Das Gehirn der Wirbeltiere, einschließlich des Menschen, ist ein hochkomplexes Organ, das eine Vielzahl von lebenswichtigen Funktionen steuert. Es ist das zentrale Organ des Nervensystems und für die Verarbeitung von Informationen, die Steuerung von Bewegungen, das Denken, das Lernen und vieles mehr verantwortlich. Dieser Artikel beleuchtet den Aufbau des Gehirns, die verschiedenen Hirnregionen, ihre Funktionen sowie die schützenden Hirnhäute.
Schutz des Gehirns
Das Gehirn ist ein weiches und druckempfindliches Organ, das durch verschiedene Mechanismen vor äußeren Einflüssen geschützt wird.
Schädelknochen
Die Schädelknochen bilden die äußerste Schutzschicht und schützen das Gehirn vor mechanischen Einwirkungen wie Stößen und Schlägen. Der knöcherne Schädel wird in Gesichts- und Hirnschädel unterteilt, wobei der größere Hirnschädel das Gehirn umgibt.
Hirnhäute (Meningen)
Zwischen dem Gehirn und dem Schädel befinden sich drei Hirnhäute, die das Gehirn zusätzlich schützen:
- Harte Hirnhaut (Dura mater): Die äußerste Schicht, die direkt an den Schädelknochen anliegt.
- Spinnengewebshaut (Arachnoidea): Die mittlere Schicht, die aus Bindegewebe mit kollagenen Fasern besteht, die wie Spinnenweben aussehen.
- Zarte Hirnhaut (Pia mater): Die innerste Schicht, die direkt am Gehirn anliegt.
Zwischen der Spinnengewebshaut und der zarten Hirnhaut befindet sich ein spaltförmiger Raum, in dem die Gehirnflüssigkeit (Liquor cerebrospinalis) zirkuliert. Diese Flüssigkeit polstert das Gehirn zusätzlich und schützt es vor Stößen.
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Aufbau des Gehirns
Das Gehirn der Wirbeltiere lässt sich in verschiedene Abschnitte unterteilen, die jeweils spezifische Funktionen erfüllen. Das menschliche Gehirn wiegt etwa 1500 g und enthält etwa 10 bis 14 Milliarden Nervenzellen. Im Querschnitt eines Gehirns sind die fünf Hirnregionen erkennbar.
Großhirn (Cerebrum)
Das Großhirn ist der größte Teil des Gehirns und nimmt etwa 80 Prozent des Gehirnvolumens ein. Es besteht aus zwei Hälften, den sogenannten Hemisphären, die durch einen Strang aus Nervenfasern, den Balken (Corpus callosum), miteinander verbunden sind. Die Großhirnrinde (Cortex cerebri) ist die äußere Schicht des Großhirns und besteht aus grauer Substanz, die reich an Nervenzellkörpern ist. Die Oberfläche des Großhirns ist stark gefaltet, wodurch sich seine Oberfläche vergrößert. Diese Faltungen werden als Gyri (Gehirnwindungen) bezeichnet, die durch Sulci (Gräben) voneinander getrennt sind. Die Großhirnrinde ist in verschiedene Bereiche unterteilt, denen spezifische Funktionen zugeordnet sind, z. B. Sehen, Sprechen, Lernen, Denken, Verstehen und Erinnern. Auf der Großhirnrinde befinden sich 52 Rindenfelder, die nach verschiedenen Funktionen eingeteilt werden. Das sind Hirnareale mit verschiedenen Aufgaben, in denen die Nervenbahnen enden oder entspringen. Jede Hälfte wird in fünf verschiedene Gehirnlappen unterteilt, die unterschiedliche Funktionen haben.
Zwischenhirn (Diencephalon)
Das Zwischenhirn befindet sich zwischen dem Großhirn und dem Mittelhirn. Wichtige Bestandteile sind der Thalamus und der Hypothalamus. Der Thalamus fungiert als "Tor zum Bewusstsein" und ist eine Schaltstation für Sinneswahrnehmungen, die er an das Großhirn weiterleitet. Der Hypothalamus kontrolliert den Hormonhaushalt und steuert wichtige Funktionen wie Schlaf-Wach-Rhythmus, Körpertemperatur, Atmung, Kreislauf und Sexualverhalten. Er ist mit der Hirnanhangsdrüse (Hypophyse) verbunden, die gemeinsam mit dem Hypothalamus die Tätigkeit der meisten Hormondrüsen im Körper steuert. Das Zwischenhirn ist das oberste Regulationszentrum des vegetativen Nervensystems. Es überwacht somit alle lebenswichtigen Funktionen wie Atmung, Appetit- und Durstempfinden.
Mittelhirn (Mesencephalon)
Das Mittelhirn ist der kleinste Abschnitt des Gehirns und bildet die Verbindung zwischen dem Zwischenhirn und dem Kleinhirn. Es ist eine Steuerzentrale für den Seh- und Hörnerv und für Reflexe. Es koordiniert als Teil des Hirnstamms die Verbindung zwischen Sinnesorganen und Muskulatur. Ein wichtiger Teil des Mittelhirns ist die Vierhügelplatte oder Tectum mesencephali, die aus den Colliculi superiores (obere Hügelchen) und Colliculi inferiores (untere Hügelchen) besteht. Darunter liegt das Tegmentum mesencephali (Die Haube des Mittelhirns).
