Das menschliche Gehirn ist ein faszinierendes und komplexes Organ, das im Durchschnitt etwa 1.400 Gramm wiegt und eine zentrale Rolle bei der Steuerung nahezu aller lebenswichtigen Körperfunktionen spielt. Es ermöglicht uns zu denken, Emotionen zu erleben und viele weitere Prozesse ablaufen zu lassen. In diesem Artikel werden wir uns eingehend mit dem Aufbau und der Funktion des Gehirns befassen und die verschiedenen Hirnregionen sowie ihre spezifischen Aufgaben beleuchten.
Die Grundlagen des Gehirns
Zusammensetzung und Schutz
Das Gehirn verarbeitet Sinneseindrücke, koordiniert die Körperfunktionen und hält diese aufrecht. Voraussetzung dafür ist die ständige Kommunikation und der Informationsaustausch zwischen Milliarden von Gehirnnervenzellen (Neuronen).Das Gehirn besteht aus Nervenzellen, Gliazellen (Stütz- und Versorgungsgewebe) und Blutgefäßen. Umgeben ist es von den Schädelknochen und drei Hirnhäuten (Meningen) und schwimmt im Liquor, einer Flüssigkeit, die Gehirn und Rückenmark umgibt und es vor Verletzungen schützt.
Die zwei Hälften des Gehirns
Das Gehirn besteht aus zwei Hälften (Hemisphären), die durch den Balken (Corpus callosum) miteinander verbunden sind. Die meisten Funktionszentren sind in beiden Hirnhälften vorhanden, einige jedoch nur einmal, wie beispielsweise das Sprachzentrum.
Die verschiedenen Bereiche des Gehirns und ihre Funktionen
Das Gehirn lässt sich grob in fünf Abschnitte 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 unterteilt sich in zwei weitgehend symmetrische Hälften (Hemisphären), die durch den Balken (Corpus callosum) und weitere Nervenfasern miteinander verbunden sind. Die Großhirnrinde bildet die Oberfläche des Großhirns. Sie ist stark gefaltet, um ihre Oberfläche zu vergrößern, und besteht aus 52 Rindenfeldern, die nach verschiedenen Funktionen eingeteilt sind.
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Die Hirnlappen des Großhirns
Jede Hemisphäre des Großhirns besteht aus vier Lappen:
- Stirnlappen (Frontallappen): zuständig für Intelligenz, Sprache (motorisches Sprachzentrum), Persönlichkeitsmerkmale und Bewegungssteuerung.
- Scheitellappen (Parietallappen): Verarbeitung sensorischer Informationen wie Berührung, Temperatur, Schmerz und Druck.
- Schläfenlappen (Temporallappen): wichtig für Gedächtnis, Gefühle, Emotionen, Hören (Hörrinde) und Sprachverständnis.
- Hinterhauptslappen (Okzipitallappen): Verarbeitung visueller Informationen (Sehrinde).
Der Homunculus
Der Homunculus stellt schematisch dar, wo in der Hirnrinde die für die Motorik und die für die Sinneseindrücke zuständigen Nervenzellen liegen. Dabei zeigt sich, dass die Beine im oberen, die Arme im mittleren und die Zungen- und Gesichtsmuskeln im unteren Drittel der Rinde repräsentiert werden. Auffällig ist, dass im Verhältnis zu ihrer tatsächlichen Größe die Nervenzellen der Hände, des Kopfes und des Schlundes sehr große Areale einnehmen.
Das Kleinhirn (Cerebellum)
Das Kleinhirn liegt an der Basis des Schädels unter dem Hinterhauptlappen des Großhirns. Es 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 Kleinhirn gibt keine Bewegungsimpulse, sondern stimmt Bewegungen fein ab, erhält die Muskelspannung und das Gleichgewicht. Wie das Großhirn hat auch das Kleinhirn eine Rinde; in ihr liegt die graue Substanz des Kleinhirns: die Zellkörper der Nervenzellen.
Das Zwischenhirn (Diencephalon)
Das Zwischenhirn liegt zwischen Großhirn und Hirnstamm. Es besteht unter anderem aus dem Thalamus und dem Hypothalamus.
