Das menschliche Gehirn, auch Cerebrum oder Encephalon genannt, ist die Steuerzentrale des Körpers. Mit einem durchschnittlichen Gewicht von 1.400 Gramm, abhängig von Geschlecht und Körpergröße, steuert es lebenswichtige Körperfunktionen, ermöglicht Denken, emotionales Erleben und viele weitere Abläufe. Es verarbeitet Sinneseindrücke, koordiniert Körperfunktionen und hält sie aufrecht. Diese komplexen Vorgänge werden durch die Kommunikation von Milliarden von Gehirnnervenzellen (Neuronen) ermöglicht, die ständig Informationen austauschen.
Aufbau des Gehirns
Das Gehirn besteht aus zwei Hälften, den Hemisphären, die durch den Balken (Corpus callosum) miteinander verbunden sind. Zum Schutz ist es von den Schädelknochen und drei Hirnhäuten (Meningen) umgeben und schwimmt im Hirnwasser, dem Liquor. Das Nervengewebe des Gehirns besteht aus Nervenzellen, Gliazellen (Stütz- und Versorgungsgewebe) und Blutgefäßen.
Hauptbestandteile des Gehirns
Das Gehirn lässt sich in fünf Hauptregionen gliedern:
- Großhirn (Telencephalon): Der größte und am höchsten entwickelte Teil des Gehirns.
- Zwischenhirn (Diencephalon): Befindet sich zwischen Großhirn und Hirnstamm und besteht unter anderem aus Thalamus und Hypothalamus.
- Mittelhirn (Mesencephalon): Verbindet Vorder- und Hinterhirn.
- Kleinhirn (Cerebellum): Liegt an der Basis des Schädels unter dem Hinterhauptlappen des Großhirns.
- Hirnstamm (Truncus cerebri): Der älteste Teil des Gehirns, der sich unter den anderen Abschnitten nahe dem Rückenmark befindet.
Die Rolle der Hirnregionen
Jede Hirnregion ist für bestimmte Funktionen zuständig. Wissenschaftler können die Hirntätigkeit teilweise anhand der begleitenden Stoffwechselvorgänge sichtbar machen, indem sie den Sauerstoff- oder Zuckerverbrauch des Gehirns beobachten.
Großhirn (Telencephalon)
Das Großhirn ist der größte Teil des Gehirns und besteht aus zwei Hemisphären, die durch den Balken (Corpus callosum) verbunden sind. Die Großhirnrinde, die äußere Schicht des Großhirns, ist stark gefaltet, um die Oberfläche zu vergrößern. Hier befinden sich 52 Rindenfelder, die für verschiedene Funktionen zuständig sind.
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Der sogenannte Homunculus stellt schematisch dar, wo in der Hirnrinde die für die Motorik und die für die Sinneseindrücke zuständigen Nervenzellen liegen. Dabei zeigt sich, dass die Beine im oberen, die Arme im mittleren und die Zungen- und Gesichtsmuskeln im unteren Drittel der Rinde repräsentiert werden. Im Verhältnis zu ihrer tatsächlichen Größe nehmen die Nervenzellen der Hände, des Kopfes und des Schlundes sehr große Areale ein.
Die meisten Funktionszentren kommen gleichermaßen in beiden Hirnhälften vor. Einige Zentren jedoch gibt es nur einmal - wie etwa das Sprachzentrum. Während die linke Hälfte bei den meisten Menschen auf Sprache und abstraktes Denken spezialisiert ist, kommt die rechte in der Regel dann zum Einsatz, wenn es um räumliches Denken oder bildhafte Zusammenhänge geht. Die rechte Gehirnhälfte steuert die linke Körperseite, die linke Hälfte ist für die rechte Seite zuständig.
Kleinhirn (Cerebellum)
Das Kleinhirn wiegt mit circa 130 bis 140 Gramm zehnmal weniger als das Großhirn und liegt an der Basis des Schädels unter dem Hinterhauptlappen des Großhirns. Es stimmt Bewegungen aufeinander ab und speichert Abläufe, sodass nach einiger Übung bestimmte Bewegungen automatisch erfolgen. Verbindungen zur Großhirnrinde, zum Hirnstamm, zum Rückenmark und zum Gleichgewichtsorgan ermöglichen es dem Kleinhirn, seine wichtigen Funktionen zu erfüllen.
