Das Gehirn ist das zentrale Organ des Nervensystems und spielt eine entscheidende Rolle für nahezu alle Körperfunktionen. Es steuert bewusste Handlungen wie Bewegung, Denken und Lernen, aber auch unbewusste Vorgänge wie Atmung, Kreislauf und Stoffwechsel. Dieser Artikel bietet einen umfassenden Überblick über die Anatomie des Gehirns, seine Funktionsweise und häufige Erkrankungen.
Aufbau des Gehirns
Das Nervensystem lässt sich in das periphere und das Zentralnervensystem einteilen. Das Zentralnervensystem wiederum gliedert sich in das Rückenmark und das Gehirn. Das Gehirn, in der Fachliteratur auch "Cerebrum" oder "Enzephalon" genannt, befindet sich im Kopf und wird von der Schädelhöhle vor mechanischen Einflüssen geschützt. Bindehautgewebsschichten innerhalb des Schädels, sogenannte Hirnhäute, umgeben das Gehirn. Eine große Öffnung der Schädelhöhle ermöglicht dem Gehirn in das Rückenmark überzugehen. Umgangssprachlich wird oft der Ausdruck "Hirn" verwendet.
Das Gehirn besteht hauptsächlich aus Gliazellen und Neuronen. Die Neurone dienen dabei der Reizweiterleitung. Alle anderen Aufgaben des Gehirns werden von den Gliazellen übernommen. Dazu zählen die Ernährung der Neurone, eine Stützfunktion und eine Schutzfunktion.
Im Zentralnervensystem unterscheidet man zwischen grauer und weißer Substanz. In der grauen Substanz liegen vorwiegend die Zellkörper der Zellen. In der weißen Substanz findest Du die Nervenfasern. Nervenfasern sind die Fortsätze der Nervenzellen. Diese kannst Du Dir als Leitbahnen der Informationsübermittlung vorstellen.
Im Rückenmark liegt die graue Substanz im Inneren und die weiße Substanz umgibt diese. Im Gehirn sind die Substanzen verteilt und ineinander verflochten.
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Anatomische Gliederung des Gehirns
Das Gehirn lässt sich in fünf Hauptbereiche gliedern:
- Vorder-, End- oder Großhirn (Telencephalon)
- Zwischenhirn (Diencephalon)
- Mittelhirn (Mesencephalon)
- Hinterhirn (Metencephalon) (Brücke + Kleinhirn)
- Nachhirn (Myelencephalon)
Diese anatomische Einteilung ist entwicklungsbedingt. In der fünften Schwangerschaftswoche entwickeln sich aus dem Neuralrohr drei primäre Hirnbläschen im Embryo. Aus diesen wiederum entwickeln sich eine Woche später die fünf sekundären Gehirnbläschen. Sie sind auch im späteren Gehirn vorhanden und stammen embryologisch aus den drei primären Gehirnbläschen ab.
Großhirn (Telencephalon)
Das Großhirn umfasst fast 90 Volumenprozent des Gehirns und damit ein Fünftel aller Nervenzellen des Gehirns. Es ist in zwei Hälften (Hemisphären) geteilt, welche über eine Brücke aus weißer Substanz (Corpus callosum) verbunden sind. Diese Großhirn-Hemisphären ummanteln den Großteil des Gehirns.
Die Oberfläche des Großhirns wird Kortex genannt und ist stark gefaltet. Dies ermöglicht eine Oberflächenvergrößerung. Diese Großhirnrinde kann in funktionelle Felder eingeteilt werden, welche unterschiedliche Aufgaben übernehmen. Aufgaben des Großhirns sind unter anderem:
- Visuelle Wahrnehmung
- Verarbeitung akustischer Reize → Hörzentrum
- Gedächtnis
- Höhere Denkvorgänge
- Instinkte
Das Großhirn enthält primär graue Substanz.
