Das Gehirn, auch Cerebrum oder Encephalon genannt, ist die Steuerzentrale des Körpers und übernimmt lebenswichtige Aufgaben wie die Steuerung von Atmung und Kreislauf. Es befindet sich im Kopf, geschützt durch die Schädelhöhle und umgeben von Hirnhäuten. Das Gehirn besteht hauptsächlich aus Gliazellen und Neuronen, wobei die Neuronen der Reizweiterleitung dienen und die Gliazellen andere Aufgaben wie Ernährung, Stützung und Schutz übernehmen.
Aufbau des Gehirns
Das Nervensystem lässt sich räumlich in das periphere und das Zentralnervensystem einteilen. Das Zentralnervensystem wiederum gliedert sich in das Rückenmark und das Gehirn.
Das Gehirn lässt sich in fünf Hauptbereiche gliedern:
- Großhirn (Endhirn): Umfasst fast 90 % des Gehirnvolumens und ist in zwei Hemisphären unterteilt, die durch eine Brücke aus weißer Substanz verbunden sind. Die Oberfläche, Kortex genannt, ist stark gefaltet, um die Oberfläche zu vergrößern. Das Großhirn ist zuständig für visuelle Wahrnehmung, Verarbeitung akustischer Reize, Gedächtnis, höhere Denkvorgänge und Instinkte.
- Zwischenhirn: Steuert Gefühle und reguliert Grundbedürfnisse wie Hunger und Durst. Es spielt auch eine Rolle bei der Schlaf-Wach-Steuerung. Das Zwischenhirn lässt sich in Thalamus, Hypothalamus, Subthalamus und Epithalamus unterteilen. Der Thalamus sammelt Signale von den Sinnesorganen und leitet sie an das Großhirn weiter. Der Hypothalamus verknüpft das Hormonsystem mit dem Nervensystem und reguliert die Hypophyse.
- Hinterhirn: Besteht aus Kleinhirn (Cerebellum) und Brücke (Pons). Das Kleinhirn ist für Bewegung, Gleichgewicht und unbewusstes Lernen verantwortlich. Die Brücke verknüpft das Kleinhirn mit dem Großhirn.
- Mittelhirn: Verbindet das Zwischenhirn mit dem Kleinhirn und ist Teil des Hirnstamms.
- Nachhirn (verlängertes Mark): Verantwortlich für viele vegetativ ablaufende Vorgänge wie Herzschlag, Atmung, Stoffwechsel, Lidschluss, Schlucken und Husten. Es verknüpft das Gehirn mit dem Rückenmark.
Der Hirnstamm umfasst Mittelhirn, Brücke und Nachhirn. Er ist der unterste Gehirnabschnitt und dient der Verarbeitung von Sinneseindrücken und Bewegungsabläufen sowie der Auslösung von Reflexreaktionen.
Graue und weiße Substanz
Im Zentralnervensystem wird zwischen grauer und weißer Substanz unterschieden. In der grauen Substanz liegen vorwiegend die Zellkörper der Zellen, während die weiße Substanz die Nervenfasern enthält. 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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Funktionsweise des Gehirns
Das Gehirn übernimmt eine Vielzahl lebenswichtiger Funktionen, sowohl unbewusste wie Atmung, Kreislauf und Gefühle, als auch bewusste wie Bewegung, Denken und Lernen. All diese Informationen werden über elektrische Signale weitergeleitet, für die die Neuronen verantwortlich sind. Diese sind 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 und Neuroplastizität
Eine Besonderheit des Gehirns ist seine Fähigkeit, Informationen zu speichern. Das Gedächtnis ermöglicht es dem Gehirn, Informationen zu speichern und 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, mittelfristiges Gedächtnis und Langzeitgedächtnis.
Durch die Nutzung immer gleicher Synapsen werden diese gestärkt, was zu einem schnelleren Informationsfluss führt. Diese Anpassung der Synapsen an die Umweltbedingungen wird neuronale oder synaptische Plastizität genannt. Dabei unterscheidet man zwischen struktureller und funktioneller Plastizität. Bei der strukturellen Plastizität werden durch vermehrte Benutzung bestimmter Signalwege neue Synapsen gebildet. Bei der funktionellen Plastizität verändert sich die Menge der Neurotransmitter.
