Gehirn Querschnitt Anatomie: Ein umfassender Überblick

Das Gehirn, auch Encephalon genannt, ist das Kontrollzentrum des menschlichen Körpers und der Teil des zentralen Nervensystems, der sich innerhalb des knöchernen Schädels befindet und diesen ausfüllt. Es besteht aus Milliarden von Nervenzellen, die über Nervenbahnen mit dem Körper verbunden sind und ihn steuern.

Allgemeine Fakten über das Gehirn

• 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 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.
• Das Gehirn ist von drei Hirnhäuten umgeben: Dura mater, Arachnoidea und Pia mater.

Aufbau des Gehirns: Fünf Hauptabschnitte

Das menschliche Gehirn lässt sich grob in fünf Abschnitte gliedern:

1. Großhirn (Telencephalon): Der größte und schwerste Teil des Gehirns, der mit seinen Falten und Furchen einem Walnusskern ähnelt.
2. Zwischenhirn (Diencephalon): Besteht unter anderem aus dem Thalamus und dem Hypothalamus.
3. Mittelhirn (Mesencephalon): Der kleinste Abschnitt des Gehirns.
4. Kleinhirn (Cerebellum): Sitzt oberhalb des Hirnstamms und unterhalb der beiden Großhirnhemisphären.
5. Nachhirn (Myelencephalon, Medulla oblongata): Bildet den Übergang zwischen Gehirn und Rückenmark.

Im unteren Schädelbereich befindet sich die Hirnbasis, die - entsprechend der knöchernen Schädelbasis - stärker modelliert ist. Hier liegt der Hirnstamm.

Hirnregionen und ihre Funktionen im Detail

Die verschiedenen Anteile der Großhirnrinde übernehmen ganz unterschiedliche Funktionen.

Großhirn (Telencephalon)

Das Großhirn ist der größte Teil des Gehirns und für höhere kognitive Funktionen wie Sprache, Denken und Gedächtnis verantwortlich. Es besteht aus zwei Hemisphären, die durch den Balken (Corpus callosum) miteinander verbunden sind. Die Oberfläche des Großhirns ist stark gefaltet, um die Oberfläche zu vergrößern. Diese Falten werden Gyri genannt, die Vertiefungen dazwischen Sulci. Die äußere Schicht des Großhirns wird als Großhirnrinde bezeichnet und besteht aus grauer Substanz.

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Die Großhirnrinde ist in verschiedene Lappen unterteilt:

• Stirnlappen (Frontallappen): Verantwortlich für Planung, Entscheidungsfindung, Persönlichkeit und willkürliche Bewegungen. Hier befindet sich auch das Kurzzeitgedächtnis.
• Scheitellappen (Parietallappen): Zuständig für sensorische Informationen wie Berührung, Temperatur, Schmerz und räumliche Wahrnehmung.
• Schläfenlappen (Temporallappen): Spielt eine Rolle bei Hören, Gedächtnis, Sprache und Emotionen.
• Hinterhauptslappen (Okzipitallappen): Verantwortlich für die Verarbeitung visueller Informationen.
• Insellappen (Insula): Beteiligt an verschiedenen Funktionen, einschließlich Geschmack, Empathie und Sucht.

In der linken Gehirnhälfte, genauer im Schläfenbereich, sind vor allem Verstehen und Sprechen angesiedelt. In der rechten Hälfte sitzen vor allem das Sehzentrum und der Orientierungssinn.

Zwischenhirn (Diencephalon)

Das Zwischenhirn befindet sich zwischen dem Großhirn und dem Mittelhirn und besteht aus mehreren wichtigen Strukturen:

• Thalamus: Fungiert als "Tor zum Bewusstsein" und leitet sensorische Informationen an die Großhirnrinde weiter. Er sammelt fast alle Sinneswahrnehmungen und leitet sie an das primär sensorische Rindenfeld im Scheitellappen des Großhirns weiter.
• Hypothalamus: Kontrolliert den Hormonhaushalt, den Schlaf-Wach-Rhythmus, Hunger und Durst, das Schmerz- und Temperaturempfinden und den Sexualtrieb. Er stellt die Verbindung zwischen Hormon- und Nervensystem dar.
• Hypophyse: Eine Hormondrüse, die mit dem Hypothalamus verbunden ist und wichtige Hormone produziert.

