Die Anatomie des Gehirns: Ein umfassender Überblick

Das Gehirn, auch Encephalon genannt, ist der zentrale Bestandteil des Nervensystems und befindet sich innerhalb des knöchernen Schädels. Es besteht aus Milliarden von Nervenzellen, die über Nervenbahnen mit dem Körper verbunden sind und diesen steuern. Das Gehirn ist für die Steuerung lebenswichtiger Funktionen, die Verarbeitung von Informationen und die Ermöglichung komplexer kognitiver Fähigkeiten verantwortlich.

Gewicht und Zusammensetzung

Das Gehirnvolumen beträgt etwa 20 bis 22 Gramm pro Kilogramm Körpermasse. Das Gewicht des Gehirns macht mit 1,5 bis zwei Kilogramm ungefähr drei Prozent des Körpergewichts aus. Ein Mensch hat ungefähr 100 Milliarden Gehirnzellen, die das zentrale Nervensystem, unser Gehirn, aufbauen und untereinander verknüpft sind. Die Zahl dieser Verknüpfungen wird auf 100 Billionen geschätzt. Die Nervenzellen im Gehirn sind eingebettet in ein stützendes Gewebe aus Gliazellen.

Schutzhüllen des Gehirns

Das Gehirn ist von drei Hirnhäuten umgeben:

• Dura mater: Die äußere, harte Hirnhaut.
• Arachnoidea: Die mittlere, spinnwebartige Hirnhaut.
• Pia mater: Die innere, zarte Hirnhaut, die direkt auf dem Gehirn liegt.

Diese Hirnhäute schützen das Gehirn vor Verletzungen und bilden einen Raum, in dem die Hirn-Rückenmarksflüssigkeit (Liquor) zirkuliert.

Die fünf Hauptabschnitte des Gehirns

Das menschliche Gehirn lässt sich grob in fünf Abschnitte gliedern:

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1. Großhirn (Telencephalon): Der größte Teil des Gehirns, zuständig für höhere kognitive Funktionen.
2. Zwischenhirn (Diencephalon): Enthält wichtige Strukturen wie Thalamus und Hypothalamus, die lebenswichtige Funktionen steuern.
3. Mittelhirn (Mesencephalon): Ein kleiner Abschnitt des Gehirns, der an der Steuerung von Augenbewegungen und der Verarbeitung von akustischen und visuellen Reizen beteiligt ist.
4. Kleinhirn (Cerebellum): Koordiniert Bewegungen und das Gleichgewicht.
5. Nachhirn (Myelencephalon, Medulla oblongata): Bildet den Übergang zwischen Gehirn und Rückenmark und steuert lebenswichtige Funktionen wie Atmung und Herzfrequenz.

Die Hirnregionen und ihre Funktionen

Die verschiedenen Anteile des Gehirns übernehmen ganz unterschiedliche Funktionen.

Großhirn (Telencephalon)

Das Großhirn ist der größte und schwerste Teil des Gehirns und ähnelt mit seinen Falten und Furchen einem Walnusskern. Es ist in zwei Hälften, die Hemisphären, unterteilt, die durch den Balken (Corpus callosum) miteinander verbunden sind. Die Oberfläche der Hemisphären besteht aus Furchen (Sulci) und Windungen (Gyri), die der Oberflächenvergrößerung dienen. Die graue Substanz liegt außen und bildet die Großhirnrinde, die weiße Substanz liegt innen und bildet das Marklager. Darüber hinaus wird die gesamte Großhirnrinde in 52 Rindenfelder (Brodmann-Areale oder Areae) eingeteilt, die die Endstätten der aufsteigenden Nachrichten-/Nervenbahnen aus Rückenmark, Hirnstamm, Zwischenhirn und Kleinhirn darstellen.

Wichtige Rindenfelder (Areale oder Areas) der Großhirnrinde:

• Motorische Rinde: Wird z.B. von zwei Rindenfeldern (Areal 4 und 6) gebildet.
• Motorisches Sprachzentrum (Brocasches Feld): Wird ebenfalls von zwei Rindenfeldern (Areal 44 und 45) gebildet.
• Sehzentrum: Wird von Areal 17 gebildet.