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Zwischenhirn (Diencephalon)
Das Zwischenhirn ist für die Wahrnehmung verantwortlich. Es ist der Teil des Gehirns, welches die Gefühle steuert. Außerdem reguliert es Deine Grundbedürfnisse, wie Hunger und Durst. Zusätzlich spielt das Zwischenhirn bei der Schlaf-Wach-Steuerung eine Rolle. Das Zwischenhirn lässt sich in vier Gebiete unterteilen:
- Thalamus
- Hypothalamus
- Subthalamus
- Epithalamus
Der Thalamus sammelt alle Signale, die von den Sinnesorganen herkommen, ein. So endet der Sehnerv zum Beispiel im Zwischenhirn. Er gibt diese Informationen dann an das Großhirn weiter. Der Thalamus besteht größtenteils aus grauer Substanz.
Der Hypothalamus verknüpft das Hormonsystem mit dem Nervensystem. Er reguliert die Hypophyse. Die Hypophyse ist eine bedeutungsvolle Hormondrüse. Durch die Ausschüttung von Hormonen steuert die Hormondrüse im Gehirn Vorgänge wie Wachstum, Fortpflanzung und Stoffwechsel. Ein Tumor, eine Entzündung des Gehirns oder der Hirnhäute, oder ein Unfall können dazu führen, dass die Hormondrüse nicht mehr ausstreichend oder zu viele Hormone produziert.
Hinterhirn (Metencephalon)
Das Hinterhirn besteht aus dem Kleinhirn (Cerebellum) und der Brücke (Pons). Auch das Kleinhirn ist, wie das Großhirn, in zwei Hemisphären aufgeteilt. Die Brücke verknüpft das Kleinhirn mit dem Großhirn.
Das Kleinhirn ist für Bewegung und Gleichgewicht verantwortlich. Außerdem unterstützt es beim unbewussten und sozialen Lernen.
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Hirnstamm
Das Mittelhirn und das Nachhirn können zusammen mit der Brücke (Pons) zum Hirnstamm zusammengefasst werden. Der Hirnstamm ist räumlich gesehen der unterste Gehirnabschnitt.
Ein Teil des Hirnstamms wird auch verlängertes Mark, in der Fachwelt medulla oblongata, genannt. Im Hirnstamm werden eingehende Sinneseindrücke und ausgehende Bewegungsabläufe verwertet. Zudem entstehen hier Reflexreaktionen.
Nachhirn (Myelencephalon)
Das Nachhirn ist für viele vegetativ ablaufende Vorgänge verantwortlich. Dies sind Prozess, die unbewusst, also automatisch ablaufen. Beispiele für vegetative Funktionen des Nachhirns sind:
- Herzschlag
- Atmung
- Stoffwechsel
- Lidschluss
- Schlucken und Husten
Das Nachhirn verknüpft zudem das Gehirn mit dem Rückenmark. Das bedeutet auch, dass hier die graue und weiße Substanz Positionen wechseln. Die bisher meist außen liegende graue Substanz liegt im Rückenmark innen.
Funktionsweise des Gehirns
Das Gehirn übernimmt eine Vielzahl an lebenswichtigen Funktionen. Es ist für unbewusste Handlungen wie die Atmung, Kreislauf, Schlafen und Gefühle, ebenso wie bewusste Reaktionen wie Bewegung, Denken und Lernen verantwortlich. All diese Informationen werden über elektrische Signale weitergeleitet. Dafür sind die Neurone verantwortlich. Diese sind miteinander über Synapsen verknüpft. Neuronen leiten über Nervenbahnen sowohl Informationen von den Sinnesorganen zum Gehirn (afferente Neurone), als auch vom Gehirn zu den Sinnesorganen (efferente Neurone) zurück.