Hirnstamm

Der Hirnstamm ist der stammesgeschichtlich älteste Teil des Gehirns und besteht aus Mittelhirn, Medulla oblongata und Brücke (Pons). Er ist für die grundlegenden Lebensfunktionen zuständig. Er steuert die Herzfrequenz, den Blutdruck und die Atmung sowie Reflexe wie den Lidschluss-, Schluck- oder Hustenreflex.

• Mittelhirn (Mesencephalon): Der kleinste Abschnitt des Gehirns, der eine Rolle bei der Steuerung von Augenbewegungen, Hören und Motorik spielt.
• Medulla oblongata (Myelencephalon): Auch als Nachhirn bezeichnet, stellt den Übergang zwischen Gehirn und Rückenmark dar und ist für lebenswichtige Funktionen wie Atmung und Herzschlag verantwortlich.
• Brücke (Pons): Verbindet das Großhirn mit dem Kleinhirn und ist an der Steuerung von Schlaf, Atmung und Schlucken beteiligt.

Im Nachhirn überkreuzen sich viele Nervenbahnen unserer beiden Körperhälften.

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Kleinhirn (Cerebellum)

Das Kleinhirn befindet sich oberhalb des Hirnstamms und unterhalb des Großhirns. Es koordiniert Bewegungen, das Gleichgewicht und speichert erlernte Bewegungen. Es ist an der Feinabstimmung von Bewegungen beteiligt und sorgt für einen reibungslosen Ablauf. Mittlerweile gehen die Forscher davon aus, dass es auch für komplexere geistige Fähigkeiten nützlich ist: Es beeinflusst das Lernen und das Sprechen, wenngleich weit weniger als das Großhirn dies tut mit den Milliarden von Nervenzellen.

Graue und weiße Substanz

Das Gehirn besteht aus zwei Haupttypen von Gewebe: grauer und weißer Substanz.

• Graue Substanz: Besteht hauptsächlich aus Nervenzellkörpern (Neuronen) und ist für die Verarbeitung von Informationen verantwortlich. Sie findet sich vor allem in der Großhirnrinde, den Basalganglien, der Kleinhirnrinde und den Hirnnervenkerne. Etwa 80 Prozent der Hirndurchblutung sind für die Versorgung der grauen Substanz notwendig.
• Weiße Substanz: Besteht hauptsächlich aus Nervenfasern (Axonen), die von einer Myelinscheide umgeben sind. Sie dient der Übertragung von Signalen zwischen verschiedenen Hirnregionen. 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. Diese Menge kann bis zum 50. Lebensjahr geringfügig schwanken, nimmt aber danach ab (zusammen mit dem Sauerstoff- und Glukoseverbrauch).

Blutversorgung des Gehirns

Das Gehirn benötigt eine konstante Versorgung mit Sauerstoff und Nährstoffen, um richtig zu funktionieren. Zwischen 15 und 20 Prozent des Herzminutenvolumens entfällt auf die Blutversorgung des Gehirns. Die Blutversorgung erfolgt über die rechte und linke innere Halsschlagader (Arteria carotis interna) und die Arteria vertebralis. Diese Arterien sind durch den Circulus arteriosus cerebri (Willis-Kreis) miteinander verbunden, der eine ausreichende Blutversorgung des Gehirns auch bei Schwankungen in der Blutzufuhr sicherstellt.

Die Blut-Hirn-Schranke schützt das empfindliche Gewebe im Gehirn vor schädlichen Substanzen im Blut.

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Energieverbrauch und Gehirnkapazität

Der Energieverbrauch des Gehirns 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. Das Gehirn eines Embryos entwickelt sich etwa ab der vierten Schwangerschaftswoche. Dazu bilden sich aus dem vorderen Teil Neuralrohr drei bläschenförmige Erweiterungen aus. Bereits in dieser frühen Entwicklungsphase wird das Gehirn also in unterschiedliche Abschnitte eingeteilt. Aus den drei ersten Bläschen bilden sich das Vorder-, das Mittel- und das Rautenhirn. Im Laufe der Entwicklung gehen daraus dann weitere Hirnbläschen hervor, welche die restlichen Gehirnabschnitte bilden.