Das Marklager besteht aus Nervenfasermassen, die entweder von Nervenzellen der Großhirnrinde abgehen oder zu ihr hinziehen. Die Projektionsfasern stellen auf- und absteigende Verbindungen zwischen der Hirnrinde und allen unter ihr gelegenen (subkortikalen) Zentren her. Die von der Rinde absteigende Bahnen laufen fächerförmig zusammen und bilden tief im Inneren des Großhirns eine Region, die innere Kapsel (Capsula interna) genannt wird. Diese wiederum enthält die verschiedenen Bahnen zum Thalamus, zur Brücke (im Hirnstamm) und zum Rückenmark. Die Kommissurenfasern verknüpfen die Rindenbereiche der beiden Großhirnhälften miteinander.

Die Basalganglien oder Stammganglien sind Gruppen von Nervenzellkernen (also graue Substanz), die in der Tiefe der weißen Substanz beider Hemisphären liegen. Man unterscheidet verschiedene Basalganglien (bezeichnet zum Beispiel als Claustrum, Globus pallidum oder Corpus striatum).

An die Großhirnrinde ist unter anderem das Bewusstsein geknüpft. Nur diejenigen Sinnesreize werden bewusst, welche bis zur Großhirnrinde weitergeleitet werden.

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Funktionen der Gehirnlappen:

• Stirnlappen (Frontallappen): Steuert die Kontrolle der Feinmotorik, Gemüt, Zukunftsplanung, Ziel- und Prioritätensetzung. Im Frontallappen liegt unter anderem die Präzentralregion. Hier befinden sich die beiden Rindenfelder, die die motorische Rinde (Areas 4 und 6) bilden. Die motorische Rinde ist das Hauptursprungsgebiet der Nachrichtenvermittlung für Muskelaktivitäten. Ein weiteres Rindenfeld (Area 8) gilt als das Blickzentrum für willkürliche Augenbewegungen. Schädigungen im Bereich der ganz vorn und an der Unterseite liegenden Rindengebiete des Frontallappens haben manchmal schwere Persönlichkeitsveränderungen zur Folge.
• Scheitellappen (Parietallappen): Empfängt und verarbeitet Informationen über Temperatur, Geschmack, Berührung und Bewegung, die vom Rest des Körpers kommen. Im Scheitellappen (Parietallappen) liegt unter anderem die Postzentralregion.
• Schläfenlappen (Temporallappen): Hier liegen unter anderem die Hör- und die Sprachregion. Im hinteren Bereich der oberen Schläfenlappenwindung (Gyrus temporalis superior) der dominanten Hemisphäre liegt das sensorische oder Wernicke Sprachzentrum, bei dessen Schädigung eine Störung des Wortverständnisses eintritt (sensorische Aphasie). Man nimmt außerdem an, dass die Schläfenlappenrinde eine wichtige Rolle der bewussten und unbewussten Verfügbarkeit der eigenen Vergangenheit und der in ihr gemachten Erfahrungen spielt, ohne die man sich in seiner Umwelt nicht zurechtfinden würde. Im Schläfenlappen liegt auch der Hippocampus, eine Sehpferdchen-förmige Struktur, die hauptsächlich für die Gedächtnisbildung zuständig ist. Bei einem Hirntumor im Schläfenlappen (temporaler Hirntumor) können unter anderem Hör- und/oder Sprachstörungen auftreten. Ist der Hippocampus mitbetroffen, sind oft Gedächtnisstörungen die Folge.
• Hinterhauptslappen (Okzipitallappen): Hier liegt die Sehregion. Area 17 bildet die Endigungsstätte aller Sehbahnen, die Sehrinde. Schädigungen im Bereich des Hinterhauptslappens (zum Beispiel durch einen okzipitalen Hirntumor) können zu einer Rindenblindheit führen.