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- Thalamus: Hier 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, um eine Überlastung des Gehirns zu vermeiden.
- Hypothalamus: Er 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 und steht in direktem Kontakt mit der Hirnanhangsdrüse (Hypophyse), wodurch er das Hormon- mit dem Nervensystem verbindet.
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, was dazu führt, dass Informationen einer Körperseite in der gegenüberliegenden Hirnhälfte verarbeitet werden.
Im Hirnstamm befinden sich Nervenbahnen, die das Gehirn mit dem Rückenmark verbinden. Weiterhin liegt dort das Atemzentrum, das die Atmung, das Herz-Kreislauf-System und den Blutdruck regelt. Dem Hirnstamm entspringen zwölf paarige Hirnnerven (I-XII), die motorische, sensible oder sensorische sowie vegetative Funktionen haben.
Gehirnzellen: Die Bausteine des Gehirns
Das Gehirn besteht aus einer Reihe unterschiedlicher Gehirnzellen. Die wichtigsten und häufigsten sind die Nervenzellen (Neurone), von denen es im menschlichen Gehirn ungefähr 200 Milliarden gibt. Die Nervenzellfortsätze verjüngen sich auf einen Durchmesser von etwa einem Mikrometer. Am Ende des Axons befinden sich die Endplatten, die dort, wo sie die benachbarte Zelle berühren, Synapsen ausbilden.
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. Nervenzellen teilen sich nach der Geburt nicht mehr.
Die Nervenzellen werden von den sogenannten Gliazellen umhüllt, die etwa 50 Prozent der gesamten Hirnmasse ausmachen. Die meisten Hirntumoren entstehen aus diesen Gliazellen (Gliome). Astrozyten 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.
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Die Blutversorgung des Gehirns und die Blut-Hirn-Schranke
Das Gehirn benötigt sehr viel Sauerstoff und Glukose (Energielieferant), da der Energieverbrauch des Gehirns so hoch und der Stoffwechsel dort so aktiv ist. Obwohl das Gehirn nur 2 % des Körpergewichts ausmacht, geht ungefähr ein Fünftel unseres gesamten Sauerstoffbedarfs an das Gehirn.
Die Durchblutung des Gehirns läuft über zwei große, jeweils in Paaren angelegte Arterien ab: die innere Halsschlagader (Arteria carotis interna) und die Arteria vertebralis. Um zu verhindern, dass schädliche Stoffe aus dem Blut ins Gehirn gelangen, gibt es die Blut-Hirn-Schranke, eine Barriere zwischen den Blutgefäßen und den Nervenzellen.
Funktionelle Karte des Gehirns
Mit dem heutigen Wissen lässt sich eine 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.
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.
Erkrankungen und Störungen des Gehirns
Das Gehirn kann durch verschiedene Ursachen in seiner Funktion gestört oder beschädigt werden. Einige Beispiele hierfür sind:
- Schlaganfall: Eine Durchblutungsstörung im Gehirn durch den Verschluss eines Blutgefäßes, die zu Sauerstoffunterversorgung im entsprechenden Gebiet führt.
- Hirntumor: Es gibt gutartige und bösartige Hirntumore.
- 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.
- Epilepsie: Eine Störung des Gehirns, die zu wiederholten Anfällen führen kann.
Die Plastizität des Gehirns
Das Gehirn besitzt die Fähigkeit, sich an neue Herausforderungen, Veränderungen und Erfahrungen anzupassen. Diese Eigenschaft wird als Plastizität bezeichnet. Das Gehirn kann durch die Bildung neuer Verbindungen zwischen Neuronen und die Modifikation bestehender Verbindungen seine Funktionen verändern und verbessern.
Die Plastizität des Gehirns spielt eine wichtige Rolle beim Lernen und Gedächtnis. Wenn wir etwas lernen, werden neue neuronale Verbindungen gebildet und bestehende Verbindungen verstärkt. Durch diese Veränderungen kann das Gehirn Informationen schneller und effektiver verarbeiten, wodurch wir unsere kognitiven Fähigkeiten verbessern.