgedächtnis ermöglicht das kurzzeitige Speichern von Informationen, während das Langzeitgedächtnis die dauerhafte Speicherung von Informationen ermöglicht. Der Hippocampus spielt eine zentrale Rolle bei der Übertragung von Informationen vom Kurzzeit- ins Langzeitgedächtnis.
Plastizität des Gehirns
Das Gehirn ist ein dynamisches Organ, das sich ständig an neue Erfahrungen anpasst. Diese Fähigkeit zur Anpassung wird als Plastizität bezeichnet. Durch die synaptische Plastizität können Synapsen nutzungsabhängig optimiert und verändert werden. Das Gehirn kann neue Verbindungen zwischen Nervenzellen bilden und bestehende Verbindungen verstärken oder schwächen. Diese Plastizität ermöglicht es uns, zu lernen, uns an neue Umgebungen anzupassen und uns von Verletzungen zu erholen.
Schutz des Gehirns
Das Gehirn ist ein empfindliches Organ, das besonderen Schutz benötigt. Es ist von drei Hirnhäuten (Meningen) umgeben, die es vor Stößen und Verletzungen schützen. Die knöcherne Schädeldecke bietet zusätzlichen Schutz. Die Blut-Hirn-Schranke verhindert, dass schädliche Substanzen aus dem Blut ins Gehirn gelangen.
Erkrankungen des Gehirns
Es gibt viele verschiedene Erkrankungen, die das Gehirn beeinträchtigen können. Dazu gehören Schlaganfall, Hirntumore, Demenz, Parkinson und Epilepsie. Die Symptome dieser Erkrankungen können je nach betroffenem Hirnareal variieren.