Zwischenhirn (Diencephalon)

Das Zwischenhirn besteht unter anderem aus dem Thalamus und dem Hypothalamus. Es liegt zwischen Großhirn und Hirnstamm. Es ist für viele überlebenswichtige Empfindungen und Instinkte verantwortlich und regelt zum Beispiel den Schlaf-Wach-Rhythmus.

• Thalamus: Der Thalamus ist ein wichtiger Informationsfilter. Äußere Sinneseindrücke - mit Ausnahme des Geruchssinns - werden darin verarbeitet und bewertet. Ausschließlich relevante Informationen werden an das Großhirn weitergeleitet. Erst dort werden sie uns bewusst. 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. Der Thalamus ist also ein wichtiger Informationsfilter. Er sorgt dafür, dass das Großhirn und das Bewusstsein nicht von Signalen überflutet werden.
• Hypothalamus: Der Hypothalamus regelt zahlreiche automatisch ablaufende Körpervorgänge, zum Beispiel die Körpertemperatur oder die Magen-Darm-Funktion. Er ist auch für unser Durst-, Hunger- und Sättigungsgefühl zuständig. Der Hypothalamus regelt zahlreiche automatische Vorgänge im Körper. Dazu gehören 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, wie z. B.

Die Hypophyse ist mit dem Hypothalamus über einen Stiel verbunden.

Hirnstamm

Im unteren Schädelbereich befindet sich die Hirnbasis, die - entsprechend der knöchernen Schädelbasis - stärker modelliert ist. Hier liegt der Hirnstamm. Der Hirnstamm ist der stammesgeschichtlich älteste Teil des Gehirns und besteht aus Mittelhirn, Medulla oblongata und Brücke (Pons). Der Hirnstamm (Truncus cerebri oder Truncus encephali) ist der entwicklungsgeschichtlich älteste Teil des Gehirns. Er verbindet das Rückenmark mit dem restlichen Gehirn. Durch den Hirnstamm verlaufen wichtige Nervenleitungen. Sie sorgen dafür, dass eingehende Sinneseindrücke aus dem Körper an das Großhirn weitergeleitet werden. Umgekehrt gelangen über sie auch Informationen vom Großhirn zu den Nervenzellen des Rückenmarks. Diese auf- bzw. absteigenden Informationen werden im Hirnstamm über Kreuz weitergeleitet. Daher ist die rechte Gehirnhälfte für die linke Körperhälfte zuständig und umgekehrt.

Der Hirnstamm wird in drei Abschnitte unterteilt: verlängertes Rückenmark, Brücke und Mittelhirn. Im Bereich des verlängerten Marks werden lebenswichtige Systeme wie Herzschlag, Atmung und Blutdruck geregelt.

• Mittelhirn (Mesencephalon): Das Mesencephalon ist der kleinste Abschnitt des Gehirns.
• Medulla oblongata (Myelencephalon): Das auch als Nachhirn bezeichnete Meyelencephalon stellt den Übergang zwischen Gehirn und Rückenmark dar.
• Brücke (Pons): Beinhaltet Zentren zur Kontrolle lebenswichtiger Funktionen wie Atmung und Herz-Kreislauf-System. Sie ist auch an der Koordination der Augenbewegung und dem Gleichgewicht beteiligt.

Kleinhirn (Cerebellum)

Oberhalb des Hirnstamms und unterhalb der beiden Großhirnhemisphären sitzt das Kleinhirn. Das Kleinhirn (Cerebellum) liegt an der Basis des Schädels oberhalb des Hirnstamms und unterhalb des Großhirns. Obwohl es nur etwa ein Sechstel des Volumens des Großhirns besitzt, verfügt es über fünfmal mehr Neuronen. Das Kleinhirn ist wichtig für unser Gleichgewicht. Gemeinsam mit dem Großhirn koordiniert es die Muskeln und ist damit für Bewegungen zuständig. Während das Großhirn vorrangig bewusste Bewegungen koordiniert, arbeitet das Kleinhirn unbewusst. Es steuert bereits gelernte Bewegungsabläufe, die direkt aus dem Kleinhirn abgerufen werden. So können wir zum Beispiel laufen, ohne darüber nachzudenken.