Kleinhirn (Cerebellum)
Das Kleinhirn befindet sich unterhalb des Großhirns und hinter dem Hirnstamm. Es ist ebenfalls in zwei Hemisphären unterteilt, zwischen denen der Kleinhirnwurm (Vermis) liegt. Das Kleinhirn ist vor allem für das Gleichgewicht und die Steuerung von erlernten Bewegungsabläufen verantwortlich. Es speichert Gewohnheiten und ist essentiell für das Erlernen von Bewegungsabläufen und die Feinabstimmung von Bewegungen.
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Hirnstamm
Der Hirnstamm bildet den untersten Teil des Gehirns und verbindet das Gehirn mit dem Rückenmark. Er besteht aus dem Mittelhirn, der Brücke (Pons) und dem Nachhirn (Medulla oblongata). Der Hirnstamm ist für die Verschaltung von Sinneseindrücken verantwortlich. Er enthält wichtige Steuerzentren für lebenswichtige Funktionen wie Atmung, Herzschlag, Blutdruck und Kreislauf.
Nachhirn (Medulla oblongata)
Das Nachhirn, auch verlängertes Rückenmark genannt, ist der am weitesten hinten gelegene Teil des Hirnstamms und bildet den Übergang zwischen Rückenmark und Gehirn. Es ist für die Kontrolle grundlegender Funktionen wie Blutzirkulation, Herzschlag und Lungenaktivität zuständig. Im Nachhirn überkreuzen sich viele Nervenbahnen unserer beiden Körperhälften. Die Medulla ist eine wichtige Umschaltstation innerhalb des motorischen Systems. Hier befinden sich auch Zentren für vegetative Funktionen wie Atmung, Schluckreflex, Kreislauf und Brechen.
Brücke (Pons)
Die Brücke liegt zwischen dem Mittelhirn und dem Nachhirn. Nahezu alle Fasern, die diese Bereiche verbinden, laufen durch die Brücke. Auch befinden sich hier zahlreiche Kerngebiete, in denen Nervenbahnen zwischen Groß- und Kleinhirn verschaltet werden.
Formatio reticularis
Ein weiteres wichtiges Element des Hirnstamms ist die Formatio reticularis, ein netzartiges Gebilde, das sich über das gesamte Tegmentum bis hinunter zum Rückenmark zieht. Sie ist an der Steuerung von Atmung, Schluckreflex, Kreislauf, Brechen usw. beteiligt. Darüber hinaus entspringt der Formatio reticularis das sogenannte "Weckzentrum", das aufsteigende retikuläre Aktivierungssystem (ARAS).
Hirnnerven
Die Hirnnerven entspringen nicht dem Rückenmark, sondern direkt aus dem Gehirn, die meisten aus dem Stammhirn. Eine Ausnahme bildet der 11. Hirnnerv (Nervus accessorius), der teilweise aus dem Rückenmark stammt und darum mit zu den Hirnnerven gezählt wird. Alle Hirnnerven gehören zum peripheren Nervensystem. Sie haben z.T. sensorische (Wahrnehmung) und z.T. gemischte Funktionen. Bezeichnet werden sie mit römischen Ziffern von I bis XII und lateinischen Namen, die auf ihre Funktion schließen lassen (sollen).
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Funktionsweise des Gehirns
Das Gehirn ist die Steuerzentrale des Körpers und übernimmt lebenswichtige Aufgaben wie die Steuerung von Atmung und Kreislauf. Es nimmt alle Informationen von den Organen und aus der Umwelt auf, speichert und verarbeitet sie. Auch komplexe Funktionen wie Denken, Lernen, Emotionen oder Handlungsabläufe werden dort gesteuert.
Nervenzellen und Synapsen
Die Weiterleitung von Reizen erfolgt über Nervenzellen (Neuronen), die über Synapsen miteinander verbunden sind. Die Synapsen können dabei nutzungsabhängig optimiert und verändert werden. Dieser Prozess wird als neuronale oder synaptische Plastizität bezeichnet und ist die Grundlage für Lernfähigkeit.
Energieverbrauch und Blutversorgung
Das Gehirn hat einen hohen Energieverbrauch und benötigt viel Sauerstoff und Glucose. Obwohl das Gehirn nur 2% des Körpergewichts ausmacht, gehen ungefähr ein Fünftel unseres gesamten Sauerstoffbedarfs an das Gehirn. Die Durchblutung des Gehirns erfolgt über zwei große Arterien, die innere Halsschlagader (Arteria carotis interna) und die Wirbelarterie (Arteria vertebralis). Um zu verhindern, dass schädliche Substanzen aus dem Blut ins Gehirn gelangen, gibt es die Blut-Hirn-Schranke, eine Barriere zwischen den Blutgefäßen und den Nervenzellen.
Erkrankungen des Gehirns
Sowohl das Gehirn als auch die es umgebenden Hirnhäute können erkranken und Probleme verursachen. Einige Beispiele für 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.
- Meningitis (Hirnhautentzündung): Eine Entzündung der Hirnhäute, die durch Bakterien oder Viren verursacht werden kann.
Schädigungen des Gehirns können mit bildgebenden Verfahren wie der Magnetresonanztomographie (MRT) festgestellt werden. Je nachdem, welcher Bereich des Gehirns beschädigt wird, können ganz unterschiedliche Symptome auftreten.
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