Das Cerebellum gibt keine Bewegungsimpulse, vielmehr stimmt es Bewegungen fein ab, erhält die Muskelspannung und das Gleichgewicht. Wie das Großhirn hat auch das Cerebellum eine Rinde; in ihr liegt die graue Substanz des Kleinhirns: die Zellkörper der Nervenzellen.
Zwischenhirn (Diencephalon)
Das Zwischenhirn liegt zwischen Großhirn und Hirnstamm. Im Thalamus treffen Informationen aus dem Körper und den verschiedenen Sinnesorganen ein. Der Thalamus leitet die Signale an das Großhirn weiter, nachdem er die Informationen im Vorfeld gefiltert hat. Dies vermeidet, dass das Hirn überlastet wird. Der Hypothalamus steuert als übergeordnetes Schaltzentrum zum Beispiel den Schlaf-Wach-Rhythmus, den Wasserhaushalt, die Schweißsekretion sowie Schmerz- und Temperaturempfinden. Er lässt sich sowohl über Nerven als auch durch Hormone beeinflussen.
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Der Hypothalamus steht in direktem Kontakt mit der Hirnanhangsdrüse (Hypophyse) und verbindet das Hormon- mit dem Nervensystem. Die Hypophyse schüttet Hormone oder Vorstufen von Hormonen in die Blutbahn aus.
Hirnstamm (Truncus cerebri)
Der Hirnstamm ist der älteste Teil des Gehirns und befindet sich unter den anderen Abschnitten nahe dem Rückenmark. Er wird fast vollständig von beiden Hirnhälften, den Hemisphären, umschlossen. Im Nachhirn kreuzen die aus dem Rückenmark kommenden Nervenbahnen. Das führt dazu, dass Informationen einer Körperseite in der gegenüberliegenden Hirnhälfte verarbeitet werden.
Im Hirnstamm befinden sich Nervenbahnen, die das Gehirn mit dem Rückenmark verbinden. Weiterhin liegt dort das Atemzentrum. Es regelt die Atmung, das Herz-Kreislauf-System und den Blutdruck.
Weitere wichtige Strukturen
- Limbisches System: Umfasst Hirnstrukturen, die für die Kontrolle von Emotionen verantwortlich sind und wichtige Funktionen beim Lernen übernehmen. Es steht in Kontakt zum Hypothalamus.
- Basalganglien: Eine Gruppe Großhirn- und Zwischenhirnkerne aus grauer Substanz, die an der Steuerung von Bewegungen beteiligt sind.
Zellen des Gehirns
Das Gehirn besteht aus einer Reihe unterschiedlicher Gehirnzellen. Die wichtigsten und häufigsten Gehirnzellen sind die Nervenzellen (Neurone): Von ihnen gibt es im menschlichen Gehirn ungefähr 200 Milliarden. Der Körper der Nervenzelle misst etwa 5 bis 100 Mikrometer (1 Mikrometer entspricht einem Tausendstel Millimeter). Die Nervenzellfortsätze verjüngen sich auf einen Durchmesser von etwa einem Mikrometer. Am Ende des Axons befinden sich die Endplatten. Dort, wo sie die benachbarte Zelle berühren, bilden sich Synapsen aus.
Die Gehirnzellen tauschen Informationen untereinander durch chemische Botenstoffe (Neurotransmitter) über die Synapsen aus. Je mehr Synapsen eine Nervenzelle hat, desto mehr Informationen kann sie übertragen. Nervenzellen teilen sich nach der Geburt nicht mehr.
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Die Nervenzellen werden von den sogenannten Gliazellen umhüllt. Gliazellen machen etwa 50 Prozent der gesamten Hirnmasse aus. Die meisten Hirntumoren entstehen aus diesen Gliazellen (sog. Gliome, z. B. Astrozyten haben für den Stoffwechsel und die Versorgung des Gehirns eine wichtige Funktion und sind am Aufbau der Blut-Hirn-Schranke beteiligt. Oligodendrozyten bilden die Markscheiden um die Nervenzellfortsätze, die Ependymzellen kleiden die Gehirnkammern (Ventrikel) aus.
Blutversorgung des Gehirns
Das Gehirn muss ständig mit genügend Sauerstoff, Glukose und weiteren Nährstoffen versorgt werden. Deshalb ist es besonders gut durchblutet. Die Durchblutung des Gehirns läuft über zwei große, jeweils in Paaren angelegte Arterien ab:
- Innere Halsschlagader (Arteria carotis interna): Verläuft seitlich am Hals entlang und entspringt aus der Halsschlagader (Arteria carotis communis). Sie versorgt das Gewebe hinter der Stirn und im Bereich des Scheitels (vordere Hirnarterie) sowie die Seite und weiter innen liegende Gehirnbereiche (mittlere Hirnarterie).