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Graue und weiße Substanz

Die graue Substanz im Gehirn besteht in erster Linie aus Nervenzellkörpern. Der Name kommt daher, dass die Nervenzellen im lebenden Organismus rosa sind, sich nach dessen Tod aber grau verfärben. Aus grauer Substanz bestehen etwa die Großhirnrinde, die Basalganglien, die Kleinhirnrinde und die Hirnnervenkerne. Etwa 80 Prozent der Hirndurchblutung sind für die Versorgung der grauen Substanz notwendig.

Die Basalganglien sind eine Gruppe Großhirn- und Zwischenhirnkerne aus grauer Substanz.

Neben der grauen Substanz gibt es noch die weiße Substanz, die aus den Nervenzellfortsätzen, den Nervenfasern (Axonen), besteht. Die weiße Substanz findet sich im Mark von Großhirn und Kleinhirn.

Hirnnerven

Dem Gehirn entspringen zwölf paarige Nerven, die den Kopf, den Hals und Organe im Rumpf versorgen.

Blutversorgung des Gehirns

Die Blutversorgung des Gehirns erfolgt über die rechte und linke innere Halsschlagader (Arteria carotis interna), die aus der gemeinsamen Halsschlagader (Arteria communis) entspringen, und über die Arteria vertebralis, die aus den Wirbelkörpern kommt und durch das Hinterhauptsloch in die Schädelhöhle eintritt. Durch weitere Arterien werden diese zu einem Gefäßring (Circulus arteriosus cerebri) geschlossen, der die Basis des Zwischenhirns umfasst.

Durch diesen Gefäßring wird sichergestellt, dass der Blutbedarf des empfindlichen Gehirns auch bei Schwankungen in der Blutzufuhr immer ausreichend ist. Der Gefäßring und seine Äste liegen zwischen zwei Hirnhäuten (der Spinngewebshaut und der inneren Hirnhaut) im sogenannten Subarachnoidalraum und sind dort von Liquor (Hirn-Rückenmarksflüssigkeit) umgeben, der die dünnwandigen Gefäße schützt.

Zwischen 15 und 20 Prozent des Herzminutenvolumens entfällt auf die Blutversorgung des Gehirns. Diese Menge kann bis zum 50. Lebensjahr geringfügig schwanken, nimmt aber danach ab (zusammen mit dem Sauerstoff- und Glukoseverbrauch). In Schlaf- und Wachphasen wird das Gehirn stets etwa gleichermaßen durchblutet. Auch bei Blutdrucksteigerungen, Blutdruckabfall, starker körperlicher Anstrengung oder sogar unregelmäßigem Herzschlag ändert sich die Durchblutung des Gehirns kaum - außer, wenn der systolische Blutdruck stark abfällt (unter 70 mmHg) oder stark ansteigt (über 180 mmHg).

Liquor und Ventrikelsystem

Der Liquor ist die Flüssigkeit, welche das Gehirn und auch das Rückenmark schützend umgibt.

Das Gehirn weist mehrere Hohlräume (Hirnkammern) auf, in denen der Liquor zirkuliert und die zusammen das Ventrikelsystem bilden. Das Ventrikelsystem besteht aus vier Hirnkammern, die über Öffnungen und einen Verbindungsgang miteinander verbunden sind.

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.

Energieverbrauch und Gehirnkapazität

Der Energieverbrauch im Gehirn 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 Gehirnkapazität ist deutlich größer als die, die wir im Alltag tatsächlich nutzen. Das bedeutet: Ein Großteil unserer Gehirnkapazität ist ungenutzt.

Entwicklung des Gehirns

Die embryonale Entwicklung des Gehirns aus dem Neuralrohr zeichnet sich einerseits durch ein besonderes Größenwachstum aus, andererseits durch ein ungleichmäßiges Dickenwachstum der Wand und besondere Knickstellen. Dadurch wird das Gehirn schon frühzeitig in mehrere Abschnitte unterteilt.