Funktion des Gehirns

Das Gehirn ist für eine Vielzahl von Funktionen verantwortlich, darunter:

• Steuerung der Lebensfunktionen: Atmung, Herzschlag, Blutdruck
• Verarbeitung von Sinnesinformationen: Sehen, Hören, Riechen, Schmecken, Tasten
• Steuerung von Bewegungen: Willkürliche und unwillkürliche Bewegungen
• Gedächtnis und Lernen: Speicherung und Abruf von Informationen
• Sprache: Verstehen und Produzieren von Sprache
• Emotionen: Erleben und Ausdruck von Emotionen
• Denken und Problemlösung: Kognitive Prozesse

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. Der Hippocampus ist der Arbeitsspeicher unseres Gehirns und die Schaltstelle zwischen dem Kurz- und dem 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. Die Synapsen können dabei nutzungsabhängig optimiert und verändert werden. Der Prozess heißt auch neuronale oder synaptische Plastizität. Das beantwortet zum Beispiel die Frage „Wie lernt das Gehirn?“. Denn Lernfähigkeit kommt dadurch zustande, dass durch ständiges Wiederholen entsprechende Synapsen verstärkt werden.

Erkrankungen des Gehirns

Das Gehirn kann durch verschiedene Ursachen in seiner Funktion gestört oder beschädigt werden. Einige häufige Erkrankungen des Gehirns 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, Depression, Schizophrenie und Alzheimer: Bei einigen Krankheiten gehört das Limbische System zu einem der ersten Areale, das von den Krankheiten befallen wird.

Diagnostik des Gehirns

Am besten können Schädigungen durch ein Gehirn-MRT festgestellt werden. Bei der Magnetresonanztomographie (MRT) wird der Kopf sozusagen gescannt und ein Bild erstellt. Je nachdem, welcher Bereich des Gehirns beschädigt wird, können ganz unterschiedliche Symptome auftreten.

Querschnittsanatomie: MRT des Gehirns

Eine normale MRT wurde an einem gesunden Patienten mit unterschiedlichen Gewichtungen durchgeführt: Spin-Echo T1, T2 und FLAIR, T2 Gradientenechosequenz, Diffusionssequenzen (B0, B1000, Scheinbarer Diffusionskoeffizient) und T1 Sequenz nach Kontrastmittelinjektion (Gadolinium). Wir erhielten 24 axiale Abschnitte des normalen Gehirns.

Diese DICOM-Bilder wurden in JPEG-Bilder umgewandelt, mit Adobe Photoshop überarbeitet und dann in ein dynamisches Modul eingefügt, das mit Adobe Animate erstellt wurde. Jede anatomische Struktur wurde manuell beschriftet und entsprechend der geltenden Terminologia Anatomica kommentiert.

Dieses Modul ist ein umfassendes und erschwingliches Lernwerkzeug für Medizinstudenten und Assistenzärzte, insbesondere für Neuroradiologen und Radioonkologen. Es bietet Zugang zu einem Atlas und zu Bildern in den axialen Ebenen, so dass der Benutzer die Neuroanatomie interaktiv erlernen und überprüfen kann. Die Bilder sind beschriftet und stellen eine unschätzbare Lehrquelle dar. Der Testmodus ermöglicht eine umfassende Auswertung des Anwenderfortschritts. Das Untersuchungsgebiet erstreckt sich vom Scheitelpunkt bis zum Rückenmark. Über das horizontale Auswahlmenü können Sie die Gruppen der anzuzeigenden anatomischen Strukturen auswählen: Hirnfurchen und Hirnwindungen, limbisches System, weiße Substanz, Ventrikel- und Zisternenstrukturen, Basalkerne und verwandte Strukturen, Sehbahnen, Kleinhirnlappen mit nummerierter Nomenklatur, Rückenmark. Die Untersuchung der Hirngefäße ist möglich, indem die Arterien des Gehirns und die venösen Strukturen (Venen und Nebenhöhlen) dargestellt werden. Hirnanhang- und Zirbeldrüse werden im Abschnitt „Drüse“ gekennzeichnet. Alle diese Strukturen können nach unterschiedlichen Gewichten abgebildet werden. Wenn der Mauszeiger über einen bestimmten anatomischen Bereich bewegt wird, wird dieser Bereich hervorgehoben und beschriftet. Dieses Werkzeug wurde gewählt, um die verschiedenen Hirnlappen zu zeigen: Stirnlappen, Hinterhauptlappen, Scheitellappen, Schläfenlappen, Insellappen, Kleinhirnlappen (vordere, hintere und Flocke-Knötchen-Lappen).

Die MRT ist eine besonders leistungsfähige Methode zur Untersuchung von Strukturen wie Zwischenhirn, Mittelhirn, Brücke, Nachhirn (Verlängertes Rückenmark, Bulbärhirn) und Rückenmark.

Das vertikale linke Menü stellt koronale und sagittale Bilder des Gehirns dar, mit anatomischen Diagrammen, die auf einem dreidimensionalen Modell (3D) basieren.

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