Blutversorgung und Blut-Hirn-Schranke
Das Gehirn wird durch zwei große Arterien mit Blut versorgt: die innere Halsschlagader und die Wirbelarterie. 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 das Gehirn vor schädlichen Substanzen, Krankheitserregern und Stoffen, die das innere Milieu stören könnten. Die Blut-Hirn-Schranke wird durch die Gliazellen gebildet.
Hirnnerven
Es gibt 12 Paare von Hirnnerven, die vom Gehirn zu verschiedenen Teilen des Kopfes, des Halses und des Rumpfes verlaufen. Die Hirnnerven können sensorische, motorische oder auch beide Faserqualitäten gleichzeitig führen. Die Hirnnerven werden entsprechend ihres Ursprungs im Gehirn von rostral nach kaudal mit römischen Ziffern nummeriert. Einige Hirnnerven sind an speziellen Sinnen wie dem Sehen, Hören und Schmecken beteiligt. Andere wiederum sind wichtig für die Muskelkontrolle des Gesichts.
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Einige Beispiele für Hirnnerven und ihre Funktionen sind:
- Nervus trigeminus (V): Hat 3 Äste und ist verantwortlich für die Sensibilität des Gesichts und die Bewegung der Kaumuskulatur.
- Nervus facialis (VII): Steuert die mimische Muskulatur, die Geschmackswahrnehmung im vorderen Zungenbereich und die Speichel- und Tränenproduktion.
Erkrankungen des Gehirns
Erkrankungen des Gehirns können unterschiedliche Ursachen haben. Das Ausmaß und die Symptome der Erkrankung hängen 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 Bewegungslosigkeit, Muskelstarre und Ruhetremor (Zittern).
- Alzheimer: Menschen, die von Alzheimer betroffen sind, verlieren ihre kognitiven Fähigkeiten. Die Betroffenen zeigen Verhaltensauffälligkeiten und können in vielen Fällen kein selbstständiges Leben mehr führen, sondern benötigen Assistenz. Grund für die Alzheimer-Erkrankung ist die Bildung von Plaques und Fibrillen im Gehirn. Zudem schrumpft das Gehirn und die mit Flüssigkeit gefüllten Hohlräume (Hirnventrikel) werden größer.
Weitere Erkrankungen
- Akustikusneurinom (Schwannom): Gutartiger Tumor von Schwann-Zellen, die die Nerven innerhalb des Schädels betreffen. Betrifft am häufigsten den Nervus vestibulocochlearis (VIII), kann aber aufgrund seiner Lage im Kleinhirnbrückenwinkel auch den N. facialis (VII) betreffen. Die Erkrankung zeigt sich oft mit Hörverlust und Tinnitus.
- Herpes Zoster (Gürtelrose): Kann den Trigeminusnerv befallen und verursacht Schmerzen und Hautausschläge. Ist auf das Varicella-Zoster-Virus (VZV) zurückzuführen.
- Trigeminusneuralgie: Chronische Schmerzerkrankung, die den Trigeminusnerv betrifft. Kann auf eine Kompression der A. cerebellaris superior, Tumore, Aneurysmen oder Infarkte zurückzuführen sein.
- Hirnhautentzündung (Meningitis): Bakterien und Viren dringen in die Hirnhäute ein und verursachen dort eine Entzündung.
Schutz des Gehirns
Das Gehirn ist ein lebenswichtiges, sensibles Organ, das durch mehrere Schutzeinrichtungen vor mechanischen Einwirkungen, Stößen, Schlägen sowie Krankheitserregern geschützt wird. Die äußerste Schutzschicht stellt der knöcherne Schädel dar. Weiterhin wird es durch die Hirnhäute geschützt.
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Schädel
Der Schädel (Cranium) bildet die knöcherne Grundlage des Kopfes und den Abschluss des Körpers nach oben. Er setzt sich aus diversen Einzelknochen zusammen und wird grob in einen Hirnschädel und einen Gesichtsschädel eingeteilt.