Gedächtnis
Unter dem Gedächtnis versteht man die Eigenschaft des Gehirns, Informationen zu speichern und diese als Erfahrungen wieder abzurufen. Die Leistungs- und Speicherfähigkeit des Gehirns wird auch Gehirnkapazität genannt. Je nachdem, wie viel Gehirnkapazität benötigt wird, unterscheidet man verschiedene Gedächtnisstufen:
- Kurzzeitgedächtnis: Geringe Kapazität, Speicherdauer wenige Sekunden (z.B. aufgeschnappte Telefonnummer)
- Mittelfristiges Gedächtnis: Mittlere Kapazität, Speicherdauer bis zu einigen Tagen (z.B. erlernte Fakten vor einer Klausur)
- Langzeitgedächtnis: Sehr hohe Kapazität, Speicherdauer über Jahre hinweg (z.B. erster Kuss)
Neuroplastizität
Durch das Verwenden der immer gleichen Synapsen werden diese gestärkt. Dies führt zu einem deutlich höheren und schnelleren Informationsfluss. Durch das wiederholte Eintreten von Informationen entstehen Leistungsmuster. Man geht davon aus, dass so Informationen im Gehirn gespeichert werden. Die Anpassung der Synapsen an die Umweltbedingungen nennt man neuronale oder synaptische Plastizität.
Dabei unterscheidet man zwischen struktureller und funktioneller Plastizität. Bei der strukturellen Plastizität werden durch vermehrte Benutzung bestimmter Signalwege neue Synapsen gebildet. Es ändert sich also die Struktur des Gehirns. Bei der funktionellen Plastizität hingegen, welche weniger permanent ist, verändert sich die Menge der Neurotransmitter.
Blutversorgung und Blut-Hirn-Schranke
Das Gehirn wird durch zwei große Arterien mit Blut versorgt. Die innere Halsschlagader entspringt der Halsschlagader und verläuft seitlich am Hals. Die Wirbelarterie befindet sich hinten am Hals und tritt durch das Hinterhauptloch in den Schädel ein. Das Gehirn wird durch die Blut-Hirn-Schranke vom Blutkreislauf abgetrennt. Nur bestimmte Substanzen können die Blut-Hirn-Schranke passieren und so in das Gehirn gelangen. Durch diese Eigenschaft schützt die Blut-Hirn-Schranke unser Gehirn vor schädlichen Substanzen, Krankheitserregern und sonstigen Stoffen, welche das innere Milieu stören könnten. Die Blut-Hirn-Schranke wird durch die Gliazellen gebildet. Sie sind der Filter für viele Schadstoffe, die in das Gehirn eindringen wollen. Diese können diese natürliche Barriere aber oftmals nicht überwinden. Das entspricht fast 20 % des Gesamtvolumens.
Erkrankungen des Gehirns
Erkrankungen des Gehirns können unterschiedliche Ursachen haben. Das Ausmaß und die Symptome der Erkrankung hängen zudem von der betroffenen Region ab.
Schlaganfall
Wenn Blutgefäße im Gehirn blockiert werden, ist der Blutfluss gestört. Dies führt zu Sauerstoffmangel und das Gehirn wird nicht mit genügend Nährstoffen versorgt. In einem solchen Fall spricht man von einem Schlaganfall. Das umliegende Nervensystem stirbt ab. Je nachdem welcher Teil des Gehirns betroffen ist, kann ein Schlaganfall zur Lähmung einzelner Extremitäten, Sprechstörungen oder Gleichgewichtsstörungen führen.
Neurodegenerative Erkrankungen
Die zwei häufigsten vorkommenden neurodegenerativen Erkrankungen des Gehirns sind Parkinson und Alzheimer.
Parkinson
Bei der Parkinson-Krankheit sterben dopaminerge Neuronen in der Substantia nigra ab. Dies führt zu den drei charakteristischen Symptomen für diese Krankheit:
- Bewegungslosigkeit (Akinese)
- Muskelstarre (Rigor)
- Ruhetremor (Zittern)
Alzheimer
Ganz anders sind die Symptome der Alzheimer-Krankheit. Menschen, die von Alzheimer betroffen sind, verlieren ihre kognitiven Fähigkeiten. Die Betroffenen zeigen bestimmte Verhaltensauffälligkeiten und können in vielen Fällen kein selbstständiges Leben mehr führen, sondern benötigen Assistenz.
Es ist nicht immer leicht, Alzheimer von einer Demenz zu unterscheiden. Grund für die Alzheimer-Erkrankung ist zum einen die Bildung von sogenannten Plaques und Fibrillen im Gehirn. Zum anderen schrumpft das Gehirn und die mit Flüssigkeit gefüllten Hohlräume (Hirnventrikel) werden größer.
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