Aus der Hirnanlage bilden sich zunächst drei hintereinander liegende Abschnitte (primäre Hirnbläschen) heraus, die dann das Vorderhirn, das Mittelhirn und das Rautenhirn bilden. In der weiteren Entwicklung entstehen daraus fünf weitere, sekundäre Hirnbläschen: Aus dem Vorderhirn entwickeln sich Großhirn und Zwischenhirn. Aus dem Rautenhirn gehen die Medulla oblongata, die Brücke und das Kleinhirn hervor.

Funktionen des Gehirns

Die Gehirn-Funktionsbereiche sind vielfältig. Der Hirnstamm, der entwicklungsgeschichtlich älteste Teil des Gehirns, ist für die grundlegenden Lebensfunktionen zuständig. Er steuert die Herzfrequenz, den Blutdruck und die Atmung sowie Reflexe wie den Lidschluss-, Schluck- oder Hustenreflex.

Das Zwischenhirn weist mehrere Abschnitte auf, darunter den Thalamus und den Hypothalamus: Im Thalamus werden Sinneseindrücke verarbeitet; über den Hypothalamus werden der Schlaf-Wach-Rhythmus, Hunger und Durst, das Schmerz- und Temperaturempfinden und der Sexualtrieb gesteuert.

Das Kleinhirn koordiniert unsere Bewegungen und das Gleichgewicht und speichert erlernte Bewegungen.

Im Großhirn sitzen auf der einen Seite Sprache und Logik, auf der anderen Seite Kreativität und Orientierungssinn.

In der Hirnrinde - dem äußeren Bereich des Großhirns - sind die Lern-, Sprech- und Denkfähigkeit sowie das Bewusstsein und das Gedächtnis verankert. Hier laufen die Informationen aus den Sinnesorganen zusammen, werden verarbeitet und schließlich im Gedächtnis gespeichert.

Das limbische System

Das Limbische System regelt das Affekt- und Triebverhalten und dessen Verknüpfungen mit vegetativen Organfunktionen.

Zwei wichtige Teilbereiche innerhalb des limbischen Systems sind die Amygdala (Mandelkern) und der Hippocampus:

• Amygdala: Die Amygdala ist an vielen Hirnfunktionen beteiligt, darunter Emotion, Lernen und Gedächtnis.
• Hippocampus: Der Hippocampus ist der Arbeitsspeicher unseres Gehirns und die Schaltstelle zwischen dem Kurz- und dem Langzeitgedächtnis.

Gedächtnis

Eine sehr wichtige Funktion des Gehirns ist das Gedächtnis - vom Ultrakurzzeit- über das Kurzzeit- bis zum Langzeitgedächtnis.

Wie funktioniert das Gehirn?

Ein reibungsloses Funktionieren aller Organe und Gewebe im Körper sowie ein sinnvolles Verhalten sind nur möglich, wenn alle Organfunktionen von einer übergeordneten Kontrollinstanz koordiniert und kontrolliert werden und alle Informationen, die uns die Umwelt liefert, aufgenommen, verarbeitet und beantwortet werden. Diese Aufgabe leistet unser Gehirn, das Netzwerk aus Milliarden von Nervenzellen (Neuronen).

Die Gehirnzellen sind durch Synapsen, Kontaktstellen zwischen den Zellen, miteinander verbunden. Diese Kontaktstellen spielen eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung der Nachrichten. Informationen aus dem Körper oder der Umwelt gelangen etwa in Form von Hormonen über das Blut oder als elektrische Impulse aus den Sinneszellen über Nervenbahnen bis ins Gehirn. Dort werden sie bewertet und verarbeitet. Als Reaktion werden entsprechende Signale vom Gehirn wieder ausgesendet - zum Beispiel an Muskeln, um sich zu bewegen, an Drüsen, um Sekrete zu produzieren und abzugeben, oder an Sinnesorgane, um Reize aus der Umwelt zu beantworten.

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