- Wirbelarterien (Arteria vertebralis): Speisen die hintere Hirnarterie, die den Hinterkopf und den unteren Bereich des Gehirns sowie das Kleinhirn versorgt.
Bevor die drei Arterien in „ihre“ Hirnregionen ziehen und sich dort in kleinere Äste verzweigen, liegen sie nahe beieinander unterhalb des Gehirns. Hier sind sie über kleinere Blutgefäße miteinander verbunden - ähnlich wie in einem Kreisverkehr. Auch an weiter entfernten Stellen gibt es Verbindungswege zwischen den einzelnen Arterien. Das hat den Vorteil, dass Durchblutungsstörungen im Gehirn bis zu einem gewissen Grad ausgeglichen werden können.
Die feinsten Aufzweigungen (Kapillaren) der Hirnarterien geben zwar Sauerstoff und Nährstoffe aus dem Blut an die Gehirnzellen ab - für andere Stoffe sind sie jedoch weniger durchlässig als vergleichbare Blutgefäße im übrigen Körper. Fachleute nennen diese Eigenschaft „Blut-Hirn-Schranke“. Sie kann das empfindliche Gehirn zum Beispiel vor im Blut gelösten Schadstoffen schützen.
„Verbrauchtes“ - also sauerstoffarmes - Blut wird über die Gehirnvenen abtransportiert. Sie leiten es in größere Blutgefäße, die sogenannten Sinusse. Die Sinuswände sind durch harte Hirnhaut verstärkt, die die Gefäße gleichzeitig aufspannen.
Hirnnerven
Dem Hirnstamm entspringen zwölf paarige Hirnnerven (I-XII). Sie haben motorische (Bewegung), sensible oder sensorische (Empfindungen) sowie vegetative (lebenswichtige Vorgänge) Funktionen.
- Nervus ophthalmicus: Empfindungen an Auge, Gesichtshaut, Nasenschleimhaut
- Nervus maxillaris: Oberkiefer und Zähne, Rachen
- Nervus mandibularis: Haut und Schleimhaut des Unterkiefers, Unterkieferzähne, Zunge, Kaumuskulatur
- Nervus abducens (VI): Versorgt einen Augenmuskel
- Nervus fascialis (VII): Gesichtsmuskulatur (Mimik), Geschmack, Kopfdrüsen
- Nervus vestibulocochlearis (VIII): Hören, Gleichgewicht
- Nervus glossopharyngeus (IX): Geschmack, Schlucken (Schlundmuskeln)
- Nervus vagus (X): Versorgt zahlreiche Organe im Körper
Alle weiteren Nerven, die das Gehirn mit Informationen versorgen beziehungsweise Informationen vom Gehirn in die verschiedenen Körperregionen transportieren, entspringen im Rückenmark.
Funktionelle Karte des Gehirns
Mit dem heutigen Wissen lässt sich eine sogenannte funktionelle Karte des Gehirns erstellen. So weiß man, dass im Stirnhirn die Funktionen von Intelligenz, Sprache (motorisches Sprachzentrum), die Persönlichkeitsmerkmale sowie die Bewegungssteuerung zu finden sind. Zellen des Schläfenlappens sind wichtig für das Gedächtnis, für Gefühle und Emotionen. Der Schläfenlappen beherbergt zudem die Hörrinde und das Sprachverständnis.
Da sich die meisten Hirnleistungen einer bestimmten anatomischen Hirnregion zuordnen lassen, weisen bestimmte Ausfälle - etwa Bewegungsstörungen, Sprachstörungen oder Sehstörungen - bereits auf krankhafte Veränderungen eines bestimmten Hirnareals hin. Dabei kann es sich zum Beispiel um Durchblutungsstörungen (Schlaganfall) oder gut- oder bösartige Gewebeneubildungen handeln.
Erkrankungen des Gehirns
Das Gehirn kann durch verschiedene Ursachen in seiner Funktion gestört oder beschädigt werden. Einige Beispiele sind:
- Schlaganfall: Eine Durchblutungsstörung im Gehirn durch den Verschluss eines Blutgefäßes, die zu Sauerstoffunterversorgung im entsprechenden Gebiet führt.
- Gehirntumor: 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.