Einführung
Das Gehirn, auch Encephalon genannt, ist der zentrale Kontrollraum des menschlichen Körpers. Als Teil des zentralen Nervensystems, eingebettet in den knöchernen Schädel, steuert es über ein komplexes Netzwerk von Nervenzellen und Nervenbahnen nahezu alle Körperfunktionen. Dieser Artikel beleuchtet den Aufbau, die Funktion und die bemerkenswerten Eigenschaften dieses komplexen Organs, wobei der Fokus auf einem schematischen Schwarz-Weiß-Ansatz liegt, um die wesentlichen Strukturen und Prozesse zu verdeutlichen.
Anatomie und Aufbau des Gehirns
Gewicht und Volumen
Das Gehirn eines Menschen wiegt etwa 1,5 bis 2 Kilogramm, was ungefähr drei Prozent des gesamten Körpergewichts ausmacht. Das Gehirnvolumen beträgt etwa 20 bis 22 Gramm pro Kilogramm Körpermasse. Es besteht aus etwa 100 Milliarden Nervenzellen, die über 100 Billionen Verknüpfungen miteinander kommunizieren.
Gliazellen und Hirnhäute
Die Nervenzellen sind von Gliazellen umgeben, die eine stützende Funktion haben. Das Gehirn ist zusätzlich durch drei Hirnhäute geschützt: Dura mater, Arachnoidea und Pia mater.
Fünf Hauptabschnitte
Das menschliche Gehirn lässt sich in fünf Hauptabschnitte unterteilen:
- Großhirn (Telencephalon): Der größte und schwerste Teil des Gehirns.
- Zwischenhirn (Diencephalon): Besteht unter anderem aus Thalamus und Hypothalamus.
- Mittelhirn (Mesencephalon): Der kleinste Abschnitt des Gehirns.
- Kleinhirn (Cerebellum): Liegt oberhalb des Hirnstamms und unterhalb der beiden Großhirnhemisphären.
- Nachhirn (Myelencephalon, Medulla oblongata): Bildet den Übergang zwischen Gehirn und Rückenmark.
Hirnstamm
Der Hirnstamm ist der stammesgeschichtlich älteste Teil des Gehirns und besteht aus Mittelhirn, Medulla oblongata und Brücke (Pons). Er befindet sich im unteren Schädelbereich, an der Hirnbasis.
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Graue und Weiße Substanz
Das Gehirn besteht aus grauer und weißer Substanz. Die graue Substanz besteht hauptsächlich aus Nervenzellkörpern und findet sich in der Großhirnrinde, den Basalganglien, der Kleinhirnrinde und den Hirnnervenkerne. Die weiße Substanz besteht aus den Nervenzellfortsätzen (Axonen) und findet sich im Mark von Großhirn und Kleinhirn. Etwa 80 Prozent der Hirndurchblutung sind für die Versorgung der grauen Substanz notwendig.
Hirnnerven
Dem Gehirn entspringen zwölf paarige Nerven, die den Kopf, den Hals und Organe im Rumpf versorgen.
Blutversorgung
Die Blutversorgung des Gehirns erfolgt über die rechte und linke innere Halsschlagader (Arteria carotis interna) und über die Arteria vertebralis. Diese Arterien bilden einen Gefäßring (Circulus arteriosus cerebri), der die Basis des Zwischenhirns umfasst und eine ausreichende Blutversorgung sicherstellt. Zwischen 15 und 20 Prozent des Herzminutenvolumens entfällt auf die Blutversorgung des Gehirns.
Liquor und Ventrikelsystem
Das Gehirn ist von Liquor (Hirn-Rückenmarksflüssigkeit) umgeben, der es schützt. Der Liquor zirkuliert in den Hirnkammern, die zusammen das Ventrikelsystem bilden.
Blut-Hirn-Schranke
Die Blut-Hirn-Schranke schirmt das empfindliche Gewebe im Gehirn gegen schädigende Substanzen im Blut ab.
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Funktionen der einzelnen Hirnregionen
Großhirn (Telencephalon)
Das Großhirn ist zuständig für höhere kognitive Funktionen wie Lernen, Sprechen, Denken, Bewusstsein und Gedächtnis. In der Hirnrinde laufen Informationen aus den Sinnesorganen zusammen, werden verarbeitet und gespeichert.
Zwischenhirn (Diencephalon)
Das Zwischenhirn, bestehend aus Thalamus und Hypothalamus, spielt eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung von Sinneseindrücken (Thalamus) und der Steuerung von Schlaf-Wach-Rhythmus, Hunger, Durst, Schmerz-, Temperaturempfinden und Sexualtrieb (Hypothalamus). Die Hypophyse, eine Hormondrüse, ist über einen Stiel mit dem Hypothalamus verbunden.
Hirnstamm
Der Hirnstamm steuert grundlegende Lebensfunktionen wie Herzfrequenz, Blutdruck, Atmung und Reflexe.
Kleinhirn (Cerebellum)
Das Kleinhirn koordiniert Bewegungen, Gleichgewicht und speichert erlernte Bewegungen.
Limbisches System
Das limbische System reguliert das Affekt- und Triebverhalten und dessen Verknüpfungen mit vegetativen Organfunktionen. Wichtige Teilbereiche sind die Amygdala (Mandelkern) und der Hippocampus. Die Amygdala ist für die Verarbeitung von Emotionen zuständig, während der Hippocampus als Arbeitsspeicher des Gehirns und Schaltstelle zwischen Kurz- und Langzeitgedächtnis dient.
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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 Gehirnkapazität ist deutlich größer als die, die wir im Alltag tatsächlich nutzen.
Entwicklung des Gehirns
Die embryonale Entwicklung des Gehirns aus dem Neuralrohr zeichnet sich durch ein besonderes Größenwachstum und ein ungleichmäßiges Dickenwachstum der Wand aus. Aus der Hirnanlage bilden sich zunächst drei primäre Hirnbläschen (Vorderhirn, Mittelhirn, Rautenhirn), aus denen sich dann fünf sekundäre Hirnbläschen entwickeln: Großhirn, Zwischenhirn, Medulla oblongata, Brücke und Kleinhirn.
Funktionsweise des Gehirns
Das Gehirn funktioniert als ein Netzwerk aus Milliarden von Nervenzellen (Neuronen), die durch Synapsen miteinander verbunden sind. Informationen aus dem Körper oder der Umwelt gelangen in Form von Hormonen oder elektrischen Impulsen ins Gehirn, werden dort bewertet und verarbeitet. Als Reaktion werden entsprechende Signale vom Gehirn wieder ausgesendet - zum Beispiel an Muskeln, Drüsen oder Sinnesorgane.
Gedächtnis
Eine sehr wichtige Funktion des Gehirns ist das Gedächtnis, das in Ultrakurzzeit-, Kurzzeit- und Langzeitgedächtnis unterteilt wird.